Компания Almo («дочка» B. Braun Melsungen) является одним из ведущих мировых производителей одноразовых шприцев с годовым объемом их выпуска порядка 2 млрд шт. При изготовлении двух версий поршня этих шприцев были использованы различные концепции литьевых форм, разработанных фирмой Hack и оснащенных горячеканальными системами (ГКС) от Ewikon. Различный подход к проектированию форм был обусловлен в первую очередь желанием добиться стабильности и максимальной производительности литья при разных объемах и, соответственно, размерах шприцев.
Этажная форма с игольчатыми запорными клапанами
Для изготовления поршней из полипропилена (ПП) для шприцев Omnifix объемом 10 мл была разработана (48+48)-гнездная двухэтажная форма с ГКС и игольчатыми запорными клапанами (рис. 1). Решающим фактором для этого было стремление минимизировать количество брака, поскольку опасались проблем с декомпрессией двухэтажной формы при открытом впрыске высоковязкого ПП, которые могут привести к дефектам литья.
«Мы должны быть уверены в надлежащем качестве поршней перед дальнейшей их сборкой с другими элементами шприцев. И если будут дефектные детали, то обнаруживаются они в сборочном автомате лишь на поздней стадии контроля качества. Впрыск же с игольчатым запорным клапаном обеспечивает значительно более высокую технологическую надежность благодаря герметизации впускных литниковых каналов после каждого впрыска»
объясняет Александр Эрнст (Alexander Ernst), инженер-проектировщик Almo.
Что касается термопластавтомата (ТПА), то из-за ограниченной площади в цехе литья компания Almo решила использовать имевшийся ТПА среднего размера с гибридным приводом от компании Sumitomo (SYI) Demag. При этом двухэтажная форма при том же усилии смыкания ТПА обеспечивала удвоенный съем продукции по сравнению с обычной одноэтажной.
Собственно, мощность и усилие смыкания выбранного ТПА, а также размеры его зоны формы и предопределили максимально возможные вес и размеры формы с габаритами в плоскости смыкания 1146´910 мм и монтажной высотой, равной 1080 мм. Средний блок формы был поставлен компанией Ewikon в комплекте с уже встроенной и протестированной ГКС, готовой к подключению электро- и пневматических соединений для приводов игольчатых запорных клапанов. Это значительно облегчило работу конструкторов Hack, поскольку теперь можно было сосредоточиться на изготовлении системы выталкивания, всех формообразующих деталей (ФОД), а также на механизме открывания формы. Формующая часть формы была спроектирована с использованием 12-гнездных вставок для облегчения их возможной замены в случае технического обслуживания. Для открывания формы решили использовать шпиндели с многозаходной винтовой резьбой, которые обеспечивают более быстрое перемещение и более легкий демонтаж при техобслуживании по сравнению с зубчатыми реечными механизмами.
Из-за сравнительно небольших размеров формы для ГКС также требовалось компактное решение. В своих коллекторах Ewikon использует технологию HPS III-T, которая обеспечивает полную естественную балансировку ГКС в небольшом монтажном пространстве. На каждой из двух плоскостей разъема формы были установлены четыре коллектора, каждый из которых питает 12 горячеканальных сопел. Расположенный в центре основной коллектор с выходными отверстиями с обеих сторон подает через них расплав ПП во все восемь других коллекторов. Он интегрирован в компактный пакет плит, который также включает в себя отдельные пневмоприводы игольчатых запорных клапанов, расположенные вплотную друг к другу. Подача расплава из сопла машины осуществляется с помощью специально разработанной шнорхельной системы, исключающей утечки. Используемые горячеканальные сопла имеют диаметр канала течения, равный 6 мм, а диаметр впускного литникового канала составляет 1,2 мм. При этом направляющая иглы находится постоянно в передней части сопла, чтобы свести к минимуму износ канала в месте впрыска.
В ходе выполнения проекта был предварительно изготовлен 12-гнездный опытный прототип формы.
«Это было сделано без ущерба для его функционального назначения. Наши экспериментальные формы всегда представляют собой полноценную технологическую оснастку»
подчеркивает Михаэль Хальбхубер (Michael Halbhuber), менеджер по продажам Hack.
На следующем этапе была изготовлена двухэтажная форма (см. рис. 1, а), на которой проведено уже более трех миллионов успешных впрысков. Опыт ее эксплуатация показал, что, помимо повышения качества продукции, новая концепция литьевой формы позволила сэкономить материал по сравнению с ранее используемой оснасткой с частичным применением горячеканальной технологии. При этом потребовался лишь один ТПА для выполнения программы выпуска поршней шприцев.
Форма с прямым боковым впрыском
Другая концепция литьевой формы, основанная на использовании бокового впрыска, была реализована для производства поршней шприцев типа Omnifix из полистирола (ПС) объемом 1 мл производства B. Brown. В этом случае была разработана и изготовлена 96-гнездная горячеканальная форма, встроенная в новую автоматизированную производственную ячейку на основе полностью электрического ТПА Sumitomo (SHI) Demag, в которой, помимо литья, осуществлялись операции сборки и упаковывания готовых деталей. Это позволило увеличить производственные мощности и в то же время уменьшить требуемую установочную площадь в цехе литья. Если до этого в производственном процессе было задействовано несколько ТПА с частично горячеканальными формами, то в новой ячейке – всего два. В компактной форме, имеющей поперечные размеры 1046´796 мм и монтажную высоту 623 мм, двумя вертикальными рядами по 12 сопел расположены 24 сопла типа HPS-III-MH для прямого бокового впрыска, которые питаются от полностью сбалансированного горячеканального коллектора (рис. 2).
При этом, несмотря на сложную конструкцию ГКС, в ней удалось реализовать короткие траектории потока расплава, что особенно важно для термочувствительного ПС, который должен перерабатываться с минимально возможным временем пребывания при высокой температуре – что в материальном цилиндре узла пластикации и впрыска ТПА, что в ГКС. Чтобы дополнительно обеспечить максимально короткое время цикла, было выбрано линейное расположение четырех сопел в ряд с двумя наконечниками с каждой стороны.
«В этой версии мы смогли выбрать оптимальное расстояние между гнездами для эффективного охлаждения деталей. Это гарантирует минимальное время цикла»
поясняет Ули Шефер (Uli Schäfer), менеджер проекта со стороны компании Hack.
Впрыск осуществляется на прижимной плите поршней через впускные литниковые каналы диаметром 0,7 мм. При этом чистый безотходный срез литников достигается за счет использования специального наконечника, разработанного Ewikon.
Для этой формы Hack также разработала 4-гнездные сменные формующие вставки для удобства техобслуживания. Их замена проста и может быть произведена непосредственно на ТПА после демонтажа наконечников соответствующих сопел. В этом, кстати, заключаются преимущества концепции HPS-III-MH: наконечники устанавливаются со стороны плоскости смыкания формы только после сборки корпуса сопла и вставок и могут быть так же легко демонтированы или заменены. Это упрощает конструкцию формы, облегчает интеграцию систем охлаждения гнезд во вставках и в то же время повышает стабильность работы формы. После успешной отработки она был интегрирована в производственную ячейку Almo, которая в ближайшее время начнет выпускать серийную продукцию.
Заключение
Таким образом, в зависимости от конкретных изделий и заводских условий могут потребоваться совершенно разные конструкторские концепции литьевых форм для стабильного производства изделий медицинского назначения большими размерами партий. При этом оба проекта, выполненные по заказу Almo, производителя одноразовых шприцев, компаниями Hack и Ewikon, обеспечили точность, функциональную надежность и простоту обслуживания литьевых форм.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 9 (304) 2024 г., с. 30-32.
