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04
'20
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R+W News
NUOVE OPPORTUNITÀ DI CRESCITA PER L'ESTRUSIONE DELLA PLASTICA
La tendenza a limitare l'uso della plastica è bilanciata da riciclo e alleggerimento, concetti che forniscono nuovo impulso alla produzione di macchinari.
Con la tendenza a limitare l'uso della plastica in alcuni settori ha inevitabilmente influenzato l'andamento del mercato delle macchine destinate alla produzione di oggetti in questo materiale. Ma nuove opportunità di crescita per il settore arrivano dall'economia circolare e dalla lotta alle emissioni inquinanti.
Sebbene lo sviluppo del settore abbia conosciuto un rallentamento negli ultimi due anni, questo si è verificato dopo un lungo periodo di crescita, durante il quale il comparto si è rafforzato consentendo alle imprese di investire nella ricerca e nello sviluppo di nuove tecnologie.
L'attualissimo tema della circular economy rappresenta per l'intero comparto un'opportunità per un notevole sviluppo, a condizione che le industrie propongano impianti in chiave Industry 4.0, con cicli produttivi improntati al risparmio energetico e capacità di riprocessare materie plastiche riciclate. Macchinari che richiederanno una componentistica all’avanguardia. I macchinari per il riciclaggio della plastica possono infatti raggiungere la massima efficienza se dotati di dispositivi all'avanguardia come limitatori di coppia capaci di prevenire i fermi macchina entrando in funzione nel momento in cui un sovraccarico di lavoro dovesse bloccare l'impianto. Senza i limitatori di coppia il rischio di registrare guasti o rotture è molto elevato; incidenti simili possono fermare l'intera produzione e inficiare la competitività dell'azienda.
Anche le emissioni zero per le auto possono essere una chance: i limiti sempre più stringenti alle emissioni di ossidi di azoto, idrocarburi, polveri sottili, monossido di carbonio e, più recentemente, anche di C02 imposti dalla UE alle automobili daranno impulso all'utilizzo delle materie plastiche nel settore automotive.
La plastica rappresenta infatti il materiale ideale per la diminuzione del peso delle vetture, che si traduce in minori consumi e meno emissioni inquinanti.
IL PROCESSO DI ESTRUSIONE PLASTICA
Fra le tecnologie di trasformazione delle materie plastiche riveste particolare interesse l'estrusione, finalizzata alla produzione di prodotti finiti destinati all'industria o ad applicazioni dedicate al consumatore finale: si tratta di un processo caratterizzato da alti livelli di integrazione.
Tale caratteristica fa sì che l'implementazione di tale processo possa aprire a due scenari tipici:
- l'estrusore costituisce un componente della linea di produzione;
- l'estrusore costituisce l'intera linea di produzione.
Tra le principali criticità del processo vi è, ad esempio, la regolazione ottimale della temperatura dell'estrusore. Una scorretta regolazione della temperatura determinerebbe, infatti, la formazione non appropriata delle mescole polimeriche impiegate, il raffreddamento non efficiente della gola di alimentazione, la temperatura di fusione errata all'uscita dell'estrusore, l'estrattore alla fine della linea di produzione che viene azionato non alla giusta velocità o una qualsiasi altra condizione operativa scorretta in combinazione con le altre.
All'attività di settaggio dei parametri di produzione, va poi affiancata quella di programmazione di tutti gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria. Tali attività risulteranno ottimali nella gestione di una linea di produzione, all'interno della quale opera un estrusore plastico correttamente progettato. Per tale macchinario, la scelta ottimale dei componenti degli azionamenti da parte del progettista, costituisce un fattore determinante per il conseguimento sia dei livelli di produttività prestabiliti che della qualità del prodotto finale.
Tale attività di scelta dei componenti è fondamentale anche nel conseguimento degli opportuni livelli prestazionali dell'impianto, in termini di sincronismo dei tempi di esecuzione delle singole fasi di produzione, al fine di garantire ulteriormente la conformità del prodotto.
Il materiale fuso viene forzato successivamente attraverso l'orifizio della piastra della filiera. Il profilo così ottenuto viene successivamente sottoposto a raffreddamento: ulteriori passaggi del profilato sono possibili attraverso una serie di piastre di dimensionamento o di utensili di formatura, al fine di ottenere la forma finale della sezione del prodotto.
Il calore in eccesso dal profilo viene poi rimosso tramite bagni di acqua fredda, getti di aria compressa o contatti con superfici raffreddanti, al fine di conseguire gli opportuni livelli di stabilità dimensionale prima delle fasi finali di produzione.
COMPONENTI E FUNZIONALITA DI UN ESTRUSORE DI MATERIE PLASTICHE
La progettazione della vite dell'estrusore è tale da consentire il dosaggio successivo e la fusione graduale del pellet di materiale plastico; contestualmente a tali azioni, la vite esercita una pressione sul materiale con conseguente sollecitazione lungo il suo asse. Durante la rotazione della vite, il pellet di resina viene successivamente dosato dai suoi filetti e gradatamente fuso, sviluppando pressione lungo il suo percorso. La progettazione di tale componente richiede, comunque, ulteriori approfondimenti ed indagini preliminari durante le attività di ricerca e sviluppo.
Per affrontare le criticità progettuali della vite di un estrusore, si ricorre a tecniche di simulazione numerica basate sulla Fluidodinamica Computazionale (CFD), sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM) e sul Metodo degli Elementi Discreti (DEM). L'impiego di software CAE che implementano tali tecniche di simulazione, agevola l'affidabilità delle attività di progettazione e di predizione delle condizioni operative. L'evidente complessità dell'impiego di tali tecniche di simulazione, viene ulteriormente incrementata quando si tiene conto del contributo del calore da scorrimento e della pressione, entrambi crescenti fino al raggiungimento della filiera da parte del materiale. Tali fattori risultano determinanti nella progettazione degli estrusori bivite.
Il dimensionamento del cuscinetto reggispinta tiene contro del suo posizionamento tra la vite ed il gruppo dato dall'accoppiamento cinematico tra motore e riduttore. Esso risulta così soggetto al carico assiale derivante dalla vite posta in rotazione contro il materiale plastico in lavorazione. Previene così il moto retrogrado della vite nel cilindro, assorbendo i carichi generati dalla vite durante il processo. Le fasce di riscaldamento hanno il compito di mantenere costante, in una certa zona del cilindro, la temperatura del materiale.
Compito del disco forato è quello di ritenere il pacco filtri nel suo alloggiamento. Il pacco filtri consiste in una serie di filtri in filo metallico sotto forma di retine di diverse dimensioni, usato per filtrare gli eventuali contaminanti o particelle di resina non fusa prima che essi raggiungano la filiera, proteggendola dal danneggiamento.
Il compito della filiera è quello di far sì che il materiale riscaldato assuma la forma richiesta. Negli impianti di estrusione delle materie plastiche, le tipologie di filiere più ricorrenti sono quella piana standard e quella conica.
Nella camera di raffreddamento, il profilo passa attraverso un bagno d'acqua in movimento o attraverso una serie di getti di aria compressa. Tale componente può essere dotato di sistemi di rimodellamento per il mantenimento dei requisiti di tolleranza e di conservazione della forma.
All'uscita della camera di raffreddamento, il profilato fa il suo ingresso in una stazione di traino. Tale componente ha il compito di mantenere il profilo in movimento attraverso l'intero processo, ad una velocità costante.
Il profilo raggiunge così la stazione di taglio ormai completamente raffreddato.
IL RUOLO DEL FORNITORE DI COMPONENTI
La progettazione di un impianto di estrusione di materie plastiche, richiede una scelta accurata degli accoppiamenti cinematici. R+W, azienda leader nella produzione di giunti e alberi di trasmissione, è in grado di mettere la sua esperienza a disposizione del progettista. In tutti quegli estrusori in cui è necessario combinare le esigenze di protezione della catena cinematica a quelle di smorzamento delle vibrazioni, R+W fornisce anche una gamma completa di soluzioni per tutte le esigenze di trasmissione quali i limitatori di coppia della serie ST.
Assolutamente privi di gioco, i limitatori di coppia ST permettono di proteggere il sistema motore in caso di sovraccarico, scollegandolo dalla parte condotta nel giro di pochi millisecondi. Estremamente precisi, trasmettono la coppia con gande accuratezza e intervengono solo in caso di effettiva necessità. Inoltre consentono un riarmo semplice e rapido non appena viene rimossa la causa del sovraccarico.
R+W è da sempre attenta alle esigenze dei progettisti: per questo ha creato il nuovo Manuale tecnico, utile strumento che permette di scegliere l’accoppiamento cinematico ottimale per ogni progetto.
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All'attività di settaggio dei parametri di produzione, va poi affiancata quella di programmazione di tutti gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria. Tali attività risulteranno ottimali nella gestione di una linea di produzione, all'interno della quale opera un estrusore plastico correttamente progettato. Per tale macchinario, la scelta ottimale dei componenti degli azionamenti da parte del progettista, costituisce un fattore determinante per il conseguimento sia dei livelli di produttività prestabiliti che della qualità del prodotto finale.
Tale attività di scelta dei componenti è fondamentale anche nel conseguimento degli opportuni livelli prestazionali dell'impianto, in termini di sincronismo dei tempi di esecuzione delle singole fasi di produzione, al fine di garantire ulteriormente la conformità del prodotto.
Il materiale fuso viene forzato successivamente attraverso l'orifizio della piastra della filiera. Il profilo così ottenuto viene successivamente sottoposto a raffreddamento: ulteriori passaggi del profilato sono possibili attraverso una serie di piastre di dimensionamento o di utensili di formatura, al fine di ottenere la forma finale della sezione del prodotto.
Il calore in eccesso dal profilo viene poi rimosso tramite bagni di acqua fredda, getti di aria compressa o contatti con superfici raffreddanti, al fine di conseguire gli opportuni livelli di stabilità dimensionale prima delle fasi finali di produzione.
COMPONENTI E FUNZIONALITA DI UN ESTRUSORE DI MATERIE PLASTICHE
La progettazione della vite dell'estrusore è tale da consentire il dosaggio successivo e la fusione graduale del pellet di materiale plastico; contestualmente a tali azioni, la vite esercita una pressione sul materiale con conseguente sollecitazione lungo il suo asse. Durante la rotazione della vite, il pellet di resina viene successivamente dosato dai suoi filetti e gradatamente fuso, sviluppando pressione lungo il suo percorso. La progettazione di tale componente richiede, comunque, ulteriori approfondimenti ed indagini preliminari durante le attività di ricerca e sviluppo.
Per affrontare le criticità progettuali della vite di un estrusore, si ricorre a tecniche di simulazione numerica basate sulla Fluidodinamica Computazionale (CFD), sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM) e sul Metodo degli Elementi Discreti (DEM). L'impiego di software CAE che implementano tali tecniche di simulazione, agevola l'affidabilità delle attività di progettazione e di predizione delle condizioni operative. L'evidente complessità dell'impiego di tali tecniche di simulazione, viene ulteriormente incrementata quando si tiene conto del contributo del calore da scorrimento e della pressione, entrambi crescenti fino al raggiungimento della filiera da parte del materiale. Tali fattori risultano determinanti nella progettazione degli estrusori bivite.
Il dimensionamento del cuscinetto reggispinta tiene contro del suo posizionamento tra la vite ed il gruppo dato dall'accoppiamento cinematico tra motore e riduttore. Esso risulta così soggetto al carico assiale derivante dalla vite posta in rotazione contro il materiale plastico in lavorazione. Previene così il moto retrogrado della vite nel cilindro, assorbendo i carichi generati dalla vite durante il processo. Le fasce di riscaldamento hanno il compito di mantenere costante, in una certa zona del cilindro, la temperatura del materiale.
Compito del disco forato è quello di ritenere il pacco filtri nel suo alloggiamento. Il pacco filtri consiste in una serie di filtri in filo metallico sotto forma di retine di diverse dimensioni, usato per filtrare gli eventuali contaminanti o particelle di resina non fusa prima che essi raggiungano la filiera, proteggendola dal danneggiamento.
Il compito della filiera è quello di far sì che il materiale riscaldato assuma la forma richiesta. Negli impianti di estrusione delle materie plastiche, le tipologie di filiere più ricorrenti sono quella piana standard e quella conica.
Nella camera di raffreddamento, il profilo passa attraverso un bagno d'acqua in movimento o attraverso una serie di getti di aria compressa. Tale componente può essere dotato di sistemi di rimodellamento per il mantenimento dei requisiti di tolleranza e di conservazione della forma.
All'uscita della camera di raffreddamento, il profilato fa il suo ingresso in una stazione di traino. Tale componente ha il compito di mantenere il profilo in movimento attraverso l'intero processo, ad una velocità costante.
Il profilo raggiunge così la stazione di taglio ormai completamente raffreddato.
IL RUOLO DEL FORNITORE DI COMPONENTI
La progettazione di un impianto di estrusione di materie plastiche, richiede una scelta accurata degli accoppiamenti cinematici. R+W, azienda leader nella produzione di giunti e alberi di trasmissione, è in grado di mettere la sua esperienza a disposizione del progettista. In tutti quegli estrusori in cui è necessario combinare le esigenze di protezione della catena cinematica a quelle di smorzamento delle vibrazioni, R+W fornisce anche una gamma completa di soluzioni per tutte le esigenze di trasmissione quali i limitatori di coppia della serie ST.
Assolutamente privi di gioco, i limitatori di coppia ST permettono di proteggere il sistema motore in caso di sovraccarico, scollegandolo dalla parte condotta nel giro di pochi millisecondi. Estremamente precisi, trasmettono la coppia con gande accuratezza e intervengono solo in caso di effettiva necessità. Inoltre consentono un riarmo semplice e rapido non appena viene rimossa la causa del sovraccarico.
R+W è da sempre attenta alle esigenze dei progettisti: per questo ha creato il nuovo Manuale tecnico, utile strumento che permette di scegliere l’accoppiamento cinematico ottimale per ogni progetto.
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