Високотехнологични шприц машини

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 3/2019 • 06.06.2019


Изработката на пластмасови изделия чрез леене под налягане непрекъснато бива осъвременявана чрез въвеждането в производствените практики на различни иновативни и високоефективни технологии. И макар качествените подобрения при инженерните материали и дизайна на матриците да са от съществено значение за цялостното оптимизиране на метода, от най-ключова важност се оказва модернизацията при шприц машините.

Съвременните шприц автомати разполагат с богат инструментариум от технологични решения за преодоляване на различни традиционни предизвикателства при шприцването на пластмаси като загубите на материал, ниската производствена и енергийна ефективност и недостатъчната екологосъобразност на метода. Машините за инжекционно формоване от ново поколение се отличават с висока степен на автоматизация, възможности за роботизирано обслужване, системи за мониторинг и управление на работните параметри и множество други предимства в сравнение с предшествениците си от края на миналия век.

В контекста на новия глобален производствен ред, зададен от Industry 4.0 и Internet of Things, шприц машините са изправени пред предизвикателството да се съревновават по производителност и ефективност с иновативни производствени решения като 3D принтирането и да отговорят на нарастващите изисквания за интелигентна функционалност вследствие на повсеместната дигитализация в индустрията.

 

Роля на автоматизацията

Автоматизацията изиграва водеща роля в усъвършенстването на леенето на пластмаси под налягане през годините. Съвременните достижения в областта успяват да превърнат шприц автоматите в достойни конкуренти на адитивните техники за производство на пластмасови изделия, промотирани от Четвъртата индустриална революция.

Средствата за автоматизация асистират машините за инжекционно формоване в най-повторяемите и рутинни операции – изваждането на готовите втвърдени детайли от шприцформите, поставянето им върху транспортните ленти, придвижващи продукцията към следващия етап на обработка и т. н. Конвенционалните решения за автоматизирано обслужване на шприц автоматите са със сравнително ниска степен на безопасност за хората и обикновено се налага да бъдат обезопасявани или отделяни от другите работни зони чрез защитни ограждения.

Технологичното развитие в областта на роботиката обаче позволява значително по-безопасното автоматизиране на тези операции чрез високоефективни системи за роботизирано обслужване и коботи. Функциите за ограничаване на силата, прецизиране на движенията и предотвратяване на сблъсък и дори допир с човека прави възможна колаборацията между хора и роботи в споделено работно пространство и в производството на пластмасови продукти. Интегрирането на толкова висши средства за автоматизация в изпълнението на метода му осигуряват непостигана досега гъвкавост и ефективност.

Благодарение на съвременните технологични разработки в областта се наблюдава отчетливо подобрение в повторяемостта на производствените процеси и цялостно повишаване на качеството на готовата продукция. И ако в миналото на автоматизиране са подлежали основно груби и силови операции в индустриалното производство, днес роботизираните асистенти и коботите могат да заместят човека и в далеч по-фини задачи като т. нар. overmolding или двустъпковия процес по изработка на пластмасово изделие от два различни материала.

При него първо се отлива ядро от по-твърд субстрат, върху което се шприцва втори по-мек материал, например течен силикон или термопластичен еластомер. Друго подходящо приложение на автоматизираните обслужващи системи за шприц автомати е обрязването на излишния материал, образуван от леяковите разделителни канали на матрицата. Изключително високата прецизност на роботите в тази дейност често елиминира нуждата от допълнителна повърхностна обработка на детайлите за по-неспецифични приложения.

Автоматизирането на редица операции при леенето на пластмаси под налягане е желателно не само с цел повишаване на качеството, прецизността и скоростта на изпълнение, но и в стремежа да се изключат някои непосредствени рискове за здравето и безопасността на работниците.

Шприцоването е поначало опасна за човека производствена технология, свързана с екстремни горещини, много подвижни машинни елементи, тесни работни пространства и често затруднено извършване на ремонт и поддръжка на машините. Използването на автоматизирани и роботизирани системи за изпълнението на тези задачи позволява не само драстично повишаване на безопасността за работниците, но и освобождаването им от обслужващите операции и пренасочването им към по-отговорни дейности като програмиране на машините и ефективно оползотворяване потенциала на наличните ресурси за автоматизация.

 

Роботизиране на операциите

Роботизираните шприц машини могат да произвеждат богат асортимент от компоненти и изделия чрез леене под налягане на широк набор от материали в матрици. Големият им обхват на действие в хоризонтално и вертикално направление им осигурява висока степен на гъвкавост, което ги прави атрактивна инвестиция във все повече производствени приложения в полимерната индустрия. Този тип роботи могат да изпълняват различни задачи, свързани с производството на пластмасови продукти, като затягане на леяковите форми, зареждане на ядрата за повърхностно шприцване при двустъпковия процес на формоване под налягане, финишна обработка и асемблиране на отлетите части. Те са в състояние да извършват и специфични операции като вътрешно декориране и етикетиране на заготовките в матриците.

Специализираните роботизирани клетки за инжекционно формоване в най-модерните съвременни фабрики могат да изпълняват и сложни задачи по ултразвуково и лазерно заваряване, намалявайки времетраенето на цикъла по заваръчна обработка. Друго основно предимство на робоклетките е възможността им да осъществяват предварителна обработка на пластмасови или каучукови компоненти и изделия, на които им предстои повърхностно нанасяне на адхезив или боя.
Едно от водещите приложения на роботизираните системи е т. нар. шприцване с вложка.

При този метод по време на формоването в леяковата форма роботът поставя метална или полимерна вложка, около която се инжектира под налягане основният полимерен субстрат. Така формованото ядро може да се подложи на допълнително повърхностно формоване чрез инжектиране на втори вид материал в друга матрица, в чиято сърцевина е разположена първичната заготовка. Зареждането и разтоварването на детайлите и матриците се извършва автоматизирано от робота. Докато изделието се втвърдява, роботизираната система може да уплътнява времето си чрез подрязването на излишния материал от леяковите канали върху повърхността на продуктите от предишната партида, повишавайки производителността и ефективността.

В автоматизирането на процеса по леене на пластмаси под налягане могат да се използват широка гама от роботи с различна товароносимост. 3-осните роботи обикновено се срещат в комбинация с хоризонтални машини за инжекционно формоване във високоскоростни производствени процеси, а 6-осните са гъвкав вариант както за хоризонтални, така и за вертикални конфигурации, позволявайки по-голям обемен обхват на работната зона. 6-осните системи са подходящи и за окачен (подвижен или статичен надземен) монтаж при наличие на препятствия за монтирането им на земята. SCARA роботите пък осигуряват работно пространство с формата на окръжност и са отлично решение за зареждане и разтоварване на вертикални шприц автомати.

 

Системи за бърза подмяна на шприцформите

Водещи задачи по посока оптимизиране на процеса на леене под налягане са адекватното “оразмеряване” на производствените партиди в зависимост от приложението, намаляването на скрапа, редуцирането на времето за конфигуриране и интегрирането на възможности за прогнозна поддръжка на шприц машините.

В допълнение към генералните цели за повишаване на ефективността, производителността и скоростта на шприцване, тези мерки могат значително да подобрят работата на съвременните високотехнологични автомати за шприцване на пластмаси под налягане. Една от най-времеемките дейности в процеса, която притежава огромен потенциал за автоматизиране, е подмяната на шприцформите.

Ако се изпълнява ръчно, тя неминуемо ще консумира най-голям дял от времето и разходите за изработка на пластмасовите изделия. Това е също и производственият етап, който крие най-голям риск от трудови злополуки.

Ето защо експертите препоръчват инвестирането в решение за автоматична подмяна на матриците, което обикновено се изплаща изключително бързо. Освен ускоряване на процеса и намаляване на времето за производство този технологичен ъпгрейд ще позволи и повишаване на безопасността на формоването.

По данни от пазарни проучвания в областта внедряването на система за автоматична подмяна на шприцформите намалява: разходите за инвентаризация с до 60%, разходите за труд с до 40%, времетраенето на производствените прекъсвания с до 15% и общите производствени разходи с до 20%. Така замяната на горещите запълнени с разтопена пластмаса матрици с празни леякови форми значително се ускорява, а процедурата от часове се съкращава до едва няколко минути.

Друг от техническите аспекти, притежаващи потенциал за оптимизиране, е захващането на шприцформите. Специализираните средства за бързо захващане могат да сместят много от необходимото време, като в допълнение повишават и степента на безопасност, тъй като така матриците вече не изискват ръчно освобождаване и затягане.

Още един аспект по отношение на леяковите форми, който позволява технологични подобрения, е техният дизайн. Колкото по-прецизни са повърхностите им, толкова по-малка (или никаква) финишна обработка ще е необходима за готовите изделия. А това отново ще допринесе за ускоряване на етапа на производство. Тези възможности са от особена важност и при прототипирането, а подобренията в дизайна на матриците се считат за важни стъпки към “скъсяване на дистанцията” между проекта, прототипа и крайния продукт.

 

Интелигентни функции

Дигитализираните фабрики на Индустрия 4.0 изискват интелигентно оборудване и това важи в пълна сила за съвременните шприц машини. За да отговорят на динамичните изисквания на глобалната индустрия в хода на нейната цифрова трансформация, машините за леене на пластмаси под налягане стават все по-високотехнологични, производителни и ефективни.

Те са и все по-свързани и интелигентни, превръщайки се в ключови елементи от производствената комуникационна мрежа, способни да обменят информация с останалото оборудване в системата, да се самообучават и дори да вземат автономни решения. Основния ресурс в условията на Четвъртата индустриална революция са данните и именно във възможностите за събиране, обработка и обмен на данни се крие най-голям потенциал за оптимизиране работата на модерните шприц автомати. Благодарение на сензорните, информационни и комуникационни технологии от ново поколение шприц машините в наши дни могат да функционират прецизно и сигурно, с почти нулева човешка намеса и със солидна гаранция за повторяемо високо качество на продукцията.

Сред начините за интелигентно повишаване на ефективността на процеса на формоване са функциите за автоматично стартиране на програма за предварително затопляне след получаването на данни от системата за мониторинг, че предишният етап от производствения цикъл наближава своя край. Комуникацията между отделните производствени станции и машини може да сведе до минимум времетраенето на периода в режим на изчакване на оборудването.

И тъй като генерирането и поддържането на определено количество топлина за разтопяването на пластмасата изисква значително количество енергия, функцията за предварително подгряване, достъпна при интелигентните съвременни шприц автомати, е важно стъпало в посока повишаване на енергийната им ефективност.
Изобилието от данни за технологичните процеси в реално време позволява прилагането и на друга важна стратегия в контекста на Industry 4.0 – прогнозната поддръжка.

На база събраните от оборудването данни за производствените техники и етапи, натоварването и поведението на отделните системи в течение на времето програмата за превантивна поддръжка може да идентифицира потенциални проблеми и да предотврати предстоящи неизправности чрез препоръки за подмяна на даден компонент, преразпределяне на натоварването и оптимизиране на експлоатацията на шприц машините.

Големите информационни масиви, генерирани от интегрираните в оборудването сензори, могат да послужат като база за изготвяне на диагностични доклади и показания за по-ефективна работа на автоматите. Така производителите ще могат да гарантират, че няма да бъдат допускани нежелани отклонения от сроковете и изпълнението на клиентските поръчки няма да бъде възпрепятствано.

Възможността всички машини в една фабрика да бъдат свързани помежду си в единна облачна платформа значително унифицира и улеснява работата. Така на оборудването се делегира ключовата отговорност да събира, анализира и споделя необходимата информация с цел да решава максимално автономно и да гарантира оптимално и постоянно качество.

Сред ключовите възможности за технологично обновяване на шприц машините е и IoT свързаността. Събраните и анализирани данни, свързани с работата на автоматите за формоване под налягане, могат да осигурят максимална повторяемост на процеса по шприцване, обезпечавайки едно и също високо ниво на качеството на продукцията.

 

Скорост и управление

На пазара се предлагат различни модели шприц автомати, обикновено подразделени в три класа според капацитета или тонажа, определящ мощността на затваряне/заключване – до 200 т, от 200 до 500 т и над 500 т. По отношение на задвижването отново са достъпни три варианта – електрически, хидравлични и хибридни автомати.

Проектантите на високотехнологични шприц машини все по-често залагат на хибридни решения. Изцяло електрическите машини за леене под налягане също набират висока популярност поради възможностите им да си съперничат с хидравличните конфигурации с акумулаторно осигуряване във високоскоростни приложения като формоването на пластмасови опаковки и капачки.

Стремежът към подобрена бързина е отчетлив и при специализираните системи за леене на PET заготовки (от полиетилен терефталат), при които се залага на свързване между машината и системата за подмяна на матриците с цел максимално застъпване на отделните етапи, свеждането до абсолютния минимум на паузите и извличането на максималния потенциал от продължителност на производствения цикъл. За ускоряване на процесите се прилага и функция за бързо загряване и охлаждане на шприцформите.

Високото качество на изделията, произведени с помощта на високотехнологичните модерни машини за леене на пластмаси под налягане, се гарантира и от специализираните интегрирани платформи за мониторинг и управление на шприцването, които се грижат за оптималната настройка на работни параметри като температурата и налягането на изходния материал. Прецизният контрол на технологичния процес, опосредстван от събраните от сензорите данни, е основен фактор за оптимизиране на процеса.

Системата е в състояние да регистрира хода на промяна във вискозитета на материала в течение на неговото затопляне и да изчисли минималната необходима сила на инжектиране с цел избягване на излишен механичен стрес върху изделията и матриците. На подобен принцип интелигентният шприц автомат може самостоятелно да измери и необходимия поток на охлаждащ флуид към шприцформите с цел постигане на оптимален процес на отнемане на топлина без преохлаждане или допускане на загуби на енергия.

 

Пазарни тенденции

По данни от актуално проучване на сегмента шприц машини, цитирани от Market Watch, глобалният пазар на оборудване за леене на пластмаси под налягане е бил в размер на над 15 млн. щатски долара през 2017 г. и се очаква да достигне повече от 22 млн. до края на 2025 г. Подобно развитие ще бъде показател за комбиниран годишен темп на растеж в сегмента от 4,7%, прогнозират пазарните специалисти.

Основните фактори, стимулиращи ръст в продажбите на шприц автомати през последните три години, са: нарастващото търсене в световен мащаб на лети пластмасови изделия и повсеместното налагане на норми за енергийна ефективност, промотиращи използването на високоефективно оборудване. Тези тенденции ще се запазят и в бъдеще, очакват анализаторите, като предвиждат скок в продажбите на изцяло електрически и хибридни машини за инжекционно формоване през следващите няколко години.

Водещ сегмент по отношение на задвижванията обаче ще останат електрическите системи, твърдят от Market Watch.
Конкурентоспособността на метода в сравнение с алтернативни технологии, като триизмерния печат, ще се запази и през идната петилетка благодарение на множеството технологични подобрения в метода, дизайна на машините и шприцформите.

Най-търсените от потребителите функции през следващите 5-6 години ще включват: отдалечен мониторинг, мониторинг на състоянието (включително измерване на вибрации, въртящ момент, температура, както и проследяване статуса на лагери и ротационни елементи, електрически системи, затягащи приспособления, инжекционни дюзи и т. н.).

Новият брой 6/2019

брой 6-2019

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top