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成功研制雙位置五層共擠雙模中空成型機

編輯:廣東鑫美精密機械有限公司時間:2018-03-19

受廣東省科學技術廳委托,由汕頭市科技局主持,研制的雙工位五層共擠雙模頭中空成型機通過了省級科技成果鑒定。鑒定委員會一直認為“該產品為國內首創,達到國外同類產品先進技術水平”。


一、項目研制的目的和意義

1、社會進步和行業發展的需要

隨著塑料原料工業的發展和人們環保意識及生活質量的不斷提高,食品、農副產品、醫藥、化工、汽車、機械等行業對小型多層共擠塑料中空成型制品的需求量越來越大。

2、制品的新要求

項目適用于生產具有良好的阻隔、密封、避光、耐腐蝕、耐溫、抗菌、無毒、保質、防靜電、阻燃、高強度、高韌性、耐沖擊等性能以及形狀復雜的小型五層共擠塑料中空成型制品。所生產的容器可以替代玻璃瓶,適用于各種包裝行業的技術要求;項目也能生產金屬材料無法成型的形狀復雜的零部件,如摩托車汽油箱(降低汽油揮發)、汽車風箱、軸環、擋風玻璃清洗水箱等。

3、節約和合理使用石油資源

塑料原料來源于石油,世界石油資源嚴重緊缺,對資源的合理利用和節約使用是擺在各國面前的重要問題。項目利用塑料發泡這一先進技術,在經過特殊結構設計的五層共擠系統的任一層所用的塑料原料中加入發泡劑進行微發泡,可以提高制品的保溫、抗沖擊等性能,同時減輕制品的重量,減少原料的耗用,節省和合理使用人類有限的石油資源。

4、國內設備現狀

由于國內多層共擠技術起步較慢,缺少核心技術,2層以上的共擠塑料中空成型機處于空白狀態,而且產品技術落后,控制水平低,自動化程度不高,無法滿足PA(聚酰胺,俗稱尼龍)、EVOH(乙烯-乙烯醇乙烯共聚物)等高阻隔原料的加工。在項目研發之前,這種設備只有德國、美國、意大利等國家的少數塑機廠商能夠生產。從國外引進設備每臺約80萬美元(不含關稅),大多數廠家沒有能力購買,渴求國產設備供應市場。

5、五層共擠塑料中空成型機

單層塑料中空成型機制品的使用原料單一,配方簡單,對性能要求高的制品,必須耗用大量的貴重原料,例如為了保證整個制品的阻隔性能,必須全部采用PA;為提高制品的外表美觀程度,必須比多層共擠的制品增加4~10倍的珠光素而PA珠光素成本高,無法維持生產。

五層共擠塑料制品具有優異的阻隔功能,如果用來包裝新鮮牛奶,保質期長達0.5~1年以上(普通包裝只有1~1.5月),包裝番茄汁的保質期長達2年以上,滿足出口包裝要求。而且五層共擠三層共擠原料費要低,強度要高,結構設計靈活方便。


二、 項目研制過程

1、技術方案的確定

(1)項目的主要結構

2SPZADV~1雙工位五層共擠雙模頭中空成型機主要由5臺自動加料機、5臺單螺桿塑料擠出機、熱流道、五層共擠雙模頭、型坯壁厚自動控制、管坯自動封切、吹塑、雙工位移模、鎖模成型、中空成型模具、余坯切除、制品自動輸送、制品在線自動測漏、液壓(比例壓力、比例流量)、氣動、機架及計算機集中控制系統等構成。

(2)項目基本生產工藝流程

自動加料→塑化擠出→管坯成型、型坯壁厚控制→管坯封切→移模合模夾管坯、預吹塑→移模吹塑成型→開?!破纷詣虞斔汀嗯髑谐破纷詣訙y漏→制品收集。

(3)  項目的主要技術參數

最大制品容積:1L。模頭數:2個。

共擠層數:5層。工位數:2個。

最大擠出產量:55kg/h。  制品層間結構:A/B/C/D/E。

螺桿直徑:A、C、E層ф40mm,B、D層ф35m。

螺桿長徑比:25:1。螺桿最大轉速:65r/min。

螺桿驅動電機功率:A、C、E層5.5kW;B、D層3kW。

模頭結構:五層共擠雙模頭。

模頭口模直徑:根據制品配作。

型坯壁厚自動控制點數:100點。

鎖模力:40kN。主油路油泵電機功率:11kW。

油泵型式:高壓低噪聲雙聯葉片泵。

液壓系統大泵工作壓力:5Mpa。

液壓系統小泵保壓壓力:10Mpa。

壓縮空氣壓力:0.4~0.7MP。壓縮空氣用量:65m3/h。

標稱加熱總功率:30kW。  標稱總功率:75kW。

平均能耗:55kW。外型尺寸(1xbxh):3.872m×2.73m×2.67m。

重量:約12t。

(4) 項目適用原料

PA、EVOH、EVA、HDPE、PP、粘合樹脂、珠光素、發泡劑。

2、企業自有知識產權的專利技術應用情況

項目應用企業自有知識產權的國家專利技術3項,詳見下表。



三、 關鍵技術問題

1、高阻隔樹脂用螺桿

PA、EVOH是生產多層共擠高阻隔性能塑料制品的重要原料。這些原料在一般的螺桿加工過程中,由于在較長的時間內要承受較高的剪切作用,料溫不斷上升,容易造成擠出物料過熱分解,既污染擠出系統,又嚴重影響薄膜的質量。為了解決這一難點,企業自有知識產權的專利技術ZL 01 2 58204.2一種非圓塑料擠出螺桿,既保證原料充分剪切,又使熔體溫度得以控制,保證擠出系統的清潔和制品質量,解決了關鍵擠出部件的難題。

2、五層共擠雙模頭

五層共擠雙模頭是產品成型的關鍵部件,設計時采用企業自有知識產權的專利技術ZL 00 2 27270.9“一種塑料多層共擠機頭裝置”。模頭設計時必須充分考慮以下若干關鍵問題:為了追求高生產率(經濟效益),模頭設計為雙模頭結構(即互相平行的兩個并聯的模頭),能夠同時擠出互相平行的兩條熔融的管坯(即吹塑制品的毛坯),為了保證兩條管坯的擠出長度和重量相等,模頭流道的尺寸必須保持一致,兩個模頭必須保持很高的對稱度。由于對各種塑料原料有豐富的熔體流道設計經驗,結合熔體流道設計理論,清楚地知道主流道、支流道、料流分布流道設計應有一定的壓縮比,而且模頭內壓力分布要合理,避免流道設計出現死角,流道要光滑,才能使物料流動通暢,無積料等不良現象和避免熔體受熱過度分解產生焦料。由于PA與EVOH、PE的加2222藝溫度相差很大,每一個模頭必須分為上下兩級,同時使模頭的加熱器能夠分段設計,達到模頭分段加熱的目的,大大減小溫度對不同模頭流道中擠出物料的影響。

3、模頭清洗通道

塑料加工過程存在兩個普遍的問題:一是模頭必須定期拆卸清洗,清除粘貼在模頭流道表面上的積料,拆卸模頭十分麻煩;二是模頭熔料并合口熔體壓力較低,不可避免要產生積料,造成制品更換顏色或配方時要耗用大量的原料和時間排擠舊顏色和舊原料。經反復改進設計及試驗,最終在模頭熔料并合口處增加模頭的清洗通道。通道平時用螺塞旋合封閉,當改變制品顏色或更換配方時,只要旋下螺塞大量的舊顏色、舊原料可通過該通道迅速地擠出模頭外,整個清洗的擠出時間通常小于20min。這一技術創新既能延長模頭定期拆卸清洗的周期,又大大地方便了平時設備變更制品的顏色和配方,此創新減.少模頭清洗時間8~24h、節約擠出熔料清洗模頭的原料400~1300kg。

4、型坯壁厚自動控制

由于連續擠出的管坯從模頭口模擠出時處于熔融狀態,處于熔融狀態的熔體受重力的作用,管坯自墮變薄,隨著擠出管坯的長度增大,  管坯會變得越來越薄,呈漸變式的下厚上薄的現象。項目通過控制點數為100點的型坯壁厚自動控制裝置對管坯進行壁厚曲線設定,型坯壁厚自動控制裝置在計算機的控制下根據設定的壁厚曲線實現自動的循環控制,從而達到制品厚度分布合理、重量合適、原料節省,符合制品質量要求。

5、雙工位移模及鎖模成型裝置

由于制品在成型模具中冷卻和定型需要一定的時間,時間長短與原料加工溫度的高低及制品的不同厚度有關。通過加大擠出機的擠出量,配套雙工位移模、鎖模裝置,利用一個工位的制品在冷卻時,另一個工位進行移模、合模、管坯封切等工作,從而合理地利用設備工作時間,達到提高制品產量的目的。

項目采用ZL01 235905.X“一種中空塑料器具成型裝置”的專利技術,通過油缸的頂桿與模架連接增加了聯動桿,形成能將油缸所受到的反作用力轉移到模架的中段平衡,從而消除了模具受壓不平衡而變形的問題。

6、余坯切除裝置

以往中空制品成形后的余坯、飛邊和提把孔擋壁等,必須靠人工修除,工作效率低,經常發生工傷的事故。為了提高工作效率和設備的自動化水平,項目采用自動余坯切除裝置。余坯切除裝置由制品輸送導軌、制品定位夾緊,余坯鏟切、氣動系統等構成。制品脫模后在制品自動輸送裝置的作用下進到余坯鏟切工位,定位夾緊裝置(俗稱假模)夾緊制品,氣動系統驅動余坯鏟刀,自動鏟切制品上面的余坯、飛邊、提把孔擋壁,從而提高設備的工作效率和自動化水平。

7、管坯自動封切裝置

由于制品成型管坯是連續擠出的,必須利用切刀把管坯切斷為一定工藝長度的成型管坯。通常中空成型機采用常規技術加熱切刀對管坯進行切斷,而不能作管坯封底處理,主要依靠加熱得通紅的切刀對管坯實施切斷。盡管熱切刀選擇了特殊的耐熱合金鋼并在切刀的一端設計有切刀拉直裝置,都無法解決切刀長期受熱表面氧化、重重脫層、切刀受熱彎曲變形、壽命短、管坯切口不整齊等缺陷。為了解決這些問題,項目采用不必加熱的常溫切刀。切刀共2片,分別安裝在前后的刀架上,在驅動機構的作用下能同時向管坯中心合攏,就象剪板機剪切鋼板一樣瞬間剪斷管坯。為滿足管坯的預封底更加有利于制品的成型工藝,刀架附帶安裝有凹凸槽的預封底裝置,在管坯切斷的同時對管坯底部進行自動熱封。由于切刀不需要加熱,不僅切刀表面不易氧化、不脫層、不彎曲變形、壽命長、管坯切口整齊,同時也減少電耗,降低制品的生產成本。

8、液壓系統

由于擠出產量的提高使制品產量同步得到提高,帶來了快速移模、開模、合模、鎖模過程容易出現明顯的液壓沖擊現象。為了解決這一問題,項目采用了國際先進的比例流量和比例壓力的液壓回路(即電液比例回路),實現系統工作過程壓力、流量和速度能根據執行部件的位置要求進行靈活設定調整,使移模、開模、合模、鎖模的動作平穩、柔和、協調,運動快捷,避免液壓沖擊的不良現象。

9、制品在線自動測漏

一般中空成形機沒有制品在線自動測漏功能,制品需要進行離線測漏,既占用時間又占用生產場地,大大地增加了制造成本。為了解決上述問題,項目成功地在設備上附加制品在線自動測漏裝置

10、計算機集中控制

國產設備控制技術落后,控制精度差,程序運行速度慢。項目采用計算機集中控制系統,專門設計了自動控制軟件對整機加工溫度、螺桿轉速、熔體壓力、熔體溫度、型坯壁厚、管坯封切、合模、鎖模、開模、移模、吹塑、制品在線自動測漏等進行計算機集中控制,同時顯示和監控溫度、電流、電壓、壓力、制品生產數量等參數,并具有自動報警和自診斷等功能。系統操作簡便、顯示清晰易懂、信息以圖文和圖表方式表示,能及時報警并提供故障報告,實施現場智能化的精確控制、監測以及遠程參數化。同時可以儲存制品的加工工藝參數,方便操作,便于企業管理,可明顯提高生產線的經濟效益,大大提高了國產設備的自動化控制水平。


四、 試制結果

1、項目采用適應PA、EVOH原料加工的螺桿、五層共擠雙模頭、型坯壁厚自動控制、管坯自動封切、吹塑、雙工位移模、鎖模成型、中空成型模具、余坯切除、制品自動輸送、制品在線自動測漏、液壓(比例壓力、比例流量)、計算機集中控制等先進技術及以自有知識產權的專利技術。

2、項目具有多項創新點:(1)適應高阻隔原料加工的“波紋”螺桿。(2)適應溫差很大原料加工的多層共擠模頭。(3)模頭熔料并合流道低壓區清洗通道。(4)加料段小螺旋升角螺棱的微發泡粉劑螺桿。(5)采用聯動平衡式合模裝置,避免模具受壓不平衡變形。(6)采用常溫切刀(冷切刀)及坯底封合新技術。(7)制品在線自動測漏裝置。(8)計算機集中自動控制的專用軟件。(9)項目生產的五層共擠制品與一般設備生產的制品不同:擠出層數多,制品結構設計靈活、原料搭配合理,能生產3層阻隔材料和形狀復雜的制品。

3、樣機經安裝調試、運行生產表明:項目各項技術性能指標均達到原《技術任務書》的技術要求,性能先進,運行穩定可靠。

五、 今后發展方向

不斷開發不同技術檔次和大型系列產品、研究和開發適應不同結構、不同功能制品生產的多層共擠、多模腔、多模頭的塑料中空成型設備,以滿足用戶的需要。

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