Компактные термопластавтоматы Т-25 и Т-50 с возможностью совмещения процессов

Компактность и скорость

Изначально компания «Алтайпласт» занималась производством пластиковой тары в небольшом цеху, имея в своем распоряжении две пресс-формы и два горизонтальных ТПА. С появлением новых клиентов появилась потребность в расширении станочного парка или покупке многоместных пресс-форм для увеличения скорости производства. Приобретение качественных многоместных форм повлекло бы за собой смену оборудования на более крупное, увеличение затрат на электроэнергию, а также необходимость в более опытном и квалифицированном персонале. Изучив предложения от производителей ТПА, сотрудники компании не смогли найти качественное и компактное оборудование для рентабельного изготовления небольших пластиковых изделий, которое было бы оптимальным по условиям и стоимости. Это послужило толчком к разработке компактного и скоростного оборудования для собственных нужд производства.

В основу концепции были заложены такие цели, как использование доступных комплектующих отечественного производства, ремонтопригодных узлов и агрегатов, оптимизация гидравлической и пневматической систем.

На данный момент станочный парк группы компаний «Алтайпласт» включает тринадцать ТПА и три робота-манипулятора. Более 80% оборудования были разработаны и собраны силами самой компании: четыре ТПА 1-го поколения (выпуск 2004 г.), шесть ТПА 2-го поколения (выпуск 2009 г.), один ТПА — 3-го поколения (выпуск 2018 г.).

После создания станков 1-го и 2-го поколения также началось создание вспомогательной оснастки для декорирования тары и упаковки в процессе изготовления. Был получен первый прототип двухосевого пневматического робота-манипулятора на штоковых цилиндрах серии DSNU производства компании Festo — он способен вкладывать этикетку и металлические детали в пресс-форму и извлекать литник.

От вакуумной техники к консервации продуктов

Что касается продукции компании, то в 2010 г. была реализована идея производства комбинированной упаковки, а именно банок из полимера, которые будут подходить под закатку металлической крышкой. Вакуумные решения Festo позволили ускорить разработку технологии впаивания пленки из полимерных материалов и алюминиевой фольги, а также листовых материалов, с которых невозможно снять статический заряд. Банки из полимера не уступают по газобарьерным свойствам аналогам среди металлических консервных банок и даже превосходят их по ряду параметров:

• Полимер, в отличие от металла, не подвержен коррозии. Стенки пластиковой тары в местах вмятин не выделяют вредных веществ, в то время как в жестяной банке при деформации внутреннего лакового покрытия происходит контакт продукта с металлом.
• Конусная форма комбинированной упаковки, в отличие от прямых форм металлической тары, не имеет технологических сложностей и не требует крупных финансовых затрат, поскольку предоставляет возможность укладки в стопку «банка в банку», что позволяет оптимизировать расходы на транспортировку и хранение тары.
• Двойной закаточный шов. Эластичность полимера позволяет улучшить закаточный шов, уплотнить соединение металлической крышки с посадочным фланцем банки при использовании меньшего слоя уплотнительной пасты.

За несколько лет экспериментов и опытов была разработана и запатентована технология улучшения газобарьерных свойств полимерной тары путем впаивания этикетки, содержащей слой алюминиевой фольги, которая дает те же барьерные показатели, что и металлическая упаковка.

Третье поколение ТПА

В начале 2016 г. в компании появилось подразделение «Производственная компания «Алтайпласт», которое занимается разработкой нового оборудования и упаковки, экспериментами и исследованиями композитных материалов, а также разработкой решений для литья под давлением полимеров для конкретных проектов.

Разработка оборудования 3-го поколения тоже началась с 2016 г. При этом основной задачей проекта было создать более компактное, скоростное, энергоэффективное и надежное оборудование. В результате появились Т-25 и Т-50 — две модели компактного ТПА для прецизионного литья небольших пластиковых изделий (до 45–87 г). Они представляют собой вертикальные ТПА с поворотным столом, имеющим три возможные позиции (3 матрицы / 1 пуансон), и управляются посредством контроллера Festo.

Оптимизированный алгоритм и параллельный процесс литья и извлечения готового изделия позволяют избавиться от холостого хода, благодаря чему потребление электроэнергии сокращается на 50–75%. Оснастка пресс-формы является частью станка, для изготовления пластиковых изделий требуется только формообразующая. Это позволяет ускорить и удешевить процесс производства пресс-форм.

Кроме того, новые ТПА обладают модульной компоновкой и снабжены затворным горячим каналом, независимой системой впрыска и набора дозы, а также раздельной системой гидравлики, исключающей гидро­удар в системе. Предусмотрены широкие возможности по дополнительному оснащению машин.

Основные технические характеристики двух моделей 3-го поколения ТПА представлены в таблице.

Среди преимуществ нового ТПА стоит отметить компактность: он занимает в 2,5 раза меньше места по сравнению со стандартными ТПА. Габаритные размеры станка (Д×Ш×В) — 1450×950×1700 мм. С применением двухкоординатного портала YXCL длина станка увеличивается и в крайнем рабочем положении может составлять 2250 мм. Таких габаритных размеров удалось достичь за счет новых технологических решений от компании Festo: например, использование скоростного компактного робота-портала позволило уменьшить высоту и ширину ТПА.

Еще одной особенностью Т-25 (рис.) и Т-50 является гибкость. Переход с одной продукции на другую может осуществлять один оператор, вся процедура занимает около 30 мин. Благодаря изменению принципа работы пресс-формы разработчикам удалось избавиться от тяжелых плит, толкателей и другой оснастки. За счет поворотного стола-кондуктора установка формообразующих не требует высокой точности позиционирования и квалификации персонала. Затворная горячеканальная система и линейные датчики Festo позволяют быстро откалибровать и настроить систему впрыска с точностью 0,1 г.

Рисунок. Термопластавтомат Т-25 компании «Алтайпласт»

Скорость и надежность ТПА обеспечивает новый принцип работы гидравлической системы. Добиться стабильности в жестких условиях эксплуатации на высокой скорости позволило использование серводвигателей EMMS и контроллера CPX-E от компании Festo.

Также новый ТПА позволяет сэкономить расходы на электроэнергию и другие ресурсы. Изменение гидравлической системы привело к уменьшению объема маслостанции до 36–38 л. А использование частотных преобразователей и оптимального алгоритма действия насосов позволило сократить разницу температуры смазочно-охлаждающих жидкостей на входе и выходе, снизив энергопотребление станка и охлаждающего оборудования без потери качества и скорости.

Контроллер CPX-E от Festo поддерживает интерфейсы I/O-Link и EtherCAT. Благодаря этому появилась возможность вносить корректировки в работу оборудования и следить за состоянием агрегатов в режиме онлайн через браузер ПК или с мобильного устройства из любого места. Специалисты компании Festo оказали необходимую помощь в подключении и настройке корректной связи контроллера с оборудованием других производителей.

Выбор комплектующих был основан на таких критериях, как надежность, качество, срок службы, наличие 3D-моделей и технической документации.

На протяжении двух лет сотрудники компании «Техкомавтоматика» (официальные дистрибьюторы компании Festo) принимали участие в разработке и проектировании систем пневматики и автоматизации ТПА 3-го поколения.

Для проектирования были применены САПР. Наличие точных 3D-моделей на сайте Festo позволило исключить ошибки в расчете станины и крепежных элементов и детально визуализировать будущее оборудование.

При проектировании защитного корпуса внимание уделялось и внешнему виду изделия, который не должен был уступать западным аналогам.

Принципы работы станка

Основная идея машины заключается в отсутствии холостого хода и совмещении процессов, которые могут осуществляться параллельно. Работа ТПА организована следующим образом:

• Точный узел впрыска и набор дозы. Благодаря использованию затворного горячего канала и позиционной линейки Festo можно добиться высокой точности литья и отсутствия литника на готовом изделии. После впрыска, при закрытом положении затвора, шнек начинает вращение для набора дозы, поднимая поршень гидравлического цилиндра, отвечающий за впрыск. При достижении нужного уровня сырья в плунжере срабатывает датчик положения. Когда между плунжером и материальным цилиндром закрывается клапан, станок готов открыть затвор и произвести впрыск.
• Для каждой операции предусмотрен свой гидравлический насос. Данное решение позволяет гибко подойти к настройкам процесса литья: повысить энергоэффективность и скорость, уменьшить объем масляного бака, исключить гидравлический удар. В ТПА используются разные по мощности насосы и асинхронные двигатели под управлением преобразователя частоты на операциях смыкания, размыкания (холостой ход), впрыска. Точный подбор параметров двигателей и насосов для отдельной операции позволил снизить затраты на потребление электроэнергии и стоимость комплектующих.
• Поворотный стол на три позиции позволяет параллельно выполнять процессы: литья и удержания формы, вкладки этикетки или другого предмета в форму, извлечения готовой продукции. Такое решение дает возможность существенно повысить производительность оборудования по сравнению с классическими ТПА с последовательным выполнением операций.
• Для изготовления пластиковых изделий на ТПА достаточно изготовить один пуансон и три матрицы небольшого размера. Пусконаладку ТПА сможет выполнить оператор-наладчик 3-го разряда. Работнику необходимо посадить на конус горячего канала пуансон и зафиксировать его, разместить матрицы в карусель-кондуктор, а также настроить нужные параметры впрыска и робот-манипулятор.
• При проектировании пресс-форм любую формообразующую необходимо вписать в диаметр 200 мм. Данная конструкция не исключает изготовления многоместных форм, размещения изделий по кругу или звездой с одной точкой впрыска. Карусель-кондуктор регулируется по высоте. Станция для извлечения готового изделия имеет настраиваемую систему толкателей, механизм для извлечения изделий с резьбой, а робот-манипулятор снабжен вакуумной присоской или захватом.

Станок Т-25 проектировался для изготовления небольших пластиковых изделий мелкими партиями с возможностью быстрой перенастройки на другой вид продукции. На примере изделий компании «Алтайпласт» были получены следующие технические параметры:

• Полипропилен 270 марки «Сибур», вес изделия 5 г, диаметр 99 мм, высота 4 мм, с впаянной этикеткой IML, ресурс формы 3 млн смыканий; крейсерская скорость 650 шт/ч (энергопотребление 3,2 кВт), максимальная скорость 747 шт/ч (энергопотребление 5,9 кВт).
• Пищевой полипропилен 270 марки «Сибур», вес изделия 3 г, диаметр 74 мм, высота 4 мм, с впаянной этикеткой IML, ресурс формы 3 млн смыканий; крейсерская скорость 690 шт/ч (энергопотребление 3 кВт), максимальная скорость 760 шт/ч (энергопотребление 5,7 кВт).
• «Ложка», 7-местная форма с одной точкой впрыска, вписанная в диаметр 200 мм, расположение по кругу, полипропилен 270 марки «Сибур», вес изделия 1,2 г, вес отлива 12 г, ресурс формы 2 млн смыканий; крейсерская скорость 2520 шт/ч (энергопотребление 3,9 кВт), максимальная скорость 3150 шт/ч (энерго­потребление 6 кВт).

Заключение

Компактность станка и его технические параметры уже вызвали интерес производителей из других регионов России, поэтому в скором времени ТПА станет применяться и вне рамок компании «Алтайпласт».

ТПА Т-25 особенно подходит для производителя, не имеющего штата квалифицированных специалистов по литью полимеров под давлением, который хочет самостоятельно обеспечивать себя небольшой тарой и/или мелкими комплектующими из полимера. Т-25 может использоваться как для массового, так и для серийного производства. Также он подойдет и для единичного выпуска изделий, поскольку не требует дорогостоящих пресс-форм и сопутствующего оборудования.