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成功研制双位置五层共挤双模中空成型机
编辑:广东鑫美精密机械有限公司   时间:2018-03-19

受广东省科学技术厅委托,由汕头市科技局主持,研制的双工位五层共挤双模头中空成型机通过了省级科技成果鉴定。鉴定委员会一直认为“该产品为国内首创,达到国外同类产品先进技术水平”。


一、项目研制的目的和意义

1、社会进步和行业发展的需要

随着塑料原料工业的发展和人们环保意识及生活质量的不断提高,食品、农副产品、医药、化工、汽车、机械等行业对小型多层共挤塑料中空成型制品的需求量越来越大。

2、制品的新要求

项目适用于生产具有良好的阻隔、密封、避光、耐腐蚀、耐温、抗菌、无毒、保质、防静电、阻燃、高强度、高韧性、耐冲击等性能以及形状复杂的小型五层共挤塑料中空成型制品。所生产的容器可以替代玻璃瓶,适用于各种包装行业的技术要求;项目也能生产金属材料无法成型的形状复杂的零部件,如摩托车汽油箱(降低汽油挥发)、汽车风箱、轴环、挡风玻璃清洗水箱等。

3、节约和合理使用石油资源

塑料原料来源于石油,世界石油资源严重紧缺,对资源的合理利用和节约使用是摆在各国面前的重要问题。项目利用塑料发泡这一先进技术,在经过特殊结构设计的五层共挤系统的任一层所用的塑料原料中加入发泡剂进行微发泡,可以提高制品的保温、抗冲击等性能,同时减轻制品的重量,减少原料的耗用,节省和合理使用人类有限的石油资源。

4、国内设备现状

由于国内多层共挤技术起步较慢,缺少核心技术,2层以上的共挤塑料中空成型机处于空白状态,而且产品技术落后,控制水平低,自动化程度不高,无法满足PA(聚酰胺,俗称尼龙)、EVOH(乙烯-乙烯醇乙烯共聚物)等高阻隔原料的加工。在项目研发之前,这种设备只有德国、美国、意大利等国家的少数塑机厂商能够生产。从国外引进设备每台约80万美元(不含关税),大多数厂家没有能力购买,渴求国产设备供应市场。

5、五层共挤塑料中空成型机

单层塑料中空成型机制品的使用原料单一,配方简单,对性能要求高的制品,必须耗用大量的贵重原料,例如为了保证整个制品的阻隔性能,必须全部采用PA;为提高制品的外表美观程度,必须比多层共挤的制品增加4~10倍的珠光素而PA珠光素成本高,无法维持生产。

五层共挤塑料制品具有优异的阻隔功能,如果用来包装新鲜牛奶,保质期长达0.5~1年以上(普通包装只有1~1.5月),包装番茄汁的保质期长达2年以上,满足出口包装要求。而且五层共挤三层共挤原料费要低,强度要高,结构设计灵活方便。


二、 项目研制过程

1、技术方案的确定

(1)项目的主要结构

2SPZADV~1双工位五层共挤双模头中空成型机主要由5台自动加料机、5台单螺杆塑料挤出机、热流道、五层共挤双模头、型坯壁厚自动控制、管坯自动封切、吹塑、双工位移模、锁模成型、中空成型模具、余坯切除、制品自动输送、制品在线自动测漏、液压(比例压力、比例流量)、气动、机架及计算机集中控制系统等构成。

(2)项目基本生产工艺流程

自动加料→塑化挤出→管坯成型、型坯壁厚控制→管坯封切→移模合模夹管坯、预吹塑→移模吹塑成型→开模→制品自动输送→余坯切除→制品自动测漏→制品收集。

(3)  项目的主要技术参数

最大制品容积:1L。模头数:2个。

共挤层数:5层。工位数:2个。

最大挤出产量:55kg/h。  制品层间结构:A/B/C/D/E。

螺杆直径:A、C、E层ф40mm,B、D层ф35m。

螺杆长径比:25:1。螺杆最大转速:65r/min。

螺杆驱动电机功率:A、C、E层5.5kW;B、D层3kW。

模头结构:五层共挤双模头。

模头口模直径:根据制品配作。

型坯壁厚自动控制点数:100点。

锁模力:40kN。主油路油泵电机功率:11kW。

油泵型式:高压低噪声双联叶片泵。

液压系统大泵工作压力:5Mpa。

液压系统小泵保压压力:10Mpa。

压缩空气压力:0.4~0.7MP。压缩空气用量:65m3/h。

标称加热总功率:30kW。  标称总功率:75kW。

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

重量:约12t。

(4) 项目适用原料

PA、EVOH、EVA、HDPE、PP、粘合树脂、珠光素、发泡剂。

2、企业自有知识产权的专利技术应用情况

项目应用企业自有知识产权的国家专利技术3项,详见下表。



三、 关键技术问题

1、高阻隔树脂用螺杆

PA、EVOH是生产多层共挤高阻隔性能塑料制品的重要原料。这些原料在一般的螺杆加工过程中,由于在较长的时间内要承受较高的剪切作用,料温不断上升,容易造成挤出物料过热分解,既污染挤出系统,又严重影响薄膜的质量。为了解决这一难点,企业自有知识产权的专利技术ZL 01 2 58204.2一种非圆塑料挤出螺杆,既保证原料充分剪切,又使熔体温度得以控制,保证挤出系统的清洁和制品质量,解决了关键挤出部件的难题。

2、五层共挤双模头

五层共挤双模头是产品成型的关键部件,设计时采用企业自有知识产权的专利技术ZL 00 2 27270.9“一种塑料多层共挤机头装置”。模头设计时必须充分考虑以下若干关键问题:为了追求高生产率(经济效益),模头设计为双模头结构(即互相平行的两个并联的模头),能够同时挤出互相平行的两条熔融的管坯(即吹塑制品的毛坯),为了保证两条管坯的挤出长度和重量相等,模头流道的尺寸必须保持一致,两个模头必须保持很高的对称度。由于对各种塑料原料有丰富的熔体流道设计经验,结合熔体流道设计理论,清楚地知道主流道、支流道、料流分布流道设计应有一定的压缩比,而且模头内压力分布要合理,避免流道设计出现死角,流道要光滑,才能使物料流动通畅,无积料等不良现象和避免熔体受热过度分解产生焦料。由于PA与EVOH、PE的加2222艺温度相差很大,每一个模头必须分为上下两级,同时使模头的加热器能够分段设计,达到模头分段加热的目的,大大减小温度对不同模头流道中挤出物料的影响。

3、模头清洗通道

塑料加工过程存在两个普遍的问题:一是模头必须定期拆卸清洗,清除粘贴在模头流道表面上的积料,拆卸模头十分麻烦;二是模头熔料并合口熔体压力较低,不可避免要产生积料,造成制品更换颜色或配方时要耗用大量的原料和时间排挤旧颜色和旧原料。经反复改进设计及试验,最终在模头熔料并合口处增加模头的清洗通道。通道平时用螺塞旋合封闭,当改变制品颜色或更换配方时,只要旋下螺塞大量的旧颜色、旧原料可通过该通道迅速地挤出模头外,整个清洗的挤出时间通常小于20min。这一技术创新既能延长模头定期拆卸清洗的周期,又大大地方便了平时设备变更制品的颜色和配方,此创新减.少模头清洗时间8~24h、节约挤出熔料清洗模头的原料400~1300kg。

4、型坯壁厚自动控制

由于连续挤出的管坯从模头口模挤出时处于熔融状态,处于熔融状态的熔体受重力的作用,管坯自堕变薄,随着挤出管坯的长度增大,  管坯会变得越来越薄,呈渐变式的下厚上薄的现象。项目通过控制点数为100点的型坯壁厚自动控制装置对管坯进行壁厚曲线设定,型坯壁厚自动控制装置在计算机的控制下根据设定的壁厚曲线实现自动的循环控制,从而达到制品厚度分布合理、重量合适、原料节省,符合制品质量要求。

5、双工位移模及锁模成型装置

由于制品在成型模具中冷却和定型需要一定的时间,时间长短与原料加工温度的高低及制品的不同厚度有关。通过加大挤出机的挤出量,配套双工位移模、锁模装置,利用一个工位的制品在冷却时,另一个工位进行移模、合模、管坯封切等工作,从而合理地利用设备工作时间,达到提高制品产量的目的。

项目采用ZL01 235905.X“一种中空塑料器具成型装置”的专利技术,通过油缸的顶杆与模架连接增加了联动杆,形成能将油缸所受到的反作用力转移到模架的中段平衡,从而消除了模具受压不平衡而变形的问题。

6、余坯切除装置

以往中空制品成形后的余坯、飞边和提把孔挡壁等,必须靠人工修除,工作效率低,经常发生工伤的事故。为了提高工作效率和设备的自动化水平,项目采用自动余坯切除装置。余坯切除装置由制品输送导轨、制品定位夹紧,余坯铲切、气动系统等构成。制品脱模后在制品自动输送装置的作用下进到余坯铲切工位,定位夹紧装置(俗称假模)夹紧制品,气动系统驱动余坯铲刀,自动铲切制品上面的余坯、飞边、提把孔挡壁,从而提高设备的工作效率和自动化水平。

7、管坯自动封切装置

由于制品成型管坯是连续挤出的,必须利用切刀把管坯切断为一定工艺长度的成型管坯。通常中空成型机采用常规技术加热切刀对管坯进行切断,而不能作管坯封底处理,主要依靠加热得通红的切刀对管坯实施切断。尽管热切刀选择了特殊的耐热合金钢并在切刀的一端设计有切刀拉直装置,都无法解决切刀长期受热表面氧化、重重脱层、切刀受热弯曲变形、寿命短、管坯切口不整齐等缺陷。为了解决这些问题,项目采用不必加热的常温切刀。切刀共2片,分别安装在前后的刀架上,在驱动机构的作用下能同时向管坯中心合拢,就象剪板机剪切钢板一样瞬间剪断管坯。为满足管坯的预封底更加有利于制品的成型工艺,刀架附带安装有凹凸槽的预封底装置,在管坯切断的同时对管坯底部进行自动热封。由于切刀不需要加热,不仅切刀表面不易氧化、不脱层、不弯曲变形、寿命长、管坯切口整齐,同时也减少电耗,降低制品的生产成本。

8、液压系统

由于挤出产量的提高使制品产量同步得到提高,带来了快速移模、开模、合模、锁模过程容易出现明显的液压冲击现象。为了解决这一问题,项目采用了国际先进的比例流量和比例压力的液压回路(即电液比例回路),实现系统工作过程压力、流量和速度能根据执行部件的位置要求进行灵活设定调整,使移模、开模、合模、锁模的动作平稳、柔和、协调,运动快捷,避免液压冲击的不良现象。

9、制品在线自动测漏

一般中空成形机没有制品在线自动测漏功能,制品需要进行离线测漏,既占用时间又占用生产场地,大大地增加了制造成本。为了解决上述问题,项目成功地在设备上附加制品在线自动测漏装置

10、计算机集中控制

国产设备控制技术落后,控制精度差,程序运行速度慢。项目采用计算机集中控制系统,专门设计了自动控制软件对整机加工温度、螺杆转速、熔体压力、熔体温度、型坯壁厚、管坯封切、合模、锁模、开模、移模、吹塑、制品在线自动测漏等进行计算机集中控制,同时显示和监控温度、电流、电压、压力、制品生产数量等参数,并具有自动报警和自诊断等功能。系统操作简便、显示清晰易懂、信息以图文和图表方式表示,能及时报警并提供故障报告,实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化。同时可以储存制品的加工工艺参数,方便操作,便于企业管理,可明显提高生产线的经济效益,大大提高了国产设备的自动化控制水平。


四、 试制结果

1、项目采用适应PA、EVOH原料加工的螺杆、五层共挤双模头、型坯壁厚自动控制、管坯自动封切、吹塑、双工位移模、锁模成型、中空成型模具、余坯切除、制品自动输送、制品在线自动测漏、液压(比例压力、比例流量)、计算机集中控制等先进技术及以自有知识产权的专利技术。

2、项目具有多项创新点:(1)适应高阻隔原料加工的“波纹”螺杆。(2)适应温差很大原料加工的多层共挤模头。(3)模头熔料并合流道低压区清洗通道。(4)加料段小螺旋升角螺棱的微发泡粉剂螺杆。(5)采用联动平衡式合模装置,避免模具受压不平衡变形。(6)采用常温切刀(冷切刀)及坯底封合新技术。(7)制品在线自动测漏装置。(8)计算机集中自动控制的专用软件。(9)项目生产的五层共挤制品与一般设备生产的制品不同:挤出层数多,制品结构设计灵活、原料搭配合理,能生产3层阻隔材料和形状复杂的制品。

3、样机经安装调试、运行生产表明:项目各项技术性能指标均达到原《技术任务书》的技术要求,性能先进,运行稳定可靠。

五、 今后发展方向

不断开发不同技术档次和大型系列产品、研究和开发适应不同结构、不同功能制品生产的多层共挤、多模腔、多模头的塑料中空成型设备,以满足用户的需要。

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