Разные методики контроля свойств отливки позволяют обеспечить высокое и стабильное качество изделий и минимизировать дефекты при формовании полимеров литьем под давлением.
Связано это с большими затратами и проведением испытаний в лабораториях, результаты которых позволяют проводить корректировку процессов формовки. Отдельные параметры определенной технологической обработки затрудняют выбрать соответствующее управляющее воздействие позволяющее устранить в полной мере сбои в показателях характеристик отливки. Достичь максимального качества во время пуска после запуска повторного рабочего цикла оборудования очень сложно. Период пуска может занимать несколько часов, зависимо от типа выбранного полимера. Все это время выпускаются изделия с дефектами, а операторы постоянно занимаются корректировкой настроек оборудования.
Чтобы сократить количество проверок для поддержки качественной отливки, важно контролировать и регулировать параметры, определяющие свойства отливки. Доказано, что на качество изготавливаемых изделий прямым образом влияют: режим температуры в предшнековой зоне; температурные значения стенки пресс-формы; время, затрачиваемое на впрыск; давление в форме, а также ее герметичность и возможное деформирование. Все эти показатели можно легко замерить. Стабилизация этих показателей возможна при использовании двух методик: поддержка постоянных показателей вторичных параметров, которые оказывают на них воздействие и их непосредственная регулировка; степень их воздействия на качество готового изделия условно разделяют на две категории;
I. Ухудшение качества изделия происходит медленно, но не изменяется на протяжении длительного отрезка времени. Причиной этого могут быть термические изменения стенок формы, расплавленной массы и масла; параметров сопла; впускных и разводящих каналов, на которые воздействует подаваемое сырье; показатель вязкости масла вследствие старения и загрязнений; вентиляция формы; уровень давления в нагреваемом цилиндре у оборудования с наличием зоны предпластикации.
II. Качество снижается с каждым новым циклом обработки полимера. Основными причинами данной проблемы являются: колебания при моменте переключения; скорость, с которой срабатывает обратный клапан; период пластикации; период впрыска; уровень давления в нагреваемом цилиндре у оборудования с наличием зоны предпластикации.
Термические значения расплавленного полимера на участке оборудования перед шнеком. Этот параметр зависит от колебаний температуры полимера в форме, периода охлаждения, падения давления от изменения статики и динамики. Потеря давления очень влияет на качество воспроизводимой отливки.
Чтобы поддержать постоянный уровень температуры полимера в предшнековой зоне нужно в точности поддерживать постоянный терморежим стенок цилиндра, придерживаться определенной и неизменной частоты циркуляции шнека, контролировать скорость напора и время, затрачиваемое на пластификацию и позволять лишь незначительные колебания при навеске материала.
Температурные значения стенок формы. Непостоянность этих значений приводит к неоднородности структуры отливаемого изделия. Изменяться может также ожидаемая масса и размер готовой продукции. Сбои в температурной поддержке стенок формы обусловлены высокой тепловой отдачей крепежных плит оборудования во время пуска; перепадами температуры вне оборудования и расходом охлаждающей жидкости. Контроль температурных значений стенок формы позволяет вовремя выявлять влияние прерванного цикла на показатель температуры формы и качество изготавливаемого изделия.
Рис. 1. Зависимость изменения температуры стенки формы от времени после остановки машины на 1 цикл (а), 3 цикла (б), увеличении длительности цикла с 50 до 60 с (в), замены материала (г), понижения температуры окружающей среды (д), повышения температуры расплава (е).
Выявить причину, по которой температура стенки формы отклоняется от заданного значения можно только путем беспрерывного ее контроля. Циклическое колебание среднего температурного показателя так же, как и огромные перепады температур расплавленного полимера, говорят о неустойчивом режиме регулировки системы охлаждения. Колебания, которые наблюдаются нерегулярно или занимающие длительный период являются свидетельством неравномерного расхода охладительной жидкости, ее термической составляющей, непостоянной температуры внешней среды и длительности рабочего цикла. Из-за того, что на температуру формы влияют многие факторы на протяжении длительного периода достичь хорошей производительности температуры стенки формы без постоянного контроля практически невозможно. Касается это и форм, у которых имеется несколько контуров охлаждения и габаритных форм.
Давление, создаваемое в форме, несет наибольшее влияние на качество будущего изделия. Контролировать в данном случае можно давление самой расплавленной полимерной массы находящейся в форме, на участке пере шнеком и давление масла в гидравлической системе.
Давление в форме может отклоняться от заданных значений из-за изменения скорости впрыска, температурного состояния полимера и формы, из-за переключений подачи давления. Эти факторы влияют на заполнение формы, подпитку и охлаждение сформованного изделия.
Замеряя давление, стоит понимать, что показатель замера соответствует лишь точке формы, где его проводили. На других же участках будут иные показатели.
Рис. 2. Диаграммы изменения давления масла в гидросистеме машины и расплава перед шнеком )а), давления расплава в различных точках формы (б) во время цикла литья. Давление масла: 1 - в гидроприводе, 2 - в гидроцилиндре; давление расплава: 3 - перед шнеком; 4-6 - в форме.
Показатели давления, полученные из предшнековой зоны и масла в гидравлической системе, никакого отношения к показателям давления в форме не имеют (рис.2). Но, они имеют влияние на параметры давления в форме и характеризуют сопротивление течения в момент впрыска. Разность температур расплавленного полимера, скорость и навеска обнаруживаются зачастую исходя из изменений давления на участке перед шнеком и в гидравлической системе, а не по изменению давления в форме.
Основной недостаток контроля процесса за счет этих параметров — это отсутствие данных о квазистатической фазе формовки изделия. Благодаря данной фазе определяются точные размеры отливки. Помимо этого, на разном оборудовании установку оптимальных показателей давления масла в гидравлической системе или полимера находящегося перед шнеком придется искать новую эталонную кривую давления. А вот измерив давление в форме можно получить оптимальные показатели кривой для формы, которые не будут зависеть от вида использованного формовочного оборудования.
Важно еще отметить, что измеряя температуру масла можно значительно уменьшить колебания давления и скорости, а также массы и физических параметров будущего изделия. Проведя предварительный нагрев полимерного материала и термостатирование, снижается риск возникновения дефектов в процессе пуска оборудования.
Деформирование и нарушение герметизации формы. В процессе впрыска расплавленного полимера в формообразующую полость форма может деформироваться. Иногда нарушается и ее герметичность. Исходя из этого, очень важно контролировать параметры, которые могут на это повлиять (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость деформации формы в верхней (а) и нижней части (б), растяжение траверсы (в) и давления в форме (г) от времени цикла.
Усилие смыкания, кН: 1 - 886; 2 - 665.
Определение растяжки на траверсах и козырьке блока замыкания важны в случае воспроизведения усилия смыкания формы на оборудовании, где используется коленчато-рычажный привод. У систем гидравлического типа такое усилие можно контролировать с помощью маниметра, который используется для определения давления в гидравлическом цилиндре.
На то, насколько будут достоверными показатели результата деформации, влияет, где именно проводилось измерение. Сигналы, получаемые при деформации наружной стенки формы, зависят еще и от усилия изгиба, что может сказаться на ненадежной оценке.
Контроль изготовления качественной отливки. Чтобы провести качественный контроль процесса не нужно проводить постоянные измерения всех упомянутых параметров, достаточно лишь дискретно считывать показатели этих параметров в отдельные временные отрезки. Проще всего собрать следующие данные: период пластикации материала, цикла и определение давления в самой форме на протяжение определенного отрезка времени. Исходя из того, что масса отлитого изделия напрямую зависит от объемов формы, показателей давления и температуры расплавленного полимера в ней, массу отливки можно использовать, как контрольный параметр, сказывающийся на качестве изделия, при замерах в лабораторных условиях. Но, в качестве автоматизированного контроля массу использовать нельзя, т.к. периодическое встряхивание весов и колебания воздуха создают слишком большие помехи, чтобы достичь требуемой точности замера особенно у литьевого оборудования.
Методы управления процессом. При обработке отдельных видов полимерного материала и при определенной рабочей среде улучшить качество можно регулируя некоторые технологические показатели: давление в формирующей полости, количество циклов шнека за определенный период и режим подпитки. Регулировка давления в форме в основном нужна для определения уровня заполняемости формы.
Если установить датчик в форме крайне сложно, то в роли регулированного параметра можно прибегнуть к давлению масла в гидравлической системе. Чтобы достичь в условиях высокого сопротивления течению. в период заполнения полости формы, высокой надежности переключения зачастую необходимо снизить скорость вращений шнека перед переключением. Проводить регулировку скорости циркуляции шнека правильно использую ступенчатую схему: медленно - быстро - медленно.
В процессе охлаждения сформованной детали эффективность подпитки расплавленным полимером падает. Давление, воздействующее на шнек, следует понижать пропорционально снижению давления в форме. Это позволит снизить перегрузку и уровень ориентации полимера рядом с литником. Такой вид «программирования» можно выполнить способом управления или регулировки (таблица).
Влияние изменений давления на качество и характеристики изготавливаемой детали
Автоматическая регулировка. Выбирая систему регулировки давления, следует обратить внимание на величину и частоту выявленных колебаний и отклонений отдельных параметров. Проводить регулировку температуры полимера на участке перед шнеком возможно. Но, на практике это невыгодно и не надежно.
Также есть опыт регулировки температуры стенки формы за счет устройства беспрерывного действия. Регулирующим параметром использовалась температура охлаждающей среды. Точки замера в данном случае должны располагаться на достаточно далеком расстоянии от каналов кавитации. Это важно для того, чтобы исключить влияние периодических перепадов температуры.
Данный способ в качестве компромиссного решения показал себя с неплохой стороны. Качественной показала себя регулировка, выполнимая на основе данных периодических замеров температуры стенки перед моментом заполнения формы. В данном случае учитывается средний показатель температуры или расход охлаждающей жидкости. В период остановки регулирующее устройство должно функционировать по измененным параметрам.
Использование регуляторов потока гидравлического типа с двумя или тремя позициями с компенсированием давления удовлетворительно воздействует на поддержку быстроты вращений шнека в независимости от изменений сопротивления потоку в цилиндрическом отделе оборудования и форме. В условиях быстрого впрыска из-за инерционности, устройства регулировки работают короткий период или вообще не включаются, поэтому они не могут обеспечить воспроизводимость скорость циркуляции шнека. В таких условиях целесообразно применять быстроходные сервоклапаны. Чтобы получить хорошие временные характеристики, нужны коротенькие соединительные трубы в гидравлической системе и исполнительный орган, установленный поближе к гидравлическому инжекционному цилиндру.
Значительно уменьшить наличие дефектов и брака отливки в процессе пуска позволит параллельная регулировка циркуляции шнека и давления в гидравлической системе на квазистатическом этапе.
Литьевое оборудование современной сборки должно иметь следующие элементы:
-
индикаторы и приборы для контроля термической составляющей стенки цилиндра и масла в гидравлической системе, скорости пластикации полимера и цикла, усилия смыкания и давления;
-
быстроходные высокоточные клапаны;
-
регуляторы объемного потока с компенсацией давления;
-
цифровые устройства регулировки давления, времени, скорости, температуры и пути.
Помимо этого должны быть предусмотрены возможности монтажа дополнительных блоков, таких как мониторы, температурные датчики и элементы замера давления, самописцы и т.д.
