Как предотвратить преждевременный износ пресс-инструмента и повысить качество таблеток

Таблет-прессы используются для выпуска фармпрепаратов, биологически активных добавок (БАД), ветеринарных препаратов, бытовой химии и кондитерских изделий. В каждой отрасли возникают свои специфические проблемы, напрямую связанные с физико-химическими свойствами рецептур.

В условиях массового производства одним из вызовов для предприятия является преждевременный износ пресс-инструмента и, как следствие, снижение качества готовой продукции. В статье рассматриваются причины повреждения оснастки для таблетирования и появления дефектов на таблетках, а также методы их профилактики и устранения.

Абразивный износ пресс-инструмента: причины появления и последствия

Ключевая проблема при прессовании биологически активных добавок (БАД) и таблеток для бытовой химии — интенсивный абразивный износ оснастки. Такие компоненты, как кальций, магний и цинк действуют как микроабразивы, ухудшая состояние рабочих поверхностей пуансонов и приводя к налипанию массы.

Таблеточные матрицы также подвержены серьезным нагрузкам: сочетание абразивных составов и высоких усилий прессования приводит к образованию так называемых «колец износа» в отверстиях матриц.

Последствия «колец износа» в матрицах

Образование облоя. Таблет-масса выдавливается в зазоры между стенкой матрицы и наконечником пуансона.
Деформация пуансона. Происходит закругление внешних кромок наконечников пуансонов, что ускоряет износ по их периметру.
Повышенное усилие выталкивания. Приводит к преждевременному износу и ускоренному образованию точечной коррозии на головках нижних пуансонов.

Рис. 1 – Наконечник пуансона со следами абразивного износа

Темные пятна на таблетках: причины и устранение

Темные пятна или вкрапления на поверхности таблеток — частый визуальный дефект при прессовании, связанный с механическим трением и перегревом в процессе таблетирования.

Неправильная регулировка питателя

При избыточном зазоре между подающим питателем и матричным столом частицы таблетируемого состава застревают в этом промежутке и интенсивно истирают металлические части оборудования. И наоборот: при недостаточном зазоре возникает непосредственно трение между узлами таблетпресса. Так образуются мелкодисперсные частицы металла, проникающие в гранулят и дающие этот дефект. Также темные пятна на поверхности таблеток могут быть вызваны добавлением избыточного количества смазки на трущиеся элементы таблетпресса либо её протечкой, связанной с неисправностью системы подачи смазки.

Локальный перегрев компонентов в зоне прессования

Отдельные компоненты рецептур (магний, оксид магния, тальк) склонны к перегреву и потемнению при определенной температуре. Когда сухая масса быстро перемещается между движущимися наконечниками пуансонов и отверстиями матриц, возникает интенсивное трение. Образующееся тепло может привести к потемнению отдельных гранул и их налипанию на стенки отверстий матриц. Далее частицы перегретого потемневшего материала периодически отрываются от стенок отверстия матрицы и попадают в общую таблет-массу.

J-образный дефект пуансонов

При эксплуатации пресс-инструмент постепенно теряет заводскую шероховатость. Постоянный абразивный износ, усугубляемый даже случайным контактом наконечников верхних пуансонов и матриц, способствует формированию царапин, зазубрин и J-образного дефекта (J-hook defect).

Загнутый профиль пуансона («крючок» на его конце) может приводить к отрыву верхней части, "крышечки" таблетки (т. н. «кэппинг» / capping ) или расслоению. При выталкивании сформированной таблетки кромка пуансона подрезает или удерживает края спрессованной формы.

J-hook дефект пресс-инструмента

Рис. 2 – Микрофотография профиля пуансона с J-дефектом до и после ремонта

Рис. 3 – Дефекты таблетки: отслоение верхней части (кэппинг) и налипание на пресс-инструмент

Причиной данной проблемы также могут быть износ направляющих пуансона или неправильная установка самой матрицы в случае прессования таблеток некруглой формы. При определенных условиях такие дефекты могут образовываться на наконечниках как верхних, так и нижних пуансонов.

О других дефектах пленочных покрытий таблеток мы рассказывали в этой статье.

Как предотвратить износ пресс-инструмента: методы профилактики

Выбор инструментальной стали для пуансонов и матриц

Базовой защитой от абразивного износа является использование износостойких марок инструментальной стали. Легирующий состав и повышенная твердость делают их более устойчивыми к истиранию, чем стандартные решения.

Важно: Износостойкие марки стали обладают низкой ударной вязкостью и не могут выдерживать высокие нагрузки на сжатие. Даже самый качественный сплав способен лишь замедлить, но не остановить полностью эрозию наконечников пуансонов.

Таблица 1. – Рекомендуемые марки стали для пресс-инструмента

Категория оснастки	Марки стали	Особенности применения
Стандартная износостойкая	D2, K340, DC-53, M2	Повышенная твердость и устойчивость к истиранию.
Для особо абразивных сред	PM-3V, PM-9V, PM-10V	Применяются при экстремальном абразивном воздействии.

Конструктивные модификации оснастки

Для профилактики и решения проблем износа пресс-инструмента недостаточно правильно подобрать марку стали. Для продления срока эксплуатации пресс-инструмента может потребоваться его инженерная доработка:

Узкий наконечник (narrow tip width) нижних пуансонов — уменьшает площадь контакта между наконечником пуансона и стенками отверстия матрицы (die bore), снижая тепловыделение и трение.
Двойной глубинный зазор (double-depth relief) — обеспечивает более качественное снимание таблет-массы нижним пуансоном и эффективную очистку матрицы. Облегчает выход порошка из нижней части матрицы за счет большего зазора.
Конические отверстия матриц (tapered die bores) — снижают усилие выталкивания таблетки, устраняя еще один источник трения и нагрева. Важно: глубина конуса должна быть на 20–30% больше, чем глубина проникновения верхнего пуансона.

Оптимизация дизайна таблетки

БАДы, как правило, крупнее фармацевтических таблеток и содержат значительно больший процент активных веществ по сравнению со вспомогательными компонентами — это усложняет прессование. Также некоторые биологически активные добавки, помимо большого размера, имеют дизайн с острыми участками — это отпугивает потребителя из-за ложного ощущения, что их тяжело проглотить.

Поэтому на этапе разработки дизайна таблеток важно привлечь к участию команду инженеров производителя пресс-инструмента. Подробнее об этом — в нашей статье «Как избежать типичных проблем при выборе пресс-инструмента».

Для крупных таблеток рекомендуется овальная форма с закругленными краями и умеренной глубиной чашки (punch cup) — это облегчает прессование, предотвращает чрезмерное истирание пуансонов, обеспечивает равномерность плотности и позволяет применять высокие усилия прессования.

Техническое обслуживание пресс-инструмента: аудит, профилактика и ремонт

Внедрение стандартных операционных процедур (СОП) по уходу за оснасткой позволяет увеличить срок службы пресс-инструмента на 80%. Регулярные осмотры и очистка, правильное смазывание и бережное обращение минимизируют выпуск бракованной продукции и исключают внеплановые простои оборудования.

Алгоритм диагностики и устранения дефектов

Визуально-тактильный осмотр. Контролер проводит ногтем от внутреннего края чашки пуансона к внешнему — если J-образный дефект (J-hook) формируется, ноготь за него зацепится. Проверяйте верхние и нижние пуансоны.
Ручная полировка (для мелких дефектов). Незначительные повреждения устраняются с помощью большого необработанного хлопчатобумажного полировального круга. Это также возвращает чашкам пуансонов зеркальный блеск. Шлифовальные станки на этом этапе неэффективны.
Ремонт (для выраженных дефектов). Удаление глубоких J-образных (J-hook) повреждений с помощью специального оборудования, а также шлифовального инструмента с последующей быстрой полировкой. Ремонт проводится специалистом завода-изготовителя.
Контроль матриц. Использование фиксаторов для матриц, специальных приспособлений для установки и динамометрических ключей предотвращает перекосы и защищает пуансоны от повреждений.

Таблица 2. – Дефекты оснастки и таблеток: причины и методы инженерного решения

Тип дефекта оснастки или таблетки	Вероятная техническая причина	Инженерное решение / Модификация оснастки	Метод обслуживания (СОП)
Кэппинг и расслоение таблеток	Формирование J-образного дефекта (J-hook) на кромке наконечника пуансона из-за абразивного износа или микроконтакта с матрицей.	Применение износостойких и порошковых сталей (D2, PM-3V). Проектирование умеренной глубины чашки пуансона.	Регулярная проверка наконечников верхних и нижних пуансонов «тестом ногтя». Своевременная полировка хлопчатобумажным кругом.
Облой (бахрома по краям таблетки)	Абразивный износ отверстия матрицы и образование колец износа. Закругление внешних кромок наконечников пуансонов.	Внедрение конических отверстий матриц. Подбор более твердых сплавов стали.	Контроль износа направляющих пуансона. Правильная соосная установка матрицы с помощью фиксаторов и динамометрических ключей.
Темные пятна на таблетках, изменение цвета	Нарушение зазора подающего питателя (трение о матричный стол или застревание частиц порошка). Избыточное смазывание.	Установка узкого наконечника нижнего пуансона. Применение двойного глубинного зазора для самоочистки.	Точная регулировка зазора питателя Очистка рабочих поверхностей от налипшего гранулята.
Повышенное усилие выталкивания таблетки	Образование колец износа на стенках отверстия матрицы из-за абразивного сырья и высоких давлений.	Модификация геометрии: использование конических матриц с глубиной конуса на 20-30% больше глубины входа пуансона.	Своевременное выявление и замена изношенных матриц до момента повреждения головок нижних пуансонов.

Заключение

Борьба с преждевременным износом оснастки и образованием J-образного дефекта (J-hook) требует комплексного подхода со стороны инженеров и технологов. Правильный выбор инструментальной стали, адаптация геометрии пуансонов и матриц, грамотный дизайн самой таблетки — все это значительно увеличивает ресурс оборудования. Однако основой стабильного производства остаются строгие регламенты технического обслуживания, позволяющие своевременно диагностировать и устранять износ пуансонов, исключая выпуск бракованных партий и дорогостоящие простои производственных линий.

ИСТ-ПАК — надёжный поставщик пресс-инструмента для таблетирования

Мы помогаем подобрать пуансоны и матрицы под любую геометрию таблетки — от круглых до фигурных, с учетом типа чаши, материала и допустимых нагрузок.

Если вам требуется подобрать новый комплект пресс-инструмента или оборудования для производства таблеток, направьте запрос на sales@eapack.ru или оставьте заявку на сайте www.eapack.ru. Наши специалисты подготовят предложение с учетом ваших технических требований и производственных задач.