Sumitomo (SHI) Demag и BASF разрабатывают участок для теста инженерных полимеров

Полностью оцифрованная роботизированная обработка и цифровая интеграция инновационных полимеров будущего начинается с понимания химических и механических характеристик и условий обработки материалов. На экспериментальном заводе BASF по литью и экструзии в Германии новейшая полностью электрическая и полностью автоматизированная производственная ячейка на базе термопластавтомата (ТПА) Sumitomo (SHI) Demag (Япония, Германия) обеспечивает новаторские и воспроизводимые результаты на более чем 4 тыс. испытаний в год.

Объединив свои инженерные компетенции и технологические ресурсы, подразделение BASF Performance Materials в сотрудничестве с Sumitomo (SHI) Demag и H + S Automatisierung создали инновационную производственную ячейку для разработки образцов продуктов и исследовательской деятельности термопластичных полимеров и компаундов.

В центре ячейки находится сверхточная литьевая машина IntElect 1000 кН от Sumitomo (SHI) Demag, которая была выбрана за компактный дизайн, энергоэффективность и повторяемость, а также улучшенные функции безопасности и комфорта. Среди них прогрессивные решения для автоматизации смены пресс-форм и низкого уровня шума в сочетании с полностью оцифрованными роботизированными решениями для литья пластмасс.

Для обеспечения безопасности и эффективности работы линейный робот SDR 5–35S полностью автоматизировал выбор и размещение одной из 12 сменных вставок пресс-формы из магазина, расположенного внутри ячейки. После формования детали тот же робот, оснащенный многофункциональным захватом, осторожно извлекает образец для испытаний из формы и передает его небольшому шестиосевому роботу Yaskawa GP8 с шарнирно-сочлененной рамой для точного вырезания образцов из ворот с помощью сервопривода машины.

Интегрируя существующую концепцию вставки пресс-формы и специальные функции BASF в блок впрыска, установка также включает существующий блок контроля температуры и новую цифровую систему управления производством (MES) для сопоставления каждой последовательности испытаний.

Райнхард Якоби, руководитель отдела обработки высокопроизводительных материалов BASF, описывает этот проект как достижение передовых инженерных разработок, сочетающих зрелые технологии с современной автоматизацией и точностью литья под давлением.

«Несмотря на то что у нас есть обширный опыт сотрудничества с командой Sumitomo (SHI) Demag, с самого начала все партнеры имели смелость отклониться от предыдущих концепций и открыть новые горизонты. Несмотря на сложность проекта, Sumitomo (SHI) Demag и H + S разработали инновационную конструкцию производственной ячейки с гораздо меньшими затратами энергии и занимаемой площади», — говорит Анжелика Хоумс, старший инженер по проектам в BASF.

Слишком горячо, чтобы удержать

Многие образцы, обрабатываемые в техническом центре BASF, представляют собой высокотемпературные термопласты, армированные волокном и часто огнеупорные. При этом температура расплава может достигать 400 °C, а температура пресс-формы — до 180 °C.

В любой момент в боковой магазин можно загрузить до 12 сменных вставок, а затем автоматически вставить их в литьевую машину. Благодаря интеграции системы контроля температуры HB-Therm с системой управления станком Sumitomo (SHI) Demag автоматическая замена вставок пресс-формы может быть выполнена безопасно и эффективно, даже при запуске процесса при высоких температурах пресс-формы.

Старший инженер систем автоматизации Sumitomo (SHI) Demag Маркус Хаусманн объясняет: «Чтобы снизить температуру до 80 °C и сбросить давление во вставке, чтобы гарантировать, что робот SDR может безопасно удалить вставку формы, наша система управления станком должна общаться и без проблем взаимодействовать с MES BASF».

MES BASF сообщает ячейке, когда текущая настройка изготовленного образца подходит к концу, и выстраивает следующую форму. Сразу после остановки процесса впрыска охлаждение вставки пресс-формы управляется встроенным интерфейсом блока контроля температуры.

Затем смена вставок пресс-формы синхронизируется с управлением ячейкой через выходные и входные сигналы с передачей новой записи данных пресс-формы через интерфейс робота. После замены вставки пресс-формы термостаты снова нагреваются. Автоматическая работа возобновляется, и начинается новая запись данных пресс-формы, как только достигается заданная температура.

Пробивка с точностью

Для BASF решение этой проблемы было одним из величайших инженерных достижений. Благодаря обширному профилю применения BASF тестирует широкий спектр полимерных материалов, от мягких и твердых до жестких и хрупких полимеров. Также существует множество образцов различной геометрии, в том числе толщиной от 0,8 до 4 мм.

Все образцы для испытаний BASF производятся в соответствии со стандартом ISO 294. Это определяет точность литниковой системы и особые требования, которым должна соответствовать каждая геометрия образца.

«Удаление пуансоном является обязательным условием, поскольку оно не меняет свойств материала и не удаляет частицы пыли», — объясняет Маркус Хаусманн.

Многофункциональный захват обеспечивает точное размещение образцов любой геометрии на перфорационной пластине. Это сложно само по себе из-за того, что многие материалы, с которыми работает BASF, имеют высокое содержание стекловолокна, которое может вызвать коробление. Описывая, как параллельный пуансонный захват с сервоприводом преодолевает проблему надежного размещения деталей на пуансонной пластине, Маркус Хаусманн отмечает: «Если испытательные образцы удерживаются недостаточно хорошо на месте, штамповки могут быть искривлены или не соответствовать указанным стандартам качества».

Цифровая интеграция

Как экспериментальный центр, исследовательская группа BASF обычно ежедневно настраивает на этой машине 20 тестовых настроек. Это означает, что программа управления ячейкой должна быть адаптирована к различным материалам, геометрии образцов, температурам и параметрам обработки. Каждая выполняемая настройка записывается и документируется в цифровом виде.

Анжелика Хоумс комментирует: «В отличие от наших прежних систем MES, эта регистрирует каждый аспект испытания и результаты, давая нам представление о каждом отдельном снимке. Эти данные чрезвычайно ценны, поскольку они представляют всю последовательность обработки и позволяют нам делать более глубокие выводы о том, как материалы работают в определенных условиях и как заказчик может впоследствии их обработать».

Решение проблем современности

На протяжении более 80 лет опытный завод BASF по литью и экструзии в Людвигсхафене вносит свой вклад в технологический прогресс и решает некоторые из самых сложных проблем в химической переработке и переработке пластмасс. Тем не менее подобно тому, как тенденции определяют инновационный процесс, автоматизированные процессы и предоставляемые данные становятся катализатором ускорения реальных достижений в области полимерных материалов.

«Гибкость литьевой машины — важная часть этого успеха, — объясняет Якоби. — Эта новая ячейка подтверждает важность автоматизации и цифровизации при разработке материалов, а также при моделировании и проектировании компонентов».

Тем не менее, как выяснила компания BASF, успех также зависит от всех партнеров, сочетающих промышленную и инженерную проницательность и делящихся соответствующими знаниями в области автоматизации, обработки и интеграции. Объединив эти знания, BASF, Sumitomo (SHI) Demag и H + S Automatisierung разработали систему, которая выводит производство тестовых образцов и эксперименты с материалами на совершенно новый уровень.

«Поскольку BASF продолжает активизировать свои усилия по разработке устойчивых продуктов и решений для промышленности, эта автоматическая ячейка для литья под давлением уже доказала, что незаменима. Возможность проводить более 4 тыс. систематических испытаний высокоэффективных полимеров со сложными формулами каждый год и отслеживать результаты в цифровом виде через систему MES ускоряет эти инновационные усилия», — заключает Маркус Хаусманн.