Как выбрать ТПА? Тонкости выбора.

Термопластавтоматом называют устройство, предназначенное для литья пластических полимерных масс под давлением. При организации производства наиболее остро стоит проблема выбора подходящей модели. Последние 30-40 лет изменения в конструкции практически не производились. Все инновации связаны с увеличением степени сложности литья и внедрением новых опций управления процессом. Выбор необходимо делать с упором на основополагающие критерии. Все остальные возможности устройств необходимо обсуждать с технологами, в зависимости от специфики деятельности предприятия. Мы решили сделать качественный обзор всех критериев выбора термопластавтоматов с упором на особенности их применения для решения определенного ряда задач.

Ориентация корпуса

Условно термопластавтоматы можно разделить на горизонтальные и вертикальные модели по ориентации корпуса. Это не только внешние отличия, они сильно различаются по функциональности:

  1. Вертикальные модели

Данная категория имеет собственную внутреннюю классификацию, каждый тип позволяет решать определенный ряд поставленных задач:

– Классический вертикальные термопластавтомат (ВТПА) применяется для производства мелких пластмассовых деталей. Из-за высокого класса точности часто это элементы, являющиеся составными частями различных систем. В данном случае, активно применяется литье с закладным стальным элементом. С его помощью производят розетки, выключатели, вилки, рукояти сковородок, ручки крышек кастрюль и т.д. Исходными материалами наиболее часто выступают полиэтилен и поливинилхлорид.

– Двухплитные вертикальные термопластавтоматы на спаренном узле смыкания. Они созданы для создания изделий из пластика, имеющих внутренние включения из разнородных материалов. Это может быть армирование, электронные компоненты, проводка.

– ВТПА с корпусом С-образного типа. Впрыск производится по горизонтальному типу, а узлы смыкания имеют классическую вертикальную компоновку. Устройства применяются для литья деталей, собираемых в определенную конструкцию посредством защёлкивания. Классическим примером являются детские конструкторы и школьные пеналы.

– Модели с интегрированным поворотным столом закрепленного типа. Возможность ручного контроля процесса позволяет изготавливать самые мелкие детали, вплоть до пределов прочностных возможностей используемых материалов.

Вертикальная компоновка обладает следующими преимуществами:

– Компактные размеры, позволяющие экономить площадь помещения в 2-7 раз, в сравнении с горизонтальными аналогами.

– Удобство извлечения готовой продукции при литье с закладным элементом (ручки сковородок, инструментов и т.д.).

– Поворотные столы позволяют производить мельчайшие детали под контролем оператора с высокой степенью технологической точности, что позволяет получать продукцию, не требующую последующей обработки.

– Простейшая установка пресс-формы, не требующая наличия специализированного инструмента и высокого уровня навыков рабочего персонала.

– Возможность полной автоматизации выпуска небольшой партии готовых изделий.

  1. Горизонтальные термопластавтоматы

Данный тип инжекционно-литьевых машин невозможно разделить на разновидности. Он предназначен для выпуска продукции в промышленных масштабах без ограничений по объёмам разового тиража. Высокая выносливость позволяет работать практически круглосуточно без сбоев и возникновений технологического брака. Они обладают следующими преимуществами:

– Широкий выбор внутри серии от каждого производителя. Возможно гибкое конфигурирование по требованиям клиента.

– Логические контроллеры часто поддаются программированию, что позволяет делать наиболее точную настройку или правки в кодах после тестовых испытаний.

– Сравнительно высокая ремонтопригодность благодаря взаимозаменяемости наиболее часто выходящих из строя узлов.

– Некоторые модели поддерживают функцию вторичной переработки пластмасс с наполнителями.

– Многоточечные механизмы для запирания пресс-форм, позволяющие увеличить точность подачи плит смыкания. Усилие распределяется равномерно, без перекосов, истончения и заусенцев.

– Узел смыкания обычно имеет точные настройки, позволяющие позиционировать плиты с высокой степенью точности.

– Некоторые модели имеют строго отрегулированное положение плиточных элементов с погрешностью до 0.01 мм по всей длине оси движения.

– Увеличенные сроки работы пресс-формы из-за отсутствия критических нагрузок.

– Многорежимные системы выталкивания готовой продукции, что позволяет гибко работать с различными пластмассами, вне зависимости от хрупкости после остывания.

– Скорость открывания и закрывания формы крайне мало, а также снижено время, затрачиваемое на запуск и прохождение сухого цикла.

– Вы будете иметь практически неограниченный выбор узлов смыкания, а также подходящих к ним систем впрыска. Это позволит избежать ограничений в работе.

  1. Угловые ТПА

Существуют также комбинированные модели, сочетающие в себе функционал горизонтальных и вертикальных типов. В основном, это узкоспециализированные изделия, создаваемые для выпуска однотипной продукции, обладающей рядом уникальных геометрических параметров. Прессовая часть может иметь горизонтальную и вертикальную ориентацию.

  1. Настольные термопластавтоматы

Это небольшие, но полнофункциональные аппараты, большинство из которых способно работать даже от бытовой сети в 220В 50 Гц.

Они предназначены для хобби, лабораторных исследований и мелкосерийного производства для собственных нужд малых предприятий.

На таких ТПА возможно произвести  только очень малые по габариту изделия, такие как защелки, заглушки.

Возможна также классификация по конструктивной схеме и особенностям функционирования:

– Способ пластификации. Различают машины с двумя и одной червячной передачей, поршневым механизмом и комбинированным действием. От этого напрямую зависит усилие, продавливающее очередную порцию пластической массы. Выбор необходимо делать, в зависимости от исходного материала и его механических свойств при различных температурах.

– Особенности пластификации. Возможен совмещенный или раздельный процесс. В первом случае разогрев производится в процессе экструзии, а во втором осуществляется предварительный нагрев с учётом возможного последовательного остывания.

– Количество запорных механизмов форм, называемых также узлами смыкания. Их количество может быть любым, что зависит от нагнетаемого в пресс-форме давления. Многопозиционные модели могут иметь ротационный или карусельный механизм, существенно увеличивающий гибкость использования, повышая разнообразие разновидностей выпускаемых изделий.

– Привод ТПА может быть основан на электродвигателе, гидравлическом узле или комбинированной гидроэлектрической или электромеханической схеме. Выбирать необходимо по удобству использования определенного типа потребляемого энергоносителя с учётом будущей целесообразности и рентабельности в долгосрочной перспективе.

Различия стоит делать не только по ориентации корпуса, но и по положению разъёмной оси литьевых пресс-форм и цилиндрической части узла пластикации.

Упрощенная схема подбора термопластавтомата:

В определенных случаях необязательно следует разбираться в технологических тонкостей, а достаточно воспользоваться следующими шагами для подбора ТПА, применяемого в коммерческих целях:

  1. Стандарт и размер устанавливаемой пресс-формы, а также перспективы смены пресс-форм на другие, использование нескольких быстросменных элементов. Для данной части требуется также учитывать стандарт совместимости (сейчас существует стандарт JIS и Euromap), геометрические параметры и массу (смена формы возможна вручную или при помощи подъёмного оборудования).
  2. Разнообразие изготавливаемых изделий. Учтите количество компонентов, оно может колебаться от 1 до практически бесконечности, особенно это касается многоцветных пластмассовых деталей. Нужно предусмотреть возможность нанесения этикеток и маркировок различного типа. Критерием выбора является возможность использования суперконструкций и силовых закладок. По назначению изделия могут быть различными, в зависимости от будущей сферы использования: медицина, пищевая посуда, термостабильные пластики. Некоторые ТПА способны полноценно работать с силиконами.
  3. Базовый полимер. Для подбора по данному критерию придётся разобраться с сортаментом пластических масс. По структуре они различаются на аморфные и полукристаллические типы. А по наличию наполнителя – на первичные марки и стеклонаполненные тяжелые модификации.
  4. Строго обязательно знать объем производственной линии. При планировании постепенного увеличения объёмов производства необходим определённый запас. Для решения определённых задач будет мало одного термопластавтомата. Рассчитывайте дневные, недельные, месячные и годовые объёмы. Здесь важна не только скорость изготовления, но и эксплуатационная выносливость выбранного оборудования. Помимо ТПА, особое внимание нужно обратить на количество мест (гнезд) в пресс-форме – это прямой показатель производительности.

Данного списка требований должно быть достаточно для первичного выбора. Приобретенная модель практически никогда не бывает первой или последней в деятельности предприятия. Со временем выполняются корректировки, требующие обновления или замены.

Подбор термопластавтомата по основным характеристикам:

Приведем примеры с учётом базовых требований. Определенные модели могут иметь собственные показатели, уникальные для данного изделия, что может склонить выбор покупателя в их пользу. При работе с принципиальной схемой, необходимо придерживаться следующих параметров:

  1. Определение размеров термопластавтмоата с поправкой на габариты пресс-форм

Расстояние между колоннами однозначно определяет геометрические параметры применяемых форм. Перед сбором всей системы требуется проверить, насколько совместимы пресс-формы с выбранной моделью ТПА. Несоответствие приводит к невозможности взаимного сопряжения и работы в общем. Ширина и высота пресс-формы должны быть меньше, чем расстояния, на которых расположены колонны. Также необходимо учитывать что должно быть соответствие с размером плиты, параметрами раскрытия, а также колонная часть должна выдержать массу сменной пресс-формы вместе с обрабатываемым пластиком.  Обычно производители ТПА рекомендуют определенные показатели,  поэтому при покупке желательно требовать инструкцию у продавца, хотя бы частично.

При учете этого показателя, есть не большая хитрость. Например: у Вас есть термопластавтомат с плитами 520х520, с расстоянием между колонн 420х420. Для данного ТПА подойдет пресс-форма  не только размером до 400х400, но и 400х520, то есть так, что бы она проходила между колонн по одной стороне и не выходила за плиту по другой стороне. Таким образом, вы можете уместить пресс-форму с большим количество мест, и следовательно, увеличить производительность и уменьшить себестоимость конечного изделия. Для подобных решений у производителя термопластвтоматов JONWAI (Тайвань) есть специальная серия SEW с нестандартными плитами.

  1. Расчётное усилие запирания пресс-формы

Данный показатель является строго предопределенным для каждого типа пластической массы. Преувеличение диапазона чревато образованием литьевых дефектов в виде неоднородностей различного типа, появлению трещин и спаев, а также цветные детали будут иметь неравномерную окраску с разводами, пятнами и полосами. Уменьшение не позволит добиться необходимой плотности, будут появляться каверны и продольные пустоты различного типа, часто невидимые снаружи, но дающие знать при использовании по назначению. Поэтому необходимо использовать строго определенную величину, развиваемую усилием смыкания. Эта цифра до такой степени важна, что производители часто вписывают её в маркировку марки, модели или модификации конкретного ТПА.

После впрыска полимерной массы в пресс-форму под огромным давлением, возникает встречное усилие сопротивления, пытающееся разъединить составные части. Запорные механические устройства часто созданы на основе коленчатых рычажных механизмов, что позволяет добиться требуемого показателя для каждой инжекционно-литьевой машины.

Расчёт произвести несложно, он зависит от самой продукции и марки базового полимера, используемого для её литья.  В изначальном варианте, без поправок и коэффициентов, можно приблизительно рассчитать эту величину, чтобы понять, насколько подходит та или иная модель ТПА для ваших целей. Вам нужно перемножить следующие цифры для получения желаемого результата:

– Запорное усилие ТПА, оно обычно прописывается в паспорте или модификации изделия.

– Давление расплава на стенки пресс-формы. Найти эти цифры можно в справочнике полимерных материалов, но необходимо делать это строго по марке, иначе под одним названием часто встречаются совершенно разные по свойствам вещества.

– Площадь проекции изделия. Необходимо подсчитывать с большой степенью точности, ведь это основополагающий коэффициент. Расчёт нужно проводить в системе СИ, то есть площадь должна подсчитываться в квадратных метрах.

– Количество посадочных мест (гнёзд) для конкретной пресс-формы. Это умножитель полученного усилия. При наличии одного гнезда нужно пренебречь данным значением.

Расчётную площадь стоит рассчитывать исключительно по геометрическим параметрам готового изделия, без лишних поправок, что только усложнит расчёты.  Для большинства товарных пластмасс распространенных марок давление составляет не более 300-400 кг на см2. Большие показатели свойственны только специализированным материалам с наполнителями или армированием.

Большинство термопластавтоматов давно пришли к каноническому показателю усилия смыкания относительно давления при впрыске. Обычно первая цифра больше второй примерно в 1.17-1.25 раза. Если полученное вами число лежит в данном диапазоне, то это уже означает, что всё рассчитано верно.

Ещё один нюанс при данном расчёте  – подбирайте термопластавтомат с запасом запорного усилия примерно на 10%, что позволит существенно продлить срок эксплуатации. Вы просто обезопасите гидравлические, гидромеханические и электромеханические приводы от работы на пределах возможности, что особо важно для производственных линий, работающих практически круглосуточно.

  1. Расчётное усилие впрыска пластической массы

Формообразование производится в полости, а продукт всегда имеет определенную геометрическую форму и массу, определяемые предварительными расчётами. Сейчас большое количество термопластавтоматов поставляются в комплекте с узлами впрыска, но всегда имеется возможность совместимости с продукцией от других производителей.  Это позволяет собирать системы, строго соответствующие технологическим требованиям производства определенного типа деталей. Если подбирать без расчётов, то объём детали должен быть в 1.25-1.40 раза меньше объёма впрыска.  Полезная поправка к данному правилу – общий рабочий объём ТПА должен составлять 3/4  от используемого показателя. Это позволит существенно продлить ресурс машины при длительной эксплуатации в составе производственных линий непрерывного действия.  Некоторые модели позволяют комбинировать узел впрыска и смыкания в единый модуль, позволяющий сэкономить полезное пространство литьевого цеха. Усилия в узлах смыкания при этом значительно больше, чем в раздельной конструкции, оно обычно превышает 100 тонн, что даёт более качественный результат на выходе.

  1. Выбор по правильности съёма изделия

Для этого расчёта обычно необходимо вызывать специалиста по наладке термпопластавтоматов и литьевых линий. Он сможет определить, насколько ход раскрытия пресс-формы и глубина выталкивания достаточно для обеспечения успешного съёма готового изделия. Это достаточно сложные величины, нужно быть внимательным при подборе, ведь на большинстве ТПА обязательно имеется точное регулирование. Но работа на пределе возможностей также не приветствуется из-за слишком большого плеча рычага, образуемого при размыкании.

В общем случае длина хода должна в два раза превышать размер получаемой детали по оси, совпадающей с направлением размыкающего усилия. Не забывайте включать в расчёт длину подвижного литника вертикального типа.  Если этой величины не будет хватать, то ТПА просто не сможет протолкнуть деталь вперёд до полного выпадения на конвейерную ленту или в ящик. Готовое изделие зависнет, а затем спрессуется с последующей деталью, вызывая заклинивание.

Правильность данного расчёта крайне важна, ведь расстояние между плитами устройства должно быть настроено на форму минимальной массы, требуемой для решения поставленной задачи.  Обычно при ошибках нужно будет докупать дополнительные наборы плит различной толщины, что приводит к достаточно большим финансовым тратам. Правильный подбор позволит свести к минимуму износ закупленного оборудования.

  1. Подбор материального цилиндра и шнековой подачи

Все эти детали во многом определяются основным типом используемого пластика. Зона сжатия, являющаяся оголовком шнека, является главной в данном процессе, ведь она воспринимает основное усилие, развиваемое при нагнетании давления. Расплавленный пластик создаёт мощные гидравлические взаимодействия во всей системе.  Повышение давления возможно только при уменьшении диаметра шнека, ведь тогда существенно снижается размер зоны соприкосновения. Здесь действует такой же принцип, как и в гидравлических прессах. Лучшим материалом для создания всех этих деталей является легированная сталь, ведь она имеет увеличенный срок эксплуатации примерно на 50%. Она даёт возможность работать при повышенных температурах.

Намного сложнее работать с пластиками, наполненными стеклом, обладающими дополнительной конструкционной прочностью за счёт внедрения стекловолоконных нитей армирования. Они называются бронированными шнеками, но к ним нужно подобрать соответствующие материальные цилиндры.  Максимальное содержание включений обычно не превышает 40-50%. Армирование металлом требует специализированного оборудования. Роль наполнителя могут играть полиэфиркетонное и  полифениленсульфидное волокно, обеспечивающее лучшую структуру, демонстрирующую определенную гибкость и легкость конструкции. Вариантов много, но основой являются рабочие характеристики готового изделия.

  1. Определение необходимой скорости впрыска

Изделия с особо тонкими стенками требуют большой скорости работы оборудования для получения необходимого качества. Тогда нужно делать подбор оборудования по быстродействию. В качестве дополнительного оборудования может понадобиться так называемый аккумулятор замкнутого контура. Он редко поставляется в комплекте, его необходимо докупать опционально. При данных условиях нагрузка на шнекороторные механизмы возрастает, но скорость работы падает. Либо при падении давления увеличивается литейная скорость производственной линии. Поэтому необходимо определить что-то вроде золотой середины. В расчёт принимаются диаметр шнека, его прочность, объём впрыскиваемого пластика, давление и количество циклов впрыска в минуту. Исключением являются специализированные серии, такие как серия SET у производителя JONWAI (Тайвань): помимо гидроаккумулятора, в них установлена функция 2C – выталкивание изделия одновременно с открытием формы. Такое решение позволит изготовить тонкостенную продукцию в очень короткие циклы.

Изделия производятся круглосуточно, что потребует тщательного подбора. Заклинивание или промедление может привести к серьезным финансовым издержкам.

Отечественные, европейские или азиатские ТПА?

Говорить о сугубо российских автоматах не приходится, многое делается за границей или на совместных производствах. Всё зависит от поставленной цели и производственных задач: если требуется крайне высокая производительность и высокие требования к изделиям, то в данном случае подойдут европейские, японские или тайваньские модели. Если изделие простое и не требуются очень высокие производственные обьемы – здесь подойдут китайские ТПА.

Выпущенные на территории России ТПА мало отличаются от зарубежных аналогов. А с учетом логистики в Россию основных узлов (которые, к слову, все зарубежные), стоимость того же китайского ТПА при поставке будет дешевле.

Идеальным выбором будет совместное предприятие с участием отечественной стороны, в таком случае ТПА будет подходить под российские стандарты, иметь низкую стоимость и  высокий уровень сервиса. Один из таких примеров: термопластавтоматы CMT от ООО «КМ».

Экономическая составляющая и подбор материала

При покупке термопластавтомата необходимо учитывать рентабельность выпускаемой продукции. В требуемый набор материалов входят гранулированные полимеры, наполнители, красители, растворители и т.д. Необходимо определиться с опорой на огромное количество факторов, начиная от прочностных характеристик, заканчивая пригодностью готового изделия к определенным условиям эксплуатации. Учтите, что большинство моделей имеют широкий функционал, модифицируемые при помощи большого количества дополнительного оборудования.

При поиске оптимального варианта рекомендуется плотное взаимодействие с консультантами продающей компании, а по возможности и с производителем. Строго обязательно производить маркетинговые исследования и составлять  бизнес-план будущего проекта производственной линии. Данные требования не касаются закупок для внутреннего потребления готовой продукции выпускающим предприятием.

При покупке для нужд определенного типа ТПА под нужды собственной компании требуется оценить целесообразность данной покупки. Возможно, что заказ в сторонней фирме обойдётся значительно дешевле приобретения дорогостоящего оборудования.

Вместо заключения

Подбор термопластавтомата является сложной задачей, требующей привлечения профильных специалистов. Мелкие нюансы могут существенно усложнить или упростить работу, снизить или повысить производительность. Перед выбором всегда необходимо тщательно изучать характеристики оборудования.

При подборе обращайте внимание на гибкость использования определенной модели и модификации, ведь один агрегат позволит применять большое количество пресс-форм, подстраиваясь под особенности потребительского рынка и прибыльные узкоспециализированные заказы.

ООО «КМ» имеет большой штат специалистов, к которым Вы можете обратиться по подбору оборудования. Достаточно предоставить изделие, которое вы хотите изготавливать, и менеджеры бесплатно сделают подбор всего необходимого оборудования как с поставкой в Ваш город, так и напрямую от завода-изготовителя FOB или EXW поставкой.