Подшипники и привод в термопластавтоматах KraussMaffei серий CX, GX и PX

1. Введение: серии термопластавтоматов KraussMaffei

Термопластавтоматы (ТПА) KraussMaffei представлены тремя основными сериями, каждая из которых реализует принципиально различные концепции механизма запирания формы и привода узлов впрыска. Подшипниковые узлы, шарико-винтовые передачи (ШВП) и направляющие являются критически важными компонентами, определяющими точность, ресурс и повторяемость циклов литья. Выбор типа подшипников зависит от конструкции механизма запирания, величины усилия смыкания, скорости перемещения подвижной плиты и характера нагружения.

Серия CX (500-4 200 кН) представляет собой полностью гидравлические машины с двухплитной системой запирания. Серия GX (4 000-14 500 кН) использует гидромеханическую двухплитную конструкцию с фирменными механизмами GearX и GuideX. Серия PX (250-4 000 кН) - полностью электрические ТПА с коленно-рычажным механизмом и приводом через ШВП.

К содержанию

2. Серия CX: двухплитная гидравлическая система запирания

Серия CX (модели от CX 50 до CX 420) использует двухплитную (two-platen) конструкцию узла запирания, при которой четыре гидроцилиндра, встроенные в неподвижную плиту, действуют симметрично, обеспечивая равномерное распределение усилия смыкания по всей поверхности формы. Такая конструкция сокращает длину узла запирания на 30% по сравнению с коленно-рычажными машинами аналогичного тоннажа.

2.1. Подшипники узла запирания CX

В двухплитной конструкции CX отсутствует коленно-рычажный механизм, а значит, нет характерных для него многочисленных шарнирных сочленений с игольчатыми роликовыми подшипниками. Основные подшипниковые узлы системы запирания CX включают:

Направляющие подвижной плиты - плита перемещается по четырём колоннам (тай-барам), которые одновременно выполняют функцию направляющих. Втулки скольжения в подвижной плите обеспечивают точное линейное перемещение. В моделях до CX 160 узел запирания выполнен в консольном исполнении (cantilevered), что обеспечивает открытый доступ к зоне формы со всех четырёх сторон.

Уплотнения и поршневые группы гидроцилиндров запирания - четыре силовых гидроцилиндра содержат поршневые уплотнения и направляющие элементы, воспринимающие боковые нагрузки. Смазка узла запирания CX не требуется (lubricant-free clamp), что делает машину пригодной для чистых помещений.

2.2. Привод и подшипники узла впрыска CX

Узел впрыска серии CX является полностью гидравлическим. Шнек пластикации приводится во вращение гидромотором, а осевое перемещение (впрыск) осуществляется гидроцилиндром. Подшипниковый узел шнека включает упорные роликовые подшипники, воспринимающие осевое усилие впрыска, и радиальные подшипники для опоры вращающегося шнека.

Модульная конструкция позволяет комбинировать узлы впрыска разных типоразмеров (SP 55 - SP 4300) с различными диаметрами шнеков. Для каждого узла впрыска CX доступно 3-4 диаметра шнека, что обеспечивает оптимальный подбор под конкретное изделие.

К содержанию

3. Серия GX: гидромеханическая система с GearX и GuideX

Серия GX (усилие запирания 4 000-14 500 кН) представляет собой крупнотоннажные ТПА с гидромеханической двухплитной системой запирания. Основными конструктивными инновациями серии GX являются механизм блокировки GearX и направляющий башмак GuideX, содержащие специализированные подшипниковые узлы.

3.1. Механизм блокировки GearX

GearX - фирменный механизм блокировки тай-баров (колонн), обеспечивающий механическую фиксацию подвижной плиты после завершения быстрого хода. Время блокировки составляет менее 0,4 с. После механической фиксации усилие смыкания создаётся короткоходовыми гидроцилиндрами. Подшипниковые узлы механизма GearX включают опоры приводных валов зубчатого зацепления и радиальные подшипники качения осей поворотных гаек.

3.2. Направляющий башмак GuideX

GuideX - направляющая система подвижной плиты, использующая роликовые каретки специальной конструкции. Согласно данным производителя, система GuideX обеспечивает на 80% меньшее трение по сравнению с традиционными направляющими, что позволяет достигать сухого цикла 2,3 с на крупнотоннажных машинах.

Роликовые подшипниковые элементы GuideX воспринимают как вертикальные нагрузки от веса подвижной плиты и формы, так и горизонтальные усилия при разгоне и торможении. Высокая жёсткость направляющих обеспечивает параллельность плит, что предотвращает перекос формы и увеличивает срок её службы. Система GuideX не требует регулировки зазора при эксплуатации и имеет увеличенные интервалы обслуживания.

3.3. Привод впрыска GX

Узел впрыска GX использует систему впрыска с одним поршнем (single-piston injection system). Привод пластикации может быть как гидравлическим, так и электрическим (опция). При использовании электропривода вращения шнека шнек соединяется с серводвигателем через ременную передачу, а подшипниковый узел включает упорные конические роликовые подшипники для восприятия осевого усилия впрыска.

К содержанию

4. Серия PX: полностью электрический привод с ШВП

Серия PX (модели от PX 25 до PX 400) - полностью электрические ТПА с коленно-рычажным (toggle) механизмом запирания. Все основные оси (смыкание, впрыск, дозирование, выталкивание) приводятся серводвигателями через шарико-винтовые передачи или ременные передачи. Конструкция PX основана на модульном принципе: разделённая станина позволяет свободно комбинировать узлы запирания и впрыска разных типоразмеров.

4.1. Коленно-рычажный механизм и его подшипники

Коленно-рычажный механизм серии PX преобразует вращательное движение серводвигателя (через ШВП) в поступательное перемещение подвижной плиты с нелинейным соотношением скорости и усилия. В начале хода смыкания скорость максимальна, а в конце хода (при создании усилия запирания) происходит механическое усиление.

Шарнирные сочленения коленно-рычажного механизма являются наиболее нагруженными узлами. В них применяются игольчатые роликовые подшипники, обеспечивающие высокую грузоподъёмность при компактных размерах. Характерная особенность игольчатых подшипников - малое отношение диаметра ролика к его длине, что позволяет воспринимать значительные радиальные нагрузки в ограниченном монтажном пространстве шарниров.

4.2. ШВП привода запирания

Привод коленно-рычажного механизма осуществляется через высоконагруженную прецизионную ШВП, соединённую с серводвигателем. ШВП привода запирания должна обеспечивать высокие динамические нагрузки при больших скоростях перемещения (фаза быстрого хода) и высокую осевую жёсткость при создании усилия запирания. Подшипниковые опоры винта ШВП выполняются на радиально-упорных подшипниках с преднатягом для исключения осевого люфта.

4.3. ШВП привода впрыска

Осевое перемещение шнека (впрыск и дозирование) обеспечивается отдельной ШВП, соединённой с серводвигателем. Требования к ШВП впрыска отличаются от привода запирания: здесь критичны точность позиционирования, высокая динамика (время переключения с впрыска на подпитку) и стабильность поддержания давления. Класс точности ШВП впрыска - не ниже C5 по JIS B 1192 (ISO 3408), для прецизионных применений - C3.

Система PX оснащена также встроенной сервогидравлической установкой (насос постоянного объёма + серводвигатель), обеспечивающей гидравлические функции для узла впрыска, выталкивателя и знаков формы. Это обеспечивает гибкость для широкого спектра пресс-форм с гидравлическими механизмами.

К содержанию

5. Подшипники узла пластикации (шнека)

Узел пластикации является общим для всех серий KraussMaffei и содержит подшипниковые узлы, работающие в тяжёлых условиях: высокие осевые нагрузки от давления впрыска (до 250 МПа на шнеке), повышенные температуры от нагретого цилиндра и наличие абразивных частиц при переработке наполненных полимеров.

5.1. Упорные подшипники шнека

Основная функция упорных подшипников - восприятие осевого усилия, возникающего при впрыске расплава в форму. Осевое усилие на шнек определяется давлением впрыска и площадью поперечного сечения шнека:

В зависимости от конструкции применяются упорные цилиндрические роликовые подшипники (серии 811, 812 по ISO 104) или упорные конические роликовые подшипники, одновременно воспринимающие и осевую, и радиальную нагрузку. Класс точности упорных подшипников шнека - не ниже P5 по ISO 492, рабочая температура - до 120 °C при принудительном масляном охлаждении.

5.2. Радиальные подшипники шнека

Радиальные опоры шнека воспринимают радиальные нагрузки от собственного веса шнека и боковых сил при пластикации. В зависимости от конструкции применяются двухрядные сферические роликовые подшипники, допускающие несоосность и угловые перемещения, или цилиндрические роликовые подшипники с высокой радиальной жёсткостью.

К содержанию

6. ШВП в электрических ТПА: требования и классы точности

В электрических ТПА серии PX шарико-винтовые передачи являются основными силовыми элементами, преобразующими вращательное движение серводвигателей в поступательное перемещение рабочих органов. Требования к ШВП в ТПА существенно отличаются от станкостроительных применений.

6.1. Особые условия работы ШВП в ТПА

ШВП в термопластавтоматах работают в циклическом режиме с высокими динамическими нагрузками, знакопеременными ускорениями и частой сменой направления движения. Привод запирания совершает полный цикл (смыкание - запирание - размыкание) каждые 3-30 с в зависимости от изделия. ШВП впрыска нагружается импульсным осевым усилием при впрыске расплава, которое может достигать сотен килоньютонов.

6.2. Ресурс ШВП и подшипников опор

Ресурс ШВП рассчитывается по формуле номинальной долговечности L10 согласно ISO 3408-5, аналогично расчёту подшипников качения по ISO 281. Для ТПА, работающих в три смены, расчётная долговечность ШВП должна составлять не менее 20 000 часов. Подшипниковые опоры винта (фиксированная и плавающая) подбираются с учётом критической скорости вращения винта и осевой жёсткости узла.

К содержанию

7. Направляющие подвижной плиты

Точность и параллельность перемещения подвижной плиты напрямую влияют на качество литьевых изделий и ресурс пресс-формы. В трёх сериях KraussMaffei применяются различные решения для направления подвижной плиты.

Для серии GX направляющая система GuideX является ключевым конструктивным преимуществом. Роликовые элементы высокоточных роликовых рельсов обеспечивают плавное перемещение плиты весом в десятки тонн с минимальным сопротивлением. Это позволяет использовать менее мощный привод перемещения и сокращает время сухого цикла.

В серии PX линейные направляющие обеспечивают широкую опору подвижной плиты на станину. Это особенно важно для моделей с увеличенными плитами (нечётные модели PX 51 - PX 161), где масса формы может достигать 750 кг. Для направляющих подвижной плиты и каретки выталкивателя применяются линейные роликовые каретки промышленного класса.

К содержанию

8. Обслуживание подшипниковых узлов ТПА

8.1. Узлы, требующие регулярного обслуживания

8.2. Признаки износа подшипниковых узлов ТПА

Увеличение разброса толщины стенки изделия и появление облоя - признаки нарушения параллельности плит, вызванного износом направляющих или подшипников коленно-рычажного механизма. Повышение потребляемой мощности привода запирания при неизменных параметрах цикла указывает на износ ШВП или подшипников шарниров. Нестабильность давления впрыска и отклонение массы отливки свидетельствуют об износе упорных подшипников шнека или ШВП привода впрыска.

Система управления MC6, применяемая на всех актуальных сериях KraussMaffei, позволяет отслеживать потребляемую мощность и время цикла по осям, что является инструментом косвенной диагностики состояния подшипниковых узлов.

К содержанию

9. Сравнительная таблица серий CX, GX, PX

Комплектующие для термопластавтоматов

К содержанию

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

К содержанию

11. Отказ от ответственности

12. Источники

К содержанию