Средства за оптимизация процеса на шприцване на пластмаси

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2015

Средства за оптимизация процеса на шприцване на пластмаси

Шприцването и екструзията на пластмаси са широко прилагани технологии за изработка на пластмасови изделия с различни големини и форми в полимерната индустрия. Двата метода са изключително сходни по своята същност и представляват леене на разтопени пластмаси под налягане. При шприцването на пластмаси се получава минимално количество отпадъчен продукт, който може да бъде събран и рециклиран в технологичния процес.

Съвременните шприцавтомати и шприцмашини са високоавтоматизирани и роботизирани системи, чийто дизайн е насочен към все по-висока ефективност на процеса, включително по-малко отпадъчен продукт, по-малко консумирана енергия, възможности за многослойно производство, прецизен контрол на операциите и др. За оптимизиране на оборудването за шприцване на пластмаси в модерните производства се използват редица иновативни системи и технологии.

Същност на технологията шприцване
Технологията се състои в леене на пластмаси (термопластични и термореактивни полимери) от шприц автомат под налягане в матрици, наречени шприцформи, изработени обикновено от стомана или алуминий. Предимство на метода е, че могат да бъдат изработвани триизмерни изделия.

Изходният материал (който може да е под формата на полимерен прах, гранули и др.) се подава в загрят резервоар, където се разтопява при определена температура и се излива под налягане в отвора на шприцформата. Там материалът се охлажда и втвърдява. Технологията се използва за производството на широка гама от изделия с различни форми и големини.

При проектирането на изделията се следва принципът, че те трябва да могат да бъдат лесно изработени чрез шприцване. Оптимизация на процеса може да бъде постигната чрез подобрения в инструменталната екипировка, проектирането, използвания изходен материал, интегрирането на високотехнологични термоконтролери за прецизен контрол на температурата на процеса и др.

Иновации в леяковите системи и инструменталната екипировка
Оптимизация на процеса леене на пластмаси под налягане може да бъде постигната посредством интегриране в производството на високотехнологични леякови системи и инструментална екипировка, позволяващи значително разширяване на обхвата на възможностите на технологията.

Сред новостите в тази област са екструдерните глави за многослойно производство, системите за многогнездово, странично и двойно шприцване, дюзи с наклонен връх под различен ъгъл спрямо работната повърхнина и др. Новостите в шприцформите включват подобрен дизайн с цел улесняване на шприцването и по-лесно изваждане на охладеното изделие, лесно почистване на инструмента, по-гладка повърхност на готовото изделие и др.

Голяма част от производителите на леякови системи и инструментална екипировка за шприцване предлагат и специализирани системи за производство на едрогабаритни детайли, които са оптимизирани за особеностите на този тип операции и позволяват максимална ефективност.

Значителна оптимизация на шприцването на пластмаси може да бъде постигната чрез внедряване на автоматизирани системи за подмяна на инструменталната екипировка и екструдерните глави/дюзи, които позволяват бърза смяна на инструментите и по-кратки прекъсвания на технологичния процес.

Системи за двойно шприцване
Двойното шприцване на пластмаси е съвременен метод, чрез който могат да бъдат произвеждани изделия с прости и сложни форми от два различни полимера или с два различни цвята едновременно в рамките на един машинен цикъл. Предимства на технологията са много по-високата ефективност, скъсените производствени цикли, елиминираната необходимост от смяна на главите/дюзите за различните материали (цветове) и др.

Двойното шприцване включва две дюзи или една дюза с два изхода за едновременно шприцване на материал в различни зони на шприцформата. В рамките на процеса тя може да се отваря и завърта под различен ъгъл в зависимост от дизайна на изделието, което се произвежда. Възможността за паралелно изработване на две отделни зони от продукта позволява непрекъснат производствен процес.

Потенциалът за оптимизация на леенето под налягане чрез двойно шприцване се състои в разширяване на гамата произвеждани продукти, включително многоцветни изделия и компоненти с високо качество на повърхността и изключително ниски загуби на материал по време на производствения цикъл.

Екструзия на пластмаси
Екструдирането на пластмаси по своята същност представлява леене на пластмаса под налягане, което се различава от шприцването по това, че позволява непрекъснатост на процеса и се използва главно за изработката на изделия с издължена форма (тръби, кабелни изолации и др.) или малка дебелина и голяма площ (например термопластични покрития, полимерни фолиа и панели и др.).

При екструзията на полимери изходният материал обикновено е под формата на гранули, които се подават в бункера на екструдерния автомат, където се загряват и разтопяват при дадена температура. На тази фаза могат да се добавят различни добавки като оцветители и UV инхибитори за пластмаса.

Загретият материал обикновено се впръсква под налягане през двуизмерен отвор на шприцформата, където бива оформян от вътрешните канали, охлажда се и се втвърдява в желаната форма.

Иновации в екструдерните глави
Пластмасовите изделия за бутилиращата и опаковъчната индустрия обикновено са еднослойни по своя дизайн и се изработват чрез конвенционално шприцване или екструзия. При тази традиционна и добре позната технология оптимизацията на процеса се състои в съвременни системи с подобрен дизайн за минимални загуби и равномерно разпределение на материала, високо качество на повърхността на продукта и максимално скъсяване на прекъсванията за подмяна на цвета или материала.

Екструдерните глави за еднослойно или единично леене позволяват изработка на отливки в широк диапазон от размери (например диаметър от 25 до 650 мм), като най-съвременните леякови системи позволяват висока производителност, лесна поддръжка и скалиране на производството чрез едновременно леене с до 24 дюзи/глави.

Многослойно леене
Все по-широкото използване на полимерни изделия в различни индустриални сектори повишава изискванията към качеството и характеристиките им. На пазара на шприцавтомати се предлагат съвременни решения за оптимизиране на шприцването посредством многослойно леене на до 6-7 слоя материал (различен изходен материал или различен цвят) едновременно, както и за паралелно шприцване под налягане в различни отвори на шприцформите. Модерните технологии позволяват изработване на сложни многоцветни изделия и дори такива с прозрачни компоненти, без това да компрометира здравината и устойчивостта им.

Екструдерните глави за многослойно леене позволяват високо качество на повърхнината на готовите изделия и възможности за прецизен последващ печат върху повърхността. Технологията редуцира значително загубите на материал по време на работните цикли, което спестява много средства на производителите, използващи скъпи оцветители и подобрители. Възможностите за рециклиране на отпадъчния материал допълнително оптимизират процеса.

Системите за многослойно леене правят възможна и паралелната изработка на защитно покритие на изделията, подсилен удароустойчив слой или електропроводим слой, които придават различни свойства на готовите продукти и позволяват приложенията им в редица индустриални области.

Иновации в материалите и технологията
Редица иновативни технологии навлизат на пазара на решения за шприцване на пластмаси. Изключително голям потенциал за подобрения с цел оптимизиране на процеса на леене под налягане е налице в областта на материалите, където се проектират и патентоват технополимери с различни свойства и характеристики, позволяващи изработката на нови типове полимерни изделия и значително повишаване ефективността на производствените операции.

Все по-често се използват например нискотемпературни термопластични полимери, които изискват по-малко енергия за загряване и разтопяване и ускоряват леенето и втвърдяването на готовия продукт.

Много от новостите в областта на адитивното производство (3D принтирането) паралелно се пренасят и в конвенционалното шприцване на пластмаси. Високотехнологичните съвременни шприц автомати и леякови системи са напълно автоматизирани, което значително скъсява работните цикли и повишава цялостната ефективност на технологията.

Посредством сензори, контролери, комплексни софтуерни платформи, системи за машинно зрение и роботизирани системи операциите, в които традиционно е налице загуба на ресурс (изходен материал, труд, време, енергия и др.), могат да бъдат оптимизирани.

Значителни подобрения на технологията могат да бъдат постигнати посредством използване на CAD/CAM системи за проектиране и производство на шприцформите, както и виртуални инструменти за компютърно симулиране на леенето под налягане чрез сложни алгоритми, за да се елиминират потенциалните грешки и загуби на материал при реалната операция и да се оптимизира дизайна на шприцформите.

Всички тези технологични подобрения на процеса на шприцване позволяват оптимален контрол на качеството, който е основен приоритет при изработката на изделия за медицинско оборудване или електроника например, намаляване на разходите и времето за производство на пластмасови изделия и значително повишаване на екологичните им характеристики поради намалената консумация на енергия.

Top