ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scienze Applicate

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1 ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scienze Applicate Impianti Materie Plastiche Modulo 3 Granulatori Contenuti 1. Premessa 2. Componenti 2.1 Tramoggia di carico 2.2 Camera di granulazione 2.3 Griglia 2.4 Gruppo di raccolta 2.5 Rotore 2.6 Lame e controlame 3. Parametri geometrici e funzionali 4. Sicurezza e Protezioni 5. Criteri di scelta e impieghi 1. Premessa GRANULATORI - MULINI. Negli impianti di materie plastiche si trova il set-up ottimale dei parametri di lavorazione solo dopo alcuni tentativi. Durante questa fase il materiale, delle produzioni incomplete, degli spurghi, delle colate e delle materozze, può essere recuperato e mescolato con il materiale vergine, in percentuali variabili in base ai casi. Inoltre anche a regime a produzione avviata si generano sfridi (materozze, pezzi difettosi, ) recuperabili. I granulatori o mulini sono le macchine mediante le quali si effettua il recupero. Il materiale da recuperare viene spezzettato in scaglie che possono poi essere estruse per ricavarne granuli oppure utilizzate tal quali mescolandole al vergine. [3] Le proprietà del materiale recuperato sono tanto più simili a quelle del materiale vergine quanto minore è il numero di cicli termici (trasformazioni) che esso ha subito. La riduzione del materiale vergine da impiegare costituisce, normalmente, un notevole vantaggio per l industria per la sensibile diminuzione dei costi per la materia prima. Si pensi che la materozza, in uno stampo multicavità, può rappresentare fino al 50% del peso totale della stampata. Questo fenomeno si verifica nello stampaggio di piccoli particolari per cui il completo riempimento della figura si ottiene con canali di alimentazione abbondanti per limitare la caduta di pressione di iniezione. [2] ImpMP_03 GRAN 1/7 Prof. Giovanni Coppola

2 2. Componenti I principali componenti di un granulatore sono: - Tramoggia di carico - Camera di granulazione - Griglia - Gruppo di raccolta - Rotore - Lame e controlame 2.1 La tramoggia La tramoggia è l organo di introduzione degli scarti da recuperare. Le dimensioni e la forma determinano le dimensioni massime dei pezzi da macinare. Il suo lato minimo deve essere maggiore della diagonale del pezzo da inserire. Forma e dimensioni devono essere tali da impedire, in ogni caso, che l operatore possa, inserendo il braccio, raggiungere le lame con la mano. La forma può essere: - tubolare (agevola la caduta dei pezzi di grandi dimensioni) - svasata (adatta al recupero dei pezzi in mucchio) Le tramogge possono essere: - fig. 1) con parete di carico orizzontale diritta per alimentazione manuale non continua - fig. 2) con parete di carico inclinata per alimentazione continua, p. es. con nastro trasportatore fig. 1 fig. 2 Durante la macinazione deve essere impedita la fuoriuscita del materiale. Allo scopo si possono avere - una camera polmone dove il materiale può rimbalzare - deflettori interni, posizionati in modo da non ostacolare l alimentazione Paratie in gomma pesante alla bocca di carico bandinelle mobili servono per ridurre il rumore, anche se aperte il materiale non deve fuoriuscire. 2.2 La camera di macinazione / granulazione La camera di macinazione è l ambiente ove si realizza la riduzione degli scarti da recuperare in piccoli pezzi (scaglie). La forma della camera può essere: - rettangolare, quando il diametro del rotore è più piccolo della lunghezza delle lame; - quadrata, quando il diametro del rotore è pressoché uguale alla lunghezza delle lame; La sua disposizione può essere: ImpMP_03 GRAN 2/7 Prof. Giovanni Coppola

3 - diritta (Fig.1), non evita il fenomeno del rigurgito ovvero la fuoriuscita del materiale dalla tramoggia; - inclinata (Fig.2), limita il rigurgito perché la geometria rende difficile la fuoriuscita del materiale dalla tramoggia adatta ad una alimentazione a tramoggia piena; Fig.1 Fig.2 La camera dovrà, inoltre, essere facilmente accessibile per agevolare le operazioni di pulizia e di manutenzione. Camere in due pezzi rendono più semplici e rapide le operazioni di pulizia. Rispetto all uso le camere di macinazione si classificano in: - Camera per blocchi, è realizzata in modo tale che il pezzo da macinare cada in modo da presentare una piccola sezione da asportare; - Camera per corpi cavi Camera a taglio tangenziale: la configurazione della camera favorisce la presa del pezzo da parte della lama in modo da evitare che esso venga rifiutato e ributtato nella tramoggia. 2.3 Griglia La griglia è posta nella parte inferiore della camera di macinazione, permette lo scarico del macinato e trattiene i pezzi, all interno della camera, fintanto che essi non siano ridotti a dimensione. Essa è costituita da una lamiera forata a geometria semi-cilindrica: il diametro dei fori determina la granulometria del macinato. Un ampia superficie utile facilita lo scarico del materiale e aumenta la produttività del granulatore. La superficie utile dipende dal rapporto vuoto/pieno ove il vuoto è funzione del numero e del diametro dei fori della griglia. Il fissaggio della griglia alla struttura è, di solito, assicurato mediante un portagriglia incernierato da un lato e da dispositivi a vite o con morsetti (leve ginocchiere) dall altro. Le operazioni di pulizia sono agevolate dall apertura a ribaltamento. 2.4 Gruppo di Raccolta Il materiale macinato può essere raccolto in una cassetta posta sotto la griglia e movimentato manualmente. Per l estrazione e il trasporto si applica spesso una coclea oppure un ventilatore attraversato dal macinato e separato con un ciclone per un trasporto in aspirazione. In questo secondo caso la depressione agevola lo scarico dalla griglia e contribuisce al raffreddamento della camera di granulazione. 2.5 Il Rotore Il rotore è l organo principale del granulatore. Esso è costituito da un albero, montato su cuscinetti volventi, sul quale sono ricavate le sedi per montare le lame di taglio. ImpMP_03 GRAN 3/7 Prof. Giovanni Coppola

4 Il rotore può essere di due tipi: - pieno, quando ricavato da pezzi fucinati e poi finiti per asportazione di truciolo; - aperto o a razze (Fig.1), realizzato da un albero sul quale vengono fissate nervature (razze) che hanno la funzione di sostenere le lame fissate alle quali sono fissate mediante organi filettati. Fig.1 I due dischi la laterali solidali con il rotore eliminano l attrito del materiale da granulare sulle fiancate della camera limitando il surriscaldamento del materiale. Con riferimento alla disposizione delle lame si distinguono i casi: Posizionamento lame Tipi di rotore Condizione di lavoro Esempi Radiale Pieno Gravosa Per blocchi e materiale rigido Angolo acuto Razze Leggera Per piccoli spessori e materiale plastificato Ad angolo intermedio Razze Media - leggera Blocchi - piccoli spessori tutti i materiali Rotore Radiale Rotore ad angolo intermedio Rotore ad angolo acuto Fig.2 Foto Il rotore con lame in due pezzi, montate sfalsate (Foto) richiede una potenza minore e ha un elevato rapporto produzione / potenza. L asse del rotore è sostenuto da due supporti che possono essere incorporati alla camera di granulazione oppure esterni. I supporti incorporati permettono una minore lunghezza dell asse e, nel complesso, una realizzazione meno costosa. I supporti esterni garantiscono una maggiore protezione dei cuscinetti che subiscono anche un minor riscaldamento. La seconda soluzione, benché più costosa, è più razionale e sicura. Per quanto riguarda i cuscinetti di norma si usano quelli della serie larga a rulli. La trasmissione del moto dal moto-riduttore all asse del rotore avviene mediante cinghie. Il calettamento della puleggia sull asse del rotore si effettua con tre sistemi: con chiavetta, a cono o mediante boccole speciali. Il sistema a chiavetta non è idoneo all applicazione a causa degli urti e strappi cui è soggetto il rotore durante il taglio. ImpMP_03 GRAN 4/7 Prof. Giovanni Coppola

5 Il sistema a cono è più affidabile ma presenta difficoltà di smontaggio. La puleggia viene fissata all estremità dell asse del rotore mediante un accoppiamento conico e bloccata assialmente da uno spallamento dell asse e un dado avvitato all estremità filettata dell asse stesso. Il sistema da preferire è a boccole speciali, elastiche o non elastiche. Esso è costituito da due anelli tronco conici tirati da una serie di viti che avvicinandosi premono verso l esterno su un anello tagliato facendolo aderire al mozzo della puleggia e verso l interno sull asse. L attrito che si genera tra le varie superfici garantisce la trasmissione del moto. 2.6 Lame: rotanti e fisse (controlame) Le lame, in genere, sono in acciaio speciale sagomate, rettificate. Le rotanti sono applicate al rotore mediante viti, le fisse alla camera di granulazione in modo da poter essere regolate dall esterno. Il numero di lame rotanti dipende dalle dimensioni del rotore e dalla capacità di presa. - su un rotore piccolo si possono montare solo poche lame, - la capacità di presa è inversamente proporzionale al numero di lame. Pertanto per lavorare corpi cavi occorre un alta capacità di presa e quindi poche lame; invece per macinare blocchi di grosso spessore serve una bassa capacità di presa e quindi tante lame. Lame e controlame devono essere geometricamente disposte in modo tale che non si possa verificare l azione in contemporanea di due lame: lo sforzo di taglio raddoppierebbe come pure le sollecitazioni sul rotore. 3. Parametri geometrici e funzionali L angolo compreso tra le facce delle lame si chiama angolo di taglio: nel caso di rotore radiale esso vale zero. La tendenza dei costruttori è quella di impostare l angolo il più alto possibile per diminuire lo sforzo di taglio, le sollecitazioni e per aumentare il rapporto produzione / potenza. D altra parte, per lavorazioni pesanti p. es. blocchi di grosso spessore un elevato angolo di taglio non si può adottare in quanto comporta una maggiore incavatura del rotore e di conseguenza un suo indebolimento strutturale. Lo spigolo tagliente delle lame è opportunamente scaricato mediante un opportuno angolo di spoglia che assume valori compresi tra i 10 e i 20 per le controlame ( e tra i 30 e i 35 per le lame ( ). Tali valori dipendono principalmente dal materiale da tagliare: - per materiali teneri l angolo di spoglia è alto - per materiali duri e tenaci l angolo è basso Si deve inoltre considerare che: - angoli di spoglia alti indeboliscono la lama - angoli di spoglia bassi aumentano la resistenza della lama - l angolo di spoglia dipende anche dalla geometria del rotore, pertanto si deve tener conto dell angolo di taglio per ottenere il valore desiderato dell angolo di spoglia. Controlama Lama Il numero di lame fisse e rotanti varia con il tipo di granulatore e con il suo impiego. In genere le fisse sono due (o una solo per piccoli granulatori di bassa potenza) mentre le lame rotanti sono tre disposte a 120. ImpMP_03 GRAN 5/7 Prof. Giovanni Coppola

6 La velocità di taglio è compresa, in linea di massima, tra i 12 ei 22 m/s. Le basse velocità sono da preferire per piccoli spessori e per pezzi di grandi dimensioni. Anche il materiale influenza i valori di velocità. Un materiale tenero si taglia con velocità e angoli di taglio alti, al contrario un materiale tenace si taglia con velocità e angoli di taglio bassi. La velocità di taglio influenza, inoltre, la capacità di presa della macchina nel senso che lo scorrimento veloce delle lame sotto il materiale particolarmente leggero tende a rifiutarlo rilanciandolo in alto; in questi casi si dice il rotore cavita. 4. Sicurezza e Protezioni La sicurezza e la salute dell operatore deve essere garantita sia durante il normale funzionamento sia nelle fasi di pulizia e manutenzione. Il mulino è una macchina rumorosa, per ridurre l a rumorosità a cui è esposto l operatore si seguono due strade: - in sonorizzazione della macchina - in sonorizzazione mediante cabina Nel primo caso - recupero a fianco macchina al mulino vengono applicati pannelli fonoassorbenti mediante appoggi elastici in modo da non avere contatti diretti con la sua struttura. I pannelli sono smontabili e costituiti da lamiere nervate con l applicazione di materiale fonoassorbente. La tramoggia viene costruita con lamiere sandwich interponendo lamine bituminose che abbassano il coefficiente elastico delle pareti. Le bocche di carico vengono protette con pesanti paratie in gomma. Le cabine di in sonorizzazione si utilizzano per mulini di grandi dimensioni recupero centralizzato e si possono realizzare con strutture metalliche (box afonici) oppure con opere murarie (reparto di granulazione). Per i mulini si distinguono tre tipi di rumore e per ciascuno di essi si ritiene accettabile non superare un dato limite di rumorosità: - rumore stazionario: a granulatore vuoto ( ad inizio o fine macinazione); limite 85 db(a) - rumore variabile: durante la fase di macinazione; limite 85 db(a) - rumore impulsivo: picchi di rumore dovuti alla introduzione dei pezzi; limite 110 db(a). Gli organi in movimento (cinghie, pulegge, volano) vanno protette da adeguati ripari. La tramoggia deve essere costruita in modo da garantire l impossibilità di raggiungere le lame introducendo il braccio attraverso la bocca di alimentazione. Le operazioni di pulizia e manutenzione degli organi meccanici (griglia, camera di granulazione, rotore, cuscinetti) devono svolgersi in sicurezza. A tale scopo si impiegano sicurezze meccaniche, elettriche ed elettromeccaniche. L apertura della camera di granulazione e il ribaltamento della tramoggia e lo sfilamento della griglia non possono avvenire sotto tensione. I dispositivi che interrompono l energia elettrica devono garantire tale interruzione in tutte le condizioni. 5. Criteri di scelta e impieghi La scelta dei mulini è influenzata da vari fattori, e precisamente: - tipo di materiale - dimensione e spessore dei pezzi - dislocazione della macchina (a fianco pressa, reparto di granulazione) - dimensioni del rimacinato - limiti di rumorosità - rapporto produzione / potenza Il rendimento di un granulatore dipende dalla potenza del motore e dalla temperatura del materiale durante la macinazione con possibilità di impastarsi. ImpMP_03 GRAN 6/7 Prof. Giovanni Coppola

7 I mulini dal punto di vista strutturale si dividono in: - granulatori ad asse orizzontale - granulatori ad asse verticale I granulatori ad asse orizzontale sono i più diffusi e ad impiego generale. Il tipo ad asse verticale è impiegato per basse potenze (fino a 10kW) e presenta una struttura più compatta essendo l asse del rotore accoppiato direttamente all albero del motore elettrico. Per quanto riguarda la velocità del rotore si distinguono: - granulatori a bassa velocità (BV) con numero di giri del rotore inferiore a 300 giri/min - granulatori ad alta velocità (AV) con numero di giri del rotore superiore a 300 giri/min Quelli a BV generano meno rumore, hanno sempre lame rotanti multiple, sfalsate, con il tipico funzionamento a fresa, hanno un rapporto produzione / potenza più basso ma garantiscono una migliore qualità del rimacinato e privo di polvere. Si impiegano solitamente per un recupero a fianco pressa. I mulini AV si impiegano nel recupero centralizzato a valle in quanto più rumorosi ed hanno normalmente una unica lama rotante diritta o inclinata. Per estrarre il rimacinato i granulatori sono sempre dotati di accessori. La soluzione più semplice è costituita da una cassetta posta sotto la griglia con movimentazione manuale. Spesso per l estrazione del materiale dalla cassetta di raccolta si applicano una coclea oppure un gruppo di aspirazione (tubo, ventilatore, ciclone separatore) Bibliografia [1] Le Apparecchiature Ausiliarie nella trasformazione dei termoplastici - Romano Durante CENTROOFFSET MASTER (Mestrino Padova) 2001 [2] Pianificare tecnicamente lo stampaggio ad iniezione dei plastici metalmeccanica plast S.p.A. - Milano [3] TRIA : GRANULATORI PER MATERIE PLASTICHE ImpMP_03 GRAN 7/7 Prof. Giovanni Coppola