Важность стабильности в процессе впрыска

Желаете производить стабильный продукт независимо от цикла, и летом, и зимой, на любом термопластавтомате? Соблюдайте стабильность впрыска!

Литье под давлением - это сложный процесс. Если есть какие-либо сомнения, учитывайте количество настроек на инжекционно-литьевой машине, особенности разных контроллеров, количество переменных в процессе и, самое главное, тот факт, что при идентичных настройках не обязательно будут получены идентичные результаты. Так с чего же начать?

Выберите переменные, которые вы хотели бы контролировать и расставьте их по приоритету. Хотелось бы прийти к консенсусу относительно того, какие переменные рассматривать. Согласно одной стратегии нужно контролировать как можно больше переменных, но мало кто может интерпретировать такое количество данных. Согласно стратегии доктора Деминга: чем меньше – тем лучшее. Первым в списке для производства стабильного продукта оказалось время заполнения. Время заполнения определяется, как время от начала впрыска до момента, когда шнек достигает точки переключения на выдержку под давлением, заполняя гнездо на 90–99,9% от общего объема изделия. Это «результат», но еще не конечная точка.

Почему контроль времени заполнения важен? Изначально это важно потому, что вязкость пластика меняется в процессе цикла. Чтобы получать идентичные изделия на выходе, необходимо, чтобы расплав равномерно и каждый раз стабильно растекался и заполнял детали. Если вязкость меняется, то и диаграмма текучести, и баланс заполняемости тоже изменится. Изделия не будут идентичными. Стабильность заполнения минимизирует изменение вязкости. Таким образом, контроль времени заполнения, не просто важен, а является критическим. Прежде чем мы перейдем к тому, как контролировать время заполнения, хотелось бы рассмотреть причины изменения вязкости. Некоторые причины можно устранить, а некоторые контролировать невозможно:

1. Время заполнения. Этот параметр является главной точкой кривой вязкости: пластик меняет вязкость, если вы меняете время заполнения. Пластик чувствителен к напряжению сдвига, иными словами вязкость критично меняется при изменении скорости впрыска. Чтобы делать идентичные изделия, необходимо сохранять время заполнения постоянным. Хотите верьте, хотите нет, сдвиг имеет большее влияние на вязкость материала, чем температура.
2. Температура материала. Любые изменения в температуре плавления, вызванные работой нагревателей материального цилиндра или горячего канала, приводят к изменению вязкости расплава.
3. Содержание влаги. Гигроскопичный пластик, такой как поликарбонат, нейлон и ПЭТ, при ненадлежащей просушке может начать разлагаться из-за процесса гидролиза. Это не просто поверхностный дефект, о котором стоит обеспокоится. Нужно понимать, что даже минимальное количество остаточной влаги, очень сильно повлияет на вязкость этих материалов. Это количество воды настолько мало, что вы не сможете его увидеть на изделии или у сопла, но этого количества достаточно, чтобы вступить в реакцию с пластиком и разорвать полимерные цепи. Эта реакция поглощает воду, уменьшает вязкость и способствует получению изделий, которые не будут пригодны для конечного потребителя.
4. Зависимость от партии выпуска. Несмотря на заявленную в спецификации вязкость, пластик из разных партий может быть разной вязкости в процессе литья.
5. Время вращения шнека. Поскольку на качество расплавления пластика во многом влияет механика геометрии шнека и скорость его вращения, изменения времени вращения шнека вызывает изменения вязкости.
6. Количество и тип добавок. Использование красителей, добавок, смазок для пресс-форм, агентов для повышения текучести, антистатиков, антиокислителей, вторичного сырья и т.д., имеет очень большое влияние на вязкость. Количество, тип, размер, способ смешивания и прочие факторы, связанные с добавками, усложняют процесс плавления.
7. Температура пресс-формы. Вязкость расплава меняется при заполнении, в зависимости от температуры пресс-формы.

Принимая во внимание все эти колебания вязкости, нужно понимать, что поддерживание стабильности времени заполнения сможет минимизировать их, в результате чего вы получите стабильный процесс и идентичные качественные изделия. Несмотря на то, что материал может быть изначально разной вязкости, его подача с одинаковой скоростью сдвига минимизирует эту разницу и поможет сделать процесс литья более стабильным.

Осуществление серий коротких впрысков для определения подходящего значения Δ P на определенной машине. Определение Δ P - это и есть секрет постоянного времени заполнения.

Как только вы поймете, что время заполнения влияет на качество изделия и на срок службы пресс-формы, вы спросите – как же поддерживать и контролировать время заполнения? Существует много мнений на счет этого процесса. Некоторые наладчики, считают, что это их работа - регулировать изменения вязкости. Но насколько это возможно (и оправдано), чтобы оператор постоянно стоял у термопластавтомата и контролировал колебания вязкости? Предпочтительнее выбрать такую стратегию, при которой машина автоматически будет регулировать любые колебания и изменения, как система круиз-контроля в автомобиле. Если вы введете грамотные настройки, то время заполнения будет стабильным. Для большинства термопластавтоматов и литьевых процессов ставьте цель добиться колебаний менее, чем ±0,04 сек. Это не применимо, если у вас время заполнения 0,06 секунд или оно длится долгое время, поэтому руководствуйтесь здравым смыслом, устанавливая диапазон колебаний.

Любая машина, с открытым и закрытым контуром, электрическая или гидравлическая будет поддерживать постоянное и стабильное время загрузки, при правильно установленной дельте P. Дельта P - это разница между давлением, установленным на первой ступени, и пиковым давлением во время впрыска или первой ступени. Это, в сочетании с необходимой схемой «компенсации нагрузки», ослабит колебание вязкости.

Чтобы найти подходящее значение Δ P для каждого термопластавтомата (да, оно будет отличаться), вам необходимо понять насколько больше заданное давление, чем реальное пиковое давление во время впрыска. Этот принцип одинаков что для гидравлических, что для электрических термопластавтоматов. Заданное давление должно быть выше, чем пиковое (не переходное) давление во время впрыска. Пиковое давление может быть таким же, как давление на выдержке, но иногда может и не совпадать. Вопрос в том, насколько выше должно быть допустимое или заданное давление по сравнению с пиковым давлением, чтобы машина смогла контролировать время загрузки.

Настройка Δ P

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, прежде чем мы перейдем к подробностям: не выполняйте данные действия без должной подготовки. Существует ряд опасностей, как для персонала, так и для оборудования, если описанная процедура будет не понята и выполнена некорректно. Эта процедура подразумевает использование высоких температур и высокого давления. Если вы не уверены в своих действиях на любом этапе, остановитесь и обратитесь за помощью.

1. Выведите машину стабильный цикл, одновременно отливая детали и соблюдая все соответствующие правила техники безопасности, связанные с работой пресс-формы и выбранного термопластавтомата. Убедитесь, что вы можете считать пиковое гидравлическое давление во время первой фазы или впрыска. Это может быть не давление на переходе на выдержку, особенно если вы профилируете скорость впрыска. Устройства для измерения давления, манометр или датчик следует располагать после клапана регулирования потока или непосредственно на гидравлическом цилиндре впрыска (а не рядом с насосом). Для электрических термопластавтоматов используйте давление впрыска, отображаемое на соответствующем экране. Кроме того, убедитесь, что вы можете измерить время от «начало впрыска» до того момента, когда шнек достигнет своего предельного положения (также известного как выдержка или переключение). Это время заполнения. Убедитесь, что термопластавтомат настроен на переход с первого на второй этап по положению шнека.
2. Убедитесь в том, что изделие не залипнет при коротком впрыске. Убедитесь, что не происходит заполнения детали во время вращения шнека. Это может произойти, если время запирания долгое и противодавление достаточно высокое, чтобы продавливать материал в пресс-форму во время вращения шнека. Если при неполном впрыске/коротком впрыске произойдет залипание изделия, раскройте форму и извлеките изделие. Это входит в задачи обслуживания, а не в задачи разработки процесса.
3. Снимите показания второй ступени (нагнетайте и удерживайте давление). Другими словами, установите очень низкое давление на втором этапе, например, 15 psi (1 Бар) – гидравлическое или 100 psi (7 Бар) – давление пластика. Не устанавливайте время удержания на ноль без необходимости. Отключение второй ступени путем удаления времени на таймере может привести к повреждению оборудования, когда вы вернете время на вторую ступень или запустите таймер.
4. Настройте допустимое время первой ступени как минимум на 3 секунды дольше, чем текущее время заполнения. Это гарантирует, что на таймере всегда будет достаточно времени, чтобы шнек достиг своей позиции отсечки до истечения этого времени. Для этого шага и всего эксперимента обратите внимание: очень важно, чтобы все впрыски были короткими, а вы не останавливали движение шнека. Это может привести к повреждению пресс-формы, машины и/или оператора, если вы не обеспечите короткие впрыски с какой-либо подушкой.
5. Запишите пиковое давление на первом этапе и затем сравните с установленными лимитами на первом этапе.
6. Уменьшайте первые установленные лимиты давления до тех пор, пока время заполнения не изменится (увеличение времени). Цель – на 1 секунду дольше, если речь не идет о тонкостенном изделии. Обычно параметры варьируются около 400 psi (28 Бар) ниже пикового давления на этапе 5 для гидравлических термопластавтоматов и около 2500 psi (172 Бар) ниже пикового давления для электрических. Впрыски будут короткими, поэтому следите за выталкиванием. На данном этапе вы намеренно отрабатываете «лимитированное давление». Внимание: некоторые термопластавтоматы значительно могут выходить за лимиты давления, установленные для первого этапа. Именно поэтому установленный на контроллере лимит меньше, чем реальное пиковое давление.
7. Запишите предел давления для первой ступени, время заполнения и пиковое давление во время впрыска. Смотрите сопроводительную таблицу.
8. Как только вы запустите ограниченное давление, увеличьте лимит давления первого этапа от 100 до 200 psi (7–14 Бар) на гидравлических термопластавтоматах, или же от 500 до 1000 psi (35 – 70 Бар) на электрических.
9. Повторяйте пункт 8 до тех пор, пока не будут выполнены два пункта при увеличении настроек первого этапа или увеличении допустимого давления:
   1) Время заполнения перестанет скакать и станет постоянной величиной.
   2) Пиковое давление перестает расти.

   Это значит, найдена подходящая Δ P для определенной машины. Учитывайте, что вы можете не подобрать правильный параметр Δ P, так как не все термопластавтоматы выдают достаточное давление впрыска для установки Δ P. Напоминание: перед каждым впрыском необходимо убедиться, что короткий впрыск выполняется с подушкой!

Таблица значений Δ P на гидравлической инжекционно-литьевой машине

Составьте таблицу с данными, как показано выше. Впрыск, помеченный надписью “Отлично” демонстрирует минимальное значение Δ P, требуемое для гидравлического термопластавтомата. Обратите внимание, что значение гидравлического давления - 333 значительно выше, чем стандартные 10%, на которые рекомендуется превышать. В данном случае, это 25%. Кроме того, не берите в привычку игнорировать это значение Δ P, просто настраивая заданное или допустимое давление на максимальное возможное. Почему? Если установить давление на максимум или значительно выше, чем пиковое давление на многогнездной оснастке, и если гнездо внезапно засорится при первой подаче пластика, что произойдет? Произойдет перелив в оставшиеся гнезда, появится облой и минимум, что вам придется делать, это очищать все от пластика и убирать облой.

Как только вы установили требуемое значение Δ P для термопластавтомата, сделайте заметку на контроллере, чтобы облегчить дальнейшую эксплуатацию и настройку.