Czym jest poduszka resztkowa?

Poduszka resztkowa to nic innego jak bufor tworzywa, które pozostaje przed ślimakiem po zakończonym procesie wtrysku i docisku (Rysunek 1). Jej obecność zapewnia dystans pomiędzy końcówką ślimaka a głowicą cylindra. Poduszka resztkowa przenosi wytworzone przez tłoki wtryskowe ciśnienie do wnętrza gniazda formującego, co zapewnia powtarzalną jakość części.

Wartość poduszki resztkowej jest wynikiem ustawionych parametrów procesu wtrysku i nie może ona być programowana jako parametr nastawny.

Omówiliśmy już teoretyczną definicję poduszki. Teraz wypada wspomnieć, jak to wygląda w praktyce, gdzie nie jest to już tak oczywiste. Z jakiego powodu? Możemy wyróżnić dwie definicje poduszki resztkowej na wtryskarce w zależności od momentu jej rejestracji:

• pozycja ślimaka po zakończonej fazie docisku,
• najdalej wysunięta pozycja ślimaka.

Wartości dla obu wariantów poduszki mogą być takie same, ale nie muszą. Doświadczony technolog musi znać różnicę i poprawnie interpretować wskazania maszyny wtryskowej. Pozostaje więc odpowiedzieć na pytanie z czego mogą wynikać wspomniane przed chwilą różne wskazania?

Posłużę się pewnym przykładem, z którym zapewne spotkaliście się przy ustawianiu parametrów procesu: jeżeli ustawię malejące ciśnienie docisku (pomińmy tu wyjaśnienie powodów takiego ustawiania) to pozycja ślimaka będzie malała do pewnego momentu. Ściśliwość stopu tworzywa przy niskim ciśnieniu docisku może spowodować zmianę kierunku przesuwu ślimaka – będzie zwiększał swoją wartość. W takim przypadku część maszyn zarejestruje minimalną wartość pozycji ślimaka, a część wtryskarek wskaże poduszkę resztkową jako wartość pozycji ślimaka w momencie zakończenia czasu docisku. Czyli pozycję większą niż osiągnięta pozycja minimalna. Coraz więcej wtryskarek rejestruje obie pozycje i pozwala je kontrolować, co ułatwia nam nadzór nad procesem (Rysunek 2).

Konsekwencje niestabilnej poduszki resztkowej

Jak już ustaliliśmy definicję parametru wynikowego poduszki resztkowej to musimy się skupić na konsekwencjach jakie niesie za sobą jej niestabilność.

• Niedolana wypraska to bardzo częsty powód problemów z niestabilną poduszką resztkową. Celem poduszki jest przeniesienie ciśnienia do wnętrza formy wtryskowej co zapewnia nam omawiany parametr. Jeżeli nie przeniesiemy skutecznie tego ciśnienia do wnętrza formy to detal będzie niekompletny i zwiększymy brakowość produkcji.
• Wciągi, zapady. Brak odpowiedniego ciśnienia w wyniku braku poduszki resztkowej spowoduje również problemy z zapadami czy wciągami na powierzchni części.
• Zmienna masa części. To kolejny problem z jakim możemy się spotkać produkując z niestabilną poduszką. Jej wahania będą bezpośrednio wpływać na masę i tym samym na jakość wypraski.

Wahania poduszki resztkowej

Zmienność w każdym procesie jest naturalnym czynnikiem. Wahania poduszki resztkowej na wtryskarce nie stanowią w tym przypadku żadnego wyjątku (Rysunek 3). Wartość poduszki zależy m.in. od:

• Parametrów procesu wtrysku – zbyt niska prędkość wtrysku w początkowej fazie może utrudniać domknięcie pierścienia na zaworze zwrotnym. Zbyt duże przeciwciśnienie podczas dozowania może przesuwać pierścień końcówki ślimaka i również utrudnić domknięcie. W takim przypadku poduszka będzie wykazywać dużą zmienność.
• Przetwarzanego tworzywa – łatwo płynące tworzywa częściowo krystaliczne będą miały największe wahania poduszki resztkowej (np. PA, PE). Tworzywa amorficzne charakteryzują się mniejszymi wahaniami poduszki resztkowej (np. ABS, PC) (Rysunek 4).
• Sprawności maszyny – przetwarzanie tworzyw zbrojonych np. włóknem szklanym przyspiesza zużycie elementów w układzie plastyfikacji. Wycieranie się końcówki ślimaka będzie powodowało powstawanie nieszczelności i zachwianie procesu a tym samym poduszki resztkowej.

Duża czy mała?

Wartość poduszki resztkowej to bardzo często poruszany wątek podczas moich rozmów z technologami. Lata doświadczeń z ustawianiem procesu wtrysku pozwoliły wypracować mi argumenty, które chętnie Wam przedstawię.

Wartość poduszki resztkowej nie powinna być duża. Są ku temu następujące powody:

• Ściśliwość wtryskiwanego stopu ma wpływ na przekazanie ciśnienia do wnętrza formy wtryskowej. Jeżeli poduszka będzie zbyt duża, przekazanie ciśnienia do wnętrza formy będzie mało efektywne. Część ciśnienia będzie wytracona na ściskanie tworzywa będącego poduszką resztkową. Na omawianą efektywność ma wpływ lepkość tworzyw, o której wcześniej wspominałem. Większa strata będzie występowała dla tworzyw o wysokiej lepkości.
• Duża poduszka resztkowa to większa ilość tworzywa w strefie, która jest intensywnie grzana. To może wpływać na degradację tworzywa w wyniku podwyższonej temperatury i dłuższego czasu oddziaływania tej temperatury. Uszkodzony stop, który zostanie wtryśnięty do formy może powodować wady powierzchniowe oraz pogorszenie własności wytrzymałościowych.

Czy zatem mała poduszka to najlepszy wybór? Zdecydowanie tak. Najczęstszą zalecaną wartością dla poduszki resztkowej jest pozycja około 6 mm dla średnic ślimaka 25 mm – 70 mm. Przy stosowaniu większych średnic zalecam zwiększenie poduszki o kolejne milimetry.

Nadzór poduszki w procesie

Stabilna poduszka resztkowa w prowadzonym przez nas procesie pośrednio gwarantuje stabilną jakość wytwarzanych części. Jest oznaką powtarzalnej ilości tworzywa, które dostarczane jest wnętrza formy wtryskowej.

Na każdej maszynie powinniśmy załączyć funkcję kontroli poduszki. Dzięki temu będzie w stanie bardzo szybko zareagować na wszelkie odchylenia, które mogą wystąpić. Wartości tolerancji jakie wpiszemy w układ kontrolny powinny być poprzedzone próbami procesowymi i ocenie ich wpływu na jakość wypraski. W przypadku poduszki resztkowej stosujemy najczęściej większe odchylenia niż np. dla czasu wtrysku. Wartość tolerancji powinniśmy dopasować do specyfiki produkcji. Jeżeli produkujemy wypraski ogólnego przeznaczenia to najczęściej odchyłka +-4% będzie wystarczająca. Produkcja elementów technicznych np. dla branży automotive, będzie wymagała zawężenia tolerancji do +-3%. Najbardziej wymagające będzie wytwarzanie elementów precyzyjnych – w takim przypadku odchyłka nie powinna być większa niż +-2% (Rysunek 2).

Podsumowanie

Poduszka resztkowa nie jest parametrem ustawczym tylko parametrem wynikowym. Stanowi ona dla nas pewien obraz procesu wtrysku. Przytoczone przeze mnie przykłady i zalecenia zdecydowanie nie wyczerpują tematu np. nie omówiliśmy wpływu przemiału na wartości poduszki, ale to temat na osobny artykuł.

Pamiętaj, że poduszka nie może być za duża, bo utracisz kontrolę nad procesem. Staraj się kontrolować wartość poduszki z pomocą opcji dostępnych na wtryskarce, a tolerancje, które zastosujesz poprzedź próbami procesowymi.

Artykuł Poduszka resztkowa pochodzi z serwisu ASCONS.

Punkt przełączenia na docisk następuje w chwili zakończenia fazy wtryskiwania i przejściu na docisk w celu uzupełnienia strat skurczowych.

Zbyt wcześnie lub zbyt późno ustawiony punkt przełączania jest jednym z najczęstszych przyczyn nieoptymalnie ustawionego procesu i tym samym wyprasek o gorszej jakości.

1. Za wcześnie ustawiony punkt przełączenia powoduje:
   • spadek ciśnienia w formie i powstanie widocznych śladów na powierzchni części,
   • niecałkowite wypełnienie formy i powstanie niedolewu,
   • wahania masy wypraski,
   • większy skurcz tworzywa,
   • zapadnięcia, jamy skurczowe,
   • uwidocznienie się linii łączenia.
2. Zbyt późne przełączenie na docisk jest przyczyną:
   • wzrostu ciśnienia i powstaniu wypływek,
   • wysokich naprężeń w wyprasce,
   • uchylenia się formy wtryskowej,
   • dużego obciążenia układu zamykania maszyny,
   • uszkodzenia formy,
   • odsunięcia agregatu wtryskowego i wycieku materiału z połączenia pomiędzy dyszą wtryskową i tuleją.

Biorąc pod uwagę bezwładność układów hydraulicznych oraz dokładność elementów pozycjonujących punkt przełączania powinniśmy ustawić na poziomie 95-98% wypełnienia gniazda formującego (Rysunek 2).

Zakłócenia punktu przełączenia na docisk

Ponieważ na proces wtryskiwania wpływają również zakłócenia zewnętrzne, idealny punkt przełączenia na docisk może ulegać zmianie podczas trwającej produkcji. To wymusza na nas ciągłą regulację ustawień maszyny po to, żeby zapewnić stałą jakość wyrobu.

Optymalnie ustawiony punkt przełączenia na docisk w dużym stopniu zależy od umiejętności, wiedzy i doświadczenia ustawiacza, który odpowiada za ustawienie procesu. Jako ustawiacze czy inżynierzy lub technolodzy zapewne wykonywaliście to w sposób eksperymentalny i nie ma w tym nic złego. Ja także w ten sposób ustawiam ten punkt. Wraz z postępem w rozwoju maszyn wtryskowych i ich systemów sterowania pojawiają się coraz częściej dodatkowe opcje, które to wyznaczanie wspomagają. Przykładem jest propozycja firmy Wittmann Group, która oferuje oprogramowanie HiQ Flow, dzięki któremu wtryskarka kompensuje wahania temperatury i płynięcia tworzywa (Rysunek 3). W przypadku wystąpienia odchylenia, maszyna oblicza wielkość kompensacji i dokonuje zmiany punktu przełączenia, aby zachować stałą jakość części.

Metody przełączania z fazy wtrysku na docisk

Istnieje wiele sposobów przełączenia się na docisk. Jako odpowiedzialny za ustawienie procesu wtrysku musisz wziąć pod uwagę wady i zalety każdego z nich.

Dostępnymi metodami przełączenia na docisk są m.in. przełączenie w zależności od pozycji ślimaka (objętość, droga), ciśnienia wtrysku, czasu wtrysku oraz z wykorzystaniem zewnętrznych czujników jak np. czujnik ciśnienia w formie czy też czujnik temperatury w formie.

W praktyce utrwaliła się metoda zależna od położenia ślimaka oraz metoda z wykorzystaniem czujnika ciśnienia w formie, która jest coraz częściej wykorzystywana w budowie nowych form wtryskowych. W pierwszej metodzie zależnej od położenia ślimaka następuje przełączenie w momencie osiągnięcia zadanej wartości pozycji na potencjometrze drogi ślimaka. Przełączenie w przypadku czujnika ciśnienia umieszczonego w formie następuje po osiągnięciu zadanej wartości ciśnienia, które programujemy w sterowniku maszyny lub z wykorzystaniem zewnętrznego układu nadzorującego omawiane ciśnienie. W porównaniu do ciśnienia wtrysku, ciśnienie w formie wtryskowej zapewnia lepszą kontrolę procesu zapewniając lepszą jakość części. Z tego powodu czujniki ciśnienia montowane w formach są coraz bardziej popularne w produkcji precyzyjnych wyprasek.

Wpływ parametrów na jakość wypraski

Stabilność procesu wtrysku i powtarzalna jakość produkowanych części to ważne aspekty dla każdego z nas. Ale w jaki sposób na jakość wypraski wpływają różne strategie punktu przełączania?

Odpowiedź na to pytanie możemy znaleźć w specjalistycznych badaniach wykonanych przez grupę roboczą ds. procesu przy Instytucie Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych (IKV) w Aachen. Przywołana grupa robocza wykonała badania produkując elementy z polipropylenu (PP) o masie 27 g (Rysunek 4).

Grupa robocza ustaliła siedem parametrów (Tabela 1), dla których zmieniała wartości o określoną zmienną. Do badania przyjęła dwie metody przełączania na docisk tj. przełączanie w zależności od pozycji ślimaka oraz przełączenie w zależności od ciśnienia w gnieździe formującym. Obie metody przełączania na docisk mają różne kompensacje fluktuacji procesu. Przełączanie po pozycji ślimaka jest podatne na wahania dozowania, natomiast przełączenie zależne od ciśnienia ma wysoką zależność od lepkości stopu.

Zespół z Aachen obliczył odchylenie standardowe dla masy wypraski, jej długości i szerokości (Tabela 2) z uwzględnieniem wszystkich powyższych parametrów.

Jak przełączenie wpływa na jakość wypraski

Aby określić wpływ metody przełączenia na jakość części, grupa robocza skoncentrowała swoje badania na długości wypraski. W przypadku tej cechy jakości, obie metody przełączania mają porównywalną odtwarzalność. Wyniki analizy przedstawia Rysunek 5. Zauważalny jest wpływ parametrów wtryskarki dla obu metod przełączenia na docisk. Cecha długości wypraski zmienia się w zależności od rodzaju przełączenia. Zdecydowanie zachęcam do dokładnego przeanalizowania wyników badań.

Przeprowadzone próby wskazują jednoznacznie, że ustandaryzowanie parametrów procesu dla różnych metod przełączania na docisk nie jest możliwe. Punkt przełączenia jest newralgicznym punktem w procesie wtryskiwania. W punkcie tym następuje zmiana pomiędzy dwiema regulowanymi zmiennymi prędkości i ciśnienia, a to ma bezpośredni wpływ na jakość części.

Dobre praktyki w ustawianiu punktu przełączania

Już wiemy, że dokładność i powtarzalność punktu przełączenia zależy m.in. od wybranej metody przełączania na docisk. Aby utrzymać w ryzach jakość wypraski i cieszyć się optymalnym procesem wykorzystaj poniższe wskazówki podczas programowania procesu:

• ustaw punkt przełączenia na 95-98% wypełnienia gniazda formującego,
• użyj przełączania na docisk w zależności od ciśnienia w formie, jeżeli narzędzie i maszyną są odpowiednio doposażone. Metoda ta jest najbezpieczniejsza dla formy i wskazuje nam rzeczywiste ciśnienie występujące w formie,
• jeżeli nie dysponujesz możliwością przełączenia po ciśnieniu w formie, użyj przełączenia w zależności od pozycji ślimaka (objętości). Jest to najbardziej powszechna metoda przełączania na docisk. Używaj przy tym ciśnienia specyficznego, żeby odczytywać jego wartość na czole ślimaka.
• zwróć uwagę, czy ślimak przesunięty maksymalnie do pozycji opróżnienia wskazuje 0 (zero). Zdarzają się sytuacje, że układ kontroli ulega rozregulowaniu zaburzając odczyt. Miałem również okazję doświadczyć jak pracownik wchodzący na maszynę naciska butem na potencjometr ślimaka – to w konsekwencji prowadzi do błędnych odczytów.
• kontroluj pozycję punktu przełączania z wykorzystaniem dostępnych opcji na maszynie,
• pojawiające się wahania punktu przełączania na docisk możesz zmniejszyć poprzez zredukowanie prędkości wtrysku tuż przed jego osiągnięciem.
• Korzystaj z nowych opcji na wtryskarkach jak HiQ firmy Wittmann czy APC firmy Krauss Maffei, dzięki którym jeszcze dokładniej będziesz nadzorował swój proces.

Podsumowanie

Punkt przełączania na docisk to jeden z najtrudniejszych parametrów do ustawienia w całym procesie wtryskiwania. Po wynikach badań grupy roboczej z Aachen możemy zauważyć, że metoda przełączenia ma bezpośredni wpływ na jakość produkowanej części. Trzeba wielu prób i czasu spędzonego przy wtryskarce, żeby nabrać doświadczenia i radzić sobie z optymalnym ustawieniem parametrów. Na szczęście rozwój i ciągłe badania zmierzają w kierunku automatycznej regulacji punktu przełączenia co zdecydowanie ułatwi nam pracę.

Artykuł Punkt przełączania na docisk pochodzi z serwisu ASCONS.

1. łączą się strugi płynącego tworzywa,
2. tworzywo dopływa najpóźniej podczas wypełniania gniazda formującego,
3. materiał wypełniania żebra,

mogą pojawić się ciemne lub czarne przypalenia na wyprasce (efekt Diesla) (Rysunek 1).

Miejsca gdzie pojawiło się przypalenie mogą być także niedolane lub pojawić się może zmatowienie.

Na formie wtryskowej powstaje w tych obszarach ciemny nalot, często trudny do usunięcia bez wspomagania się środkami czyszczącymi.

Efekt Diesla pogarsza jakość wtryskiwanej części i w wyniku powstawania agresywnych produktów rozkładu polimeru, może doprowadzić do uszkodzenia powierzchni formy wtryskowej.
Spotkałem się z przypadkiem, gdzie w/w wada doprowadziła do „wypłukania” na wstawce formującej żebra (Rysunek 2).

Powodem powstawania tej wady jest utrudniona ewakuacja powietrza z formy wtryskowej przez płynący stop tworzywa i w związku z tym wzrost ciśnienia i temperatury (nawet do 1000°C) doprowadzający do przypalenia (Rysunek 3).

Możliwe przyczyny i środki zaradcze, żeby przeciwdziałać temu negatywnemu zjawisku to:

1. zanieczyszczone odpowietrzenia formy wtryskowej lub ich brak:
   • wyczyścić odpowietrzenia (w przypadku odpowietrzania przez luzy na wypychaczach lub specjalne wstawki odpowietrzające wymagane będzie rozłożenie formy wtryskowej),
   • wykonać kanały odpowietrzające,
2. za duża siła zwarcia formy wtryskowej:
   • zmniejszyć siłę zamykania,
3. za duża prędkość wtrysku lub brak profilowania wtrysku (wolno – szybko – wolno):
   • zmniejszyć prędkość wtryskiwania w końcowej fazie wypełnienia gniazda formującego,
   • ustawić profil wtrysku wolno – szybko – wolno,
4. przełączenie na docisk następuje zbyt późno:
   • przyspieszyć punkt przełączenia na docisk (przełączenie na docisk powinno nastąpić po wypełnieniu gniazda formy w 95-98%).

Zapoznaj się również z opisem takich wad jak: linia łączenia, rozwarstwienia wyprasek, niedolew oraz ślady po wypychaczach.

Artykuł Przypalenia – Efekt Diesla pochodzi z serwisu ASCONS.

Powstanie tej wady może być spowodowane

• • niewłaściwym doborem parametrów przetwórczych (nieodpowiednio dobrane parametry powodujące „przeładowanie” wypraski w gnieździe formującym)

• • błędami w konstrukcji części i budowie formy wtryskowej (błędy w pochyleniach ścianek, błędy w budowie narzędzia)
  • znacznymi różnicami temperatur na wypychaczach i ściance formy.

Środki zaradcze:

1. 1. Skontrolować czy wypychacz nie wystaje lub nie jest wgłębiony w formie – wyregulować.

1. 1. Skontrolować stan chłodzenia narzędzia. W razie zapchanych obiegów – udrożnić.

1. 1. Zmniejszyć ciśnienie docisku.

1. 1. Wydłużyć czas chłodzenia.

1. 1. Obniżyć temperaturę formy.

1. 1. Obniżyć temperaturę wtrysku.

1. 1. Stosować środek antyadhezyjny pokrywając nim stempel formujący w miejscach występowania żeber itp.*.

1. 1. Zwiększyć ilość wypychaczy lub zmienić miejsce ich oddziaływania.

1. Zastosować wypychacze o większej powierzchni.

* Na rynku dostępne są urządzenia, które pozwalają w sposób automatyczny nakładać środek antyadhezyjny/smarny na powierzchnię formy wtryskowej. Przykładowy sterownik (Rysunek 3) ma w swojej ofercie firma Plastigo.

Specyfikacja – Automatyczny Spryskiwacz Formy ASF-1

Ślady po wypychaczach to jedna z wielu wad jakie spotykamy na produkcji. Jeżeli interesują Cię wady wyprasek to zapoznaj się z kolejnymi wpisami dotyczącymi m.in niedolewów, przypaleń oraz rozwarstwień na wyprasce.

Artykuł Ślady po wypychaczach pochodzi z serwisu ASCONS.