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更快生产聚丙烯杯子 |
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作者：MIKE FOKKEN 来源：德国Kunststoffe international杂志 |
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由塑料片材制得的产品在我们生活中无处不在，并且可能跟人们预期的一样，全世界对其市场的需求是多面的和动态的。近年来，PP片材的热成型已逐步成为位于德国Freilassing的凯孚尔股份有限公司的战略竞争优势，该公司从今年开始已成为位于德国Siegsdorf的布鲁克纳科技控股股份有限公司的全资子公司。据悉，凯孚尔正帮助布鲁克纳集团巩固和扩大其在塑料加工工业中的领导地位。由于共有的市场和产品开发方向相同，两家公司互补所有，互相协作，其包装市场获得了很大的推进。
该协同作用的结果之一就是推出了目标在于满足PP产品生产部门需求的具有内嵌堆垛系统（类型：KIST）的新热成型生产线（类型：KTR6热成型装置），这成为了07年在凯孚尔举行的开放参观日上的亮点。
更短的循环周期
设计生产杯子的新热成型装置是为了最快速地生产出高质量的杯子。该系统生产的PP片材厚度从0.3到2.5mm。在其面积为750×450mm2的成型区域内，允许每个循环中生产51个直径为70mm、最大深度为180mm的杯子。
杯子的成型是基于压缩成型原理、用压缩空气和伺服传动辅助标记系统来完成的。用电驱动能提供快速、精确并可重复的移动标记，并可用于使用节约气体技术工具的系统中。
在设计的成型力为600kN的初始成型阶段，成型工具和下部转动磨盘由凯孚尔新开发的程序来进行操控。这些复杂运动的完成便于在短时间内完成材料的成型。包括倾斜下部磨盘在内的进动程序能使从堆栈内取出杯子变得更简单（图1所示）。
图1 将下部磨盘倾斜到一个最适合的位置, 以便取出杯子的功能被集成到了成型过程中，结
果使得机器的驱动部分能适应载荷的极端改变。
新程序缩短了机械部分进动的时间，从而对循环周期也有正面的影响。这样，在保证高品质同时产品的产量增加了。
在这点上，我们将运动控制系统(类型：Simotion D，制造商：西门子股份公司，埃尔兰根，德国)和驱动(类型:Sinamics-S120，制造商：西门子股份公司)作为主要因素当中的代表予以说明。
机电整合优化
为了最大限度的发挥该新型设备的性能，生产商借助FEM模型、通过机电驻点来对热成型生产线的设计进行优化。包含了驱动特征的模型由作为自动化合作伙伴的西门子机电一体化小组提供。凯孚尔股份有限公司的设计人员和工程师共同对模拟和问题进行了评估。
为使均一流动的材料达到较快的周转速度，设计目标是使材料具有最大刚度，同时减少材料在成型段的流量。这样就减小了作用在机械组件上的动态力，因而需要一定的能量。
在机电优化过程中，驱动的精度也起到了重要的作用。在优化过程控制中，成型工具是以伺服传动的方式运动的。在这点上，该不寻常的运动程序对驱动程序提出了更高的要求：在成型过程中，伺服传动必然会以最大的力加速标记部分、成型工具和下部磨盘部分，而较重的下部磨盘在程序下一个动作中的倾斜运动需要移除加在驱动上的所有载荷。在以毫秒计的时间内，驱动必须转换到控制制动模式，以防止所加重载荷的失控加速。这种载荷上的突然和极端改变对当前的任何控制器而言都是一个挑战。在这点上，将伺服传动集成到运动控制系统中的方法被证明是可取的，因为系统的控制能力被很短的位置控制脉冲和几乎无延迟的内部传送定点所利用。
功能的集成
使片材通过纵向和横向拉伸以使其通过预热、横向及初始加热的两阶传输阶段是在成型阶段之前完成的。初始加热系统使片材的各个面都变热并且系统中耦合了高温检测设备，同时温度控制器被直接集成到机器的控制部分中，并使用自动系统中的标准部件。
以上集成技术的结果就是，24个上限的加热段的温度和冷却回路，也就是上、下设备和脱模器都以较低的成本来对其进行容易地控制。高质量的控制算法确保在对于PP片材而言只有数个开尔文的狭窄“加工窗口”内对加工条件进行优化。
将温度控制部分集成到运动控制系统中也使片材收卷的速度、片材不同部分的温度差而导致对其所需的纵向和横向伸缩的精确调节变得更容易。所有的加工参数都与一个复杂的过程循环相关联，因而能保证操作的可靠、生产片材的材料的合理使用和生产出的杯子具有高品质。
集成到伺服传动中的安全功能模块使得系统中不需要配备自动防故障装置的PLC(程序化的逻辑控制器)装置，而且同时能保证安全功能模块的快速响应。基于驱动的安全功能模块能直接和快速地停止装置有潜在危险的运动，也就是说不需要像以前的装置那样需要监控CPU发出信号。
凯孚尔公司已经在其KMD系列的机器上使用了这种自动化成果，借助Simotion D运动控制系统，该类机器的运动、PLC作业和重要的功能被集成到一起来优化生产过程，使得生产时的循环速率提高了30%。
凯孚尔公司杯子成型系统的客户经理Thomas Huber将该新型设备的优点总结如下：“客户甚至不需要知道控制器的位置，他们只需要在幕后进行简单的操作并能达到想要的结果 — 单位时间内更大的产品产量。”使用KTR6型号的机器时，其每分钟能完成40次的净循环，换言之就是能生产2040个直径为70mm的杯子。
均衡的自动化
为真正开发高生产率的自动杯子成型机器，杯子的脱出、堆栈和放出都应在同样的速度和同样高可靠性的情况下完成。因为这个原因，凯孚尔公司开发了KIST在线堆栈系统来作为一个可供选择的第三方杯子打包机。与水平方向堆积的方式相比，将杯子按垂直方向堆积的方式会使杯子的椭圆度降低，而这正是产品生产时独有的特征，同时也是伺服传动将杯子转运并堆栈的打包阶段。
与其它热成型机器一样，该新型的堆栈系统是用一个控制CPU和西门子生产的配有10个伺服轴的驱动装置来实现自动化的。
在成型阶段和堆栈系统中的次序安排是通过连接两个同样CPU的总线通信在5ms的时间内完成同步的，因而在取出杯子的时候几乎不需要花时间来等待。这种生产和包装线的均衡自动化布局确保了系统具有很好的可靠性和高的生产率，并且生产商能提供好的服务和维修保证。
凯孚尔公司用由于生产线均衡自动化的机会而使其购买者和操作人员受益，并将操纵装置集成到了热成型机器的操作界面中(图2所示)。该技术的利用减少了一个控制面板，提高了操作者的效率并可对各个阶段所有规模依赖的参数进行一致的调节。此外，该杯子生产线可直接与生产网络相连接，这就使得任何形式的生产数据采集、监控计算机的偶联和/或者远程诊断/远程服务的执行变得更简单了。 
图2 热成型机器和堆栈系统使用同一个控制系统并由总线通信连接起来，以便于操作者在
一个单独的控制面板上能对系统的所有组件进行操作
开发节能潜力
生产者都很在意产品生产周期中的各种成本，因而对开发者而言，不仅增加热成型机器的生产率很重要，而且降低操作成本也是同等重要的。在这点上，初始最重要的是材料和能量成本：材料成本占到了一个杯子价格的70%，并且热成型过程中的能量消耗也是很可观的。
具有大成型面积的成型机器意味着其可以更好的利用材料并可能提高模腔的排列水平。材料利用率的显著提高是源于对材料的优化拉伸成型，同时边角材料在材料中所占的比重也显著降低。
这种杯子成型机器的动力消耗也相对较低，这归因于机器的伺服驱动部分所需的动力仅是一台液压驱动热成型机的八分之一。成型机的这种节能优势一方面使驱动系统有更高的效率，另一方面也可能使周期性的循环能量经驱动系统传回到机器的动力供给部分。
另外还能节约的部分是在KTR6型机器中已经设计了能节约压缩空气的装置。由于所需的操作压力比标准工具的低，并大约能节约80%的成型空气，因而该装置能进一步提高机器的能量平衡能力。
结论
该类新型机器设备具有广泛的优势，包括在杯子成型初始阶段对片材进行拉伸，生产过程的连续进行，在生产的结束阶段将部件的脱模、堆栈和打包集成到了一起。这个计划的实现首先在于装备的设计者和来自不同公司的自动化专家协力将温度控制部分和机器运动的控制部分耦合到了一起。这个成果确保能产生可观的环境和成本优势：机器在更短的循环周期内具有更高的产品产量，同时也能更节约材料和生产所需的能量。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/17/2008) |
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