O equipamento central para a produção de produtos plásticos entubados, as máquinas de moldagem por sopro-extrusão transformam materiais termo-plásticos, como polietileno, polipropileno e cloreto de polivinilo, em diversos produtos entubados por meio de um processo contínuo de “plastificação da matéria-prima – extrusão de um parâmetro – ajuste e travamento do molde – moldagem por sopro – resfriamento e desenfreamento”. A sua configuração estrutural deve garantir uniformidade à plastificação da fusão, precisão dimensional aos parâmetros, estabilidade de moldagem e eficiência de produção. Principalmente está formada por três unidades centrais: o sistema de extrusão, o sistema de travamento e o sistema de moldagem por sopro, bem como um sistema de controlo e dispositivos auxiliares. Todas as unidades cooperam sinergicamente para formar um ciclo de produção completo. A seguir, é feita uma análise detalhada da composição, funções e principais pontos técnicos de cada módulo estrutural.
I. Core Power Unit: Sistema de extrusão.
O sistema de extrusão é o “corpo principal” da máquina de moldagem por sopro-extrusão. A sua função central é converter grânulos de plástico sólidos em fusão plastificada uniformemente e extrusá-los continuamente e estável para formar um parâmetro tubular. A performance deste sistema determina diretamente a qualidade da fusão, que por sua vez afecta as propriedades mecânicas e a precisão da aparência dos produtos. Principalmente está composto por um parafuso e um cilindro, dispositivos de aquecimento e resfriamento, um dispositivo de transmissão e um dispositivo de alimentação.
1. Parfuso e cilindro: Componentes principais de plastificação
A precisão de ajuste do parafuso e do cilindro é crucial para o efeito de plastificação, e os dois formam um espaço fechado de transporte de material e fundição. Como componente móvel central, o parafuso é dividido em duas estruturas, de acordo com as características dos materiais processados: o tipo de mudança gradual e o tipo de mudança súbita. O parafuso do tipo de mudança gradual é adequado para plásticos cristalinos, como o polietileno, permitindo uma fusão estável através da mudança lenta da profundidade do sulco do parafuso; o parafuso do tipo de mudança súbita é adequado para plásticos não cristalinos, como o cloreto de polivinilo, melhorando o aquecimento pela fricção através da mudança súbita da profundidade do sulco para melhorar a eficiência de fusão. Nas aplicações industriais, a relação comprimento-diâmetro do parafuso (relação da altura eficaz ao diâmetro) geralmente é controlada entre 20: 1 e 30: 1, e a relação de compressão (relação da profundidade do sulco da seção de alimentação à seção de dosagem) é 2,5: 1 a 4:
Por exemplo, ao processar o polietileno de alta densidade (HDPE), a seleção de um parafuso com uma relação de comprimento-diâmetro de 28: 1 e uma relação de compressão de 3,5: 1 pode melhorar a uniformidade da fusão em 15%.
O cilindro é um cilindro metálico de alta resistência, e a sua parede interna é nitrurada ou pulverizada. A dureza deve atingir acima de HV900 para resistir ao desgaste do material. O espaçamento entre o cilindro e o parafuso é controlado no intervalo de 0,1-0,3 mm para garantir a eficiência de transporte e o efeito de separação do material.
2. Dispositivos de aquecimento e resfriamento: Garantia de controlo de temperatura preciso
Para alcançar a fusão gradual e a plastificação estável dos materiais, a parte externa do cilindro é aquecida por bobinas de aquecimento elétrico segmentadas com uma densidade de potência de 1,5-3,0 W/cm², normalmente subdivididas em 3-5 segmentos para um controlo de temperatura independente. A temperatura das diferentes fases de processamento deve ser precisamente combinada com as características dos materiais. Por exemplo, ao processar o polipropileno (PP), a temperatura da seção de alimentação é controlada em 160-180℃, a seção de compressão em 180-200℃ e a seção de dosagem em 200-220। A flutuação de temperatura deve ser estritamente controlada no intervalo de ±2℃ para evitar a decomposição do sombreamento da fusão ou uma má plastificação.
O sistema de resfriamento colabora com o dispositivo de aquecimento para alcançar o equilíbrio de temperatura, normalmente adoptando resfriamento por ar ou resfriamento por água. A temperatura da água deve ser controlada abaixo de 30℃. A sua função principal é resfriar os materiais na seção de alimentação para prevenir o enfraquecimento prematuro que conduza a uma alimentação imperfeita. Ao mesmo tempo, pode ajustar a precisão da temperatura de cada seção do cilindro para garantir o desempenho da fusão estável.
3. Dispositivos de transmissão e alimentação: Garantia de potência e alimentação
O dispositivo de transmissão é composto por um motor de variação de frequência, um redutor e uma junta, fornecendo potência estável para a rotação do parafuso. A potência do motor é combinada em função do diâmetro do parafuso. Por exemplo, um parafuso de Φ65 mm está normalmente equipado com um motor de variação de frequência de 30-45 kW, e o intervalo de ajuste de velocidade é de 10 a 100 r/min. O ajuste preciso do volume de extrusão pode ser alcançado através de controlo de variação de frequência. A relação do redutor é geralmente 10: 1 a 20:
II. Molding Accuracy Guarantee Unit: Sistema de fixação
A precisão de alinhamento da junta deve ser regularmente verificada para garantir que a desvio radial seja ≤ 0,1 mm e que a desvio da face final seja ≤ 0,05 mm, de modo a evitar o desgaste do parafuso causado por as vibrações de transmissão.
1. Moldes e pilares orientadores: Fundação de orientação e posicionamento
O molde móvel e o molde fixo são os suportes para a instalação do molde, geralmente feitos de aço Q235 ou 45 com espessura de 200-500 mm, e realizam a orientação e conexão precisas através de pilares orientadores. O diâmetro do pilar orientador é de Φ50-150 mm, a sua extensão é de 1000-3000 mm, o requisito de straightness é ≤0.02 mm/m e a dureza da superfície é de HRC50-55, garantindo que o paralelismo do movimento do molde seja ≤0.1 mm/m para evitar o risco de ferrugem dos produtos ou de desvios de dimensão provocados por um mau alinhamento do molde durante a fixação. Nas aplicaçoes práticas, os pilares orientadores devem ser lubrificados regularmente com graxa baseada em lítio de alta temperatura, uma vez a cada 200 horas, para prevenir arranhões superficiais causados pela fricção seca.
2. Mecanismo de fixação do molde: potência de bloqueio do core
A função principal do mecanismo de fixação da matriz é fornecer força de fixação suficiente para resistir à força de espalhamento do ar comprimido na matriz durante o processo de moldagem por sopro, garantindo que a matriz esteja bem fechada. Industrialmente, são utilizados principalmente mecanismos de fixação de matriz hidráulicos ou compostos mecânicos-hidráulicos (do tipo toggle): A fixação hidráulica fornece energia através de um cilindro de óleo com diâmetro entre Φ100 e Φ300 mm e a pressão de trabalho é de 16 a 25 MPa. O cálculo da força de fixação segue a fórmula "Fora de fixação = Área projetada do produto × Força de fixação por unidade de área", e a força de fixação por unidade de área é geralmente de 3 a 5 toneladas por metro quadrado; O mecanismo de fixação do tipo toggle amplifica a força hidráulica em 3 a 5 vezes por meio de um mecanismo de ligação de vias, o que pode economizar o consumo de energia em 20% a 30%, mas a espaçagem da articulação do tipo toggle deve ser verificada regularmente para que seja inferior a 0,2 mm para evitar uma fixação de matriz que fique solta.
3. Proteção de segurança Devices: Key to Production Protection
Para garantir a segurança do equipamento e dos operadores, o sistema de fixação está equipado com vários dispositivos de proteção: o protetor do moldo detecta se existem objetos estranhos antes de o fechamento do mesmo, através de um sensor infravermelho, evitando danos aos equipamentos causados por fragmentos de metal e outros resíduos que se alojam no molde; a proteção contra sobrecarga hidráulica é realizada por um relé de pressão e o valor definido é de 110% da força máxima de fixação, para prevenir a deformação do mecanismo devido a sobrecarga. Uma empresa sofreu uma perda direta de cerca de 80 000 yuans devido a danos no molde, porque o protetor do molde não foi activado, evidenciando a necessidade de dispositivos de proteção.
III. Unidade de execução de moldagem: sistema de moldagem por sopro
O sistema de moldagem por sopro é a unidade principal que transforma o parison tubular na forma do produto desejado. Ao introduzir ar comprimido no parison, o material líquido se espalha e se ajusta à parede interna do molde, formando um produto holar após o resfriamento e a solidificação. Principalmente é composto por uma pá para sopro, um dispositivo de controle do circuito de ar e uma estrutura de escape do molde.
1. Pá para sopro: núcleo da introdução de gás
A pá para sopro é uma estrutura de tubo de aço com um diâmetro externo de Φ5-20mm e uma espessura da parede de 1-3mm. A cabeça é cônica em 30°-60°, o que é conveniente para uma inserção suave no parison e para evitar perfurar o material líquido. A pá para sopro deve estar alinhada com o centro do parison, com uma desvio de ≤1mm, e a profundidade de inserção é de 1/3-1/2 da comprimento do parison. Por exemplo, quando o comprimento do parison é de 300mm, a profundidade de inserção deve ser controlada em 100-150mm. Uma inserção muito shallow pode levar ao topo do produto não soprado, e uma inserção muito profunda pode danificar o parison.
Dispositivo de controle de circuito de ar: garantia de moldagem por sopro estável
O sistema de circuito de ar é responsável por fornecer ar comprimido estável. Os principais componentes incluem um compressor de ar, um tanque de armazenamento de ar, uma válvula de solenoide e um sensor de pressão. A deslocação do compressor de ar é de
5- 5m³/min e a pressão de trabalho é de
3. Estrutura de esgotamento da forma: Garantia da qualidade da aparência
A cavidade da forma deve estar equipada com orifícios de esgotamento uniformemente distribuídos, com um diâmetro de Φ0,5-1,0 mm e uma espaçamento de 5-10 mm, utilizados para esgotar o ar dentro da cavidade durante o processo de expansão do parison, evitando depressões na superfície do produto causadas pela retenção de ar. Ao mesmo tempo, a posição da porta de sopro deve evitar as estruturas de rebordos ou fios do produto para evitar deformações causadas por uma pressão local excessiva.
IV. Unidade de controle central: Sistema de controle
O sistema de controle é o "cérebro" da máquina de moldagem por estiramento e sopro, responsável por coordenar o trabalho colaborativo de diversos sistemas, realizando um controle preciso de parâmetros de processo, como temperatura, pressão, velocidade e tempo, e garantindo a estabilidade e a repetibilidade do processo de produção. Principalmente é composto por uma unidade de controle elétrica, uma interface homem-máquina e componentes executivos.
1. Módulo de controle preciso: Função de regulação de núcleo
O controle de temperatura adota um controlador PID (Proporsional-Integral-Derivada) para realizar o controle de temperatura segmentado no tambor do extrator, na forma e em outras partes. Cada segmento está equipado com um sensor de resistência térmica com uma precisão de ±0,5°C, e a potência da serpentina de aquecimento é ajustada por meio de um relé sólido, com uma precisão de controle de temperatura de ±1°C; A pressão do sistema hidráulico é controlada por um válvula proporcional com uma precisão de ajuste de ±0,5 MPa. A velocidade de fixação adota um controle de três estágios de "lento-rapido-lento", com uma velocidade baixa de ≤5 mm/s e uma velocidade alta de 50-100 mm/s para evitar colisões na forma; A pressão do circuito de ar de moldagem é ajustada por uma válvula proporcional eletropneumática e o tempo de estabilização da pressão é ≤0,1 segundos para garantir a expansão uniforme do parison.
Interface Humano-Máquina e Monitoramento de Falhas: Garantia de Operação e Proteção
A interface humano-máquina geralmente adopta uma tela touch screen de 7 a 15 polegadas. Os operadores podem definir parâmetros de processo, como velocidade de extrusão, força de fixação e o tempo de injeção, e visualizar dados sobre status de produção, como curvas de temperatura e valores de pressão, em tempo real. O sistema possui uma função completa de alarme de falhas, que pode alertar em tempo hábil e desligar a máquina para condições anormais, tais como superaquecimento, sobrepressão e objetos estranhos na moldagem, e registrar as informações de falha para facilitar a resolução de problemas. A autoridade de operação implementa um gerenciamento hierárquico. Os operadores comuns só podem modificar os parâmetros de processo, e os administradores podem ajustar o programa de controle para evitar erros de operação.
V. Production Guarantee Unit: Auxiliary Devices
Embora os dispositivos auxiliares não participem diretamente do processo de moldagem principal, são cruciais para a continuidade da produção, a qualidade dos produtos e a proteção do meio ambiente. Eles consistem, principalmente, em um sistema de refrigeração, um dispositivo de libertação do produto, um dispositivo de tratamento de bordas de resíduos e um dispositivo de pré-tratamento de matérias-primas.
O sistema de refrigeração é dividido em refrigeração do molde e refrigeração do produto: a refrigeração do molde utiliza água circulante a uma temperatura de 20 a 30 °C, e os tubos de água estão dispostos perto da cavidade, com uma distância inferior a 10 mm, para garantir que a diferença de temperatura da superfície do molde seja inferior a 5 °C; a refrigeração do produto pode ser realizada através de injeção retardada no molde (pressão de 0,2 a 0,4 MPa, atraso de 0,5 a 2 segundos) ou refrigeração ao ar fora do molde (velocidade do vento de 5 a 10 m/s), o que pode encurtar o ciclo de moldagem em 20% a 30%. O dispositivo de libertação do produto é, geralmente, um braço robótico ou um cilindro de ejetamento com uma força de ejetamento de 5 a 50 kN. A posição de ejetamento evita partes fracas do produto (como roscas e cantos afiados) para evitar danos ao produto. O dispositivo de tratamento de bordas de resíduos é composto de uma guilhotina automática e um triturador. A dureza da lâminas da guilhotina é de HRC55 a 60, e a distância com o molde é inferior a 0,1 mm, para garantir um corte limpo das bordas de resíduos. O tamanho da partícula dos fragmentos triturados é de 2 a 5 mm, que pode ser reciclado e reutilizado, mas a taxa de reciclagem não deve exceder 30% para não afetar as características do produto.
VI. Resumo da Coordenação Estrutural e da Otimização de Desempenho
A composição estrutural das máquinas de moldagem por injeção de sopro apresenta as características de "colaboração multi-sistema e matching de alta precisão": o sistema de extrusão garante a uniformidade da mistura fundida, o sistema de fixação garante a precisão da moldagem, o sistema de sopro de moldagem realiza a formação de formas, o sistema de controle coordena globalmente e os dispositivos auxiliares garantem a produção contínua. O matching de parâmetros de cada sistema determina diretamente a eficiência de produção e a qualidade do produto, como o matching do relação comprimento x diâmetro do parafuso com as exigências de plástica da matéria-prima, o matching da força de fixação com a área projetada do produto e o matching da pressão de sopro com a fluidez da matéria-prima.
Com o desenvolvimento da tecnologia de fabricação inteligente, o projeto estrutural das máquinas de moldagem por sopro e estiramento moderna está gradualmente sendo aperfeiçoado em direção à “ precisão, automação e economia de energia “: a eficácia da plasticização é melhorada através da otimização da estrutura da roda e do tambor, o consumo de energia é reduzido pela adoção de mecanismos de fixação do molde do tipo toggle e os sistemas de monitoramento inteligente são introduzidos para a otimização em tempo real dos parâmetros do processo. No futuro, com a integração da tecnologia de materiais poliméricos e da tecnologia de fabricação de equipamentos, a estrutura das máquinas de moldagem por sopro e estiramento será adaptada ainda mais às necessidades de produção de produtos complexos, como co-estiramento de múltiplos materiais, com paredes finas e em grande escala, promovendo o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de produtos plásticos em forma de cavidade.
