用于高性能聚合物试样生产的新的生产单元

作者:本刊编译 文章来源:PT塑料网 发布时间:2021-05-20
巴斯夫的高性能材料部门与住友德马格及H+S合作,通过整合各自的工程能力与技术资源研制出了创新的生产单元,以用于生产高性能热塑性聚合物及配混物的研发所需的各种不同试样。

创造未来的聚合物创新技术,始于对材料的化学和力学性能以及加工条件的理解。在巴斯夫位于德国路德维希港的注射成型与挤出试验工厂中,住友德马格最新的完全自动化的全电动注射成型单元,正以每年超过4000种试样的生产能力,展示其创新性和加工可重复性。

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SD_BASF_Uebergabe Yaskawa

住友德马格与巴斯夫开发出新的生产单元,用于高性能聚合物试样的生产

通过整合各自的工程能力与技术资源,巴斯夫的高性能材料部门与住友德马格及H+S Automatisierung(以下简称H+S)合作,研制出了创新的生产单元,以用于生产热塑性聚合物及配混物的研发所需的各种不同试样。

该生产单元的核心是锁模力1000kN的住友德马格IntElect超精密注射机,该机器凭借其紧凑的设计、能源效率和加工可重复性而被选中,同时,其用户友好性和安全性也为该工厂中30人的研发团队所赞赏,包括渐进式的自动换模和低噪声排放解决方案,以及全数字化的机械手操作解决方案。

SDR 5-35S线性机械手确保了高效安全的操作。该机械手的一个新功能是,能够从位于生产单元中的贮存盒中,完全自动化地选择12个可互换模具镶块中的一个并将其放好;部件成型后,装有多功能夹持器的同样的机械手,轻柔地从模具中取出试样,将其传送给Yaskawa GP8小型6轴关节机器人,以利用一台伺服轴驱动的冲床,来精确切割试样上的浇口。

除了将巴斯夫现有的模具镶块概念和特殊性能集成到注射单元中外, 该装置还含有一个现有的热温度控制单元及新的数字化制造执行系统(MES),用于记录每一个试样的生产过程。巴斯夫高性能材料加工负责人Reinhard Jakobi称,该项目是一项将成熟技术与先进自动化和成型精度相结合的先进工程的成就。他认为,实现这样一个开创性的项目,离不开整个团队的奉献精神、灵活性和以解决方案为导向的方法。

巴斯夫高级项目工程师Angelika Homes补充说:“虽然我们拥有与住友德马格团队合作生产标准测试部件的丰富经验,但从一开始,所有的合作伙伴都有勇气背离以往的概念来开拓新的局面。尽管这个项目很复杂,但住友德马格和H+S却以更小的能耗和占地面积,提供了创新的生产单元设计概念。”

太热了,没法处理

许多在巴斯夫技术中心加工的试样,都是耐高温的热塑性塑料,含有纤维增强,通常具有阻燃性,因此,熔融温度可达400℃,模具温度可达180℃。

12个可互换的模具镶块,能随时放入侧面的贮存盒中,然后被自动转入注射成型机中。将HB-Therm温度控制系统与住友德马格的机器控制系统结合起来,就能安全、高效地完成模具镶块的自动更换,即使在高模温运行条件下也同样如此。

住友德马格自动化系统高级工程师Markus Hausmann解释说:“为了将温度降到80℃ 以及为镶块减压,以确保SDR机械手能够安全地取出模具镶块,我们的机器控制系统必须与巴斯夫的MES进行无缝对话和互动。”

当当前的试样生产即将结束时,巴斯夫的MES会通知生产单元准备下一个模具应用程序。注射过程停止后,对模具镶块的冷却由集成的温度控制单元界面进行控制。然后,通过机械手接口来输出和输入信号,传输新的模具数据记录,将模具镶块的更换同步到生产单元的控制之中。更换模具镶块后,再次加热温度控制单元,一旦达到目标温度,生产就自动恢复,并启动新的模具数据记录。

精确冲切

对巴斯夫来说,解决冲切挑战难题是这项工程的最大成就之一。由于应用广泛,巴斯夫需要测试各种各样的材料,从软而坚韧的聚合物,到硬而脆的聚合物,此外还有许多不同的试样形状,包括0.8~4mm的厚度变化。巴斯夫所有的试样都严格遵循ISO 294标准进行生产,这意味着必须满足浇口的精度要求以及每个试样的具体形状要求。 “通过冲切去掉浇口是一个先决条件,因为它不会改变材料的性能,同时还消除了灰尘颗粒。”Markus Hausmann解释道。

多功能的夹持器确保了所有的试样在被放到冲切板上时能保持精确的形状,这本身是一件复杂的工作,因为巴斯夫使用的许多材料都是高玻纤含量的,易引起翘曲变形。正如Markus Hausmann所说,如果试样不能被很好地放到恰当的位置上,冲切可能就会产生弯曲,或不符合规定的质量标准。

数字化的集成

作为一个试验中心,巴斯夫的研发团队通常每天要在此机器上设置20种试样的生产程序,意味着该生产单元的控制程序必须适应不同的材料、试样形状、温度和加工参数,每一个单独的运行设置都会被记录下来,并以数字形式存档。

Angelika Homes表示:“与我们之前的MES系统不同,这一个MES记录了试样的各个方面和结果,让我们对每一次注射都有所了解。这些数据非常有价值,因为它代表了整个加工过程,使我们能够针对材料在特定条件下的性能以及今后客户该如何加工它而得出更深入的结论。”

应对时代带来的挑战

“80多年来,巴斯夫位于德国路德维希港的注射成型与挤出试验工厂为技术的进步作出了贡献,解决了化学材料和塑料加工中很多棘手的问题。然而,正如趋势驱动创新过程一样,自动化的工艺和所提供的数据正在成为加速实现材料进步的催化剂,而机器的灵活性则是取得成功的关键。”Jakobi解释说,“该新的生产单元证实了自动化和数字化在材料开发、部件模拟和设计方面的重要性。”

正如巴斯夫所强调的,成功还依赖于所有合作伙伴将行业和工程技术结合起来,分享他们各自在自动化、加工和集成方面的专业知识。通过整合这些知识,巴斯夫、住友德马格和H+S开发了一个能将试样生产和材料试验提升到全新水平的生产系统。

“在巴斯夫不断努力为行业开发可持续产品和解决方案的过程中,这一自动化的注射成型单元已证明了其不可或缺性。它每年能够对配方复杂的高性能聚合物进行4000种以上试样的系统生产,通过MES系统对结果进行数字化追踪,从而加速了我们的创新进程。”Markus Hausmann总结道。                                            

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