ISBM Оптимизация производительности и бережливое производство
Как сократить время производственного цикла без ущерба для качества?
Подробное руководство по оптимизации процесса, описывающее перекрытие движений, управляемых сервоприводами, ускоренное охлаждение пресс-форм, оптимизированные профили кондиционирования и стратегии балансировки параллельных станций, позволяющие безопасно сократить цикл ISBM на несколько секунд, сохраняя или улучшая качество контейнеров.
Необходимость повышения производительности в современном производстве ISBM (Insurance, Basis, Messure, Insurance ...
В условиях жесткой конкуренции на рынке производства ПЭТ-контейнеров время цикла является самым мощным рычагом повышения производительности. Сокращение даже на полсекунды за цикл, кажущееся незначительным на секундомере, приводит к выпуску тысяч дополнительных контейнеров в день, сотен тысяч в месяц и миллионов в год с использованием того же оборудования, той же пресс-формы, той же площади и того же персонала. Однако погоня за более быстрым циклом сопряжена с определенным риском. При слишком агрессивном стремлении к скорости, она становится врагом качества. Сокращение времени охлаждения ниже минимально необходимого приводит к помутнению заготовок. Увеличение скорости впрыска сверх допустимых параметров материала приводит к разрушению под действием сдвига и появлению черных пятен. Слишком высокая скорость растяжения стержня разрывает основание заготовки. Искусство и наука оптимизации процесса ISBM заключаются в поиске точной точки баланса, где время цикла минимизируется, а каждый контейнер продолжает соответствовать требуемым стандартам качества. Вечная СилаНаша компания, признанный во всем мире бразильский производитель контейнеров ISBM, разрабатывает платформы, обладающие высокой скоростью, точностью и возможностями управления, что позволяет существенно сократить время цикла без ущерба для качества контейнеров, востребованного на рынках премиум-класса.
Сокращение времени цикла без ущерба для качества не достигается простым поворотом регулятора скорости. Для этого требуется систематический анализ каждого сегмента машинного цикла: время заполнения под давлением, время выдержки, время охлаждения, время кондиционирования, время растяжения-выдувания и время выталкивания. Каждый сегмент имеет минимальную продолжительность, определяемую физикой процесса — временем, необходимым для заполнения расплавом полости без разрушения, для охлаждения заготовки ниже температуры стеклования, для достижения заготовкой равномерной температуры растяжения и для стабилизации контейнера в выдувной форме. Эти минимальные значения времени не являются фиксированными. Их можно сократить за счет машиностроения, конструкции пресс-формы и оптимизации процесса. Сервоэлектрический привод обеспечивает более быстрые движения и безопасное перекрытие последовательных событий. Передовая технология охлаждения пресс-формы позволяет быстрее отводить тепло. Оптимизированные профили кондиционирования позволяют достичь целевой температуры заготовки за меньшее время. Балансировка времени работы станций гарантирует, что ни одна станция не станет узким местом. В этом всеобъемлющем руководстве будет рассмотрена каждая из этих стратегий сокращения времени цикла, объяснены инженерные принципы и этапы практической реализации на таких машинах, как машины с сервоприводом. EP-HGY150-V4-EV Полная сервомашина и высокой производительности Двухрядный 4-позиционный станок EP-HGY250-V4-B.
Способность безопасно и продуктивно сокращать время цикла является ключевой компетенцией предприятия мирового класса по производству шлама. Данное руководство предоставляет полную инженерную основу для развития этой компетенции.
Перекрытие сервоэлектрического движения и высокоскоростная последовательность действий
Наиболее эффективная стратегия сокращения времени цикла без ущерба для качества заключается в использовании сервоэлектрических приводов для выполнения перекрытия движений и высокоскоростной последовательности операций, что невозможно с гидравлическими системами.
Безопасное перекрытие движений обеспечивается независимым цифровым управлением.
В обычных гидравлических машинах ISBM движения, как правило, выполняются последовательно. Зажим должен быть полностью закрыт до начала впрыска. Впрыск должен быть завершен, включая удержание давления, прежде чем зажим сможет начать открываться. Поворотный стол должен быть полностью перемещен и остановлен, прежде чем начнутся движения следующей станции. Эта последовательная работа необходима, поскольку гидравлические системы не обладают точной обратной связью по положению в реальном времени, необходимой для безопасного перекрытия движений без риска столкновения. Полностью электрические сервоприводные машины коренным образом меняют эту парадигму. Каждая ось движения — зажим, инжекционный шнек, растягивающий стержень и поворотный стол — управляется цифровым контроллером движения, который знает точное положение, скорость и ускорение каждой оси в каждую миллисекунду. Это обеспечивает безопасное, запрограммированное перекрытие движений. Зажим может начать открываться, пока растягивающий стержень еще втягивается, поскольку контроллер гарантирует безопасное расстояние между ними. Поворотный стол может начать свое индексирующее движение, пока робот-выталкиватель еще очищает зону пресс-формы. Инжекционный шнек может начать свое обратное вращение, пока зажим еще открывается. Каждое из этих перекрытий экономит десятые доли секунды, что в совокупности приводит к значительному сокращению времени цикла. Экономия в 0,1 секунды на каждое перемещение станции, умноженная на четыре станции, сокращает общий цикл на 0,4 секунды. За год непрерывного производства это приводит к существенному увеличению производительности. EP-HGY150-V4-EVБлагодаря использованию высококачественных сервосистем Yaskawa и WEICHI, эти перекрывающиеся профили движения запрограммированы в стандартной комплектации, обеспечивая время цикла, недостижимое для гидравлических машин. Качество контейнеров не страдает, поскольку продолжительность процессов растяжения, охлаждения и кондиционирования поддерживается на оптимальных значениях. Сокращается только время, затрачиваемое на движения, не создающие добавленной стоимости.
Высокоскоростное фиксирование зажимного и поворотного стола
Помимо перекрытия движений, сервоэлектрический привод позволяет быстрее выполнять отдельные сегменты движения. Сервоприводной зажим может открываться и закрываться быстрее, чем гидравлический, поскольку серводвигатель может разгоняться и замедляться с большим крутящим моментом и более быстрой реакцией, чем гидравлический цилиндр, который ограничен расходом пропорционального клапана и сжимаемостью масла. Аналогично, сервоприводной поворотный стол может быстрее индексироваться и останавливаться точнее. Тайваньские редукторы TSUNTIEN, используемые в машинах Ever-Power, передают эту сервоэнергию с высокой эффективностью и минимальным люфтом. Эти более быстрые отдельные движения напрямую сокращают непроизводительную часть цикла. Однако скорость должна быть сбалансирована с механическими нагрузками. Чрезмерное ускорение может вызвать вибрацию, ошибки позиционирования и преждевременный износ подшипников и направляющих. Профили движения должны быть оптимизированы для достижения максимальной безопасной скорости для каждой оси. Ускорение и замедление должны быть установлены на значения, исключающие механические удары. Сервоприводы на EP-HGY150-V4-EV позволяют точно настраивать профили, достигая оптимального баланса скорости и плавности. В результате машина работает со значительно большей скоростью, чем её гидравлический аналог, производя больше контейнеров в час при том же количестве полостей, и делает это с более плавными и контролируемыми движениями, фактически снижая механическую нагрузку на машину и оснастку. Это чистое повышение производительности, не влияющее на термические процессы или процессы растяжения, определяющие качество контейнеров.
Оптимизация охлаждения и кондиционирования без ущерба для качества.
Время охлаждения на станции впрыска и время кондиционирования на станции кондиционирования часто являются самыми продолжительными отрезками цикла ISBM. Сокращение этих временных интервалов без ущерба для качества преформы требует научного подхода.
❄️Ускоренное охлаждение пресс-формы с помощью конформных каналов и оптимизация работы чиллеров.
Время охлаждения литьевой формы определяется скоростью отвода тепла от расплавленного ПЭТ для охлаждения заготовки ниже температуры стеклования. Эта скорость зависит от конструкции каналов охлаждения формы, температуры охлаждающей воды и расхода охлаждающей воды. Для сокращения времени охлаждения без риска образования термической мутности из-за неполного охлаждения необходимо оптимизировать систему охлаждения. Каналы охлаждения формы должны быть конформными, повторяя контур полости заготовки, чтобы обеспечить равномерное охлаждение в непосредственной близости от каждого участка заготовки. Температура охлаждающей воды должна поддерживаться в нижней части рекомендуемого диапазона, от 6 до 8 градусов Цельсия. Расход воды должен быть достаточным для обеспечения полностью турбулентного потока, что максимизирует коэффициент теплопередачи. Расход следует проверять в каждом контуре охлаждения формы. Любой частично заблокированный канал из-за минеральной окалины или мусора снизит локальное охлаждение и приведет к увеличению общего времени охлаждения. Регулярная ультразвуковая очистка каналов охлаждения формы от окалины является важной процедурой для поддержания минимального времени охлаждения. Мощность чиллера должна быть достаточной для тепловой нагрузки. Недостаточная мощность чиллера приведет к повышению температуры воды при длительной работе, постепенно увеличивая необходимое время охлаждения. Изготовление на заказ одноэтапных литьевых форм методом выдувного формования с растяжением. Пресс-формы Ever-Power разработаны с использованием сверхагрессивного конформного охлаждения, которое минимизирует время охлаждения, необходимое для получения полностью аморфной заготовки без помутнения. Инвестиции в оптимизацию охлаждения пресс-формы часто позволяют сократить время охлаждения на 1-2 секунды без увеличения помутнения заготовки.
🌡️Сокращение времени кондиционирования за счет оптимизации температурных профилей.
Время кондиционирования должно быть достаточным для достижения равномерной температуры заготовки в пределах диапазона растяжения. Это время определяется коэффициентом теплопроводности ПЭТ, толщиной стенки заготовки и разностью температур между теплообменной камерой и заготовкой. Для сокращения времени кондиционирования можно повысить температуру теплообменаной камеры, поскольку большая разность температур приводит к более быстрой передаче тепла. Однако этот подход имеет свои ограничения. Если температура теплообмена слишком высока, поверхность заготовки может перегреться и начать кристаллизоваться до того, как сердцевина достигнет целевой температуры. Оптимальной стратегией является использование ступенчатого профиля кондиционирования. Первая станция кондиционирования на шестистанционной машине, подобной этой, EP-HGYS280-V6На второй станции кондиционирования можно установить более высокую температуру для быстрого нагрева поверхности заготовки. Вторая станция кондиционирования может быть настроена на более низкую температуру выдержки, что позволяет теплу равномерно распределяться по стенке без перегрева поверхности. Такой двухэтапный подход позволяет достичь целевой равномерности температуры за меньшее общее время, чем одноэтапная выдержка. Конструкция заготовки также влияет на время кондиционирования. Заготовка с более тонкой стенкой будет нагреваться быстрее. Для того же конечного контейнера заготовка с большим диаметром и, соответственно, более тонкой стенкой потребует меньше времени кондиционирования за счет более высокого коэффициента радиального растяжения. Эти компромиссы следует оценивать на этапе проектирования заготовки. Оптимизация профиля кондиционирования и геометрии заготовки часто позволяет сократить время кондиционирования на 10–20 процентов без потери равномерности растяжения или качества контейнера.
Балансировка станций, оптимизация процесса инъекции и стратегии управления временем цикла rPET.
Общее время цикла работы установки ISBM определяется самой медленной станцией. Балансировка времени работы станций и оптимизация фазы впрыска имеют решающее значение для максимизации производительности.
Выявление и устранение узкого места на станции
Цикл ISBM представляет собой параллельный процесс. Пока одна станция впрыскивает материал, другая выполняет кондиционирование, третья — выдувное растяжение, а четвертая — выталкивание. Время цикла всей машины определяется станцией с самым длинным сегментом цикла. Для сокращения общего времени цикла необходимо определить станцию-«узкое место» и сократить время ее работы. Время работы станций следует точно измерять либо по показаниям дисплея времени цикла машины, либо путем непосредственного наблюдения с помощью секундомера. Время охлаждения при впрыскивании часто является узким местом, особенно для толстостенных заготовок. Время кондиционирования может быть узким местом для заготовок, требующих длительной термической обработки. Время выдувного растяжения редко является узким местом, поскольку процессы растяжения и выдувания обычно происходят довольно быстро. После определения узкого места стратегии, описанные в этом руководстве, применяются к этой конкретной станции. Если узким местом является охлаждение, основное внимание уделяется оптимизации охлаждения пресс-формы. Если узким местом является кондиционирование, основное внимание уделяется оптимизации профиля кондиционирования. Узкое место может смещаться по мере внесения улучшений. Процесс измерения, идентификации и оптимизации является итеративным. На машинах с высокой кавитацией, таких как EP-HGY250-V4-BПри наличии дисбаланса в горячеканальной системе или системе охлаждения узкое место может различаться в зависимости от полости. Для выявления и устранения этих дисбалансов может потребоваться анализ времени цикла для каждой полости.
Учет времени цикла rPET и профилирование скорости инъекции
При обработке rPET сокращение времени цикла должно осуществляться с особой осторожностью. rPET имеет более низкое значение вязкости (IV) и более чувствителен к термическим воздействиям. Чрезмерное сокращение времени охлаждения может привести к термической мутности, поскольку rPET кристаллизуется быстрее, чем чистый PET. Сокращение времени впрыска за счет увеличения скорости впрыска может вызвать чрезмерный сдвиговой нагрев, который еще больше ухудшает состояние rPET и может привести к образованию ацетальдегида. Оптимальный подход для rPET заключается в использовании профилированных скоростей впрыска: умеренная начальная скорость для создания стабильного фронта потока без струйного разбрызгивания, затем более высокая скорость для заполнения основной части полости, а затем снижение скорости в конце заполнения для обеспечения плавного перехода к давлению выдержки. Этот профиль минимизирует общее время впрыска, избегая при этом чрезмерного сдвига. Время давления выдержки часто можно сократить для rPET, поскольку материал с более низким значением IV требует меньшего количества заполнителя. Однако величина давления выдержки должна быть достаточной для предотвращения образования усадочных пустот. Сервоприводной впрыск на EP-HGY150-V4-EV Предоставляет точные, программируемые профили впрыска, необходимые для одновременной оптимизации скорости и качества при обработке рекомбинантного ПЭТ. Для операций, работающих как с первичным, так и с рекомбинантным ПЭТ, оптимизированные наборы параметров должны быть сохранены в контроллере машины и вызываться для каждого материала, обеспечивая минимизацию времени цикла для конкретного обрабатываемого материала без ущерба для стандартов качества применения.
Станки EP-HGY200-V4 обеспечивают стабильность и контроль процесса, необходимые для стабильного высокоскоростного производства. Интеграция этих машин с оборудованием Ever-Power обеспечивает их эффективность. Изготовление на заказ одноэтапных литьевых форм методом выдувного формования с растяжением. Это гарантирует оптимизацию охлаждения пресс-формы и терморегулирования машины для достижения максимально коротких циклов без ущерба для прозрачности, прочности и точности размеров контейнеров.
Достигните максимальной пропускной способности без ущерба для качества контейнерных решений.
Сокращение времени цикла ISBM без ущерба для качества — это систематическая инженерная дисциплина, использующая перекрытие серво-электрического движения, ускоренное охлаждение пресс-формы, оптимизированные профили подготовки, сбалансированное время работы станций и стратегии впрыска с учетом специфики материала. Каждый из этих подходов сокращает время, не добавляющее ценности в цикле, сохраняя или даже улучшая термические и механические условия, определяющие прозрачность, прочность и точность размеров контейнера. Вечная Силанаши передовые платформы оборудования, включая сервоприводные EP-HGY150-V4-EVшесть станций EP-HGYS280-V6и наш оптимизированный Изготовление на заказ одноэтапных литьевых форм методом выдувного формования с растяжением.Разработаны для обеспечения скорости, точности и терморегулирования, позволяющих значительно сократить время цикла при сохранении качества упаковки, определяющего качество премиум-класса.
