劉軍強
(秦川機床工具集團股份公司本部,陜西 寶雞 721009)
塑料擠出吹塑成型機因其所生產(chǎn)制品多為中空形狀,故一般簡稱中空成型機, 又稱為中空機、吹塑機,是塑料加工行業(yè)的三大重要裝備之一。塑料中空吹塑成型機(如圖1)主要由:機頭、擠出塑化裝置(擠出機)、機架、合模機構(gòu)、吹脹裝置、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、以及模具、周邊輔助設(shè)備等部分組成。
圖1 200L 塑料中空成型機
200 L L 環(huán)的塑料化工包裝桶作為化工行業(yè)的標準包裝桶,已經(jīng)暢銷市場幾十年。其生產(chǎn)設(shè)備作為中空吹塑行業(yè)的典型代表,
也被行業(yè)所認可,制品去除飛邊難度,也一直影響著其自動化,智能化的發(fā)展。以下以200 L 中空吹塑成型機的為例,探討中空吹塑機的自動化智能化升級之路如何走,以及其中的技術(shù)難點。
面對市場及消費需求變化,智能化已是必然走向的趨勢。智能化如何在中空吹塑機上實現(xiàn),可考慮三步走。①首先要實現(xiàn)整機自動化,搭建自動化生產(chǎn)線。②實現(xiàn)初步的智能化。③實現(xiàn)高級的智能化。
要實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線,首先需要實現(xiàn)制品飛邊的自動去除,只有攻克這一點,就可以實現(xiàn)自動化。因為其他部分已有成熟技術(shù)可以利用。
200 L 塑料包裝桶主要用于化工原料的運輸包裝,為標準《GB18191—2008 包裝容器 危險品包裝用塑料桶》所規(guī)定的標準桶型(如圖2)。其生產(chǎn)過程是由中空吹塑一次成型的,成型之后,再經(jīng)人工手工去除飛邊,然后再進行二次冷卻定型,檢查、稱重、包裝,就可直接發(fā)貨。其中人工去除飛邊,工序必不可少,而且勞動強度大,環(huán)境差。因為塑料桶從成型機模具取出時的溫度一般在60 ℃以上。而且人工去除飛邊需要趁熱進行。所以如能克服自動去除飛邊特別是桶口飛邊,則能夠輕松實現(xiàn)全自動生產(chǎn)線。
圖2 200 L 單L 環(huán)化工包裝桶
隨著社會的發(fā)展,人工成本不斷上升,生產(chǎn)自動化已成為發(fā)展趨勢。而要達到200 L 塑料桶的自動化生產(chǎn)線,去除飛邊則成為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是繞不開的環(huán)節(jié),只有實現(xiàn)必自動去除飛邊功能才能完成自動化生產(chǎn)線。
縱觀近幾年去除飛邊功能實現(xiàn)的方法,對于去除飛邊的方法無外乎下推上撕的不同動作。其實桶底的飛邊由于是其形狀決定,是容易去掉的,無論撕扯還是推拉都是可以去掉的。但桶面的飛邊,由于有兩個充液口(如圖3 所示),所以不易去掉,以下重點說明桶面的飛邊去除方法。
圖3 帶飛邊的200 L 包裝桶
熱切法是早期的一種去除飛邊的方法。考慮到桶的飛邊厚度不一,直接推,不易推掉。熱切法去除飛邊如圖4 所示,先給連接處加熱,讓其變軟,然后在推。此方法,優(yōu)點:模具不會影響去除飛邊的效果,只要對中連接點,再厚的飛邊都能去掉。缺點則是①塑料易拉絲、易產(chǎn)生碎屑,如果碎屑掉入桶內(nèi),不易去除,增加后續(xù)的工作量。②所使用熱風(fēng)增加了能量消耗。而且可靠性有所欠缺。
圖4 熱切法去除飛邊示意圖
冷切法是這幾年采用的新方法,通過對切口處盡快冷卻,使其變脆,再行推掉飛邊。道理簡單,但要真正實施,就要考慮可靠性問題,也要考慮成本以及要冷卻到多少度才能讓塑料變脆。所以,這種方法只是在研究自動去除飛邊的過程中,有人提出過,并沒有真正走向市場化。
另外近幾年也有利用機器人去除飛邊的,但因為價格成本問題,并沒有推廣開。
由于去除飛邊裝置要求不能影響整機的運行可靠性,因此其設(shè)計必須考慮盡量做到動作簡單,運行可靠。正因如此,目前市場上在售的不是熱切也非冷推,而是制品從模具里出來后,直接推掉的。如圖5 所示,制品放置于中間,上下直接推掉,方便快捷。但對模具和工藝的要求卻與其它的方法有些不同。
圖5 去除飛邊裝置
上面分析了實現(xiàn)自動去除飛邊的各種方法的可能性,最終還是采用撕推方式最為實用。但由于去除飛邊是一個系統(tǒng)工程,包括整機鎖模力、模具結(jié)構(gòu)、去飛邊裝置、中空成型工藝等諸多環(huán)節(jié),需要系統(tǒng)統(tǒng)籌,相互協(xié)作才能完成去除飛邊功能。要實現(xiàn)去除飛邊,必須先要飛邊達到一定要求,才能讓后面工序去去除。而一般“ 撕裂式”200 L 自動切邊機,要求制品從模具出來,能夠達到用手能撕掉桶底料頭,用橡膠榔頭能敲掉桶口料頭。如果不能達到要求,后續(xù)縱使再好也無法可靠的去除飛邊。
而工藝參數(shù)的調(diào)整最主要的是提高合模壓力,讓制品與飛邊連接處的合??p塑料更薄些,一般保證0.2 mm以內(nèi),便于后道工序的去除飛邊。中空機合模機構(gòu)的鎖模力必須大。但鎖模力大又會影響模具刀口的壽命。
制品的溫度高低取決于在模具內(nèi)的冷卻時間。吹塑成型,從模具取出來的,制品溫度大約在30~50 ℃之間,才能夠更好的去除飛邊。在設(shè)備效率較高時,需要給模具配備冷水機。
綜合來看,模具才是去除飛邊的關(guān)鍵因素。模具的要求,是兩片模具的平行度要好,合??p要窄。要進行自動切口,模具刀口必須鋒利,但如此以來,就會縮短模具壽命。因此桶底和桶口刀口面需采用鑲件結(jié)構(gòu),如此就要增加模具成本。但為了達到自動去除飛邊的目的,這些成本的增加是必要的。
當解決掉自動去除飛邊技術(shù)難題之后,下一步就是搭建中空吹塑機的自動化生產(chǎn)線。
塑料中空吹塑機自動化生產(chǎn)線(如圖6)主要包括:中空吹塑成型機,去飛邊設(shè)備、冷卻定型裝置(如圖7)、稱重設(shè)備、 氣密測試設(shè)備、自動貼標機、自動混料機、全自動上料機、飛邊輸送設(shè)備、飛邊粉碎機及制成品輸送設(shè)備等組成智能化的全自動吹塑機生產(chǎn)線,簡稱吹塑機生產(chǎn)線。近年來,中空塑料吹塑成型機已經(jīng)由過去的單一機組向中空吹塑機自動化生產(chǎn)線發(fā)展,發(fā)展速度越來越快,這是市場發(fā)展的必然。隨著人力成本的增長,過去手人工進行的工作,必須要自動化設(shè)備來進行。
圖7 冷卻定型裝置
中空成型機自動化生產(chǎn)線為整機的初步智能化提供基礎(chǔ)。但這只是智能化的第一步,解決了人工重復(fù)的勞動動作,減輕了操作工人的勞動強度,提高了制品合格率。
當然目前,在實現(xiàn)自動化的同時,也增加了自動檢測并判斷是否為廢品等智能化的部分。這只是初步的智能化,但就技術(shù)來說,遠程故障診斷與解決亦非難事,秦川機床的中空成型機已在一些型號設(shè)備上增加相關(guān)功能,能夠完成程序問題的遠程診斷。而遠程運維、工藝參數(shù)的實時保存與上傳、生產(chǎn)線的實時監(jiān)控等,都是可以實現(xiàn)的,而且已有實現(xiàn)的案例。
總之,初步智能化機組應(yīng)包括以下幾項特點:
(1)遠程監(jiān)控和故障排除,包括用于預(yù)測性維護的震動監(jiān)控等;故障報警與排除。
(2)設(shè)備數(shù)據(jù)收集與分析,從設(shè)備和輔助設(shè)備(如混合/ 進料系統(tǒng))收集數(shù)據(jù)。提供的數(shù)據(jù)包括機器狀態(tài)和警報、設(shè)備綜合效率以及故障分析等。
(3)制品數(shù)據(jù)的收集處理。每一個制品的生產(chǎn)時的狀態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)能夠收集,讓每一個制品生產(chǎn)狀態(tài)可追溯。
因此未來幾年內(nèi),塑料中空吹塑機的單機生產(chǎn)已不能滿足市場需要,自動化智能化的中空吹塑生產(chǎn)線將會成為市場需求的主流。雖然生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化,但在主要工藝參數(shù)的調(diào)整還是依賴操作工人的實際經(jīng)驗。因為塑料中空吹塑成型工藝,調(diào)整參數(shù)太多,不同的制品,不同的原料需要調(diào)整不同的參數(shù),甚至有時不同的時間也需要微調(diào)參數(shù)。而要調(diào)整的參數(shù)有:溫度、時間、氣量、壁厚控制點位等。
因此也許未來的中空吹塑機在外觀上可能變化不是太大,但其核心控制程序?qū)⑹窍蚋呒壷悄芑l(fā)展的。供給客戶的不在是單臺設(shè)備,而是全套生產(chǎn)線的集成。其控制程序會更復(fù)雜、將會增加故障點的監(jiān)控,工藝參數(shù)的自主學(xué)習(xí)與優(yōu)化等高級智能化生產(chǎn)線。這些在初級智能化的基礎(chǔ)之上,操作更簡單,更加減少依靠人為經(jīng)驗對設(shè)備的工藝參數(shù)調(diào)整。
近年來,國內(nèi)自動化生產(chǎn)發(fā)展很快,更加迫切加快自動化生產(chǎn)線的開發(fā)與研制。塑料中空吹塑成型機已由過去的單一機組向中空吹塑機智能化生產(chǎn)線發(fā)展,中空吹塑機組、生產(chǎn)線的自動化智能化程度將更加深入發(fā)展,但自動化智能化也將意味著成本增加,同時感應(yīng)器增加,潛在的故障點,也將增加。所述這些,市場是否能夠接受,還有待于時間來驗證。但可以明確的是無人化、少人化操作的自動化智能化中空吹塑機生產(chǎn)線將發(fā)展更快,吹塑制品生產(chǎn)的全過程智能化生產(chǎn)將會更加普遍,吹塑機設(shè)備的穩(wěn)定性,耐用性,調(diào)整的簡捷化也將是未來的主要發(fā)展方向。
總之,塑料中空成型機生產(chǎn)線智能化的發(fā)展方向與目標已定,但何時能夠落到實處,何時推廣應(yīng)用,可能還有很長一段路要走。