Як основне обладнання для виробництва порожнистих пластикових виробів, машини екструзії та виливки здійснюють перетворення термопластичних матеріалів, таких як поліетилен, полівінілхлорид і поліпропілен, в різноманітні порожнисті вироби через тривалу процедуру "збудження пластмаси – екструзія гостряка – затиск і приклепа бункера – виливка – охолодження та вилучення". Їх конструкція має забезпечувати рівномірність розплавлення пластмаси, точності розмірів гостряка, стійкості формовки та ефективність виробництва. Вони складаються в основному з трьох основних модулів: системи екструзії, клавіруючої системи і системи виливки, а також системи керування та допоміжного обладнання. Всі модулі працюють в гармонії, формуючи повний замкнутий цикл виробництва. Нижче наведено подальший детальний аналіз складу, функцій і ключових технічних моментів кожного структурного модулю.
I. Core Power Unit: Система екструзії.
Система екструзії є "сильним серцем" машини екструзії та виливки. її основна функція полягає в перетворенні твердих пластикових гранул в рівномірно розплавлений розплід і постійному та стабільному їх екструзію для формування трубчатого гостряка. Майбутні характеристики цього обладнання безпосередньо впливають на якість розплаву, а в свою чергу – на механічні показники та показники точності товщини виливків. В основі він складається з шнека та циліндра, пристроїв для опалення та охолодження, пристрою передачі та пристрою дозування матеріалу.
1. Screw and Barrel: Core Plasticizing Components
Точність відповідності шнека та циліндра має важливе значення для ефекту пластмування і вони утворюють закритий простір для транспортування і перемішування матеріалу. Як основна промислова компонента, шнек розділений на два типи відповідно до характеристик оброблюваних матеріалів: з поступовим змінним профілем та з різким змінним профілем. Шнек з поступовим змінним профілем підходить для кристалічних пластиків, таких як поліетилен, забезпечуючи стабільний розплавлення за допомогою повільного зміни глибини зовнішніх пазів; шнек з різким змінним профілем підходить для некристалічних пластиків, таких як полівінілхлорид, підвищуючи розкручування за допомогою різкого зміни глибини пазів для покращення ефективності розплавлення. У промислових застосуваннях довжина-діаметріальний співвідношення шнека (відношення фактичної довжини до діаметру) зазвичай регулюють у діапазоні 20:1 ~ 30:1, а співвідношення стиску (відношення глибини пазів в розділі завантаження до розділу вимірювання) взято від
5:1 до 4:1. Наприклад, при обробці високощільного поліетилену (HDPE), вибір шнека з довжиною-діаметром 28:1 та співвідношенням стиску
5:1 дозволяє поліпшити однорідність розплаву на 15%.
Циліндр – це металевий циліндр високої міцності, внутрішня поверхня якого горизонтально нітридована або покрита; твердість має становити близько HV900, щоб протистояти зносу матеріалу. Відстань між циліндром та шнеком узгоджується в межах
1 –
3 мм для гарантії ефективності транспортування матеріалу та дії розкручування.
2. Пристрої опалення та охолодження: точна регулювання температури
Для поступового розплавлення та стабільного пластмування матеріалів зовнішня частина циліндра опалюється послідовно розташованими елементами електричного опалення з потужністю
II. Molding Accuracy Guarantee Unit: Система охоплення.
Система закріплювання відповідає за функції закриття та розфіксування форм, відкриття їх і зняття продукту з форм. Її надійність безпосередньо впливає на точність розмірів виробу, термін служби форми та безпеку виробництва. Вона складається переважно з матриць та направляючих стовпів, пристрою кріплення форм та пристроїв захисту безпеки.
1. Матриці та направляючі стовпи: Основа гідравлічного приводу
Рухлива та нерухлива матриці є носіями монтажу форм, як правило, виготовлені з сталі марки Q235 або 45 з товщиною 200-500 мм і забезпечують точне рухове кріплення та гідравлічне з'єднання за допомогою направляючих стовпів. Диаметр направляючого стовпа становить Ф50-150 мм, довжина – 1000-3000 мм, вимоги до прямолінійності – ≤0,02 мм/м, а твердість поверхні – HRC50-55. Це забезпечує паралельність руху матриці в межах ≤0,1 мм/м, щоб уникнути появи на продуктах плям або відхилень розмірів, викликаних невідповідним приляганням форму до виробу під час кріплення. У практичній застосуванні направляючі стовпи необхідно регулярно обробляти антифрикційним високотемпературним маслом на основі літія, один раз на 200 годин, щоб запобігти надрізям на поверхні, викликаним сухим тертям.
2. Пристрій кріплення форм: сили запам'ятовування
Основною функцією механізму притягнення прес-форми є надання достатньої прикладаючої сили, щоб протистояти розкидаючій силі стисненого повітря на прес-формі під час процесу виливного лиття, що забезпечує щільне закривання прес-форми. У промислових умовах використовуються основно гідравлічні або механічно-гідравлічні складені (виступаючі) механізми притягнення прес-фор: Гідравлічний механізм притягнення надає потужність за допомогою масляного циліндра діаметром 100-300 мм, а робочий тиск становить 16-25 МПа. Розрахунок прикладаючої сили здійснюється за формулою «Прикладаюча сила = Проективна площа продукту × Розмір одиниці прикладаючої сили», а одинична площа прикладаючої сили зазвичай становить 3-5 тонн/квадратний метр; Механізм виступу притягнення посилює гідравличний поштовх у 3-5 разів за допомогою механізму з'єднувального валу, що дозволяє заощадити на споживанні енергії на 20–30%, але інтервал робочого з'єднувального спрямування необхідно регулярно перевіряти, щоб він становив ≤0,2 мм, щоб уникнути розрізання притягнення прес-форми.
3. Захист і безпека Devices: Key to Production Protection
Для забезпечення безпеки обладнання та операторів, систему кріплення формують з багатьох засобів захисту: захист форми виявляє наявність сторонніх предметів перед закриттям форми за допомогою інфрачервоного датчика, уникаючи пошкодження обладнання через проникнення металевих осколків та інших відходів, які застряють у формі; гідравлічний захист від перевантажень реалізується за допомогою датчика тиску та значенням з встановленням 110% максимальної сили кріплення, щоб запобігти деформації пристрою від перевантаження. Одного разу підприємство зазнало понесених безпосередніх збитків приблизно в 80 000 юанів через пошкодження форми, тому що захист форми не був викликаний, що підкреслює необхідність захист устаткування.
III. Користувач туманного захоплення: система ущільнення
Система ущільнення є основою, що трансформує трубчасту шаблю в необхідну форму продукту. Завдяки введенню стисненого повітря в шаблю, розплав перетворюється, добре прилягає до внутрішньої стінки форм, і після охолодження та освітання перетворюється в порожнисту форму. В основному система ущільнення складається з вставки для введення стисненого повітря, пристрою керування електролабораторним скрином та структури відводу повітря з форми.
1. Вставка для введення стисненого повітря: ключова частина введення газу
Вставка для введення стисненого повітря - це пруткова сталева конструкція з зовнішнім діаметром Ф5-20 мм та товщиною стіни 1-3 мм. Голова має конічну поверхню під кутом 30°-60°, що зручно для гладкого введення в шаблю і уникнення проколювання розплаву. Вставку необхідно точно розмістити по центру шабле з відхиленням ≤1 мм, а глибина вставки становить 1/3-1/2 довжини шабле. Наприклад, при довжині шабле 300 мм глибина вставки регулюється на 100-150 мм. Занадто малої глибини вставки можуть приводити до непротравленого верху продукту, а занадто великої глибини може пошкодити шаблю.
Формализація: "1. " за однією рядком, нічого іншого.
2. Пункт керування циркуляційного обігу повітря: Гарантія стабільного виливки
Система циркуляційного обігу повітря відповідає за забезпечення стабільного стиснутого повітря. Основні компоненти включають компресор повітря, резервуар для зберігання повітря, електромагнітний клапан та сенсор тиску. Об’єм дисперсії компресора становить 0,5-5 м³/хв, а робочий тиск – 0,8-1,2 МПа; об’єм резервуара для зберігання повітря становить 0,5-2 м³, призначений для стабілізації тиску джерела повітря і уникнення коливань тиску під час процесу виливки; час реакції електромагнітного клапана дорівнює ≤50 мс для забезпечення точного контролю моменту виливки; точність сенсора тиску становить ±0,01 МПа, реалізується реальний контроль тиску виливки.
Параметри виливки потрібно налаштовувати в залежності від характеристик матеріалу: тиск виливки для виробів з поліетилену (PE) становить 0,3-0,6 МПа, а для виробів з полікарбонату (PC) – 0,8-1,0 МПа; час виливки змінюється відповідно до товщини стінки виробу, приблизно 3 секунди для товщини стінки 2 мм і 8 секунд для 5 мм, що забезпечує повний розширення виробу та рівномірну товщину стінки.
3. Структура виведення із форми: гарантія якості зовнішнього вигляду
Яка б не була товщина стінки виробу, у порожнині форми повинна бути представлена однаковою щільністю розташованими отворами діаметром Φ0,5-1,0 мм з відстанню 5-10 мм, призначеними для відведення повітря зсередини порожнини під час процесу розширення паразиту, уникнення депресій на поверхні виробу, викликаних затриманням повітря. В той же час позиція порта виливки повинна уникати ребер або структур шпуру продукту, щоб запобігти деформації внаслідок надмірного місцевого тиску.
IV. Централізована блок контролю: система керування
Система керування є "мозком" машини екструзійного виливки, яка відповідає за координацію співробітництва різних систем, забезпечуючи точне керування параметрами процесу, такими як температура, тиск, швидкість і час, а також забезпечуючи стабільність і повторюваність процесу виробництва. Вона складається в основному із блоку електричного керування, інтерфейсу людина – машина та виконавчих компонентів.
1. Модуль точного керування: основна функція регулювання
Контроль температури використовує контролер PID (сопропорційно-інтегрально-диференціальний) для здійснення сегментованого контролю температури на барабані екструдера, формі та інших частинах. Кожен сегмент оснащений датчиком терморезисторів з точністю ±0,5 ℃, а потужність нагрівального дроту регулюється через мікросхеми, з точністю керування температурою ±1 ℃; тиск в системі гідравліки регулюється пропорційним клапанами з точністю регулювання ±0,5 МПа. Відносна швидкість притискування використовує триступеневе керування "спокійно-швидко-спокійно", з низькою швидкістю ≤5 мм/с та високою швидкістю 50-100 мм/с, щоб уникнути зіткнення форми. Натиск повітря в циркуляційному обігу виливки регулюється через пропорційний електропневматичний клапан, а час стабілізації тиску становить ≤0,1 секунди, що забезпечує рівномірне розширення паразиту.
2. Інтерфейс людина – машина та спостереження за помилками: гарантія операції та захисту
Інтерфейс людина – машина виступає в якості 7-15-дюймового сенсорного монітора. Оператори завозять процесну параметри, такі як швидкість екструзії, сила притиску та час виливки, а також надають можливість перегляду даних про стан виробництва, таких як криві температури та значення тиску. Система має повну функцію аларму помилок, яка може вчасно попереджувати та зупиняти роботу машини для аномальних умов, таких як надмірна температура, під тиском та сторонні предмети в формі, а також записувати дані помилок для легкого виявлення несправностей. Права операції реалізують ієрархічно управління. Обильні оператори можуть лише змінювати процесні параметри, а адміністратори можуть регулювати програму керування, щоб запобігти помилковим діям.
Хоча допоміжні пристрої не беруть безпосередньої участі у процесі лиття форм, вони є суттєвими для безперервності виробництва, якості продукції та охорони навколишнього середовища. Вони, в основному, включають систему охолодження, пристрій відливання, пристрій обробки пасма відходів та пристрій попереднього підготовки сировини.
Система охолодження поділяється на охолодження форм та охолодження виробів: охолодження форм здійснюється за допомогою циркулюючої води з температурою 20-30°С, а шланги виконуються поблизу порожнини з відстанню ≤10 мм, щоб гарантувати, що різниця температур поверхні форми становить ≤5°С; охолодження виробів може бути досягнуто завдяки затриманому нагнітанню всередині форми (давлення 0,2-0,4 МПа, затримка 0,5-2 секунди) або охолодженню повітрям поза формою (швидкість вітру 5-10 м/с), що дозволяє скоротити цикл лиття на 20-30%. Пристрій відливання як правило являє собою робочу руку або викидальний циліндр з викидальним моментом 5-50 кН. Посталь розміщення викидання уникає слабких частин продукту (наприклад, резьб та гострих кутів), щоб запобігти пошкодженню продукту. Пристрій обробки країв відходів складається з автоматізованого викроювального ножа та шредера. Жорсткість кромки ножа становить HRC55-60, а відстань до форми становить ≤0,1 мм, щоб забезпечити чистий обріз викиданих країв. Розмір частинок, що розділилися, становить 2-5 мм, які можуть бути відновлені та повторно використані, але відсоток рециклізації не перевищує 30%, щоб не вплинути на характеристики продукту.
VI. Резюме структурного синхронізації та оптимізації роботи
Структурний склад машин екструзії та виливки представлений особливостями «співпраці багатих систем та високоточного співпадіння»: система екструзії забезпечує однорідність розплаву, система кріплення забезпечує точність лиття, система виливки створює форму, система керування координує в цілому, а допоміжні пристрої забезпечують безперервність виробництва. Параметри співпадіння кожної системи безпосередньо визначають ефективність виробництва та якість продукту, наприклад співпадіння співвідношення довжини та діаметра вала із вимогами пластифікації матеріалу, співпадіння сили кріплення із заданою площею проєктування продукту та співпадіння тиску надування з текучістю матеріалу.
З розвитком технологій інтелектуального виробництва структурний дизайн сучасних машин екструзії та виливки поступово вдосконалюється у бік «високої точності, автоматизації та енергоощадження»: підвищення ефективності пластифікації за допомогою оптимізації структури валу та стволи, зменшення витрат на енергію за рахунок застосування затульного механізму кріплення форм та введення систем інтелектуального моніторингу з перетворенням у реальний час цілей параметрів процесу. В майбутньому, з поглибленням інтеграції технологій полімерних матеріалів та технологій виготовлення обладнання, структура машин екструзії та виливки буде вдосконалюватися, щоб відповідати виробничим потребам складних виробів, таких як коекструзія з багатьма матеріалами, тонкостінні та великосерійні, сприяючи високоякісному розвитку галузі виробництва порожніх пластикових виробів.
