[SHipinsky_V.G.]_Oborudovanie_i_osnastka_upakovoch2(z-lib.org)

(вместимостью до 0,5 дм3) производительность применяемого в агрегате экструдера настолько высока, что время выдачи из него заготовки оказывается гораздо меньшим допустимой продолжительности ее экструдирования τЭ, определяемой по формуле (12.2), и тем более времени охлаждения изделия в раздувной форме. Следовательно, непрерывно работающий экструдер способен в таких агрегатах последовательно обслуживать несколько раздувных форм, обеспечивая тем самым более высокую производительность. Этот принцип работы, в частности, реализуется в карусельных многопозиционных экструзионно-раздувных автоматах, содержащих на периодически вращающемся столе несколько установленных с одинаковым шагом раздувных форм. При этом на первой позиции карусельного стола 1 (рис.12.9а) осуществляется выдача заготовки 2 экструдером 3 через головку 4 в раздувную форму 5 и ее смыкание. После же поворота стола на заданный шаг на второй его позиции производится раздув изделия в сомкнутой форме 6 из ранее экструдированной заготовки, а на третьей промежуточной позиции в это время уже изготовленное изделие продолжает охлаждаться в форме 7. На четвертой позиции карусельного стола очередная форма 8 в это время размыкается и из нее удаляется готовое изделие, а затем осуществляется очередной поворот карусельного стола 1 и далее все операции процесса повторяются на всех позициях одновременно в следующем технологическом цикле. Время же выстоя карусельного стола и соответственно продолжительность цикла изготовления очередного изделия определяются наиболее продолжительной операцией, которая обычно заключается в выдаче заготовки экструдером в раздувную форму и смыкании формы на первой позиции.

Рис. 12.9. Схемы исполнения экструзионно-раздувных агрегатов

При изготовлении изделий средних размеров (вместимостью до 5 дм3) время τЭ выдачи экструдером более объемных заготовок существенно возрастает и в результате становится соизмеримым с суммарным временем всех последующих стадий технологического цикла. Поэтому для изготовления таких изделий целесообразно применять одноили двухпозиционные экструзионнораздувные агрегаты соответственно с одной стационарной или двумя возвратно-поступательно перемещающимися раздувными формами. При этом в более производительных двухпозиционных агрегатах (рис.12.9б) пока на первой позиции в раскрытую раздувную форму 1 из экструдера 2 через головку

81

3 выдается трубчатая заготовка 4 и осуществляется смыкание формы, в это время на второй позиции производится раздув изделия в сомкнутой форме 5 из ранее экструдированной заготовки, а также его охлаждение и удаление из размыкающейся формы. Затем формы подающим механизмом 6 поступательно перемещаются на шаг так, чтобы разомкнутая форма 5 стала соосно с экструзионной готовкой 3 и цикл повторяется. При использовании многоручьевой экструзионной головки 3, выдающей одновременно несколько трубчатых заготовок 4 в многоместную раздувную форму 1, на таких агрегатах можно изготовлять в одном цикле и по нескольку малогабаритных изделий. Применяются также экструзионно-раздувные агрегаты, в которых для увеличения скорости выдавливания заготовки на одну формующую головку одновременно работают два одночервячных экструдера.

При изготовлении крупногабаритной тары (вместимостью более 5 дм3) скорость выдачи заготовки большой длины должна быть высокой, что следует из формулы (12.1). Кроме этого такая заготовка по мере выхода из головки экструдера с недостаточно высокой скоростью склонна вытягиваться в верхней более пластичной части под воздействием собственного веса, что вызывает уменьшение площади ее поперечного сечения и соответственно разнотолщинность стенок у изготовляемого изделия. Поскольку даже высокопроизводительные экструдеры не обеспечивают необходимую скорость выдачи больших заготовок, то экструзионно-раздувные агрегаты, предназначенные для изготовления крупногабаритных изделий, выполняются со специальным аккумулирующим устройством 1 (рис.12.9в), которое накапливает требуемый объем пластифицируемого экструдером 2 материала, а затем поршнем, перемещаемым от гидроцилиндра 3, выдавливает его с высокой скоростью через формующий канал головки 4, выдающей трубчатую заготовку 5 в разомкнутую форму 6. В таких агрегатах время заполнения аккумулятора (копильника) 1 пластифицированным материалом из экструдера 2 соизмеримо с суммарным временем всех последующих стадий технологического цикла, поэтому изготовляются они, как правило, однопозиционными. Объемную же скорость V потока пластифицированного материала, выдавливаемого поршнем копильника из формующего канала экструзионной головки, можно рассчитать по следующей формуле:

	p d
		2
V	12	l

, см3/с

(12.5)

где p – давление, создаваемое поршнем в пластифицированном материале до его выхода из отверстия головки, кгс/см2;

d, δ и l – средний диаметр, ширина и длина формующего канала головки соответственно, см;

µ– динамическая вязкость пластифицированного материала, (дин∙с)/см2.

Вэкструзионно-раздувных агрегатах аккумулирующее устройство

(копильник) может располагаться вертикально, наклонно или горизонтально. При наклонном или горизонтальном расположении копильника он обычно закрепляется вместе с экструдером на общей станине. Недостатком же такой компоновки является то, что выдавливаемому из копильника потоку расплава в экструзионной головке создается повышенное сопротивление, из-за изменения

82

направления движения на вертикальное. Вследствие этого наибольшее распространение получили агрегаты различных мощностей с вертикальным расположением копильника. В них гранулированный материал захватывается из бункера 1 (рис.12.10) червяком 2 экструдера и перемещается вдоль нагретых стенок материального цилиндра 3. При этом гранулы сжимаются, а затем материал пластифицируется, интенсивно перемешивается и гомогенизируется в однородный расплав, продавливаемый через соединительный канал в копильник 4, обогреваемый кольцевыми электронагревательными элементами сопротивления (ТЭНами) 5. Под давлением подаваемого и накапливающегося расплава плунжер 6 копильника постепенно перемещается вверх вместе с присоединенным к нему через шток 7 поршнем 8 гидроцилиндра 9. В этот период поршневая полость гидроцилиндра соединяется со сливной магистралью через подпорный клапан, создающий в ней противодавление, которое способствует уплотнению расплава в копильнике и удалению из него воздуха.

Рис. 12.10. Функциональная схема вертикального экструзионно-раздувного агрегата с копильником

При накоплении требуемого объема расплава закрепленный на штоке 7 кулачок 10, положение которого регулируется, воздействует на конечный выключатель 11, подающий команду в систему управления на переключение гидроцилиндра 9 в режим рабочего хода. При этом его поршень 8 ускоренно перемещает вниз плунжер 6, а он в свою очередь выдавливает с высокой скоростью из полости копильника накопленную дозу пластифицированного материала в головку 12, формующую из него в своем кольцевом канале очередную трубчатую заготовку 13. Червяк же 2 экструдера в этот период

83

продолжает вращаться, предотвращая обратное выдавливание расплава из копильника. В конце хода плунжера 6 выдавливаемая заготовка 13 находит своим нижним торцом на ниппель 14 и в этот момент срабатывающими гидроцилиндрами 15 сводятся плиты 16 с полуформами 17. В результате раздувная форма смыкается и с усилием, развиваемым гидроцилиндрами 15, запирается. При этом на ниппеле 14 сопрягающимися поверхностями полуформ формируется наружная поверхность горловины изготовляемой тары, а верх трубчатой заготовки пережимается торцами (пресс-кантами) формы и сваривается. Далее срабатывает пневмоклапан, открывающий магистраль подачи через ниппель 14 в заготовку сжатого воздуха, раздувающего ее в изделие, плотно прижимаемое к стенкам полости формы. После выдержки времени, необходимого для охлаждения материала до достижения механической прочности, пневмоклапан выключается, перекрывая при этом магистраль сжатого воздуха и соединяя канал ниппеля 14 с атмосферой. Затем обратным ходом штоков гидроцилиндров 15 плиты 16 разводятся вместе с полуформами 17, и изготовленная тара удаляется из разомкнутой формы. Одновременно приводимым в действие ножом 18 с торца экструзионной головки 12 срезается и удаляется остывший пережатый конец заготовки 13. Непрерывно вращающийся червяк 2 экструдера за это время заполняет копильник 4 новой порцией пластифицированного материала и далее цикл повторяется. С целью повышения производительности экструзионно-раздувные агрегаты, предназначенные для изготовления пластмассовой тары большой массы и вместимости (более 0,5 м3), могут выполняться с копильником, который наполняют два и более одновременно работающих одночервячных экструдера.

Рис. 12.11. Способы раздува трубчатой заготовки в форме

При формовании изделия применяется три способа раздува экструдируемой трубчатой заготовки в форме: подачей сжатого воздуха через ниппель, расположенный снизу заготовки (рис.12.11а); подачей сжатого воздуха через дорн экструзионной головки (рис.12.11б) и подачей сжатого воздуха через раздувную иглу, прокалывающую заготовку при смыкании формы (рис.12.11в). Выбор же способа раздува зависит в основном от конфигурации и назначения изготовляемого изделия.

Время полного цикла τц изготовления изделия в экструзионно-раздувном агрегате рассчитывается по формуле:

Ц В С Р О Раз И , с

(12.6)

84

где τВ – длительность процесса выдачи заготовки; τС – длительность процесса смыкания формы; τР – длительность процесса раздува заготовки;

τО – длительность процесса охлаждения заготовки; τРаз – длительность процесса размыкания формы;

τИ – длительность процесса извлечения из формы готового изделия.

Длительность процесса выдачи заготовки τВ определяется в свою очередь по формуле:

			L		З
	В		v
				З

, с

(12.7)

где LЗ – длина экструдируемой заготовки, см;

vЗ –скорость выдачи заготовки из экструзионной головки, см/с.

Длительность процессов смыкания τС и размыкания τРаз формы определяется по формуле:

					L	П
	С		Раз		v
					С

, с

(12.8)

где LП – расстояние между разомкнутыми полуформами в свету, см;

vЗ –скорость смыкания полуформ, см/с; принимается в соответствии с рекомендациями ГОСТ10767-87.

Независимо от способа подачи сжатого воздуха на раздув заготовки его рабочее давление несколько повышается вследствие расширения от нагрева. Это увеличение давления определяется уравнением:

р2 р1 Т 2 , кг/см2 (12.9)

Т

1

где р2 – давление сжатого воздуха при повышенной температуре Т2, кг/см2; р1 – давление сжатого воздуха при температуре Т1, кг/см2.

Повышение давления нагретого воздуха приводит к увеличению внутреннего давления на стенки формуемого изделия и снижению количества сжатого воздуха, расходуемого за цикл. С учетом изложенного длительность процесса раздува заготовки τР определяется из зависимости:

	Р

	V
		1
	c

p	2	p
		1
		p
		1

  

, с

(12.10)

где V – объем раздуваемого изделия, см3;

с – скорость прохождения сжатого воздуха, определяемая в зависимости от

диаметра сопла и давления в подводящей пневмомагистрали (таблица 12.1), см3/с;

р2 р1 – величина, учитывающая, в какой мере уменьшается время подачи

р1

сжатого воздуха в форму вследствие повышения давления воздуха при нагревании.

Длительность процесса охлаждения заготовки τО определяется по зависимости:

85

4

2

ln

Т

Т

З

Ф

О

2

а

Т

Т

И

Ф

, с

(1.43)

где δ – средняя толщина изделия, мм; а – коэффициент температуропроводности полимера в рабочем интервале

температур, мм2/с; ТЗ – температура заготовки, К;

ТИ – температура изделия в момент раскрытия формы, К; принимается на 20 градусов ниже температуры формоустойчивости;

ТФ – температура раздувной формы, К.

Таблица 12.1 – Скорость прохождения сжатого воздуха в зависимости от диаметра сопла и давления

	Давление		Скорость воздуха в см3/с				Давление		Скорость воздуха в см3/с
	перед		при диаметре сопла в см				перед		при диаметре сопла в см
	соплом в						соплом в
			0,4	0,8	1,6	3,2			0,4	0,8	1,6	3,2
	кГ/см	2					кГ/см	2
	0,07		0,79	3,17	12,5	50,9	2,45		4,98	19,9	79,6	319
	0,14		1,13	4,48	17,4	71,7	2,8		5,5	21,9	87,7	351
	0,21		1,36	5,49	21,6	87,8	3,15		5,97	23,8	95,6	382
	0,28		1,58	6,31	24,8	101,0	3,5		6,5	25,8	103,7	416
	0,35		1,75	7,02	27,6	112,2	4,2		7,46	30	119,2	480
	0,42		1,93	7,7	30,8	122,7	4,9		8,5	33,9	135,5	543
	0.49		2,07	8,3	33,1	132,4	5,6		9,49	37,9	151,6	605
	0,63		2,35	9,4	37,4	150	6,3		10,47	42,8	168,2	671
	0,84		2,69	10,7	43	171,6	7,0		11,5	45,8	183,6	736
	1,05		2,98	11,9	47,5	190,5	7,7		12,52	49,8	199,8	862
	1,4		3,48	13,9	55,2	222	8,4		13,5	54,1	216	895
	1,75		3,97	16,0	63,6	254	8,75		14,0	56,0	224	961
	2,1		4,48	18,0	71,5	286

И, наконец, длительность процесса извлечения из формы готового изделия τИ выбирается в зависимости от конструктивного исполнения и быстродействия применяемого съемного механизма.

Далее по рассчитанному времени полного цикла τц определяется производительность экструзионно-раздувного агрегата.

Широкая номенклатура разнообразных моделей серийно изготовляемых многими фирмами экструзионно-раздувных агрегатов с их техническими характеристиками приведена в соответствующих справочниках.

Наряду с рассмотренными созданы также и такие агрегаты, которые в едином технологическом цикле обеспечивают не только изготовление выдувной тары, но и ее заполнение жидкой продукцией с герметичной заваркой горловины. К таковым, в частности, относится серия экструзионно-раздувных

автоматов типа «Боттл-Пак» фирмы «Роммелаг» (Швейцария).

Изготовление тары и упаковывание в нее продукции с заваркой горловины осуществляется в этих автоматах на двух позициях. При этом на первой позиции из экструдера через экструзионную головку 1 (рис.12.12а) в разомкнутую форму 2 выдается трубчатая заготовка 3, которая обрезается

86

механизмом 4 обрезки и удаления облоя по линии 5, а затем захватывается и перемещается вместе с формой 2 на вторую позицию. Здесь сверху в полость заготовки вначале вводится ниппель 6 (рис.12.12б) наполнительного устройства 7, а затем форма 2 смыкается, пережимая и сваривая при этом нижнюю часть заготовки 3 и формуя на ниппеле сопрягающимися поверхностями горловину тары. Далее в канал ниппеля 6 через штуцер 8 подается сжатый воздух, раздувающий заготовку во флакон, а затем через штуцер 9 и ниппель 6 изготовленная тара заполняется из дозатора устройства 7 порцией упаковываемой продукции, а воздух из нее удаляется в это время через соединяющийся с атмосферой штуцер 8. Заполнив тару, ниппель 6 устройства 7 извлекается из тары (рис.12.12в), а затем смыкаются нагреваемые электрическим током полуформы 10, подогревающие верхнюю часть заготовки и одновременно формующие из нее герметично завариваемую горловину.

Рис. 12.12. Схема работы агрегата типа «Боттл-Пак»

Далее механизмом 4 обрезаются остатки заготовки, располагающиеся над горловиной, и удаляется с нее облой, а также готовая упаковочная единица 11 удаляется из синхронно размыкающихся форм 2 и 10 на приемную позицию. Здесь на нее навинчивается колпачок, наклеивается этикетка и далее готовые флаконы 11 укладываются в транспортную тару, а разомкнутые формы 2 и 10 в это время возвращаются на первую позицию и цикл повторяется. Высокая же производительность в этих автоматах достигается за счет применения многоручьевых экструзионных головок (до 4 ручьев) и многоместных форм.

В Московском институте химического машиностроения был разработан способ и создан экспериментальный агрегат, позволяющий выполнять все операции по изготовлению, заполнению и укупорке полимерной тары на одной позиции. В нем поверхности деталей угловой экструзионной головки, соприкасающиеся с расплавом термопласта, имеют обтекаемую форму и хорошо отполированы. Этим исключается образование застойных зон, приводящих к термической деструкции материала. Особенностью этой головки является и отсутствие в ней решетки – дорнодержателя, что позволяет избежать рассечения потолка расплава на отдельные струи и образования продольных полос, обусловливающих наличие «холодных» спаев. В отверстии дорна этой головки располагается в свою очередь фасовочная трубка, образующая с ним кольцевой зазор, через который подается сжатый воздух для раздува. В процессе работы после выдачи экструдером агрегата через головку трубчатой

87

заготовки в разомкнутую форму она смыкания. При этом верх формы охватывает сопрягающуюся часть дорна и формует из заготовки на нем горловину, а снизу заготовка пережимается и сваривается пресс-кантами. Затем через кольцевой зазор в отверстии дорна внутрь заготовки подается сжатый воздух, раздувающий ее в тару. По окончании времени выдержки по фасовочной трубке в полость отформованной тары из дозатора заливается порция упаковываемой жидкости, а воздух из нее в это время вытесняется через кольцевой зазор в отверстии дорна, соединяющийся с атмосферой. После окончания процесса заполнения фасовочная трубка выводится из горловины тары и далее производится ее заварка с помощью электронагреваемого инструмента, две части которого при смыкании обжимают разогретый участок горловины и выдавливают часть ее пластичного материала в фасовочное отверстие, формируя там герметичный укупорочный шов. Опыт работы на этом экспериментальном агрегате показал, что от правильности выбора метода заварки и конструкции сварочного инструмента во многом зависит качество изготовленных упаковочных единиц.

Применяются приведенные и подобные агрегаты для упаковывания в полимерные флаконы различных минеральных масел, моющих средств, фармацевтических жидкостей и суспензий, а также другой жидкой продукции.

12.3.Инжекционно-раздувное технологическое оборудование

Винжекционно-раздувных агрегатах литьем под давлением изготовляются вначале на оправках ампулообразные заготовки с отформованной горловиной и дном (рис.12.2), а затем в горячем состоянии они переносятся в выдувные формы и там оформляются в готовые изделия.

Инжекционно-раздувные агрегаты классифицируют:

по числу рабочих позиций – на двух-, трех и многопозиционные;

по кинематике движения заготовки – на агрегаты с возвратнопоступательным периодическим движением, а также с ротационным периодическим или непрерывным движением;

по числу одновременно формуемых изделий – на одно- и многоместные;

по способу формования – с неориентированным и ориентированным формованием.

Вчастности, двухпозиционный многоместный инжекционно-раздувной агрегат состоит из станины 1 (рис.12.13) на которой соосно установлены:

возвратно-поступательно перемещающаяся от гидроцилиндра 2 плита 3, несущая смыкающиеся в горизонтальной плоскости выдувные полуформы 4;

Рис. 12.13. Схема двухпозиционного многоместного инжекционно-раздувного агрегата

88

поворачивающийся на 180о стол 5, несущий на противолежащих вертикальных стенках две пары оправок 6;

плита 7, на которой со стороны стола 5 закреплены смыкающиеся в горизонтальной плоскости литьевые формы 8, соединяющиеся каналами 9 с литниковым отверстием 10 плиты;

червячное инжекционно-пластикационное устройство 11, сопрягающееся своим соплом 12 с литниковым отверстием 10 плиты 7.

Вначале рабочего цикла гидроцилиндром 2 плита 3 и стол 5 перемещаются к плите 7, запирая сомкнутые формы 4 и 8, в полостях которых при этом размещаются соответствующие оправки 6. Затем инжекционно-пластикационным устройством 11 через сопло 12 и литниковое отверстие 10 в литьевые формы 8 под давлением подается пластифицированная полимерная масса, из которой на оправках 6 формуются ампулообразные заготовки. Одновременно в выдувных формах 4 сжатым воздухом, подаваемым через оправки 6, ранее отлитые в формах 8 заготовки раздуваются в готовые изделия, плотно прижимаемые к стенкам их оформляющей полости. После окончания этих процессов, гидроцилиндром 2 плита 3 и стол 5 перемещаются в исходное положение, одновременно с этим формы

4 и 8 размыкаются, а готовые изделия удаляются с оправок 6. Затем стол 5 поворачивается на 180о, перенося оправки 6 с вновь отлитыми заготовками к выдувным формам 4, и цикл повторяется.

Втрехпозиционных инжекционно-раздувных агрегатах, например модели FIB-517, выпускаемых фирмой «Фишер» (ФРГ), технологические позиции

последовательно располагаются вокруг револьверного стола 1 (рис.12.14), несущего три оправки 2, которые установлены под углом в плане 120о.

Рис. 12.14. Схема трехпозиционного инжекционно-раздувного агрегата модели FIB-517 фирмы «Фишер» (ФРГ)

При этом на первой позиции этого агрегата в литьевой форме 3, установленной на плите 4, из пластифицированной полимерной массы, подаваемой под давлением из инжекционно-пластикационного устройства 5 через сопло 6 и литниковое отверстие, на оправке 2 формуется ампулообразная заготовка. Одновременно в сомкнутой выдувной форме 7, установленной на плите 8, выдвигающейся головкой оправки 2 заготовка предварительно вытягивается в продольном направлении, а затем подаваемым через нее сжатым воздухом раздувается в готовое изделие, по конфигурации оформляющей полости формы. При раздуве с предварительной вытяжкой совместное действие продольного и

89

тангенциального растяжений приводит к возникновению двухосной ориентации полимера, в результате чего существенно улучшаются его механические и оптические свойства, а также уменьшается газопроницаемость стенок изготовляемого изделия. На третьей же позиции в это время готовое изделие 9 снимается с оправки 2 съемником 10 и направляется по лотку 11 в накопитель. По окончании этих процессов формы 3 и 7 размыкаются в горизонтальной плоскости, а съемник 10 возвращается в исходное положение. Затем револьверный стол 1 приподнимается и поворачивается на 120о, перенося при этом на оправках 2 отлитую заготовку на вторую позицию, а готовое изделие – на третью позицию. После этого стол опускается в исходное положение, формы снова смыкаются и цикл повторяется.

Четырехпозиционный многоместный инжекционно-раздувной агрегат

модели АИПТ-0,5, предназначенный для изготовления из термопластов тары вместимостью до 0,5 дм3, в свою очередь содержит сварную станину 1 (рис.12.15), устанавливаемую на семи регулируемых виброопорах 2. На станине же располагаются следующие его функциональные устройства и механизмы:

Пластикационное устройство, червяк которого, находящийся в материальном цилиндре 3, приводится во вращение гидромотором 4 и продольно перемещается штоком гидроцилиндра 5, а также содержащее на материальном цилиндре нагревательные элементы сопротивления и бункер 6 с гранулированным материалом;

Блок измерительный 7, термореле 8 которого электрически связаны с нагревательными элементами сопротивления пластикационного устройства и обеспечивают установку на них по зонам требуемой температуры нагрева и автоматическое ее поддержание;

Револьверный стол 9, который несет на своих четырех гранях комплекты из трех оправок 10 и циклически поворачивается в плане на 90о от гидромотора с фиксацией положения, а также перемещается вертикально штоком расположенного под ним гидроцилиндра;

Механизм запирания 11, несущий на вертикально перемещающейся от гидроцилиндра верхней и неподвижной нижней плитах смыкающиеся литьевые трехместные полуформы 12, в формообразующих полостях которых соосно размещается первый комплект оправок 10;

Обогреваемая головка впрыска 13, закрепленная на сопле материального цилиндра 3 и обеспечивающая разделение потока подаваемого пластифицированного материала на три порции, а также их впрыск через литниковые каналы стыковочной колодки 14 в формообразующие полости сомкнутой литьевой формы 12, где на оправках 10 формуются ампулообразные заготовки;

Механизм смыкания 15, несущий на вертикально перемещающейся от гидроцилиндра верхней и неподвижной нижней плитах смыкающиеся раздувные трехместные полуформы 16, в формообразующих полостях которых соосно размещается второй комплект оправок 10 с отлитыми на них ампулообразными заготовками;

Блок 17, три гидроцилиндра которого подводят к смыкающейся раздувной форме 16 части, формирующие дно раздуваемых в ней изделий;

90