Литье под давлением: Существует ли «самый важный» параметр технологического процесса?

Выбор может стоять среди множества переменных — баланс заполнения, время заполнения, давление впрыска, давление в полости пресс-формы, но все же существует что-то еще, определяющее успешность процесса литья под давлением.

8/28/2018

Роберт Гатцхалл

Важные параметры для процесса литья под давлением

Поиск «самого важного» параметра может быть весьма бесполезным занятием, но одно можно сказать наверняка: люди — самый важный ресурс, гораздо более важный, чем оборудование. (Фото: Призм Пластикс)

Недавно мне задали вопрос, вызвавший у меня серьезную эмоциональную реакцию, из-за его полного пренебрежения научными принципами, являющимися основой процесса литья под давлением. Для меня вопрос о том, какой из параметров является самым важным, сродни тому, кого из моих детей я люблю больше. Моя первая реакция, которую я, к счастью, смог сдержать внутри: «Вы меня разыгрываете?».

Произошло это во время обсуждения валидации технологического процесса и научных принципов инжекционного литья с группой представителей крупного производителя медицинского оборудования. Принимая во внимание тот факт, что производство медицинского оборудования имеет целый ряд специфических требований, услышать подобный вопрос из уст представителей данной отрасли, было, мягко говоря, удивительно.

Если не получается отлить детали одного размера, и гнезда пресс-формы заполняются неравномерно, то индекс воcпроизводимости процесса Cpk будет экстремально низким.

И в медицине, и в фармацевтике заказчики всегда требуют доказательств того, что продукт был произведен с соблюдением требований к технологическому процессу, установленных при валидации. Я бы поспорил, что операционная квалификация оборудования OQ — это всего лишь этап протокола валидации IQ/OQ/PQ, по которому производитель разрабатывает требования к процессу литья, в то время как эксплуатационная квалификация PQ устанавливает верхний и нижний допуск, но это уже тема для отдельного разговора.

Данный разговор послужил мотивацией для написания статьи, где сразу несколько технологических параметров будут рассматриваться как «самые важные», и возможно действительно будет определен «самый важный» из них. Логичнее всего начать исследование с ответа, который я, скрепя сердце, дал на заданный мне вопрос, а именно с утверждения о том, что все выходные параметры важны для качественного процесса литья.

Баланс заполнения

Совершенно точно баланс заполнения сам по себе не является техническим параметром, а результатом правильной настройки других параметров. Тем не менее, если бы мне нужно было выбрать что-то одно, я несомненно выбрал бы в качестве отправной точки именно его.

Я практически потерял самообладание, когда услышал следующий вопрос: «А какой параметр является самым важным для контроля баланса заполнения?». Да буквально сотни переменных могут влиять на баланс заполнения: и термодинамика, и доля вторичного материала, и размеры пресс-формы или направляющих. Невозможно выделить что-то одно.

Наверняка найдутся желающие подискутировать на тему первостепенности баланса заполнения, но несомненно он очень важен для получения качественных отливок, воспроизводимости размеров, особенно, если речь идет о медицинских изделиях, когда необходимо соблюсти индексы воспроизводимости процесса Cpk и Ppk 1,33 и 1,67 соответственно. Индекс Cpk размерных характеристик в медицинской сфере — это сравнение размера одного гнезда с другим, то есть он позволяет определить допустимое отклонение от размера гнезда 1 и, допустим, гнезда 32, или любого другого имеющегося в пресс-форме. С этой точки зрения баланс заполнения абсолютно необходим. Если не получается отлить детали одного размера, и гнезда пресс-формы заполняются неравномерно, то индекс Cpk будет экстремально низким.

Гнезда, заполняемые в первую очередь, будут заполняться меньше, так как вязкость в этой точке максимальна. Не забывайте основное правило движения потока: расплав течет в направлении наименьшего сопротивления. Таким образом, если в пресс-форме имеется 2 гнезда и одно из них уже заполнено полностью, а второе только на 80%, то расплав потечет в гнездо, заполненное не полностью.

Сбалансированная подача расплава в каждое гнездо гарантирует, что все они подвержены одним и тем же процессам, а это и есть то, на чем построен весь процесс, так что важность его очевидна, но все же недостаточна, чтобы назвать его «самым важным» параметром.

Время заполнения

Возможно самым важным параметром процесса является время заполнения. Позвольте мне сразу же напомнить, что мы рассматриваем выходное значение, а не заданное. Слово параметр определяется как «величина, значение которой выбрано для определенных обстоятельств». Мы выбираем время заполнения, но делаем это путем настройки других параметров машины.

Само предположение о наличии «самого важного параметра» весьма спорно, принимая во внимание, что выходные данные обусловлены многими параметрами. Многие производители скажут, что время заполнения пресс-формы является основой процесса, и было проведено множество экспериментов, доказывающих это.

Обычно прежде чем определить время заполнения я изучаю реологию, линейную вязкость, баланс заполнения и отклонения, которые дает машина. И опять же мы возвращаемся к балансу заполнения, так как на него сильно влияет скорость заполнения, а значит он изменяется в зависимости от скорости впрыска.

Процесс литья под давлением — это сложный взаимосвязанный процесс, когда сразу множество переменных величин и параметров оказывают прямое и косвенное влияние друг на друга. Практически нет изолированных действий, не подвергающихся какому-либо влиянию.

Что касается времени заполнения, некоторые производители стараются не экспериментировать с этим параметром, в то время как другие, наоборот, пробуют разные варианты. Вне зависимости от того, какое время заполнения выбрано, важно обеспечить соблюдение именно этого значения на протяжении всего срока службы пресс-формы. Если значение поддерживается, то достигается равнозначность молекулярной ориентации, обеспечивающая последовательное заполнение от цикла к циклу, которое, в свою очередь, способствует равномерной усадке, скорости сдвига и балансу заполнения.

Опять же, существует несколько факторов, влияющих на усадку, я же затронул только один. Многие эксперты в нашей области скажут, что время заполнения — это основа надежного процесса, но так ли уж это важно на самом деле?

Ведь если нас спросят: «Что нужно для того, чтобы обеспечить воспроизводимость времени заполнения?», ответом будет — правильное давление впрыска. Таким образом получается, что давление впрыска — это самый важный параметр?

Давление впрыска

Давление впрыска имеет решающее значение для воспроизводимого процесса, и несмотря на то, что выходное значение параметра может немного отклоняться от заданного, недостаточное давление впрыска может иметь катастрофические последствия для качества изделия.

Процессы с ограничением по давлению не имеют возможности подстраиваться под изменения вязкости. При повышении вязкости материала больше допустимого ограничения машины кривая давления резко выровняется, а время заполнения увеличится, так как станку потребуется больше времени для достижения необходимого давления, если оно вообще будет достигнуто. Это может повлечь различные дефекты изделий, в частности недолив.

Само предположение о существовании «самого важного параметра» весьма спорно, принимая во внимание тот факт, что большинство из них являются переменными.

Когда мы говорим о Scientific Molding and Decoupled Molding, мы фактически обращаемся к начальному этапу контроля скорости, ведь контролировать скорость на остальных этапах практически невозможно, если имеется ограничение допустимого давления.

Я знаю несколько производителей, не обращающих внимания на давление впрыска при мониторинге процесса, объясняя это тем, что «до тех пор, пока оно не ограничено, давление не является критическим фактором», а значит его значения могут меняться.

Я согласен, что значение может меняться, но каков предел, и почему это так важно? Я бы сказал, что слишком большое количество изменений не могут быть приняты в качестве нормы при валидации процесса. Важно учитывать особенности изделия и требования заказчика при валидации процесса, а также имитировать изменения вязкости. Например, если допускается применение вторичного материала, то обязательно нужно включить цикл на этом материале в процесс валидации.

В случае, когда определены базовое значение параметра и допустимый диапазон отклонений, и наблюдается превышение заданного пикового значения давления впрыска, важно понимать, почему это происходит. Я не говорю о том, что нужно немедленно отказаться от этого проекта. Я говорю о том, что его необходимо пересмотреть и, что более важно, производитель должен понять причину такого подъема.

Давление в полости пресс-формы

Учитывая, что производители инжекционно-литьевого оборудования тратят миллионы долларов в год на датчики давления внутри пресс-форы, данный параметр является весьма критичным. Имея возможность заполнять каждое из гнезд с учетом показателей датчиков давления в полости, либо даже контролируя это давление, можно добиться стабильности размеров от цикла к циклу. Вложения могут быть весьма ощутимыми, но преимущества очевидны. Хотя, на мой взгляд, далеко не каждый продукт требует использования такой технологии.

Если вы являетесь производителем автомобильного оборудования, то вы производите продукты с требованиями к поверхности класса «А». При производстве таких изделий, даже с соблюдением допустимых диапазонов параметров, могут появляться неприемлемые внешние дефекты.

Обеспечение производства квалифицированной, мотивированной и должным образом обученной рабочей силой — важный момент, в конечном итоге определяющий качество производимых изделий.

Датчики давления в гнезде пресс-формы не дают возможности определить наличие царапин или пятен на поверхности. При правильной настройке они могут отслеживать недолив и облой, но не могут распознавать поверхностные дефекты, не связанные с потоком материала.

Если датчики давления установлены в правильных точках, то они позволяют на высоком уровне контролировать пиковое давление в полости пресс-формы. Тем не менее, на мой взгляд, это не является главным преимуществом их использования. Выходной сигнал скорости охлаждения от него позволяет контролировать скорость усадки материала на удалении от датчика. Таким образом, производитель может быть уверен, что в каждом из циклов охлаждение происходило равномерно. А это уже веский аргумент в пользу учета давления в полости пресс-формы.

Однако существует множество успешных производителей, кто не использует данную технологию, но при этом придерживаются scientific метода литья.

Люди как параметр

Пытаться определить «самый важный» параметр такого взаимосвязанного процесса как наш — совершенно бесполезно. Самого важного параметра не существует, так же, как и самого важного узла в оборудовании. Но есть один решающий элемент, который и является самым важным, это — ваша команда.

Именно люди, начиная с технических специалистов и заканчивая операторами, являются самой важной составляющей. Вне зависимости от того, говорим мы о процессе разработки проекта и технологии, или непосредственно контроле, именно человек делающий эту работу оказывает наибольшее влияние на ее успех. Обеспечение производства квалифицированной, мотивированной и должным образом обученной рабочей силой — важный момент, в конечном итоге определяющий качество производимых изделий.

Инвестиции в людей наравне с инвестициями в оборудование имеют решающее значение для безопасного и успешного процесса литья под давлением. Ведь подумайте: если вы решаете, что самым важным параметром является время заполнения, то ведь необходим и кто-то, кто будет контролировать его.

Кто-то должен не только уметь применять элементы контроля, но и, если оборудование работает некорректно, уметь устранять выявленные неполадки. По большей части обучение в данной отрасли сосредоточено на инженерных навыках и технологиях разработки, и очень мало внимания уделяется обучению технического персонала и операторов.

Необходимо разработать стандарты подготовки технических специалистов и четкий план их карьерного развития. Я работаю в области литья под давлением уже много лет и успел поработать с разными видами оборудования, участвовал в разработке технологических процессов и систем мониторинга, и могу сказать, что ни одна из систем не может заменить хорошо подготовленного специалиста. Мы даем им только инструменты, способные помочь нам получать высококачественную продукцию, но этого недостаточно. Все взаимосвязано. Так же, как и параметры в процессе инжекционного литья, оборудование и человеческий ресурс тесно связаны, и невозможно рассматривать что-то одно изолировано от другого.


Оставьте заявку для консультации с менеджером
Заполните поле телефон


Наверх