Метод литья полимерных изделий под давлением воплощен в конструкции наиболее совершенных, высокопроизводительных и высокоточных машин — термопластавтоматов (ТПА).

Основанный на современных достижениях высоких технологий и научно-технического прогресса метод литья полимерных изделий под давлением воплощен в конструкции наиболее совершенных, высокопроизводительных и высокоточных машин — термопластавтоматов (ТПА). Изготовление литой тары и других изделий практически любой конфигурации из термопластичных полимерных гранул методом литья под давлением заключается в нагревании полимеров до расплавленного состояния с последующим впрыском его под большим давлением в охлажденную пресс-форму. Основные  операции процесса выполняются в следующей последовательности:

К параметрам технологического процесса предъявляются очень жесткие требования, так как малейшие отклонения  температуры расплава, формы, давления впрыска, усилия смыкания формы, продолжительности выдержки и других могут привести к неприятным последствиям, что обуславливает чрезвычайно высокие требования к конструкции узлов ТПА и к строгому согласованию их взаимодействия.

К основным узлам и блокам ТПА относятся: блок пластификации и впрыска расплава, пресс-форма с литниковой системой, узел смыкания пресс-формы с гидравлической системой, механизм  выталкивателя с устройством для извлечения готовых изделий, блок автоматического контроля и

управления, защитные устройства. Блок пластификации и впрыска представляет собой одно- или двухцилиндровый экструдер с гидравлическим или электрическим приводом, комплектуемый цилиндрами и шнеками нескольких диаметров.

Впрыск расплава в пресс-форму выполняется автоматически при помощи сопла с игольчатым клапаном. Высокие скорость и давление впрыска обеспечивают быстрое, за сотни долей секунд, заполнение формы. Гидравлическая система узла смыкания состоит из силовых гидроцилиндров перемещения подвижной плиты с полуформой, смыкания пресс-форм и удержания ее в замкнутом состоянии. Усилие смыкания пресс-формы, создаваемое гидроприводом, увеличивается коленно-рычажным механизмом, который выполняет и запирает пресс-формы. Гидравлическая система и механизм запирания должны практически полностью исключить возможные деформации пресс-формы.

Механизм выталкивания готовых изделий из пресс-формы обычно выполняется в виде автономного гидропривода выталкивающих стержней. Блок управления — это микропроцессорная система контроля и регулирования точности позиционирования при помощи сервоклапанов, скорости, давления и температуры ПИД-регуляторами, действующими по принципу обратной связи со временем срабатывания в миллисекундах.

В зависимости от назначения ТПА сильно различаются размерами, мощностью и конструктивным исполнением основных узлов. Малогабаритные вертикальные, для изготовления колпачков, пробок, преформ и других мелких изделий могут иметь собственную массу 0,5 т. Мощные, супергабаритные ТПА, предназначенные для производства транспортной тары, ящичных поддонов, контейнеров, кузовов автомобилей отличаются собственной массой 300 т и размерами с двухэтажный дачный коттедж. Конструкция, технический уровень, конкурентоспособность ТПА характеризуется очень большим числом конструктивных, технологических, техноэкономических, эксплуатационных и других показателей автомата и его отдельных частей.

Сейчас функциональные возможности новых ТПА значительно расширены, они применимы для изготовления литых изделий не только из термопластичных полимеров, но и из реактопластов, эластомеров, многокомпонентных материалов с цветной окраской и рядом других технологических новшеств. В новых аппаратах стала более широко применяться технология микросотового вспенивания — MuCeLL. При этом нужно отметить, что компанией Demad Ergotech запатентована технология ErgoCeLL, суть которой состоит в применении специального модуля (рис. 1) с аксиально- расположенными компонентами.

Модуль предназначен для дозирования и смешивания газа с расплавом. Основные элементы модуля: инжекционный плунжер, смеситель и сопло для впрыска газа точечным способом. Инжекция газа  в обычный расплав и его распределение в расплаве в виде пузырьков приводит к сокращению массы изделия, уменьшению усадочных раковин и внутренних дефектов.

При этом уменьшается время цикла, может быть снижена температура плавления и уменьшено  усилие смыкания. Литье с применением метода вспенивания легких и прочных лотков, корзин, ящиков, контейнеров может явиться серьезным аргументом в пользу многоразовой групповой, транспортной и другой упаковки.

Транснациональная компания Husky (США), впервые в мире создавшая самый мощный  термопластавтомат с усилием запирания 8000 тонн, выпустила новый современный ряд ТПА серии Tracer (рис. 2) с рабочим усилием от 1200 до 10000 кН, отличающихся более высокой, на 15–30%,

производительностью по сравнению с другими машинами. Увеличенное расстояние между колоннами позволило устанавливать большее количество гнезд. Использование плит специальной конструкции обеспечило более равномерное распределение усилия зажима по всей лицевой поверхности пресс-формы, уменьшение размеров узла, уменьшение на 50% рабочего усилия по сравнению с машинами конкурирующих фирм, что, в свою очередь, увеличивает срок эксплуатации пресс-форм в 12 раз.

В конструкции ТПА Hylectric применены поворотные плиты, сервопривод двухступенчатого впрыска, впрыск нескольких материалов, системы Tandem, позволяющие одновременно использовать две обычные пресс-формы, что почти удваивает производительность машин и на 40% уменьшает занимаемую площадь. Система управления Polaris с реакцией на возмущение в пределах  миллисекунды, высокоэффективные сервоклапаны, дистанционная диагностика обеспечивают высокое качество изделий и сокращение простоев оборудования. Встроенный робот Tracer для выгрузки изделий, обеспечивающий полную автоматизацию ТПА, оборудован датчиками положения сервоприводов рабочих органов, оптико-волоконными системами. Система управления Polaris объединяет функции машины и робота в одном интерфейсе. Предусмотрено 3 размера роботов и 3 возможные конфигурации их монтажа на автомате.

Большую программу выпуска ТПА серии Allrounder с мультипроцессорной системой управления  Selogica, насчитывающую несколько десятков моделей, осуществляет германская компания Arburg. Серия основана на использовании универсального модульного принципа машин и управления. Новые универсальные машины серии Allrounder C (рис. 3) широко применимы за счет богатой серийной комплектации, дополняемой многими опционными возможностями, обеспечивающими литье термопластов, многокомпонентное, силикона, эластомеров и термореактивных полимеров. Все узлы автомата, включая станину, гидросистему и систему управления, отличаются значительными усовершенствованиями. Жесткая сварная станина из листовой стали установлена на резиново-металических виброопорах.

Гидравлический привод состоит из главного насоса и опционного насоса высокого давления. Узел смыкания (рис. 4) позволяет выполнять особо точные рабочие перемещения и гарантирует абсолютно точную параллельность плит смыкания за счет жесткого неподвижного соединения прочной плиты смыкания со станиной длинной опорной поверхностью. Точность и жесткость обеспечиваются и коробчатой конструкцией подвижной плиты.

Система управления Selogica с 32-битовым мультипроцессором полностью обеспечивает надежность управления комплексными машинными технологическими процессами. Высокая скорость отзыва в ТПА марки BOY достигается с помощью аппаратных компараторов (без использования аппаратных компараторов в цикле программы время реакции может изменяться от 0,1 до 1 мс, что означает колебания объема впрыска от 0,01 до 0,1 см3; при использовании компараторов – время реакции составляет 0,1 мс, что означает колебания объема впрыска всего лишь 0,01 см3).

К достижениям компании относится, например, то, что на ТПА BOY 12 A (усилие смыкания 129 кН) с 2-х гнездовой пресс-формой налажено прецезионное производство миниатюрных шестеренок с весом деталей порядка 0,0009 гр. Узел пластикации диаметром 12 мм точно дозирует впрыск предельно малого объема до 0,09 см3, поддерживая при этом очень высокое качество литья. Или то, что сервоэлектрический привод шнека (для BOY 12A/22A/35A/55A/90A) позволяет проводить снятие показаний даже в тот момент, когда форма открывается и происходит выемка детали из пресс-формы.

Австрийская компания «Энгель» производит и предлагает на рынке несколько серий ТПА различного назначения: серия Виктории и Эмоушен — малые и средние; Дуо и Классик — большие; Комбимельт, Инсерт, Эластик, Мак ПЭМ — специального назначения для изготовления изделий из многокомпонентных и многоцветных материалов, резины, ПЭТ-преформ и других, а также роботы и специализированные системы управления.

Термопластавтомат Энгель Дуо с усилием смыкания от 6500 до 55000 кН предназначен для литья ящиков, ящичных поддонов, контейнеров и других крупногабаритных изделий (рис 5). Автомат  оборудован двумя независимыми узлами впрыска, которые могут работать параллельно в две формы,и линейным роботом Энгель ERC 83/0–CL. Специализированная система управления Энгель CC100 с технологическим программным управлением Энгель Майкрпласт для измерения, регистрации,  визуализации параметров, самообучающаяся регулировка температуры полностью контролирует и регулирует технологические процессы.

Предусмотрена возможность выбора из 25 языков для вывода текста на монитор. Энгель Классик — классическая конструкция ТПА для усилий замыкания от 3500 до 9000 кН. Имеет узел смыкания с тремя плитами и пятиточечным двойным коленчатым рычагом. Регулировка процессов впрыска, давления подпора и выдержки под давлением осуществляется автоматически сервоклапаном. Для изготовления изделий из высоковязких материалов применяется электрический привод шнека. Робот Энгель ERG автоматизирует операции до и после процесса отлива. Перед отливкой это закладка заготовок в форму, после отливки — съем готовых изделий и передача их на дальнейшую обработку.

Роботы оснащены сервоприводом, скорость перемещения 3 м/сек при полезной нагрузке до 80 кг. Общеизвестное швейцарское качество и точность работы — отличительные признаки фирмы Netstal Maschinen AE, традиционного изготовителя высококачественных высокопроизводительных термопластавтоматов серии Syn Ergy, что означает соединение сильных сторон. Пять сильных сторон или преимуществ Syn Ergy — это скорость, точность, надежность, удобство в эксплуатации, экономичность. Быстрая серия Syn Ergy гарантирует короткое время цикла за счет ускоренного выполнения рабочих операций, параллельного выполнения отдельных процессов, микропроцессорной системы управления и других мер. Прецизионная концепция Syn Ergy означает высокую точность воспроизведения параметров процесса, интеллектуальную систему управления SYCAP, применение прецизионных сенсоров, точное регулирование температуры с помощью современной системы DSP.

Надежная, рассчитанная на длительный срок службы, конструкция Syn Ergy — это эффективный контроль всех компонентов и узлов, надежная механическая конструкция и прочная рама, испытанная в самых жестких условиях система управления DSP. Удобная в эксплуатации Syn Ergy — это надежное и простое обслуживание, эргономическое расположение всех элементов, хороший доступ в зону размещения форм и т. д. Экономическая концепция обеспечивается четырьмя другими преимуществами, создающими максимальный экономический эффект.

Концепция Syn Ergy воплощена в широкой гамме ТПА серии Syn Ergy с усилием запирания от 600 до 6000 кН. PO YUEN (Гонконг), одна из ведущих машиностроительных компаний среди предприятий Юго-восточной Азии, производит и поставляет термопластавтоматы различных серий с усилием  смыкания от 50 до 4000 тонн и более (по специальному заказу):

Южнокорейская корпорация LG Cable ltd (LS Cable), хорошо известная в России по представленным на российском рынке ТПА серии LGH и JD, продолжает развивать и усовершенствовать их на основе достижений высоких технологий. Компанией выпущены: более мощная и во многом уникальная серия LDH-M, как результат технологической революции — серия LGH-D и высокоскоростная экономичная серия LGE. В ТПА этих серий воплощены последние достижения науки и техники, выразившиеся в максимальной производительности при отличном качестве продукции, низких энергозатратах, высокой надежности, простоте управления и обслуживания, современном элегантном дизайне, модульной конструкции с большим числом вариаций. За счет совмещения операций, высокоскоростного впрыска и других мероприятий достигнуто существенное сокращение времени цикла. Высокое качество изделий обеспечивает простой, надежный и высокоточный запорный механизм прямого действия и плиты повышенной прочности. Увеличенное расстояние между колоннами и достаточный ход подвижной плиты позволяет использовать пресс-формы различных размеров и упрощает их  обслуживание. Изделия легко удаляются из формы сжатым воздухом. Контроллер закрытого типа HJCOM с цветным дисплеем обеспечивает самонастраиваемый ПИД-контроль скорости и давления впрыска, температуры ствола и статический анализ по 10 параметров. Заслуженным признанием и спросом пользуются гидромеханические супергабаритные термопластавтоматы серии JD–HM.

Китайские фирмы Haitian, Fomtec, Haitai, Elite и другие предлагают очень большой выбор ТПА от малых, с объемом впрыска несколько см3 и собственной массой около 0,5 т., до супермощных и супергабаритных, с объемом впрыска более 55000 см3 и собственной массой 300 т.

Представляет интерес широкий модельный ряд вертикальных ТПА серии F, FT, FC, и FK компании Fomtec, например, вертикальный автомат серии FK (рис. 6) с усилием запирания от 90 до 210 тонн.

Вертикальный узел смыкания состоит из 2-х скользящих плит-столиков с регулируемым гидроприводом. Узел впрыска расположен горизонтально. Надежность и удобство работы позволяет увеличить производительность по сравнению с другими машинами этого класса. Тайваньская компания Cybertech ltd, один из наиболее опытных и известных производителей ТПА, производит широкий модельный ряд машин с усилием смыкания от 80 до 3600 тонн и объемом впрыска от 92 до 58000 см3. В числе специальных машин выпускаются ТПА многофункциональных серий CDC, CDCS, C3GH для цветного литья с усилием смыкания от 160 до 1500 тонн.

ТПА этой серии оснащены интеллектуальной компьютерной системой управлении, двумя  специальными соплами и ленточным нагревателем. Узлы смыкания и впрыска, подвижная плита и выталкиватели оборудованы восемью оптическими датчиками. ТПА серии CUN-U предназначен для

реактопластов, оборудован цилиндром и шнеком, спроектированными специально для  термореативных пластов. ТПА серии CUNACC предназначен для изготовления больших партий тонкостенных изделий.

Малогабаритный ТПА серии CUN 2K с усилием смыкания 15,6–23,5 тонн предназначен для небольших партий, в том числе экспериментальных, миниатюрных высокоточных изделий. Может развивать давление до 36000 кг⁄см2.

ТПА серии CUN-NA с усилием смыкания от 80 до 3600 тонн наиболее приспособлен для производства тонкостенных изделий сложной конфигурации. Основные классификационные показатели технического уровня упомянутых выше и многих других успешно экспонируемых на российском рынке ТПА приведены в таблице 1. Из-за невозможности указать характеристики всех выпускаемых машин в ней представлены лишь некоторые серии из производимых обозначенными в таблице предприятиями. Кроме того, по тем же причинам серия ТПА представлена в таблице лишь двумя крайними образцами из каждого модельного ряда — самым малогабаритным и самым большим.

Фирма изготовитель ТПА	Обозначение серии и модели ТПА	Объем Впрыска, см3	Усиление запирания, кН	Давление в форме, мПа	Расстояние между колоннами в свете, мм	Габаритные размеры, ДхШхВ, м	Масса, т
1	2	3	4	5	6	7	8
Hysky(США)	Hylectrik H120	25	1200	257	500x500
	Hylectrik H 1000	12454	1000	160	1550x1320
Arurg (Германия)	Allrounder 270c	31	300	250	270x270
	Allrounder 570c	904	2200	147	570x570
Dr.Boy	BOY 12 A/M	4,5	129	250	259	2,1x0,81x1,6	0,8
	BOY 90 A/M	280,5	900	240	430x360	3,9x1,3x2	3,2
Engel (Австрия)	Эласт 100V	1000	1000	230	450x255
	Эласт 800V	25000	8000	200	1050x680
LG Cable (Южная Корея)	LGH450M	1088	4500	248	830x830	6,9x2,3x2,2	20
	LGH 2500M	17860	2500	138	1810x1610	13,3x4,3x3,6	140
	LGH 80D	89	800	248	370x370	4,3x1,1x1,6	4,2
	LGH 350D	1095	3500	138	710x710	7,5x1,6x2.1	17
	LGE 30	19	294	235	260x260	3,1x0,9x1,4	2
	LGE 300	523	2940	152	715x715	6,3x1,5x2,3	10,5
	JD 1300 HM	5000	12840	170	1400x1400	10,9x3,3x2,9	71
	JD 3000 HM	17680	29400	170	1900x1800	14,8x4,5x3,9	200
Dong Shin (Южная Корея)	Pro-Dima-25	42	250	300	255x255	3,0x1,0x1,6	1,7
	Pro-Dima-5000	39913	50000	130	2400x2100	22x5,8x4,9	300
Selex (Южная Корея)	Selex  E 25	34	250	250	270x270	3,0x1,1x1,5	2,1
	Selex E 350	1414	3500	170	710x660	7,2x1,6x2,1	17
	Selex EM 450	1546	4500	200	810x760	8,7x1,9x2,1	70
	Selex EM 1600	10020	16000	145	1520x1410	14,8x2,3x2,9	180
BM Biraghi (Италия)	75	144	750	230	420x360	4б5x1б2x2б0	4
	1500	6544	1500	148	1400x1250	12,6x3,2x2,7	84
Plastic Metal S.P.A. (Италия)	Unyka 130	270	1270	265	460x460	506x103x2,3	6,3
	Unyka 1500	13300	14710	120	152x1310	15,0x2,8x3,2	108
Ferromatik Milacron (Индия)	Delta 30	21	300	250	260x260	3,1x1,2x1,0	2
	Delta 500	2827	5000	118	870x870	9,2x2,3x2,9	25,8
Haitian (Китай)	HYF 58x	66	580	245	310x310	4,0x1,0x1,7	2,5
	HTF 3600x	56549	36000	158	2200x2000	22x4,5x5,5	300
Fomtec (Китай)	F-120	38	120	140	215x170	1,30,8x2,2	0,75
	FK-2100 DS	594	2100	220	1000x860	3,8x2,7x3,4	9
Liguang (Китай)	PL-50	21	500	280	360x360	3,5x1,0x1,6	2,8
	PL-2000	42	20000	120	1650x1500	16,2x3,9x4,5	151
Chen De (Китай)	CJ 80 M3V	220	800	206	355x300	3,9x1,1x1,7	2,5
	CJ1600 M3V	13068	16000	196	1500x1500	14,3x3,2x3,3	100
Topfine Machinery (Китай)	А-10	17	100	225	335x335	1,7x0,8x4,5	0,55
	AS-280	1435	2800	130	980x980	6,0x2,0x2,3	14
Elite (Китай)	EH-40	35	400	250	310x310	3,2x0,9x1,9	2,5
	EH-700	3900	7000	210	980x980	8,1x2,4x2,5	27
Chen Hsong (Китай)	JM 600-C	2953	6000	195	860x860	10,2x2,2x2,2	30
	JM 1350-C	9274	13500	216	1400x1400	13,4x3,0x3,2	85
Cybertech (Тайвань)	UN-80	120	800	210	305x220	3,4x0,9x1,4	4
	UN-3600	58750	36000	158	2260x2150	24,5x5,0x5,5	290
Victor Taichung (Тайвань)	VR-20	20	200	260	255x255	2,7x0,85x1,6	1,9
	VR-800	4000	8000	140	1000x1000	10,6x2,3x3,1	49
TMC (Тайвань)	TMC-60 E	96	600	140	320x320	4,2x1,0x2,0	3,1
	TMC-1000 E	5876	10000	160	1150x1150	12,3x2,3x3	60
Jon Wai (Тайвань)	JW-150 TC	173	1500	132	430x430	5,6x1,3x2	5,8
	JW-6000SG	69020	60000	140	2500x2000
PO YUEN (Гонконг)	ME и EV-50	92	500	240	310x310	3,4x0,8x1,5	2,1
	ME и EV-500	1860	5000	200	820x760	7,9x1,7x2,1	18,2
	BM-100	92	1000	230	735x410	5,0x1,3x1,6	4,2
	BM-650	1012	6500	185	1420x870	9,1x2,5x2,3	36,7
	PH-650	3259	6500	200	965x965	8,2x2,3x2,4	29
	PH-4000	31172	40000	130	2350x2350	1,1x4,7x4,4	260
Nissel	FN-1000	157	800	140	385x385	4,0x1,0x1,7	3,2
	FN-8000	2670	4500	150	820x820	8,6x2,0x2,3	21,4
Asian Plastic Machinery	SM-50	80	500	135	310x310	3,6x1,2x1,9	2,4
	SM-3300	3140	33000	135	2220x1920	21,6,5x4,5	290

Немало нового появилось и в ТПА, специально приспособленных для изготовления преформ для ПЭТ бутылок, пробок, колпачков и других подобных изделий. Лидером в этом направлении по-прежнему остается компания HUSKY, которая постоянно совершенствует ТПА как для двух-, так и одностадийного производства ПЭТ бутылок. Интересные решения осуществляет компания Engel, Arburg, BMB, Jon Wai и другие.

Это система горячих каналов в многогнездных пресс-формах, узел пластификации, дополнительно оснащенный модулем подпитки, ПИД-контроль температуры в пресс-форме. Компания «Энгель» выпускает новую линию ТПА серии Мак ПЭТ с системным конструктивным рядом в пяти размерах для количества гнезд от 24 до 96. Фирма Arburg производит горизонтальные и вертикальные ТПА для  преформ применительно к первому этапу двухстадийного изготовления ПЭТ бутылок.

Первый этап начинается с сушки перерабатываемого гранулята сухим и теплым воздухом. После заполнения пресс-формы начинает действовать давление дожития, затем форма охлаждается и полученные преформы при помощи плиты выталкивателя извлекаются из формы. Теплые  преформы укладываются в обоймы с водяным охлаждением для приобретения достаточной формоустойчивости, после чего поступают на транспортер.

На базе рассмотренных выше ТПА серии Allrounder 420G и 570C созданы 2 комплексные системы Preliner V с вертикальным исполнением смыкания пресс-форм сверху: Preliner 420–60V с усилием смыкания 1300 кН, максимальной массой впрыска 45 0 г, число гнезд от 2 до 8; и Preliner 570–120V (рис. 7) с усилием смыкания 2200 кН, массой впрыска 800 г, числом гнезд от 2 до 16 с управлением роботизированной системой Selogica.

Горизонтальные модификации Preliner H выполнены на базе ТПА Allrounder 420C: Preliner 420–60H с усилием смыкания 13 00 кН, массой впрыска 450 г, расстоянием между колоннами 420Ч420 и пресс-формами с числом гнезд от 2 до 16; Preliner 420–120H с усилием смыкания 1300 кН и массой впрыска 800 г, с тем же числом гнезд — от 2 до 16. Эти ТПА могут перерабатывать соответственно до 60 и 120 кг ПЭТ в час. Можно отметить простую систему извлечения изделий из форм на базе робота Multilift H, оснащенного вакуумным захватом с охлажденными водой обоймами в соответствии с количеством гнезд в форме.

Высокопроизводительные, высокоточные современные ТПА серии MC 2 7 0 PET с числом гнезд от 16 до 64 для изготовления преформ и серии KW 20 PI для изготовления пробок представляет итальянская компания BMB. Компания Jon Wai (Тайвань) наряду с одноступенчатыми предлагает и литьевую машину серии PM с двухступенчатым узлом впрыска, состоящим из шнека для пластификации и плунжера для впрыска. Термопластавтомат ориентирован на изготовление бутылей для минеральной воды и бутылок с широким горлом, в том числе и для заполнения горячими напитками.

 

Виктор КАВЕРИН