System w gnieździe formy redukuje braki wewnętrzne
Podczas niedawnej konferencji w Bydgoszczy poświęconej racjonalizacji kosztów wytwarzania w branży tworzyw sztucznych firma Ecoflow zademonstrowała możliwości redukowania poziomu braków wewnętrznych dzięki zastosowaniu systemu kontrolno - pomiarowego w gnieździe formy.
W czasach kryzysu ekonomicznego producenci stanęli przed wyzwaniem redukcji kosztów. W przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych udział kosztów materiałowych w zależności od indywidualnych właściwości produkowanych wyrobów kształtuje się w zakresie 60 - 80 proc. Producenci nie mają jednak zbyt wielu możliwości regulowania cen w zależności od wahań cen surowców i kursów walut. Dlatego zmuszeni są szukać oszczędności poprzez podnoszenie wydajności produkcji oraz redukcję poziomu braków wewnętrznych.
Pomiar ciśnienia w gnieździe formy w czasie wypełniania formy dostarcza wielu cennych informacji na temat fazy wypełniania, upakowania i trzymania ciśnienia. Uzyskanie wglądu w niektóre fizyczne zależności ułatwia analizę i interpretację profilu ciśnienia w gnieździe formy podczas trwającego procesu.
Profil ciśnienia w gnieździe formy
Na początku fazy wypełniania uplastycznione tworzywo wchodzi w gniazdo formy. Tak szybko jak czoło uplastycznionego materiału znajdzie się w obrębie sensora, ciśnienie zaczyna być rejestrowane. Powinno ono wzrastać równolegle, blisko i zgodnie z kierunkiem linii czasu wypełniania.
Podczas objętościowego wypełniania gniazda, gdy faza wypełniania dobiegnie końca, uplastyczniony materiał jest upakowywany podczas fazy kompresji w celu odwzorowania konturów gniazda formy.
Faza trzymania ciśnienia docisku rozpoczyna się po osiągnięciu wartości maksymalnej ciśnienia w gnieździe formy. Faza ciśnienia docisku rekompensuje temperaturowy skurcz tworzywa, którego zmniejszenie następuje podczas procesu ochładzania poprzez wprowadzanie dodatkowego materiału. W tej fazie produkcji aż do 10 proc. objętości materiałowej wypraski zostaje wepchnięte do gniazda formy.
Fakt, że modelowana część zaczyna się ochładzać i twardnieć przy ściance gniazda sprawia, że ciśnienie przepływu jest hamowane. Przepływ stopionego materiału z obszaru przed czołem ślimaka do gniazda formy zwalnia gdy wzrasta lepkość tworzywa i zwęża się średnica kanału przelotowego. Postępujące zestalanie się tworzywa w przewężce i wzrastający skurcz termiczny powodują, że ciśnienie wewnątrz gniazda spada do wyjściowego poziomu.
Firma Ecoflow Plastics Engineering&Automation jest producentem urządzeń kontrolno-pomiarowych, które umożliwiają uzyskanie oszczędności niezależnie od indywidualnych cech produkowanego wyrobu. Pokazany przez nią podczas konferencji system Ecoflow Process Diagnostics (EPD) umożliwia monitorowanie i kontrolowanie procesu wtrysku, dzięki czemu możliwy jest wzrost wydajności i redukcja braków.
System rejestruje wartości ciśnień stopu panujących w gnieździe formy oraz temperatury odpowiednich obszarów formy, jak również wybranych parametrów wtryskarki. Automatycznie dokonuje oceny poprawności procesu, porównując mierzone wartości do wzorcowych. Wartości ciśnienia i temperatury odgrywają najistotniejszy wpływ w jakości wyrobu. Poznanie prawidłowych wartości ciśnień i temperatur ze względu na jakość wyrobu umożliwia zmianę wtryskarki przy zachowaniu identycznych wartości mierzonych.
Lepkość stopu jest ważną wartością charakteryzującą dany materiał. Jeśli te właściwości przy kolejnych partiach towaru ulegają zmianom i gdy warunki temperaturowe są inne, to przy zachowaniu takich samych ustawień maszyny nie będą wyprodukowane.
Ustawienie czujnika ciśnienia blisko punktu wtrysku, a czujnika temperatury pod koniec drogi płynięcia pozwala na monitorowanie wszelkich zmian bezpośrednio w formie. Ecoflow rozwinął tę metodę by monitorować płynięcie online. Dzięki temu użytkownik może na bieżąco obserwować czy cały proces przebiega właściwie. Jeżeli różnice podczas cyklów produkcyjnych są zbyt duże, wówczas uruchamia się system alarmowy.
Optymalne ustawienia dla procesu wtrysku są określane w trakcie uruchamiania formy, dzięki czemu proces jest efektywnie zatwierdzony i gotowy do rozpoczęcia produkcji. Optymalne ustawienia dotyczą produkowanych części, a nie ustawień samej maszyny. W związku z tym wprowadzanie do systemu danych dotyczących ustawień maszyny nie jest potrzebne.
„Wartości charakterystyczne” produkowanego detalu powiązane są z maksymalną wartością ciśnienia lub maksymalną wartością temperatury, które stanowią cechy identyfikujące jakość wyrobu. Jeżeli forma została założona na innej maszynie wówczas jej parametry muszą zostać tak ustawione, by „wartości charakterystyczne” części były powtórzone w zadanej tolerancji.
Moduł EPD PLC został zaprojektowany, by dobrze sprawdzał się w środowisku przemysłowym. EPD PLC może być montowane na maszynie dzięki zastosowaniu specjalnego ramienia ruchomego, co daje dużą elastyczność w położeniu urządzania, mobilność i dobrą widoczność dla obsługi.
Obserwacja ciśnienia w gnieździe formy nie tylko zapewni jakość wytwarzanego detalu, ale również pozwoli na selektywne monitorowanie i wczesne wykrycie odchyleń powtarzalności procesu. Użyteczny algorytm taki jak statystyczna kontrola procesu dostarcza precyzyjnych informacji na temat jakości procesu wtryskiwania. System wymaga też precyzyjnego oszacowania jakości wypraski, polegającego na przeanalizowaniu jej wagi i wymiarów jak również cech jakościowych powierzchni dla zapewnienia automatycznej kontroli części zgodnych i niezgodnych. Przy pierwszym uruchomieniu produkcji trzeba skorelować parametry ciśnienia w gnieździe formy z wadami jakościowymi wypraski, tak aby system mógł automatycznie odróżniać części dobre od złych.
Moduł E PD DAQ jest integralną częścią systemu EPD i służy do rejestracji danych bezpośrednio pomiarowych z procesu produkcyjnego. Jest łącznikiem między czujnikami zainstalowanymi w formie wtryskowej a modułem głównym EPD PLC. Zadaniem modułu EPD DAQ jest wzmocnienie sygnału czujników, przetwarzanie danych analogowych do postaci cyfrowej, buforowanie i wysyłanie. EPD DAQ jest zatem zintegrowanym zasilaczem czujników tensometrycznych oraz urządzeniem rejestrującym, co ma szczególne znaczenie dla oszczędności kosztów oraz miejsca w docelowym obiekcie. Pojedynczy moduł EPD DAQ przetwarza równocześnie pomiary z czterech czujników temperatury oraz czterech czujników ciśnienia - w jednej z trzech ustawionych konfiguracji. Moduł EPD DAQ został tak zaprojektowany, aby w za pomocą odpowiedniego ustawienia zworek dokonać preselekcji zarówno rodzaju czujnika oraz wzmocnienia sygnału pomiarowego.
Procesy zachodzące w formie są kluczowe dla jakości wtryskiwanych części, jeszcze zanim mogą być bezpośrednio oglądane. Próby opisujące fazy procesu w znaczeniu parametrów maszynowych takich jak ciśnienie hydrauliczne nie doprowadziło do sukcesu. Główny powód takiego stanu rzeczy związany jest z faktem, że parametry maszynowe nie mogą zarejestrować efektów krystalizacji układu dolotowego (wlewka) lub ściśliwości stopu tworzywa. Ciśnienie w gnieździe formy jest najbardziej informacyjnym parametrem procesu. Tylko ciągłe dokumentowanie przebiegu ciśnień w gnieździe formy dostarcza szczegółowego zapisu procesu powstałego w fazie wtrysku, kompresji i docisku. Tylko te parametry korelują z cechami jakościowymi wyrobu, takimi jak waga, morfologia, powtarzalność, wypływki, zapady, puste jamy, skurcz i wypaczenie.
Ciśnienie w gnieździe formy nie tylko optymalizuje przełączenie z ciśnienia kompresji na ciśnienie docisku, ale jego przebieg zmian (profil) może być użyte jako kryterium określające punkt przełączenia. To pozwala na lepsze utrzymanie ścisłej tolerancji wagi wypraski i wielu innych jakościowych cech niż jakakolwiek inna strategia przełączania z wtrysku na docisk.
Pomimo dużej ilości zalet takich systemów wielu przetwórców tworzyw ma ciągle nastawienie sceptyczne. Z jednej strony oni są niechętni do ponoszenia kosztów inwestycyjnych, a z drugiej strony ponoszą oni koszty związane z przestojami.
Doświadczenie pokazuje, że niewłaściwa obsługa czujników podczas instalacji, przeglądów lub zmian oprzyrządowania na wtryskarce jest główną przyczyną awarii. System jako taki i redukcja na dużą skalę części z wysokimi wymaganiami jakościowymi z jednoczesną efektywnością kosztową zapewnia konkurencyjność i jest to najważniejsze kryterium w sektorze przetwórstwa tworzyw.
Zapewnienie ciągłej jakości wyrobu jest najważniejszym czynnikiem dla procesu przetwórstwa tworzyw sztucznych. Ze spojrzeniem na zwiększający się stopień skomplikowania procesów i coraz bardziej wyśrubowane wymagania jakościowe tylko maszyny z zaawansowanymi systemami, które są oparte na kontroli ciśnienia w gnieździe formy, będą w stanie dostarczyć części o wysokich wymaganiach.