Wpływ parametrów pracy urządzeń Multivac na projektowanie geometrii i układów chłodzenia w oprzyrządowaniu formującym

Projektowanie oprzyrządowania dla nowoczesnych linii pakujących wymaga ścisłego dopasowania do specyfiki konkretnego urządzenia. Maszyny do termoformowania opakowań nakładają na inżynierów szereg rygorystycznych ograniczeń fizycznych i mechanicznych. Zależą one przede wszystkim od stosowanych sił docisku, charakterystyki krzywych grzania oraz konstrukcji wbudowanych systemów prowadzenia folii. Wymienione parametry determinują ostateczną geometrię gniazd, grubość płyt bocznych oraz układ skomplikowanych kanałów chłodzących wewnątrz bloku narzędzia. Odpowiednio przemyślane oprzyrządowanie musi bezwzględnie zapewniać pełną powtarzalność procesu, nawet przy maksymalnych obsługiwanych prędkościach linii produkcyjnej pracującej w systemie trzyzmianowym.

Parametry pracy maszyn pakujących a rygor projektowy

Siły docisku generowane w stacjach formujących i zgrzewających osiągają potężne wartości, które wymagają wyjątkowo sztywnych konstrukcji. Ten konkretny aspekt wymusza na konstruktorach stosowanie odpowiednich, grubych przekrojów blach i dodatkowych wzmocnień wewnątrz całego układu mechanicznego. Krzywe grzania maszyny obejmują równomierne podgrzewanie tworzywa sztucznego do docelowych temperatur zależnych od jego grubości oraz właściwości termoplastycznych. W przypadku standardowych elastycznych materiałów o grubości od 100 do 350 mikrometrów inżynierowie muszą bardzo precyzyjnie rozmieścić strefy grzejne bezpośrednio względem gniazd. Zintegrowany system prowadzenia folii opiera się na masywnych łańcuchach transportowych wyposażonych w podwójny napęd. Ten główny mechanizm maszyny generuje wysokie siły szczególnie po napełnieniu opakowań produktem, co bezwzględnie wymaga zachowania stałego napięcia taśmy i skutecznej minimalizacji szkodliwych drgań.

Specyficzna kinematyka napędów obejmuje zaawansowane mechanizmy podnoszenia matryc oraz szybkiego przesuwu gotowej wstęgi. Taka dynamiczna charakterystyka pracy wymusza na zakładach zachowanie niezwykle wąskich tolerancji podczas obróbki CNC wszystkich kluczowych detali. Dokładność wykończenia powierzchni stalowych i aluminiowych gniazd bezpośrednio decyduje o finalnej szczelności opakowania oraz pełnej powtarzalności wymiarów każdej wytwarzanej tacki. Odchylenia produkcyjne przekraczające zaledwie kilka setnych milimetra prowadzą do nieszczelności zgrzewu lub trwałej deformacji użytej folii w trakcie trwania krótkiego cyklu roboczego. Wykorzystywane przez przemysł formy do maszyn pakujących multivac muszą zatem uwzględniać tego rodzaju rygorystyczne wytyczne na każdym etapie obróbki skrawaniem. Właściwe geometryczne spasowanie współpracujących stacji tnących i układających zabezpiecza cały układ przed zużyciem.

Odkształcenia cieplne i rola układów chłodzenia

Wielogodzinne, nieprzerwane obciążenie termiczne masywnego narzędzia powoduje powolne, fizyczne odkształcenia cieplne grubych bloków aluminium lub stali narzędziowej. Zjawisko to bezpośrednio wpływa na pierwotnie założoną geometrię wszystkich gniazd, co w efekcie obniża ostateczną jakość procesu pakowania. Odpowiedzialni za proces konstruktorzy muszą wybierać specjalne stopy metali charakteryzujące się bardzo wysoką przewodnością cieplną i stabilnością wymiarową. Wykorzystanie materiałów takich jak wytrzymałe aluminium 6061-T6 lub twardy stop 7075 w ścisłym połączeniu z optymalną siatką nawierceń decyduje o maksymalnym bezpiecznym tempie pracy linii produkcyjnej. Prawidłowo zaprojektowane i wywiercone kanały chłodzące posiadają w praktyce średnicę od 8 do 15 milimetrów. Zlokalizowanie ich w odległości dwóch lub trzech średnic od samej powierzchni formującej zapewnia turbulentny przepływ czynnika i błyskawiczne, równomierne odprowadzanie nagromadzonego ciepła.

Dokładne zmapowanie wszystkich fizycznych ograniczeń i gabarytów stacji maszyny wymaga wczesnego przygotowania modelu w środowisku wirtualnym. Pełne wykorzystanie możliwości oprogramowania CAD oraz oprogramowania CAM pozwala skutecznie zapobiegać kolizjom wyprodukowanego oprzyrządowania z elementami przesuwnych łańcuchów transportowych czy też rozgrzanymi stacjami zgrzewającymi. Zaawansowana symulacja skomplikowanej kinematyki narzędzi oraz mapowania rozkładu temperatur zauważalnie redukuje liczbę wymaganych poprawek podczas pierwszych prób uruchomieniowych. Firma Thermo-Tools w swoim procesie produkcji narzędzi opiera się na wykorzystaniu nowoczesnego frezowania CNC na maszynach pięcioosiowych i trzyosiowych. Dodatkowe wiercenie głębokich otworów chłodzących wiertarką poziomową CNC oraz perfekcyjne szlifowanie dużych płaszczyzn szlifierką bramową zapobiegają jakimkolwiek późniejszym nieszczelnościom.

Precyzja obróbki jako warunek stabilności produkcji

Wysoko wydajne linie termoformujące osiągają maksymalne zakładane tempo wyłącznie przy całkowicie bezbłędnym współdziałaniu samej maszyny z zainstalowanym w niej oprzyrządowaniem. Fachowy projekt narzędzia musi ściśle łączyć zaawansowaną wiedzę o przepływach ciepła z doskonałym opanowaniem nowoczesnych procesów obróbki skrawaniem i formowania blach. Brak wystarczającej precyzji na wczesnym etapie inżynieryjnego modelowania brył czy niedokładności frezowania gniazd szybko przynoszą straty w postaci mikroprzestojów linii. Decyzja o wdrożeniu poprawnie zaprojektowanych bloków z systemami turbulentnymi stanowi jedyną pewną metodę optymalizacji cykli przy grubszych rodzajach folii. Rzetelna integracja wytycznych projektowych z tolerancjami narzuconymi przez parametry siłowników rozwiązuje problem powtarzalności zgrzewów. Skrupulatna dbałość o dokładne spasowanie matryc tnących chroni z kolei infrastrukturę sprzętową przed przedwczesnym wyeksploatowaniem.