Меню Рубрики

Установки для ротационного формования

Ротационное формование термопластов : Основные стадии, выбор оборудования

Этот метод переработки позволяет получать полые изделия разнообразных форм и размеров из термопластичных материалов, используемых в виде порошков или паст (пластизолеи). Процесс ротационного формования отличается простотой и включает три основных стадии (рис.1). На первой из них I в холодную форму, представляющую собой полую раковинообразную конструкцию, загружается определенное количество полимерного материала. Далее (стадия II) закрытую форму помещают в камеру нагрева, где и происходит собственно процесс формования. При этом с помощью соответствующих устройств форма приводится во вращение относительно двух осей. При вращении с относительно невысокой частотой расплавленный полимер распределяется по стенкам формы.

Третья стадия III заключается в охлаждении формы с отформованным изделием, которое может осуществляться с помощью холодного воздуха или водяного тумана; при этом форма продолжает вращаться для полного и равномерного затвердевания полимера по всей поверхности формы. После завершения охлаждения форма раскрывается и готовое изделие извлекается из нее; благодаря усадке материала при охлаждении изделия процесс извлечения не вызывает затруднений.

Ротационное формование широко используется для изготовления разнообразных изделий самой различной величины и формы — деталей приборов, корпусных деталей мебели, бочек и контейнеров, лодок и др. Процесс происходит при атмосферном давлении, условия формования исключают значительные нагрузки на стенки оснастки, поэтому формы для ротационного формования могут иметь тонкие стенки и относительно дешевы. Объем формуемых изделий определяется размерами камеры нагрева и может достигать нескольких кубометров. Для обогрева форм используется горячий воздух (электрические нагреватели) или сжигаемый природный газ.

Рис. 1. Принципиальная схема ротационного формования

К преимуществам ротационного формования, по сравнению с другими методами получения полых изделий, относятся простота изготовления и дешевизна оснастки, возможность варьирования толщины стенки (вплоть до 15-20 мм), очень низкий уровень остаточных напряжений в готовом изделии, практически полное отсутствие отходов и, как следствие, экономичность процесса. Благодаря интенсивному развитию в последние годы обнаружен ряд технологических преимуществ этого метода — возможность получения изделий сложной формы со стенками различной толщины, многослойных изделий и т. д. Низкая стоимость оснастки в ряде случаев делает экономически целесообразным использование ротационного формования для получения малых партий изделий. Недостатками процесса являются длительность цикла формования, ограниченный выбор материалов и их относительно высокая стоимость, низкий уровень размерной точности готовых изделий.

Для переработки методом ротационного формования используются в основном несколько видов термопластов. Это, в первую очередь, полиэтилен, доля которого составляет от 85 до 95% продукции, причем применение находят практически все виды этого полимера, в том числе сшивающийся. Его достоинства — высокая термостабильность, легкая перерабатываемость гранул в порошок, относительно низкая стоимость. Разработана, например, сп диальная марка полиэтилена, показатель текучести расплава которой при переработке уменьшается с 5 до 1,5. Этот материал характеризуется повышенным значением ударной вязкости при низких температу¬рах (до -30 °С).

Среди остальных полимеров лидирующую роль занимают пластизоли на основе ПВХ (от 10 до 13%), объем производства которых достаточно велик и имеются марки, специально предназначенные для ротационного формования. Для ротационного формования разработаны также специальные марки полиамидов, поликарбонатов, полипропилена, полистирола. Возможно изготовление этим методом изделий из термореактивных полимеров — полиуретанов, эпоксидных композиций и др., а также совмещение процесса полимеризации и формования (например, при полимеризации капролактама). В этом случае в форму загружают композицию на основе капролактама и катализатор. В процессе ротационного формования происходит полимеризация. Из смесей полимеров, отличающихся друг от друга значениями температуры плавления, получают двухслойные изделия с различными свойствами слоев. Для предотвращения окисления некоторых термопластов (например, полиамидов) в форму нагнетают инертный газ. Иногда ротационное формование осуществляют с использованием жестких вкладышей и вставок.

Для модификации свойств материалов, перерабатываемых ротационным формованием, широко используются различные добавки — термо-и светостабилизаторы, вспенивающие агенты, наполнители (в т. ч. и волокнистые) и др. В России конкурентоспособное по ценам и качеству сырье, пригодное для ротационного формования, в настоящее время не производится, кроме ПЭ и ПВХ.

Формы для ротационного формования достаточно просты и изготавливаются из стали или алюминия. Алюминиевые формы используют для изготовления сложных изделий, а также при изготовлении нескольких одинаковых форм (литьем). При эксплуатации формы подвергаются значительным термическим напряжениям из-за многократных циклов нагрева (до 300 °С) и охлаждения.

Выбор оборудования для ротационного формования определяется конфигурацией и размерами изделия, типом материала и серийностью производства. Применяется одно-, трех- и четырехшпиндельные установки непрерывного и периодического действия (рис. 2). Формы крепятся на так называемой «руке», которая осуществляет вращение формы и перемещает ее из одной зоны в другую. Чаще всего для повышения производительности используют машины карусельного типа с тремя или четырьмя «руками». Это позволяет увеличить производительность, сократить расход тепла и получать несколько разных изделий одновременно. Каждая «рука», на которой смонтировано несколько форм, находится в соответствующей зоне технологичекого цикла. Общий вид ротационной установки показан на рис. 3.

Читайте также:  Установка проставок на задние пружины дэу нексия

Рис. 2. Устройство для двухосного вращения форм: а — 4-шпиндельная установка; б — одношпиндельная для крупноразмерного изделия

Время нахождения «руки» в определенной зоне определяется временем формования самого трудоемкого изделия, после чего производится одновременное перемещение «рук» в следующую зону технологического цикла.

Ротационное формование относится к практически безотходным процессам. При конструировании ротационных форм можно достичь 100% выхода изделий из исходного сырья. Бракованные изделия и удаляемые части изделий утилизируются, а полученные материалы используются для изготовления новых изделий. Типичные примеры применения изделий, полученных ротационным формованием, приведены ниже.

Рис. 3. Установка для производства крупноразмерных изделий ротационным формованием: 1 — термокамера; 2 — ротационное устройство; 3 — форма; 4 — изделие

Центробежное формование (иногда центробежное литье) — метод изготовления изделий в виде тел вращения — цилиндров (труб), втулок, подшипников скольжения и т. п. Этот метод, как правило, находит применение в тех случаях, когда размеры (габариты или толщина) изделия не позволяют изготовить его другими методами.

Для получения изделий по такой технологии в нагретую форму, торцы которой закрыты фланцами, загружают порцию расплава термопласта или жидкой смолы с отвердителем. Если термопласт загружают в форму в виде порошка или гранул, плавление полимера и его гомогенизация в обогреваемой форме существенно снижает производительность. Поэтому для ускорения процесса получения изделий нередко применяют (экструдер с копильником, откуда в форму подается необходимый объем расплава.

В отличие от ротационного формования процесс осуществляется при высоких частотах вращения нагреваемой формы, поэтому под действием центробежных сил в материале развивается достаточно большое давление и усадка готового изделия невелика. После охлаждения и остановки снимаются фланцы, изделие извлекают из формы. Обычно внутренний слой изделия имеет более рыхлую структуру и удаляется механической обработкой для получения необходимого внутреннего диаметра. С учетом этого материал дозируют с запасом в 10-15%.

Наибольшее распространение этот метод находит в получении толстостенных труб большого диаметра из полиамидов, полиэфиров и других термопластов с низкой вязкостью расплава; из-за склонности этих полимеров к окислению полость формы заполняется инертным газом (СО2, азот). При изготовлении изделий из полиамидов один из вариантов технологии предусматривает загрузку в форму расплава капролактама и катализатора анионной полимеризации, после чего нагретая форма приводится во вращение. Из-за высокой скорости полимеризации длительность процесса практически не зависит от толщины стенок формуемого изделия.

Технологии [151] Изделия [77]
Оборудование [42] Сырье [109]
Обзоры рынков [172] Интервью [92]
Репортаж [26] Все статьи

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел/Факс: +7 (495) 645-24-17
Прислать сообщение

источник

Типы ротоформовочных машин, способы крепления форм.

Ротационное формование (роторная формовка).

Типы ротоформовочных машин.

Существует несколько типов машин для производства пластмассовых изделий методом ротационного формования (ротоформовка).

Однопозиционные ротационные машины
К однопозиционным роторноформовочным машинам относятся машины имеющие один ротор (руку), который размещается прямо в термокамере. Возможно исполнение с подвижной станиной ротора, которая может перемещаться вместе с ротором из камеры в зону охлаждения, однако при этом сама термокамера, пока идет процесс охлаждения, извлечения готового изделия и засыпки новой порции сырья, простаивает.

Двухпозиционные ротационные машины типа Shuttle.

Shuttle ротоформовочные машины имеют два независимых ротора (руки), которые поочередно перемещаютя в камеру нагревания и обратно в зону охлаждения таким образом, что пока происходит роторное формование изделий на одном роторе в термокамере, формы на другом роторе охлаждаются, разбираются и, после извлечения готового пластмассового изделия и засыпки очередной порции полимерного порошка, снова собираются. Такая конструкция позволяет увеличить производительность ротационной машины в два раза.

Многопозиционные ротационные машины.

Ротационные машины типа Shuttle в большинстве случаев обеспечивают максимальную производительность при полной загрузке печи. Однако при использовании сложных форм или большого количества форм, время их разборки и сборки может превышать время непосредственно самой роторной формовки в печи, что ведет к простою термокамеры. В этом случае используется дополнительный комплект форм, которые устанавливаются и снимаются без разборки на машине, исключая тем самым время простоя на разборку, либо добавляется еще один или два ротора, при этом термо камера в собранном виде поворачивается рабочей частью к ротору.

Крепление формы на платформе.

Формы на роторе могут крепиться на параллельных платформах, которые обеспечивают к оформляющей оснастке легкий доступ. Кроме того, конструкция платформ представляет из себя решетчатую поверхность, к которой форма сразу крепится болтами без дополнительных кронштейнов, что очень удобно при частой смене производимых изделий. К недостаткам такой схемы относится невозможность использования одной формы на весь объем термо камеры.

Читайте также:  Установка пианино в квартире

Крепление формы между поддерживающими суппортами.

Для этого типа крепления формы используются поддерживающие элементы в подшипниковых опорах (суппорты), к котором через специальные шарниры крепятся либо форма, либо ферма (балка), на которую закрепляются несколько форм. Такая конструкция обеспечивает возможность установки как одной, так и нескольких форм на весь объем термокамеры.

Крепление формы на одном поддерживающем суппорте.

Такой способ крепления используется только для конструкций с торцевым извлечением формы, который обеспечивает отсутствие продольного следа на формовке в месте размыкания формы, что очень важно для получения качественного внешнего вида изделия. Однако этот способ крепления вызывает большие нагрузки на опорный суппорт, что часто делает невозможным использование тяжелых форм или формовку с большим количеством полимера. Для устранения этого недостатка применяется съемный кронштейн с дополнительным суппортом по вышеприведенной схеме.

Состав оборудования

Выбор способа крепления формы зависит от типа используемых форм и требований к качеству готовых изделий и производительности оборудования. Наиболее универсальной является схема с дополнительным съемным суппортом, обеспечивающим возможность получения ротоформованных изделий без продольных следов от стыков формы. Кроме того, при такой схеме можно производить изделия, с учетом вращения, на весь объем термокамеры, а для небольших изделий возможно размещение нескольких штук вокруг центральной балки, закрепляемой в суппортах.

Типы ротоформовочных машин

МКМ выпускает двухпозиционные ротационные машины для роторного формования пластмассовых изделий объемом до 20 м3. Нагрев форм производится дизельными горелками Lamborgini, процесс роторного формования автоматизирован.

Ротоформовочные (ротационные) машины RF3000D и SRF 20000 DH

источник

Система управления установкой ротационного формования

Наш заказчик ― ООО «Техно-Арт» (www.tech-art.ru) ― один из лидеров отечественного рынка по производству автокомпонентов из полимерных материалов. «Техно-Арт» выпускает широкий ряд комплектующих для российских и зарубежных автомобилестроительных компаний. Среди них Голицинский (ГоЛАЗ), Ликинский (ЛиАЗ) и Павловский автобусные заводы (ПАЗ), «Русские автобусы Марко», Минский тракторный завод («Белорус»), «Роскат» и «Ростсельмаш». На предприятии освоен ряд технологий, позволяющий выпускать сотни видов продукции: инжекционное формование стеклопластика, вакуумное, ротационное и выдувное формование, технология инжекционного формования полиуретанов, технология по производству сендвич-панелей. Помимо производства «Техно-Арт» предлагает своим клиентам услуги по поверхностному и твердотельному моделированию, разработку конструкций и документации, прототипирование и разработку промышленного дизайна изделий, инженерные расчеты прочности элементов, кинематики и динамики.

Исходная ситуация. До начала проекта на предприятии эксплуатировалось несколько установок подобного типа. Когда встал вопрос о расширении производства и создании новой современной установки, специалисты «Техно-Арта» приняли решение о создании собственной уникальной установки с полностью автоматической системой управления. В пользу этого говорило желание избежать проблем, связанных с эксплуатацией установок, управляемых операторами вручную. Технология ротационного формования требовательна к точному соблюдению временных циклов обработки, скоростям и направлению вращения форм, поддержанию заданных температур при нагреве и охлаждении. Зачастую, человеческий фактор оказывает сильное влияние на технологический процесс. Из-за несоблюдения параметров доля выхода годной продукции может составлять всего 30―70%. Высокий выход брака значительно увеличивает себестоимость продукции и снижает ее конкурентоспособность. Установки с ручным управлением требовательны к квалификации персонала, что затрудняет поиск нужных специалистов. Установки с автоматической системой управления облегчают запуск производства новых изделий. Технолог, после отработки технологических режимов, вносит их в память управляющей программы, в т. н. библиотеку, где хранятся данные о параметрах для производства всех типов изделий. Далее, при продолжении производства нового изделия достаточно загрузить необходимую программу. На «ручных» установках при возобновлении производства зачастую требуется вспоминать и заново отрабатывать технологический цикл.

Описание установки. Проектирование установки и производство узлов «Техно-Арт» проводил собственными силами. Специалисты «Промситеха» были приглашены для подбора датчиков, приводов, компонентов системы управления и электроавтоматики. Разработка программы управления велась совместно с технологами заказчика, программирование и сборка шкафов проводилась нашими силами.

Рисунок 1. Общий вид установки ротационного формования

На рисунке 1 представлен общий вид установки ротационного формования. В центре располагается камера нагрева (поз. 1), имеющая в двух сторон раздвижные ворота, через которые заводятся ротационные формы. В камеру по рельсам с двух сторон могут въезжать две тележки (поз. 2 и 3), на рычагах которых устанавливаются ротационные формы с сырьем. Обе тележки имеют три рабочие зоны ― загрузки, нагрева (когда формы находятся внутри камеры нагрева) и охлаждения. В зоне охлаждения установлены вентиляторы (поз. 4).

Управление установкой осуществляется с трех пультов. В шкафу центрального пульта (поз. 5) располагается промышленный компьютер, в памяти которого записана управляющая программа. С этого пульта оператор может выбрать все необходимые производственные режимы для изготовления различных типов изделий. Запуск каждой тележки производится с пультов (поз. 6 и 7), расположенных вблизи зоны загрузки. Обмен данными между пультами, датчиками и приводами производится по единой шине c интерфейсом RS-485.

Читайте также:  Установка газовой горелки на баллончик

Рисунок 2. Приводы и устройство тележки

На рисунке 2 схематично изображена одна из тележек с оснасткой. Тележка (поз. 1), установленная на рельсах, и приводится в движение с помощью мотор-редуктора (поз. 7). В подшипниковых блоках на стойках на тележке закреплен рычаг (поз. 2) ― полая стальная труба, которая может вращаться в обоих направлениях вокруг своей оси. Вращение передается через цепную передачу от мотор-реудктора (поз. 5). Внутри трубы рычага на подшипниках установлен вал, который передает крутящий момент на приводные валы ротационных форм через коническую передачу. Коническая передача расположена внутри головки рычага (поз. 3). Вал приводится в движение с помощью цепной передачи от мотор-редуктора (поз. 6). Скоростью и моментов всех мотор-редукторов управлют частные преобразователи, установленные в шкафах пультов тележек. Головка рычага представляет собой, по сути, раздаточную коробку с подшипниковыми блоками. Она снабжена двумя вращающимися фланцами, на которые крепятся формы. Вращение форм осуществляется с помощью приводного вала (поз. 4). Форма представляет собой полый контейнер, внутренняя форма которого повторяет контуры изготавливаемой детали. Внутрь формы помещается гранулированный полимер, который после нагревания и вращения формы по определенному циклу по нескольким осям, распределяется и формирует стенки изделия. Данная установка позволяет производить детали весом до 1500 кг.

Описание работы и алгоритма системы управления. По заданию заказчика мы реализовали следующий алгоритм управления. Оператор с помощью компьютера на центральном пульте управления выбирает из библиотеки набор параметров для изготовления определенного типа изделия. Для каждой пары ротационных форм, расположенных на рычагах первой и второй тележек, может быть выбраны разные параметры. После загрузки сырья с пультов тележек оператор дает команду на запуск процесса. Приводы, выражающие формы начинают работу, тележка движется к камере нагрева. Положение тележки относительно камеры фиксируется индуктивными датчиками. При приближении головки рычага к камере нагрева ее ворота открываются, головка с формами заходит в камеру. После этого приводы вращения отрабатывают положенную программу: меняются скорости и направление вращения двух осей. Управляющая программа отслеживает скорость, направление вращения, а также параметры нагрева камеры. По окончании цикла тележка начинает движение из зоны нагрева в зону охлаждения, которое также фиксируется индуктивными датчиками. Ворота камеры открываются, выпуская головку, затем закрываются. В процессе движения из зоны нагрева и во время нахождения в зоне охлаждения приводы вращения продолжают работу по заданному технологическому алгоритму.

После окончания процесса охлаждения формы перемещаются в зону разгрузки. При этом система управления позиционирует головку определенным образом (с помощью индуктивного датчика) так, чтобы оператору было удобно производить разгрузку готового изделия.

Установка подразумевает поочередное нахождение двух головок в зоне нагрева, поэтому если одна из пар форм уже находится в камере или движется к ней, вторая тележка находится в режиме ожидания в зоне загрузки/разгрузки.

Текущие технологические параметры отображаются на мониторе компьютера. Там же отображается положение тележек, приводных механизмов, показаны временные циклы.

Особое внимание при разработке было уделено защите от аварийных ситуаций, таких как аварийное отключение питания, заклинивание механических компонентов, появление в рабочей зоне людей.

Управляющая программа предусматривает ведение журнала событий (лог-файла) в котором отображаются следующие параметры: время начала и окончания работы установки, параметры технологических процессов (скорости и направления вращения, температуры, временные циклы), команды операторов, отказы оборудования, аварийные ситуации, количество произведенных единиц продукции, их типы.

При реализации проекта по требованию заказчика мы применили максимально экономичные, но достаточные по характеристикам комплектующие. В проекте были использованы еще выпускавшиеся в то время приводы серии COMBIVERT F4-C (KEB, Германия). Индуктивные датчики серии IFRM12 (Baumer Electric AG, Швейцария) были использованы для позиционирования тележек в рабочих зонах, фиксации крайних положений дверей нагревательной камеры, позиционирования ротационных форм в положении удобном для загрузки и загрузки, а также в системе безопасности (контроль закрытия дверей для ограничения доступа персонала в процессе работы установки). В шкафах управления были использованы процессорные модули, модули входов/выходов и конвертеры серии ЕХ-9000 (производства компании TOPS CCC, Тайвань), а в центральном шкафу управления одноплатный компьютер серии EX-96 (TOPS CCC).

Заключение. Созданная система управления полностью удовлетворила требования заказчика. Качество выпускаемой продукции больше не зависело от квалификации операторов. Был полностью исключено влияние человеческого фактора, автоматика выдерживала все временные и скоростные циклы при производстве изделий. Увеличилась производительность за счет увеличения количества ротационных форм в установке. Анализ записываемого лог-файла позволил анализировать и улучать и технологические процессы, фиксировать ошибки и аварийные ситуации.

Полученный в ходе реализации этого проекта опыт позволяет нам заниматься модернизацией уже имеющихся установок ротационного формования и участвовать в проектах по созданию нового оборудования подобного типа.

источник