Przypadek zastosowania cylindrów w maszynach do formowania w próżni

I. Temat projektu

Trzystanowiskowa linia formowania w próżni z dodatkowym ciśnieniem dodatnim firmy produkującej opakowania spożywcze służy do masowej produkcji blisterów z PET na owoce. Oryginalne wyposażenie wykorzystywało cylinder jednostronnego działania w połączeniu z mechanicznym ogranicznikiem, co powodowało problemy takie jak słaba synchronizacja zamykania form, nieregularna siła docisku krawędzi oraz duży uderzeniowy wpływ przy umieszczaniu osłony próżniowej. Skutkowało to powstawaniem produktów z pęcherzykami, zaciekami i odkształceniemi, przy współczynniku wydajności wynoszącym zaledwie 85 %, częstymi przestojami związанныmi z koniecznością diagnozowania i regulacji urządzenia oraz wysokimi kosztami energii i konserwacji. W celu poprawy spójności procesu formowania, czasu cyklu oraz stabilności systemu cylindrów został zmodernizowany i zmodyfikowany.

Ii. Wymagania sprzętowe i procesowe

• Proces: Formowanie w próżni + formowanie pod ciśnieniem dodatnim, gorące prasowanie w stałej temperaturze, szybkie otwieranie i zamykanie formy, uszczelnianie i blokowanie osłony próżniowej

• Podstawowe czynności: podnoszenie pokrywy próżniowej, zamykanie/zablokowanie matrycy, dociskanie materiału krawędziowego, pozycjonowanie stacji

• Specyfikacje: powtarzalność zamykania matrycy ≤ ±0,1 mm; stabilna i regulowana siła docisku płyty nośnej; stopień próżni ≤ –0,095 MPa; skrócenie czasu cyklu ≥ 15 %; współczynnik wydajności ≥ 97 %

Iii. Dobór cylindrów i rozwiązanie systemowe  

1. Kluczowa konfiguracja cylindrów

• Podnoszenie pokrywy próżniowej: dwustronny cylinder amortyzujący (średnica 80 mm / skok 250 mm) z magnetycznym czujnikiem położenia, zapewniający szybkie podejście + powolne amortyzowane zamykanie, eliminujące uderzenia oraz problemy z uszczelnieniem.

• Główny cylinder zamykający matrycę: cylinder z wysoką siłą zaciskową do blokowania matrycy (średnica 100 mm), sterowanie ciśnieniem w pętli zamkniętej, stabilne utrzymywanie ciśnienia bez jego wycieku.

• Pozycjonowanie docisku krawędzi: cienki cylinder z prowadnicą, zapewniający wysoką równoległość i odporność na skręcanie boczne, co gwarantuje jednolity docisk krawędzi.

• Czynności pomocnicze: minicylindry odpowiedzialne za wyrzucanie detali, blokowanie oraz wspomaganie cięcia krawędzi.

2. Sterowanie i obwód pneumatyczny

• PLC + ekran dotykowy + grupa zaworów elektromagnetycznych, umożliwiające sterowanie prędkością w segmentach, regulację ciśnienia oraz zamkniętą pętlę kontroli położenia.

• Logika sprzężenia: zamykanie formy → zablokowanie formy → próżniowanie → utrzymywanie ciśnienia i kształtowanie → usuwanie próżni → otwieranie formy i wyrzucanie wyrobu

• Zastosowanie zaworów przepustowych i zaworów regulacyjnych ciśnienia umożliwia szybkie przesuwanie w przód i powolne zamykanie oraz elastyczną amortyzację.

Kaptur próżniowy zapewnia bardziej niezawodne uszczelnienie, skutecznie eliminując wady takie jak pęcherzyki powietrza, niedobór materiału oraz wyrostki; amortyzacja cylindrów i sterowanie synchroniczne znacznie zmniejszają zużycie mechaniczne, co prowadzi jednocześnie do obniżenia poziomu hałasu i zużycia energii.

Iv. Podsumowanie wartości aplikacji

1. Jakość formowania: jednolite ciśnienie, zsynchronizowane zamykanie formy oraz niezawodne uszczelnianie pod próżnią eliminują pęcherzyki powietrza i odwarstwianie.

2. Wydajność produkcji: skrócenie czasu cyklu, zmniejszenie przestojów oraz około 18-procentowy wzrost dziennej zdolności produkcyjnej na linię.

3. Koszty eksploatacji: długa żywotność cylindrów oraz prosta konserwacja pozwalają obniżyć roczne koszty konserwacji o około 40%.

4. Duża elastyczność: szybka wymiana form oraz parametrów procesu umożliwia spełnienie potrzeb produkcyjnych wielu specyfikacji produktów.

V. Podsumowanie

Jako podstawowy siłownik maszyny do formowania w próżni cylinder, dzięki systemowemu zaprojektowaniu dwustronnego buforowania, sprzężenia zwrotnego położenia, zamkniętej pętli ciśnienia oraz synchronizacji wielu cylindrów, może znacznie poprawić stabilność urządzenia, dokładność formowania oraz wydajność produkcji. Niniejsza analiza przypadku potwierdza, że rozwiązanie z zastosowaniem siłowników pneumatycznych jest niezawodne, wydajne i tanie w dziedzinie formowania w próżni, a zatem nadaje się do wdrożenia w scenariuszach formowania w próżni z jednoczesnym nagrzewaniem, takich jak termoformowanie, materiały kompozytowe, gumy oraz silikon.