Для обеспечения высокого, стабильного качества изделий и минимального количества брака при литье под давлением упаковок канцелярских товаров в ходе производственного процесса следует поддерживать заданные параметры процесса.
Исследования, проведенные в последние годы, показали, что непосредственное влияние на качество получаемых упаковок оказывают: температура расплава в зоне перед шнеком; температура стенки формы; скорость впрыска, давление в форме. Все они легко поддаются измерению [1, 2].
Температура расплава.
Основными условиями поддержания постоянного уровня температуры расплава являются: точная настройка регулятора температуры стенки цилиндра; неизменность частоты вращения шнека, скоростного напора и длительности пластикации. Терморегулятор RK-41(Рис. 1.) предназначен для цифровой индикации действительной температуры в зоне контроля и управления нагревательными элементами. Регулятор позволяет по сигналу датчикаS-821 (предназначен для измерения температуры материала в цилиндре) регулировать температуру объекта (пластмассы для ТПА) в пластикационном цилиндре, в установленных пределах. Работает с трубочным нагревательным элементом, который имеет вид металлической трубки (она может иметь любую форму), внутри которой находится проводник с высоким электрическим сопротивлением (за счет него осуществляется нагрев трубки, которая в свою очередь передает тепло в цилиндр). Зона регулирования температуры устанавливается максимальным и минимальным значениями. Состояние бесконтактного регулирующего элемента «Включено» — идентифицируется светодиодом на передней панели регулятора.
Рис. 1. Терморегулятор RK-41
Давление в форме оказывает наибольшее влияние на качество отливки. К контролируемым параметрам в данном случае относятся давление расплава в сопле. Отклонение давления в форме от заданного значения на разных стадиях процесса формирования отливки может быть вызвано изменением скорости впрыска, температуры расплава и формы, моментов переключения давления, поскольку эти факторы определяют условия заполнения формы, подпитки и охлаждения расплава.
Датчик серии PT4674 (Рис. 2) с точностью ±0,5 % является идеальным решением для большинства задач измерения давления расплава, когда необходима установка в ограниченных пространствах. Датчики PT4674 выдают усиленный выходной сигнал в виде аналоговой токовой петли 4–20 мА, обеспечивающий взаимодействие с распределенными системами управления и программируемыми логическими контроллерами. Датчик PT4674 работает с регуляторам давления DN20. Регулятор давления определяет максимальное значение давления в гидросистеме. В процессе регулирования некоторая часть подачи насоса отводится через регулятор в бак. Эта потерянная мощность должна быть минимальной и в тоже время должна гарантировать достаточную динамику и устойчивость регулятора. Рабочая жидкость через каналы в корпусе подводится к золотнику, который имеет одно продольное отверстие и два поперечных. Специальный демпфер ограничивает поток жидкости через регулирующий золотник. Рабочая жидкость через осевое и поперечное отверстия поступает в камеру большого установочного поршня. Сливная линия перекрыта пояском распределительного золотника.
Рабочее давление гидросистемы воздействует на левую торцовую поверхность распределительного золотника с усилием. Пока это усилие меньше, чем противодействующее усилие пружины, давления в камерах установочных поршней равны, и насос остается в положении максимального эксцентриситета.
Регулятор частично соединяет с баком камеру большого установочного поршня, в результате чего давление в этой камере уменьшается. Поскольку малый установочный поршень постоянно соединен с напорной линией, он смещает статор практически в концентричное относительно ротора положение. Устанавливается равновесие сил.
В результате подача насоса стремится к нулю, а рабочее давление в гидросистеме поддерживается на заданном уровне.
Таким образом, потери мощности в гидросистеме при достижении максимального установленного давления незначительны, нагрев рабочей жидкости невелик и энергопотребление — минимально.
Если давление в гидросистеме снова понижается, пружина смещает регулирующий золотник регулятора давления. При этом перекрывается сливная линия, и в камере большого установочного поршня вновь появляется полное рабочее давление.
Равновесие сил, действующих на установочные поршни, нарушается, и большой установочный поршень смещает статор в эксцентричное положение. Насос снова подает рабочую жидкость в гидросистему [3].
Рис. 2. Датчик PT4674
Недостатком измерения давления является то, что получаемые данные справедливы только для конкретной точки замера. В некоторых случаях можно найти корреляционные зависимости характеристик материала в разным местах отливки от давления, вблизи литникового канала. Чем ближе чувствительный элемент датчика расположен к литниковому каналу, тем более точно можно судить о процессе заполнения.
Для некоторых отливок и определенных условий обработки улучшения качества можно достичь путем целенаправленного регулирования отдельных технологических параметров: давления в форме, скорости перемещения шнека и режима подпитки. Регулирование давления в форме применяется главным образом для контроля степени заполнения формы, а при работе машин на предельной мощности — переключения вследствие утечек расплава через обратный клапан и зазор между клапаном и цилиндром, а также колебания времени срабатывания обратного клапана, которые наблюдаются, например, при управлении по пути, в большинстве случаев частично или полностью компенсируются.
Измерение давления в гидросистеме не дает представления о давлении непосредственно в форме, однако величина этих параметров в момент впрыска характеризует сопротивление течению расплава и влияет на давление в форме. Колебания температуры расплава, скорости и навески могут быть скорее обнаружены по изменению давления в зоне перед шнеком и в гидросистеме, чем по изменению давления в форме.
Основным недостатком контроля процесса по этим параметрам является отсутствие информации о квазистатической фазе формирования отливки, которая в значительной мере определяет точность ее размеров. Кроме того, при переходе с одной машины на другую для установки оптимального давления масла в гидросистеме или расплава в зоне перед шнеком приходится искать новую эталонную кривую давления. При измерении давления в форме получают оптимальную кривую для формы, не зависящую от типа машины [4].
Необходимо также отметить, что значительного уменьшения колебаний давления и скорости, а также массы и размеров отливки можно добиться путем контроля температуры масла. Благодаря предварительному его нагреву и термостатированию достигается значительное снижение доли брака во время пуска машины.
Если установка датчика давления в форме затруднена, то в качестве регулируемого параметра можно использовать давление масла в гидросистеме. Для достижении при высоком сопротивлении течению во время заполнения формы высокой надежности переключения часто требуется снижение скорости перемещения шнека перед моментом переключения. Регулировать скорость перемещения шнека наиболее целесообразно по ступенчатой схеме: медленно — быстро — медленно. При высоких скоростях впрыска двух- и трехпозиционные регуляторы потока вследствие инерционности непригодны для реализации такого режима. Вероятно, в этих случаях целесообразно использовать электронную следящую систему. Торможение шнека в конце стадии заполнения обычно обеспечивает более равномерное и стабильное переключение без пиков давления.
Поскольку по мере охлаждения отливки эффективность подпитки расплавом уменьшается, давление на шнек целесообразно снижать пропорционально падению давления в форме. Это позволяет уменьшить перегрузки и степень ориентации материала вблизи литника. Такое «программирование» можно осуществлять путем управления или регулирования. Влияние режима изменения давления на свойства отливки.
Была предпринята попытка регулировать температуру стенки формы с помощью регулятора непрерывного или квазинепрерывного действия; при этом в качестве регулирующего параметра использовали температуру охлаждающей среды. При таком способе точки замера должны находиться достаточно далеко от каналов кавитации для исключения влияния циклических колебаний температуры.
Как компромиссное решение этот способ вполне пригоден. Хорошие результаты дает регулирование на основе результатов периодических измерений температуры стенки непосредственно перед заполнением формы. Регулирующим воздействием в этом случае может служить средняя температура или расход охлаждающей среды. Во время остановки регулятор должен работать по измененным критериям [1].
Применение гидравлических двух- и трехпозиционных регуляторов потока с компенсацией давления обычно гарантирует удовлетворительное поддержание скорости перемещения шнека независимо от изменения сопротивления течению в цилиндре и форме. При небольшом времени впрыска вследствие инерционности, эти регуляторы работают очень короткое время или вообще не работают и не обеспечивают воспроизводимости скорости перемещения шнека. В этом случае целесообразно использовать быстроходные сервоклапаны. Однако применение только быстроходного исполнительного органа недостаточно. Для получения хороших временных характеристик необходимы короткие соединительные трубопроводы в гидросистеме, а также установка исполнительного органа как можно ближе к гидравлическому инжекционному цилиндру.
Значительному уменьшению разброса качественных показателей отливок и снижению количества брака во время пуска способствует параллельное регулирование скорости перемещения шнека и давления в гидросистеме на квазистатической фазе. Преимуществом такой схемы является и сравнительная простота обслуживания.
Минимальный разброс качественных показателей и частичная компенсация колебаний температуры могут быть достигнуты путем регулирования давления внутри формы. Однако затраты на реализацию этого способа сравнительно велики. Поэтому такую систему регулирования следует применять лишь в особых случаях при производстве прецизионных изделий [5].
Таким образом, современные литьевые машины рекомендуется оснащать следующими приборами и механизмами:
индикаторами и приборами для контроля температуры стенки цилиндра и масла в гидросистеме, длительности пластикации и цикла, усилия замыкания и давления;
быстроходными клапанами высокой точности;
регуляторами объемного потока с компенсацией давления;
устройствами с цифровой индикацией для регулирования давления, времени, скорости, температуры и пути.
Кроме того, следует предусматривать возможность установки без больших затрат различных дополнительных блоков. например датчиков для измерения давления и температуры, мониторов, самописцев; блоков для регулирования давления, программирования скорости перемещения шнека и давления внутри формы и др. Заказчикам будет легче выбирать отвечающее их требованиям оборудование, если они будут иметь возможность ознакомится с принципом действия отдельных дополнительных устройств на конкретных примерах и с результатами испытаний.
Литература:
- Управление процессом литья под давлением. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.e-plastic.ru/specialistam/litie-pod-davleniem/upravlenie-processom-litya-pod-davleniem (дата обращения: 02.02.2016).
- Терморегулятор RK-41 Датчик температуры S821, S823 | Гидравлические системы. [Электронный ресурс]. — URL: http://hydraulicsystem.ru/termoregulyator-rk-41-datchik-temperatury-s821-s823/ (дата обращения: 02.02.2016).
- Гидравлические регуляторы давления. [Электронный ресурс]. — URL: http://for-engineer.info/4/gidravlicheskie-regulyatory-davleniya.html (дата обращения: 02.02.2016).
- Наше предприятие - Управление процессом литья под давлением.... [Электронный ресурс]. — URL: http://balaplast.ru/catalog/news/prod.php?rc=1149159689&pc=1205482358 (дата обращения: 02.02.2016).
- Ответы(часть2) №12. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.studfiles.ru/preview/2879990/ (дата обращения: 02.02.2016).
