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成功研制双位置五层共挤双模中空成型機
編輯:廣東AG8亚游集团精密機械有限公司   時間: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機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、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、農副産品、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

項目適用于生産具有良好的阻隔、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複雜的小型五層共擠塑料中空成型制品。所生産的容器可以替代玻璃瓶,適用于各種包裝行業的技術要求;項目也能生産金屬材料無法成型的形狀複雜的零部件,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機处于空白状态,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機

单层塑料中空成型機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、 项目研制过程

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台自動加料機、5台單螺杆塑料擠出機、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)項目基本生産工藝流程

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→開模→制品自動輸送→余坯切除→制品自動測漏→制品收集。

(3)  项目的主要技术参数

最大制品容積:1L。模頭數:2個。

共擠層數:5層。工位數:2個。

最大挤出产量:55kg/h。  制品层间结构:A/B/C/D/E。

螺杆直徑:A、C、E層ф40mm,B、D層ф35m。

螺杆長徑比:25:1。螺杆最大轉速:65r/min。

螺杆驅動電機功率: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。

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:約12t。

(4) 项目适用原料

PA、EVOH、EVA、HDPE、PP、粘合樹脂、珠光素、發泡劑。

2、企業自有知識産權的專利技術應用情況

項目應用企業自有知識産權的國家專利技術3項,詳見下表。



三、 关键技术问题

1、高阻隔樹脂用螺杆

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、五層共擠雙模頭

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;二是模頭熔料並合口熔體壓力較低,不可避免要産生積料,造成制品更換顔色或配方時要耗用大量的原料和時間排擠舊顔色和舊原料。經反複改進設計及試驗,最終在模頭熔料並合口處增加模頭的清洗通道。通道平時用螺塞旋合封閉,當改變制品顔色或更換配方時,只要旋下螺塞大量的舊顔色、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顔色和配方,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、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,達到提高制品産量的目的。

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、余坯切除裝置

以往中空制品成形後的余坯、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。爲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。制品脫模後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。通常中空成型機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、液壓系統

由于擠出産量的提高使制品産量同步得到提高,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。爲了解決這一問題,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産場地,大大地增加了制造成本。爲了解決上述問題,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

國産設備控制技術落後,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、螺杆轉速、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、制品生産數量等參數,並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,能及時報警並提供故障報告,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,可明顯提高生産線的經濟效益,大大提高了國産設備的自動化控制水平。


四、 试制结果

1、項目采用適應PA、EVOH原料加工的螺杆、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産權的專利技術。

2、項目具有多項創新點:(1)適應高阻隔原料加工的“波紋”螺杆。(2)適應溫差很大原料加工的多層共擠模頭。(3)模頭熔料並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杆。(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)項目生産的五層共擠制品與一般設備生産的制品不同:擠出層數多,制品結構設計靈活、原料搭配合理,能生産3層阻隔材料和形狀複雜的制品。

3、樣機經安裝調試、運行生産表明: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、 今后发展方向

不斷開發不同技術檔次和大型系列産品、研究和開發適應不同結構、不同功能制品生産的多層共擠、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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