Быстрая замена крупногабаритных пресс-форм

Х. Низинк, EAS Europe B.V.
Замена литьевых форм с массой железнодорожного локомотива менее чем за 30 минут на больших термопластавтоматах, их подъем, опускание, поворот и вращение или разделение таких пресс-форм на части в целях обслуживания не являются рутинными операциями. Для этих целей приходится использовать ноу-хау и оборудование соответствующих опытных специалистов. Именно эти задачи удалось решить специализирующейся в области производства крепежных систем EAS, которая поставила изготавливающей большие контейнеры фирме SULO необходимое оборудование, без осложнений эксплуатируемое уже более четырех лет.

Крупногабаритные литьевые формы Sulo

Компания SULO Umwelttechnik GmbH (г. Херфорд) входит в состав группы компаний Plastic Omnium (Франция) и отпраздновала в 2012г. сразу два юбилея – 120-летие своего существования и 40-летие со дня создания большого мусорного контейнера из пластика, что стало, наверное, важнейшей инновационной разработкой в истории фирмы. Речь идет о снабженном 4 колесами большом контейнере для отходов, имеющем традиционную откидную крышку и емкость 1100л. Благодаря значительно меньшей по сравнению с изготовленным из оцинкованного стального листа металлическим контейнером собственной массе новый контейнер позволил существенно облегчить манипуляции с отходами и подлежащими утилизации материалами. Успех этой разработки виден невооруженным глазом: с момента начала производства подобных контейнеров в 1979г. их было произведено около 75 млн (см. фото у заголовка статьи).

Производство больших контейнеров – это огромные литьевые изделия и смена огромных пресс-форм

Этот ставший совершенно привычным (по меньшей мере, в наших широтах) большой контейнер (четырехколесный контейнер типа MGB) к моменту его создания совершенно не считался обыденным изделием. Его появление потребовало разработки целой серии инновационных технических решений в различных областях, включая дизайнерское оформление изделия, концепцию и типоразмеры литьевой формы, соответствующую литьевую машину и транспортирующие механизмы. В частности, запущенная в эксплуатацию для изготовления больших контейнеров в 1979 г. литьевая машина с усилием смыкания 75 000 кН была тогда самой крупной в мире. Ее специфической особенностью было то, что эта «сдвоенная» литьевая машина была оснащена двумя параллельными узлами впрыска и смыкания, которые могли работать либо независимо друг от друга с различным временем цикла, либо одновременно как единый узел. Конструкция ТПА позволяла изготавливать либо два различных двухколесных контейнера, либо один четырехколесный, для чего было необходимо всего лишь синхронизировать работу обоих узлов впрыска за счет поперечного крепления большой пресс-формы.
Технические новшества, касающиеся конструктивного исполнения изготавливаемого изделия и литьевой формы, характеризуются специфическим сочетанием рецептуры перерабатываемых материалов, центрального впрыска с нижней стороны, минимальной толщины стенок изделия при большом пути течения расплава и необходимым интенсивным охлаждением нижней части. В случае четырехколесных контейнеров емкостью 1100л к этому добавился и еще один параметр: превышающая 100 тонн масса пресс-форм подняла на очень высокий уровень требования к системам внутризаводского транспорта. О возможности смены литьевых форм с помощью кранов не приходилось и думать. Руководитель сектора технического планирования компании SULO Торстен Йоханвилле (Thorsten Johannwille) в связи с этим вспоминает: «Подлежащие перемещению массы превосходили все разумные с экономической точки зрения конструктивные возможности производственных зданий. Во-первых, экономически не могло быть никак оправдано создание цеха, конструкция которого была бы в состоянии выдерживать нагрузки, возникающие при работе крана соответствующей грузоподъемности. Во-вторых, восемь колонн сдвоенного узла смыкания все равно не обеспечивали бы возможности вертикального перемещения пресс-формы в обоих направлениях. В результате не оставалось никакого иного способа, кроме извлечения закрепляемой с нижней стороны огромной литьевой формы из машины по рольганговым мостикам с помощью полиспастов и перемещения ее на рельсовую тележку для дальнейшей транспортировки к станции обслуживания. Этот способ был связан с очень жесткой схемой, в которую с большим трудом вписывались (или вообще не вписывались) дополнительные машины и устройства аналогичных типоразмеров. Даже для выполнения относительно небольших работ по ремонту требовалось транспортировать форму к стороннему изготовителю форм. Для перегрузки на специальный транспорт мы смонтировали на станции обслуживания отдельный портальный кран. Несмотря на все эти меры в то время для смены пресс-формы требовалось около 24 ч. Благодаря многочисленным частным усовершенствованиям оборудования и технологического процесса нам удалось сократить эти затраты времени на протяжении 1990-х гг. до 8 ч. Это было большим достижением, но в условиях увеличивающегося многообразия видов выпускаемых крупногабаритных изделий и такие затраты времени являлись серьезным тормозом с точки зрения производительности. Это вынудило нас искать иные возможности».

Многолетний опыт работы в области смены пресс-форм

Создание в 1987-88гг. в г. Херфорде нового высокоавтоматизированного литьевого производства для изготовления изделий средних типоразмеров предоставило реальные шансы для внедрения новых принципов автоматизации производственного процесса и проверки их возможностей. Красной линией производственной концепции была и остается организация изготовления изделий собственной программы поставок по принципу "точно по графику" в соответствии с поступающими заказами и при минимальных складских запасах. Ключевыми условиями для успешной реализации этой концепции являются минимизация затрат времени на планирование и переналадку производственного оборудования. Основой для этого стал парк оборудования, включающий в себя группы термопластавтоматов с одинаковыми размерами и усилиями смыкания, каждой их которых соответствует определенная группа литьевых форм. Все разъемы между машинами и литьевыми формами были стандартизированы и выполнены с учетом обеспечения возможности автоматизированной смены форм. В соответствии с этим все пресс-формы были оснащены адаптерными плитами для быстрого закрепления. Процессы соединения систем подачи рабочих веществ и выталкивателей также были полностью автоматизированы. Для этого в адаптерных плитах были предусмотрены нормированные соединительные блоки для подключения электрических устройств, соединения контуров циркуляции воды и гидравлических жидкостей, а выталкиватель изделий был оборудован пневматическим соединительным устройством (фото 1).

метод быстрой смены литьевых форм

Фото 1. Компания SULO уже более 25 лет использует в своей работе метод быстрой смены пресс-форм с помощью стандартизированных разъемов между формой и ТПА. Для этой цели все литьевые формы оснащены адаптерными плитами и выполненными в соответствии с заводскими нормами плитами для быстрого соединения систем подачи рабочих веществ и энергоносителей (фото: SULO)

В результате всех этих мероприятий прессформы после предыдущего (также программируемого) предварительного нагрева, после автоматической установки на машину с помощью станции замены форм или после выполняемой посредством крана с верхней стороны замены оказываются в полной готовности к работе. Каждая отдельная литьевая машина является основной составной частью высокоавтоматизированной производственной ячейки, в которую входят также станции предварительного нагрева и смены пресс-форм и материального цилиндра, робот для извлечения изделий со станцией для смены головок и систему транспортировки поддонов с готовыми изделиями, которая посредством напольной транспортирующей системы соединена с центральным складом.

Принцип "время – деньги" особенно важен для самых больших машин

Используя этот богатый опыт, компания SULO с середины 1990-х гг. начала одновременно с развитием успеха на рынке MGB расширять свой парк больших машин. По этому поводу Торстен Йоханвилле отмечает: «С каждой новой производственной инновацией увеличивалась потребность в техническом решении для повышения гибкости процесса переналадки и сокращения затрат времени на каждую переналадку. Учитывая возросшую частоту смены форм, мы уже не могли мириться с затратами 8 часов времени на каждую переналадку. Кроме того, нам была необходима система транспортировки пресс-форм для того, чтобы без привязки к технологически негибкой рельсовой системе обеспечивать дополнительные ТПА пресс-формами. Для решения этой задачи мы начали поиск партнера, располагающего необходимыми ноу-хау для дооснащения наших машин. Такого партнера мы нашли, в конце концов, в лице нидерландской компании EAS Europe B.V., специализирующейся в области смены литьевых форм, которая представила нам убедительные и многочисленные свидетельства своей компетенции в этом вопросе».

Самой простой частью задачи было дооснащение крепежных систем узлов смыкания машин. Выбор пал на гидравлические крепежные элементы типа MOD 4010 с усилием зажатия 400 кН. По шесть таких элементов, устанавливаемых на каждой стороне ТПА с усилием смыкания 32000 кН, и по восемь элементов, устанавливаемых на каждой стороне литьевой машины с усилием смыкания 55000 кН, обеспечивают соответственно усилие удержания 2400 и 3200 кН (фото 2).

крепежная плита до смены пресс-формы

а

крепежная плита в процессе смены пресс-формы

б

Фото 2. Используемые компанией SULO большие термопластавтоматы оснащены адаптированными крепежными системами компании EAS. Расположение этих систем позволяет выполнять смену пресс-формы как сверху с помощью крана так и с боковой стороны, с помощью тележки для смены форм. На фото – крепежная плита до (а) и в процессе (б) смены формы (фото: EAS и ENGEL)

Сокращение затрат времени на смену пресс-форм с 8 часов до 24 минут

Сложнее обстояло дело с системой транспортировки литьевых форм. Первоочередное требование заключалось в уменьшении затрат времени на смену 110-тонной пресс-формы по меньшей мере до 30 минут. Второй задачей было обеспечение возможности подъема и опускания до уровня введения литьевой формы в машину в процессе ее перемещения на 300 мм в каждом направлении. Это требование обусловливалось тем, что колонны ТПА, над которыми предстояло перемещать пресс-формы, располагались на разных уровнях. Кроме того, транспортирующая система должна обладать возможностью свободного перемещения по полу производственного помещения (без привязки к рельсовым путям), поворота в определенных местах и подсоединения как к станции складирования форм, так и к ТПА. Поперечное перемещение пресс-формы с тележки для ее транспортировки должно было осуществляться не в одном, а в обоих направлениях и, по меньшей мере, на 1200 мм выше уровня защитной дверки для достижения узла смыкания.

В качестве технического решения появилась тележка с четырьмя поддерживающими воздушными подушками и четырьмя пневматическими фрикционными приводами для колес, смонтированными на консолях базовой конструкции тележки и обеспечивающими постоянный силовой контакт с поверхностью пола благодаря управлению, синхронизированному с подъемом тележки, обусловленным действием воздушных подушек (фото 3). Необходимая для работы привода энергия поступает от инфраструктуры предприятия в виде подаваемого по системе пневмошлангов сжатого воздуха со стандартным давлением 6 бар. Для изменения высоты установки литьевой формы на отдельной несущей раме смонтированы рольганги для формы, причем несущая рама может перемещаться в вертикальном направлении с помощью четырех винтовых механизмов с электроприводами. Перемещение пресс-формы в поперечном направлении (в обе стороны) осуществляется с помощью приводимого в действие гидравлическим приводом телескопически выдвигающегося устройства с двумя ползунами и винтовыми механизмами.

тележка для смены тяжелых пресс-форм на воздушных подушках

а

система соединения тележки со складским модулем для размещения пресс-форм

б

Фото 3. Созданная компанией EAS тележка для смены литьевых форм на воздушных подушках, предназначенная для форм массой до 110 тонн (а), и увеличенное изображение системы соединения тележки со складским модулем для размещения пресс-форм (б).

Испытаний ждали с большим волнением. Руководитель сектора продаж компании EAS Клаус Херманн (Klaus Hermann), вспоминая то время, отметил: «Фактические мощности и нагрузки при работе с изделиями подобных типоразмеров перед поставкой оборудования только моделируются, но не воспроизводятся в реальных производственных условиях. По этой причине волнение в день «Х» было действительно очень высоким. Несмотря на это, если говорить коротко, все наши ожидания оправдались в полной мере. Вместо требуемых 30 минут полный цикл смены литьевой формы удалось выполнить за 24 минуты. Для того, чтобы полностью осознать важность этого достижения, необходимо сопоставить полученный результат с предыдущими 8-часовыми затратами времени на переналадку». Торстен Йоханвилле добавил: «Учитывая тот факт, что описываемое приемочное тестирование проходило более 10 лет назад, мы можем утверждать, что полученный результат вовсе не был единичным случаем. Мы и сейчас работаем на этом же уровне. А созданная тележка допускает и другие возможности. В частности, с ее помощью можно осуществлять транспортировку и передачу пресс-форм такой же массы на станции их обслуживания, разработанные и изготовленные также компанией EAS».

Поворот и вращение 100-тонных изделий

В отличие от практики прошлых времен, когда большие литьевые формы даже для выполнения мелкого ремонта приходилось со значительными затратами транспортировать на другие предприятия, занимающиеся их производством, в настоящее время непосредственно на своем предприятии может осуществляться демонтаж пресс-форм вплоть до сервисного обслуживания горячеканальных систем. Станция обслуживания компании EAS позволяет в удобных условиях открыть поступившую литьевую форму (ход открытия – 3200 мм) после ее освобождения от крепежных устройств, а затем повернуть одну часть на 90о. И это еще не все. Оборудование позволяет также выполнять контролируемый поворот всей пресс-формы с общей массой до 110 т. В комбинации с заводским краном это предоставляет возможность комплексного демонтажа литьевой формы для ее очистки и ремонта (фото 4).

станция обслуживания больших пресс-форм

а

станция обслуживания больших литьевых форм

б

Фото 4. Компанией EAS была создана и станция обслуживания больших литьевых форм, которая также может перемещаться с помощью тележки на воздушных подушках (а). Передаваемые с боковой стороны по рольгангам пресс-формы фиксируются с помощью зажимных элементов. После этого может осуществляться поворот всей литьевой формы массой до 110т или одной из ее частей на 90о. Обслуживание такой большой формы облегчается при использовании передвижной платформы (б) (фото: EAS)

Заключение

Таким образом, существующие в настоящее время средства механизации и автоматизации позволяют и в секторе литья крупногабаритных изделий на больших термопластавтоматах добиваться практически такой же высокой технологической гибкости и производительности, как при эксплуатации малых и средних литьевых машин. Необходимые для этого капиталовложения следует сопоставлять с возможной экономией за счет повышения коэффициента использования оборудования.

Перевод А. П. Сергеенкова