Jak osiągnąć równowagę między „wysoką wydajnością” a „stabilnością” w 24-gniazdowej formie do wytwarzania preform PET

— Raport dotyczący projektu masowej produkcji preform do butelek wody mineralnej o pojemności 1,5 l dla określonej marki

W ubiegłym miesiącu dostarczyliśmy 24-gniazdową formę do wytwarzania preform PET dużej firmie zajmującej się opakowaniami napojów w regionie Wschodnich Chin, wyposażając ją w naszą wysokoprędkościową maszynę do wtryskiwania tworzyw sztucznych. Obecnie osiągnięto stabilną masową produkcję przekraczającą milion preform dziennie. Projekt ten jest typowy, a niektóre napotkane i rozwiązane problemy warto podzielić się w celu dalszej dyskusji.

I. Kluczowe potrzeby klienta: nie tylko „wielogniazdowość”, ale także „identyczność każdej z formowanych jednostek”

Potrzeby klienta były bardzo jasne:

1. Ekstremalna wydajność: aby spełnić ogromne zapotrzebowanie na butelki wody o pojemności 1,5 l w okresie szczytowym sprzedaży, konieczne jest zwiększenie wydajności jednej formy.

2. Bezwzględna stabilność: Przy 24 gniazdach każda fluktuacja (różnice w masie, rozmiarze lub stopniu krystaliczności) prowadzi do spadku wydajności w procesie dmuchania i częstych alarmów podczas kontroli online – co jest niedopuszczalne dla linii produkcyjnej.

3. Kontrolowalne koszty: Przy zapewnieniu dwóch pierwszych wymagań konserwacja musi być wygodna, a żywotność formy – długa.

Prościej mówiąc, nie chcieli, aby 24 gniazda po prostu „działały”, lecz aby 24 „identyczne” gniazda „działały synchronicznie i stabilnie”.

II. Nasze rozwiązanie: osiągnięcie „równowagi” w każdej szczególe

Stając przed klasycznymi wyzwaniami wynikającymi z dużej różnicy długości przepływu i nierównomiernego rozkładu ciepła spowodowanymi przez 24 gniazda, współpracowaliśmy z zespołem odpowiedzialnym za formy, by ostatecznie przyjąć kilka kluczowych decyzji projektowych:

1. System gorącego kanału: wybór i układ to podstawa funkcjonowania formy

• Zastosowanie systemu „wielopunktowych sztyftów zaworowych + jednoczesne otwieranie gorących dysz”. Była to kluczowa decyzja. W porównaniu do jednopunktowych sztyftów zaworowych zapewnia ona jednoczesne wypełnienie wszystkich wnęk materiałem stopionym przy bardziej spójnym ciśnieniu i temperaturze, co w sposób podstawowy zmniejsza różnice wynikające z odmiennych kolejności wypełniania.

• Warstwowa i strefowa precyzyjna kontrola temperatury. Płyta układu gorących kanałów została podzielona na niezależne strefy kontroli temperatury, zapewniając kompensację temperatury dla „słabszych” kanałów znajdujących się dalej od głównego wlotu, co gwarantuje spójny stan materiału stopionego na końcówkach każdej dyszy.

2. System chłodzenia: „chłodzenie konformalne” i wydajna układanka

• Chłodzenie jest rdzeniem formy do wyrobów wstępnych. Zastosowaliśmy rdzeń formy wykonany z materiału o wysokiej przewodności cieplnej oraz zaprojektowaliśmy wewnętrzny spiralny, turbulencyjny kanał chłodzący, aby zapewnić szybkie i jednorodne schładzanie każdego wyrobu wstępnego. Nierównomierne chłodzenie prowadzi bezpośrednio do różnic w kurczeniu się i krystaliczności wyrobów wstępnych.

• Układ kanałów wodnych został wielokrotnie zoptymalizowany za pomocą analizy przepływu w formie, aby zapewnić, że odchylenie wydajności chłodzenia 24 gniazd pozostaje w granicach 5%.

3. Konstrukcja i precyzja formy: zagwarantowanie sztywności oraz dokładnej regulacji

• Projekt dużych płytek formy o nadzwyczaj wysokiej sztywności. Ogromne ciśnienie wtrysku generowane przez 24 gniazda wymaga od płytek formy wyjątkowo dużej odporności na odkształcenia – jest to podstawa długotrwałej stabilności.

• Kluczowe elementy (np. rdzenie i gniazda formy) wykonane są ze zimportowanej stali o wysokiej twardości i wszystkie są precyzyjnie obrabiane w warsztacie z kontrolowaną temperaturą, aby zapewnić spójność gniazd.

• Zarezerwowano prosty mechanizm dokładnej regulacji. W fazie próbnej produkcji wtryskowej wypełnienie można zrównoważyć poprzez dokładną regulację wkładek poszczególnych gorących kanałów wtryskowych – jest to kluczowe dla końcowej kalibracji form wielogniazdowych.

III. Współpraca z maszynami do wtryskiwania: „Dobry koń potrzebuje dobrego siodła”. Niezależnie od tego, jak dobrze zaprojektowana jest forma, ostatecznie musi ona działać na maszynie. Nasza wysokoprędkościowa maszyna do wtryskiwania odegrała kluczową rolę:

• Nadzwyczaj wysoka prędkość wtrysku i szybka reakcja: Zapewnia szybkie wypełnienie formy stopionym PET w optymalnym stanie, unikając degradacji materiału oraz niestabilności właściwości spowodowanych przegrzaniem przez ścinanie lub przedwczesnym ochłodzeniem.

• Stabilna kontrola sprzężenia zwrotnego: Precyzyjna kontrola ciśnienia wtrysku i ciśnienia utrzymywania przez maszynę stanowi ostatnią barierę chroniącą przed mikroskopijnymi różnicami w formie, zapewniając ścisłą kontrolę parametrów procesu dla każdej formy w wąskim, optymalnym zakresie.

• Krótki czas cyklu: W połączeniu z wysoce wydajną formą chłodzoną osiągnięto maksymalną optymalizację czasu otwierania i zamykania formy oraz czasu wyrzutu, co pozwala na uzyskanie stabilnego czasu cyklu krótszego niż 11 sekund, w pełni wykorzystując zaletę wydajnościową formy 24-gniazdowej.

IV. Wyniki projektu i wartość dla klienta Po trzech tygodniach prób formowania i optymalizacji parametrów projekt osiągnął swoje cele:

• Wydajność produkcji: Czas cyklu ustabilizował się na poziomie 10,8 sekundy, przy teoretycznej dziennej zdolności produkcyjnej przekraczającej 1,1 miliona preform, co w pełni spełnia potrzeby klienta.

• Spójność produktu: Losowo wybrane preformy z dowolnej jamy formującej charakteryzowały się tolerancją masy stabilną w zakresie ±0,15 g, a średnica otworu oraz stopień krystaliczności w pełni odpowiadały wymaganym normom.

• Stabilność produkcji: Ciągła 72-godzinna weryfikacja produkcji wykazała brak przestojów ani fluktuacji jakości wynikających z problemów z formą; współczynnik wydajności linii do dmuchania butelek przekroczył 99,7%.

V. Wyciągnięte wnioski i refleksje Ten projekt ponownie potwierdza zasadę: konkurencja w przypadku form wielogniazdowych nie polega na „ilości”, lecz na „jednolitości”. Testuje on systemowe umiejętności integracji – od doboru układu kanałów gorących, przez projektowanie chłodzenia i precyzję obróbki, po procesy wtrysku. Każda słabość na dowolnym etapie zostanie wykładniczo wzmocniona przez liczbę 24.

Dla nas pomyślne dostarczenie nie jest końcem. Ta forma została już zintegrowana z naszym systemem zdalnego monitoringu; jej dalsze stabilne funkcjonowanie stanowi prawdziwe odzwierciedlenie wartości współdzielonych przez nas i naszego klienta.