I principi di base dell'estrusione di tubi

Introduzione all’estrusione di tubi      

Le sfide di natura sia tecnica che economica influenzano le attuali richieste del mercato della produzione di estrusi. L'evoluzione del mercato e l'adattamento del settore hanno permesso i recenti sviluppi della tecnologia di estrusione dei tubi, per soddisfare le esigenze del mercato odierno.
I più recenti progressi tecnici, le trasformazioni del mercato mondiale, le sfide poste dalla crescente concorrenza globale e le crescenti esigenze di molti mercati emergenti nei Paesi in via di sviluppo sono alcuni dei fattori che condizionano la tecnologia di estrusione dei tubi.
 

Panoramica delle tendenze del settore dell'estrusione di tubi

Le tendenze più importanti dell'industria dell'estrusione di tubi che devono essere menzionate sono:

• Riduzione dei costi, aumento della qualità: nella produzione di tubi estrusi, di solito c'è un compromesso tra la riduzione dei costi di produzione dei tubi e l'aumento della qualità. Tuttavia, è possibile raggiungere entrambi gli obiettivi: alcune tecnologie, come la tecnologia dei tubi a tre strati che utilizza materiali riciclati, riducono i costi di un componente della produzione di tubi; allo stesso tempo, l'aumento della qualità ha una conseguenza indiretta che fa risparmiare denaro, consentendo alle linee di produzione di funzionare senza problemi. In questo modo si riducono i tempi di inattività della linea di produzione e gli scarti, senza incidere sull'efficienza e sulla qualità complessive.
• Intelligenza e comunicazione: grazie alle capacità dei moderni controllori PLC e delle interfacce touchscreen, molte delle odierne macchine per l'estrusione di tubi offrono opzioni di controllo e comunicazione intelligenti che consentono di collegare e monitorare le apparecchiature della linea di estrusione di tubi attraverso il controllo remoto. Ciò consente anche un facile funzionamento e l'integrazione tra macchine che operano in linea.
• Specializzazione del mercato verticale: oggi i produttori di macchine per l'estrusione di tubi sono specializzati per offrire soluzioni ottimali per alcuni mercati verticali, a causa della crescente concorrenza globale.

L'obiettivo del nostro rapporto è quello di fornirvi informazioni altamente qualificate sul settore in relazione ai più diffusi tipi di tubi prodotti e alle relative macchine, nonché alle grandi nuove tecnologie che consentono di realizzare tutto questo. I fattori più importanti sono:

• I moderni componenti delle linee di estrusione dei tubi
• Tecnologia a tre strati
• Tecnologie intelligenti e connesse
• Miglioramento del controllo del movimento
• Progressi nell'interfaccia uomo-macchina

Componenti della moderna linea di estrusione di tubi

Prima di tutto, dobbiamo presentare i tipi di tubi più popolari prodotti e disponibili. Essi possono derivare da combinazioni di un'ampia selezione di polimeri di base e additivi, come modificatori d'impatto, pigmenti colorati, gesso e modificatori di resistenza ai raggi UV.
Di seguito vengono riassunte le caratteristiche dei tipi di estrusione di tubi più comuni, con i relativi vantaggi, svantaggi e applicazioni industriali.

Componenti della moderna linea di estrusione di tubi

Le moderne linee di produzione per l'estrusione di tubi sono formate da una sequenza di macchine per l'estrusione di tubi, tutte operanti in tandem con l'obiettivo di un funzionamento continuo della linea e di una produzione di tubi costante e di alta qualità. Anche se ogni singolo prodotto necessita di macchine per l'estrusione di tubi diverse, le moderne linee di produzione di estrusione di tubi sono dotate delle stesse attrezzature, come segue:

1. ESTRUSORE

L'estrusore è il punto di partenza di ogni linea di produzione di tubi. Il suo compito è quello di fondere le materie prime plastiche e consegnarle alla successiva testa di estrusione dei tubi.
Gli estrusori più comuni sono il monovite e il bivite. Il primo è utilizzato per la produzione di PE, PP e tubi realizzati con materiali simili. L'estrusore bivite è utilizzato per produrre tubi in PVC.
Altre configurazioni, come le viti coniche, stanno diventando obsolete e vengono progressivamente abbandonate.

1. TESTA A CROCE

Conosciuta anche come testa di estrusione dei tubi, viene utilizzata per formare la plastica estrusa nel profilo del tubo desiderato.

1. VUOTO E RAFFREDDAMENTO

Le vasche di vuoto e di raffreddamento sono la fase successiva della linea di produzione dei tubi. Ricevono il tubo caldo appena formato dalla testa a croce e lo raffreddano per stabilizzarlo nella forma desiderata. Un buon serbatoio di raffreddamento è essenziale nel processo di produzione dei tubi, perché garantisce una forma costante del tubo e un prodotto finito vendibile.

1. ISPEZIONE DELLO SPESSORE DEL TUBO

Si tratta di un sistema in linea che esegue la misurazione non distruttiva delle caratteristiche dimensionali per il 100% del tubo prodotto.

1. TRASPORTATORE/TRAINO

Il traino tira il tubo dopo che è stato raffreddato, mantenendo una velocità di traino costante rispetto all'uscita dell'estrusore, assicurando lo spessore del tubo e la stabilità dimensionale complessiva e la consegna del tubo estruso alla successiva fase di produzione in linea.

1. TAGLIA TUBI

Questa macchina taglia il tubo estruso proveniente dal traino nella lunghezza richiesta per la produzione di rotoli o segmenti rigidi, a seconda del tipo di materiale e di tubo prodotto.

1. AVVOLGITORE

Questa apparecchiatura viene collocata alla fine delle linee di estrusione di tubi flessibili. Riceve il tubo prodotto e lo avvolge nella bobina desiderata. Gli avvolgitori avanzati possono anche provvedere al taglio, allo “strapping” e all'avvolgimento in plastica dei rotoli finiti.

Tecnologia a tre strati

La tecnologia a tre strati consente di produrre tubi in cui gli strati interno ed esterno sono realizzati con materie prime vergini; lo strato rimanente tra i due è prodotto con materie prime più economiche.
Alcuni esempi di queste materie prime sono:
- Scarti autoprodotti, ottenuti da prodotti rimacinati, che vengono reintrodotti nel processo come materiale di riempimento.
- Materiali riciclati o ri-pallettizzati acquistati a una frazione del costo dei materiali vergini.
- Materiali fuori specifica/off-grade, dove la plastica di qualità inferiore viene venduta a un prezzo molto più basso rispetto al materiale vergine e può essere facilmente utilizzata nei processi di produzione dei tubi di plastica quando si utilizza la tecnologia a tre strati.

1. e 3. Materie prime vergini (che costituiscono il 20% del tubo)
2. Materiali più economici (80% del materiale complessivo del tubo)

Tecnologie intelligenti e connesse

Le tecnologie intelligenti sono oggi sempre più diffuse nelle apparecchiature per l'estrusione e la produzione di tubi e hanno rivoluzionato il modo in cui i produttori di macchine forniscono assistenza tecnica alle apparecchiature; hanno inoltre facilitato l'integrazione e la comunicazione tra le macchine della linea di produzione a valle. Alcuni esempi di tecnologie intelligenti che hanno reso possibile tutto ciò sono il controllo remoto e il monitoraggio operativo online.

Assistenza tecnica remota potenziata

L'assistenza telefonica è stata sostituita dalle tecnologie di connettività remota, che consentono ai produttori di collegarsi immediatamente alla macchina, di monitorarne a distanza i parametri operativi e di fornire immediatamente assistenza tecnica o risoluzione dei problemi ai produttori di tubi.

Facilità di integrazione e comunicazione

Grazie alle facili opzioni di integrazione, è possibile collegare facilmente le macchine a sistemi esterni, sia che si tratti di un sistema metrico di produzione in officina, sia che si tratti di comunicazione con macchine della linea di produzione a monte o a valle. Queste tecnologie avanzate consentono inoltre l'automazione, l'ottimizzazione e il funzionamento di qualsiasi processo produttivo, in modo tempestivo e accurato.

Progressi dell'interfaccia uomo-macchina nell'estrusione dei tubi

Le interfacce uomo-macchina sono facili da usare e da apprendere, grazie alla facilità di integrazione degli schermi tattili colorati nei pannelli di controllo delle macchine.
Questi pannelli consentono l'introduzione di pulsanti con funzionalità superiori alle operazioni di base. Queste funzionalità possono includere l'attivazione di routine complesse, integrate e preimpostate, come il passaggio da una modalità operativa all'altra, l'impostazione dei parametri della macchina per diversi tipi e formati di tubo, l'avvio della linea o l'evitamento dei tempi di fermo.
Queste funzionalità non richiedono alti livelli di competenza ed esperienza nella produzione. Anche se questi progressi possono essere utili per tutti i produttori di estrusione di tubi, sono particolarmente importanti per i produttori locali che operano nei mercati emergenti e nei paesi in via di sviluppo, dove è più difficile trovare personale di manutenzione con una formazione o una specializzazione superiore nel settore.

Tecnologie di controllo qualità in linea

Oggi, le apparecchiature di qualità e ispezione in linea funzionano in cicli di feedback, inviando segnali alle apparecchiature a valle e a monte, non solo per mettere in pausa ma anche per regolare il funzionamento di una linea di produzione di estrusione di tubi. Questa evoluzione dei sistemi di controllo qualità in linea è resa possibile dall'interconnessione delle macchine.

Ispezione in linea dello spessore del tubo

L'ispezione non distruttiva del 100% dei tubi prodotti è consentita da macchine per il controllo dello spessore dei tubi in linea, basate su tecnologie a onde millimetriche o a ultrasuoni. I progressi in questo ambito hanno permesso anche un controllo di qualità più completo delle caratteristiche del tubo, come il monitoraggio dello spessore della parete sia in lunghezza che in circonferenza - o addirittura dell'intera sezione del tubo in macchine più specializzate - la misurazione del diametro interno ed esterno, la misurazione dell'eccentricità del tubo, la stabilità del profilo del tubo e l'ovalizzazione.
 
Infatti, queste linee di produzione di estrusione di tubi dispongono di un'interfaccia di comunicazione tra la macchina per il controllo dello spessore e le macchine della linea di produzione a monte; ciò consente alla macchina per il controllo dello spessore di impostare i parametri operativi, come la velocità di trazione del tubo, in un ciclo di feedback chiuso, e di raggiungere obiettivi importanti, come il mantenimento dello spessore del tubo e dell'uso del materiale nella fascia bassa delle specifiche del tubo.
 

I futuri sviluppi per l’estrusione di tubi

Le tendenze dell'industria dell'estrusione di tubi, come una maggiore efficienza, costi di produzione più bassi e una maggiore qualità e stabilità del prodotto, possono essere raggiunte in vari modi, ad esempio attraverso l'uso di molte tecnologie diverse, materiali compositi e tecnologie intelligenti. 
L'uso di materiali compositi consente la produzione di tubi compositi con pareti più sottili; ciò significa una significativa riduzione dei materiali consumati, consentendo al contempo una maggiore durata dei tubi e limiti di pressione di esercizio.
 
Per integrazione delle tecnologie intelligenti si intende l'integrazione delle tecnologie intelligenti nelle linee di produzione, che può contribuire a ridurre i tempi di inattività programmata o non programmata e a migliorare il monitoraggio del funzionamento della linea di produzione. Sono disponibili diverse opzioni, come i sistemi di acquisizione dati con sensori facili da integrare con le apparecchiature esistenti o nuove, per monitorare parametri come le curve di potenza e di corrente dei componenti operativi critici, o l'uso di pratiche IoT (Internet of Things) e di sistemi di analisi intelligente dei dati che presentano algoritmi integrati per la previsione dei guasti.
 

Conclusioni

Gli sviluppi tecnologici hanno aumentato la complessità del settore dell'estrusione di tubi, rendendo difficile tenere il passo con le soluzioni più vantaggiose per le aziende, che offrono il miglior rapporto qualità-prezzo nel loro caso specifico e giustificano l'investimento. È quindi consigliabile che le aziende scelgano un produttore con il giusto mix di esperienza e organizzazione, che possa aiutarle a raggiungere obiettivi importanti in termini di configurazione delle macchine e di risoluzione dei problemi dell'attività di produzione di estrusione di tubi, oltre ad ammortizzare i costi delle attrezzature, aumentare i profitti e ottenere il massimo ritorno sugli investimenti.