Эффективность магнитных систем крепления литьевых форм

Специализирующая на переработке металлов и полимерных материалов немецкая компания J.D.von HagenAG (г.Изерлон) производит широкий ассортимент багажных отсеков и облицовочных элементов для мотоциклов и мотороллеров. Для обеспечения экономической эффективности изготовления изделий сравнительно малыми партиями необходимо использовать очень гибкое в технологическом смысле оборудование с минимальными затратами времени на переналадку. В литьевом производстве компания делает ставку на быструю смену пресс-форм с помощью магнитных крепежных систем компании EAS Europe B.V. (Нидерланды).

Х. Низинк, EAS Europe B.V.

производство деталей мотоциклов BMW Производство литьем под давлением разнообразных пластиковых деталей мотоциклов отличается частой сменой форм и потому требует минимального времени на переналадку

Как и в любом другом производстве, экономически целесообразный уровень автоматизации процесса определяется объемом партий основных видов продукции. В этом отношении производство мотоциклов существенно отличается от производства автомобилей. Обычно ежегодные объемы партий изделий для мотоциклов в 10-100 раз меньше, чем для автомобилей, хотя и не уступают им по разнообразию вариантов. В качестве иллюстрации можно привести некоторые конкретные данные: традиционный годовой объем выпуска изделий определенной модели составляет около 12 тыс.шт., а для каждой разновидности модели - от 3 до 5 тыс.шт. Этот объем производства для партнеров по поставкам подразделяется на 12 частей, по 250-1000 изделий в месяц. Чтобы выстоять в таких условиях, производитель должен обладать гибкой организацией, отточенной логистикой поставок и оборудованием, переналадку которого можно осуществлять в кратчайшее время и с минимальными затратами труда. По этому поводу Мартин фон Хаген, председатель правления компании J.D.von Hagen, высказывается следующим образом: «В нашей производственной программе имеется около 6000 «живых» видов изделий из полимерных материалов, из числа которых мы должны с нерегулярными интервалами времени, но всегда в короткие сроки, поставлять конкретные узлы и детали. Объемы поставок варьируются от 10 до нескольких тысяч изделий. По этой причине от нас каждодневно требуется высочайшая технологическая гибкость. Непрерывность работы литьевого производства означает (если говорить с некоторым преувеличением), что почти каждая пресс-форма может быть использована на любой литьевой машине. При существующем большом ассортименте литьевых форм мы не можем позволить себе инвестировать в строго определенные фиксированные соотношения и разъемы между машинами и формами. Для достижения высокой гибкости производственного процесса в таких сложных условиях мы приняли решение о комбинировании созданных на высоком техническом уровне и удобных в обслуживании термопластавтоматов с магнитными крепежными системами.

Магнитная фиксация обеспечивает высокую технологическую гибкость

Самым важным преимуществом магнитных крепежных систем является исключение необходимости использования специальных механических разъемов между пресс-формами и машинами, за исключением чистых и гладких крепежных плит собственно форм. Геометрическая конструкция плит на формах имеет при этом второстепенное значение: литьевые формы с круглыми плитами могут фиксироваться так же как и формы с прямоугольными и квадратными плитами.

Различные требования различные технические решения

Несмотря на то что главное принципиальное требование к системам крепления- фиксация и удержание литьевой формы - является общим для всех типоразмеров ТПА, при более тщательном анализе выявляются значительные различия в процессе практического применения магнитных систем. Они вытекают из рамочных условий, касающихся создания эффективного магнитного потока. Малые и средние пресс-формы с относительно тонкими плитами создают для него естественные границы, поскольку линии магнитного поля оказывают очень слабое влияние или вообще не проявляют своего влияния за границами плит. Магнитные линии, проходящие за пределами плит, не оказывают влияния на создание магнитного поля. С учетом этих обстоятельств компания EAS разработала две разные системы: систему Pressmag SP на основе технологии Quadratpol для ТПА с низким и средним номинальным усилием запирания (до 4000кН), а также систему PressmagHP на основе технологии Langpol для больших литьевых машин и пресс-форм с плитами значительной толщины.

Система Pressmag SP: для машин с усилием запирания до 4000кН

Техническое решение компании EAS для литьевых форм с «тонкими» крепежными плитами предусматривает использование пар квадратных магнитных полюсов с размерами 47×47мм (положительный и отрицательный полюсы располагаются рядом друг с другом). Благодаря этому уменьшается «глубина внедрения» магнитного поля, т.е. оно может создаваться оптимальным образом полностью внутри тонких крепежных плит без потерь на рассеяние. Каждый 47-миллиметровый полюс при полном перекрытии создает усилие удержания 2,2кН (пара полюсов- 4,4кН) и может быть использован при рабочих температурах до 150°C. Магнитные системы SP предлагаются с круглыми головками в плоскости контакта. Благодаря этому создается круговое магнитное поле вокруг отдельных элементов, которое оказывает равномерное воздействие во всех направлениях (фото1).

Магнитные системы крепления форм

Фото 1. Компания J.D.von Hagen использует ТПА с усилиями запирания от 600 до 16000кН.
Все машины с усилиями смыкания более 4000кН были оснащены магнитными системами крепления

Применение 47-миллиметровых квадратных полюсов позволяет не только улучшить взаимодействие с относительно тонкими крепежными плитами, но и уменьшить толщину магнитных элементов, что, в свою очередь, дает возможность уменьшить толщину магнитных плит до 38мм. За счет этого в подавляющем большинстве случаев удается избежать увеличения размеров термопластавтомата из-за удлинения его рамы и колонн.

«Малые» магнитные полюсы обеспечивают более высокую гибкость при распределении зажимного усилия. Это позволяет разместить оптимальное количество элементов вокруг отверстий выталкивателя и отверстия для центрирующего кольца. В результате достигается более высокое усилие удержания по сравнению с тем, какое можно было бы создать при использовании элементов с увеличенными размерами. Число полюсов, используемых в магнитных системах компании EAS, рассчитывается так, чтобы обеспечить создание магнитной силы, гарантированно превышающей величину создаваемого машиной теоретического усилия отрыва полуформ от магнитных крепежных плит (при размыкании формы), и усилие удержания, необходимое для пресс-формы максимальной массы.

Гибкость работы с «малыми» полюсами позволяет создавать магнитные плиты с геометрическими характеристиками, обеспечивающими стабильное механическое соединение между магнитной плитой и плитой машины за счет достаточного числа винтовых соединений. Тем самым предотвращается опасность деформации магнитной плиты при открывании формы в результате воздействия усилия отрыва. В противном случае «дыхание» плиты могло бы привести к возникновению локальных воздушных зазоров и, как следствие, к частичному «разрыву» магнитного потока и уменьшению усилия удержания.

Система Pressmag HP: для машин с усилием запирания выше 4000кН

В случае больших ТПА н и литьевых форм усилию удержания и надежности в работе придается особенно важное значение. Поэтому для такого оборудования преимущественно используются длиннополюсные магнитные элементы с увеличенными размерами (в частности, большей толщины). По сравнению с квадратнополюсными длиннополюсные элементы обеспечивают передачу в контактную плиту большей части силового магнитного поля даже при частичном перекрытии (см.рисунок).

Рисунок. Принцип функционирования «длиннополюсной»: собственно плита служит южным полюсом, а квадратные магнитные вставки- северными полюсами. Преимущество такой системы заключается в том, что весь магнитный поток1 в полной мере действует даже в тех случаях, когда длинные полюса не полностью перекрыты. При использовании же «квадратнополюсной» системы магнитные силы действуют только в случае полного перекрытия обоих полюсов крепежными плитами

Квадратнополюсные системы с парами полюсов, вмонтированных в нейтральную поддерживающую плиту, требуют для создания магнитного поля полного перекрытия для каждой пары полюсов. По сравнению сними длиннополюсные системы при одинаковой величине контактной поверхности обеспечивают более высокое усилие удержания для литьевой формы. Кроме того, системы фиксации плит с длинными полюсами обладают преимуществом и с точки зрения повышенной жесткости и, соответственно, более высокой устойчивостью к изгибающим нагрузкам, поскольку несущие плиты имеют повышенную толщину. В сочетании с достаточным количеством винтовых соединений это позволяет предотвратить деформацию изгиба плит машины, обусловленную действием усилий открывания формы, и, как следствие, образование воздушных зазоров и снижение усилия удержания. В приложении к конкретным областям применения для компании J.D. vonHagen это означает, что обеспечивается надежное удержание даже тяжелых и выступающих на достаточно большое расстояние пресс-форм (фото2).

Пример применения «длиннополюсной» магнитной плиты

Фото 2. Пример практического применения «длиннополюсной» магнитной крепежной плиты компании EAS на термопластавтомате компании Wittmann Battenfeld модели HM16000/12000 (усилие запирания - 16000кН) в сочетании с выступающей на большое расстояние литьевой формой, предназначенной для изготовления корпуса багажного отсека мотоцикла

Максимальная надежность

Системы Pressmag компании EAS сконструированы и созданы с таким расчетом, чтобы они могли выдерживать теоретический максимальный вес пресс-формы для машины определенного типоразмера и дополнительно противодействовать развиваемому соответствующей ТПА усилию открывания с некоторым запасом для обеспечения надежной работы. В дополнение к обеспечивающему повышенное усилие удержания конструктивному исполнению функционирование систем контролируется с помощью датчиков. При этом контролю подвергаются сохранение постоянного контакта между литьевой формой и магнитной плитой, поддержание параметров магнитного потока в предварительно заданных границах (с целью исключения потенциальной возможности применения немагнитного материала для изготовления плит), изменение магнитного потока во время производственного процесса (в случае появления воздушного зазора) и рабочая температура. Датчики посредством специальных разъемов соединены с литьевой машиной. При выходе хотя бы одного из контролируемых параметров за установленные границы выполнение цикла работы машины прерывается.

Заключение

Таким образом, в тех случаях когда многообразие видов и малые размеры партий выпускаемой продукции требуют высочайшей технологической гибкости, реальным способом обеспечения достаточной экономической эффективности производства становится применение максимально универсальных машин и устройств для сокращения затрат времени на переналадки. В этой связи г-н Мартин фон Хаген отмечает: «Гибко используемые стандартные литьевые машины являются основой нашего бизнеса. С целью обеспечения достаточной высокой производительности этих машин даже при выпуске многочисленных малых партий продукции мы были вынуждены более внимательно заняться вопросом затрат времени на переналадки. Необходимые технические решения мы получили от своего многолетнего партнера по поставке оборудования, компании Wittmann Battenfeld, которая для этой цели привлекла к сотрудничеству техников компании EAS Europe. Тот факт, что магнитная фиксация может обеспечить большие потенциальные возможности для наших специфических условий работы, нам стало ясно после первого взгляда на длинный перечень рекомендаций. В конце концов мы решили дополнительно оснастить большинство своих машин магнитными системами крепления. И мы не были разочарованы в своем решении. Без существенного изменения конструкции существующих литьевых форм нам удалось уменьшить затраты времени на переналадки в среднем на 30%».

Перевод А. П. Сергеенкова

Efficiency of Magnetic Clamping Systems

H. Nijzink

For injection moulding applications, Magnetic Clamping Systems (MCS) offer significant advantages over conventional mould clamping methods, including evenly distributed clamping forces over the entire work plate. Differences in design concepts and performance characteristics among the many products offered on the market vary greatly and must be closely evaluated - which is why it makes good sense to take a closer look at each of the alternatives. This article describes the technical details of the MCS available from EAS changesystems and compares them with similar systems supplied by other manufacturers.