Opis wady

Niedolew to część, która nie została całkowicie wypełniona tworzywem. Jest to zjawisko, w którym płynne tworzywo nie wypełnia całkowicie gniazda formującego. Taki niedolew najczęściej występuje na końcu drogi płynięcia, ale może powstać również na żebrach oraz na początku wtrysku. Krawędź w miejscu zakończenia płynięcia frontu tworzywa jest najczęściej zaokrąglona. Zaokrąglenie krawędzi wynika z przepływu laminarnego tworzywa w gnieździe formującym. Spójrz na Rysunek 1 – przedstawia on wypraskę z dolanymi obszarami oraz tą samą wypraskę z występującymi niedolewami. Niedolew w wypraskach może stanowić realne ryzyko utraty funkcjonalności części. Taka utrata funkcjonalności np. montażu lub zgrzania stanowi błąd krytyczny dla producenta i uniemożliwia wykorzystanie części przez klienta. Dlatego analiza niedolewu jest istotnym czynnikiem do permanentnego rozwiązania problemu.

Analiza niedolewu – parametry procesu

W celu zbadania możliwych przyczyn musimy sobie wyznaczyć potencjalne źródła problemu. W tej części poradnika skupimy się na parametrach procesu. Kolejne części poświęcę pozostałym źródłom. Poddam wtedy analizie formę, maszynę i tworzywo – Rysunek 2.

Potencjalne przyczyny występowania niedolewu związane z procesem wtrysku to:

1. Zbyt małe wypełnienie.
2. Osiągnięte ciśnienie ograniczające.
3. Zbyt mała prędkość wtrysku.
4. Za małe ciśnienie docisku.
5. Brak poduszki resztkowej.
6. Brak przeciwciśnienia.
7. Zbyt niska temperatura stopu.
8. Zbyt niska temperatura formy.

Ad. 1 – Zbyt małe wypełnienie

Zaleca się, żeby wypraska została wypełniona wtryskiem do 95-98% objętości. Jeżeli nie zastosujesz się do tej zasady to możesz mieć problem z powstawaniem niedolewu. Docisk nie zawsze jest w stanie uzupełnić tworzywem gniazdo formujące tym bardziej, jeżeli wypraska posiada cienkie żebra lub inne pocienienia. Jeżeli została zarejestrowana masa części bez docisku i umieszczona w dokumentacji procesowej to porównaj ją z aktualną wartością masy wypraski bez docisku. Jeżeli ciężar jest zbyt lekki, zbadaj potencjalne przyczyny, które mogą obejmować:

• Wielkość dozy jest zbyt mała.
• Punkt przełączenia został ustawiony zbyt wysoko.
• Występuje wyciek z dyszy.
• Zawór zwrotny jednostki plastyfikacji jest nieszczelny.
• Rozszczelnił się układ gorąco-kanałowy.
• Osiągnięty został czas ograniczający wtryskiwania.

Podczas ustalania wielkości dozy, ważne jest, żeby być pewnym, że tworzywo nie trafia w miejsce gdzie go nie powinno być. Istnieją przypadki, w których pracownik próbujący wyeliminować niedolew zwiększa drogę dozowania nie wiedząc, że materiał ten trafia do układu gorąco-kanałowego w wyniku jego rozszczelnienia, co powoduje jeszcze większe zalanie. Jeżeli nie zorientujemy się, po pierwszym lub drugim wtrysku może dojść do wycieku tworzywa z kanału kablowego od grzałek gorącego kanału. Jeżeli dysponujesz wiedzą na temat masy wypraski bez docisku z poprawnego procesu to porównaj ją z aktualną masą wypraski bez docisku. Dzięki temu będziesz w stanie zweryfikować czy stopień wypełnienia gniazda, czy nawet prędkość wtrysku nie uległy zmianom. Ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia powtarzalnego napełnienia formy wtryskowej.

Ad. 2 – Osiągnięte ciśnienie ograniczające

Wtryskarki umożliwiają ustawienie ograniczającego ciśnienia ograniczającego w celu ochrony formy przed ewentualnym przelaniem. Ciśnienie ograniczające powinniśmy ustawiać około 10% wyższe, niż ciśnienie wymagane do wtrysku akceptowalnej jakościowo części. Jeżeli ciśnienie ustawisz poniżej wymaganego do wtrysku, to zmniejszysz prędkość wtrysku powodując ryzyko wystąpienia niedolewu. Jeżeli ciśnienie ograniczające jest osiągane, może to być wynikiem:

• Zdolności maszyny. Maszyna może nie mieć wystarczającego ciśnienia.
• Zbyt nisko ustawionego ciśnienia ograniczającego. Upewnij się, że jest ustawione około 10% wyżej, niż wymagane do utrzymania zadanej prędkości wtrysku. Powyższa tolerancja zabezpieczy Twój proces wtrysku w przypadku zmian lepkości.
• Wtrącenia, które zmniejszy przekrój przepływu tworzywa. Dysza wtryskowa lub układ gorąco-kanałowy jest podatny na zatkanie jeżeli dostanie się tam np. kawałek metalu lub innego, stałego zanieczyszczenia. W przypadku stosowania filtrów w dyszach wtryskowych musisz być świadomy, że powodują one wzrost ciśnienia. Zanieczyszczenia, które będzie filtr wyłapywał będą to ciśnienie podwyższać.
• Niskiej temperatury dyszy lub gorącego kanału. W tym przypadku zwiększysz opory przepływu.
• Spadku ciśnienia na dyszy. Różnica średnicy tulei wtryskowej w odniesieniu do dyszy wtryskowej na maszynie nie powinna być zbyt duża, gdyż będzie to miało wpływ na spadek ciśnienia. Więcej na ten temat przeczytasz we wpisie dotyczącym średnicy dyszy wtryskowej.

Jeżeli proces wtrysku będzie ograniczony ciśnieniem, to prędkość wtrysku będzie się zmniejszała. Dla lepszego zrozumienia tego procesu zwróć uwagę na Rysunek 3, który przedstawia proces z prawidłowo ustawionym ciśnieniem ograniczającym oraz proces z ciśnieniem ograniczającym ustawionym zbyt nisko. Prędkość wtrysku jest w tym przypadku zmniejszana przez ograniczenie ciśnienia co może być powodem powstawania niedolewów.

Weryfikację przyczyny spadku ciśnienia możesz wykonać za pomocą częściowego wypełniania gniazda i rejestrowaniu przy tym maksymalnych ciśnień dla różnych faz wypełniania. W ten sposób ustalisz obszar, w którym spadek jest największy i będziesz w stanie podjąć dalsze kroki.

Ad. 3 – Zbyt mała prędkość wtrysku

Jeżeli prędkość wtrysku zaprogramujesz zbyt wolno, to nie wypełnisz całkowicie gniazda formującego. Szybki wtrysk jest w większości przypadków pożądany, ponieważ szybkie prędkości wypełniania pomagają utrzymać stałą lepkość tworzywa i ograniczają spadki ciśnienia na drodze wypełniania.

Porównaj czas wtrysku z dokumentacji procesowej z aktualnym czasem wypełniania. Jeżeli aktualny czas wtrysku jest dłuższy, zweryfikuj czy zaprogramowana prędkość jest prawidłowa i ewentualnie dokonaj jej zwiększenia. Zwróć przy tym uwagę, czy maszyna osiąga zadane prędkości. Do tego celu możesz użyć wykresów rejestrujących rzeczywistą prędkość wtryskiwania w maszynie i porównać ją z parametrami zadanymi, co możesz zaobserwować na Rysunek 4. Jeżeli maszyna nie realizuje zadanych prędkości zgłoś to swojemu działowi utrzymania ruchu lub bezpośrednio do działu serwisowego producenta/dostawcy wtryskarki. Czas wtrysku i masa wypraski bez docisku są ważnymi miarami, które powinieneś umieszczać w dokumentacji procesowej. Wartości zadane, które programujemy na maszynie nie powinny stanowić podstawy do oceny procesu wtrysku, ponieważ niektóre maszyny używają procentowej wartości prędkości wtrysku, co nie będzie miarodajne. Zawsze polegaj na masie wypraski i czasie wtryskiwania.

Kolejnym miejscem występowania niedolewów mogą być żebra w pobliżu punktu wtrysku. W wyniku dużej prędkości wtryskiwania, czoło płynącego stopu przepływa po najmniejszej linii oporu, a żebro może zostać dolane dopiero po osiągnięciu podwyższonego ciśnienia w gnieździe formującym. To stanowi duże ryzyko powstawania omawianej wady, przede wszystkim dla żeber umieszczonych poprzecznie do kierunku przepływu tworzywa. W takich przypadkach zmniejszenie prędkości wypełniania może pozytywnie wpłynąć na eliminację niedolewu. Należy przy tym dokonać kontroli, czy żebro jest prawidłowo odpowietrzane.

Ad. 4 – Za małe ciśnienie docisku

Jeżeli ustawisz ciśnienie docisku zbyt małe, to możesz doprowadzić do powstania niedolewu. Po wypełnieniu gniazda formującego do 95-98% objętości powinniśmy przejść ze sterowania prędkością na sterowanie ciśnieniem w wyniku działania docisku. Pod wpływem docisku, gniazdo formujące uzupełni pozostałe 2-5% objętości oraz straty skurczowe w wyprasce. Cienkie żebra i podobne wrażliwe na wadę miejsca na wyprasce wymagają wystarczająco dużego ciśnienia, żeby wcisnąć tworzywo w zagłębienia w formie. Jeżeli ciśnienie docisku będzie za małe powstanie niedolew.

Ad. 5 – Brak poduszki resztkowej

Poduszka resztkowa będąca parametrem wynikowym to bufor pomiędzy głowicą wtryskarki, a końcówką ślimaka. Bufor ten stanowi pewną ilość tworzywa, która pozostaje przed końcówką ślimaka po zakończeniu trwania procesu docisku. Zadaniem poduszki resztkowej jest przeniesienie ciśnienia stopu do gniazda formującego, celem uzupełnienia strat skurczowych powstających w wyprasce. Jeśli poduszka resztkowa osiąga zero, oznacza to, że doza jest zbyt mała lub nastąpił wyciek materiału. Ewentualnym źródłem wycieku/przecieku może być:

• Zawór zwrotny ślimaka.
• Dysza zamykana na maszynie.
• Miejsce styku tulei z dyszą wtryskową.
• Wyciek z układu gorąco-kanałowego.
• Wyciek z podziału formy.

Dokonaj weryfikacji powyższych punktów celem ustalenia źródła problemu.

Jeżeli na maszynie nie pozostaje poduszka resztkowa i nie ma wycieku tworzywa, to należy ponownie ustalić drogę dozowania i punkt przełączenia na docisk. Bardzo dobrą praktyką jest nadzorowanie wielkości poduszki resztkowej poprzez dostępne na maszynie opcje. Monitorowanie wartości poduszki pozwala zatrzymać produkcję w przypadku przekroczenia zastosowanych tolerancji.

Ad. 6 – Brak przeciwciśnienia

Problem z przeciwciśnieniem może się rozpocząć podczas przetryskiwania agregatu. Często w wyniku powstającego ciśnienia w układzie plastyfikacji następuje wyciek materiału z dyszy wtryskowej podczas dozowania. W takim przypadku technik redukuje przeciwciśnienie w celu zadozowania tworzywa, co może skutkować powstawaniem niedolewów w wyniku zmniejszenia gęstości stopu. Podczas ponownego rozruchu należy przywrócić wartości do poprawnych.

Ad. 7 – Zbyt niska temperatura stopu

Niska temperatura stopu zwiększa lepkość tworzywa, co powoduje, że materiał płynie gorzej. Tworzywo o wysokiej gęstości nie będzie w stanie wypełnić niektórych miejsc wypraski i będzie powodowało spadek ciśnienia na drodze wypełniania doprowadzając do powstania niedolewu. Dokonaj kontroli temperatury stopu za pomocą odpowiedniego czujnika i porównaj z dokumentacją procesową i kartą techniczną tworzywa. Zwiększenie temperatury formy to często stosowany zabieg w celu poprawy wypełnienia formy. Zwiększenie tej temperatury może wymuszać wydłużenie czasu chłodzenia lub doprowadzić do degradacji materiału.

Ad. 8 – Zbyt niska temperatura formy

Prawdopodobnie zastanawiasz się dlaczego mówimy w tej części o formie. Już wyjaśniam, ponieważ temperatura formy to parametr procesowy.

Niskie temperatury formy mogą wpływać na skuteczność wypełnienia gniazda formującego tworzywem. Niska temperatura formy skutecznie odbiera ciepło z płynnego materiału powodując zwiększenie zakrzepniętej warstwy tworzywa, co ogranicza przepływ w formie. Forma w wyniku przepływu gorącego stopu podnosi swoją temperaturę. Jeżeli wypraska posiada trudne do wypełnienia obszary to początkowe wtryski mogą posiadać wady w postaci niedolewu wynikające z niskiej temperatury powierzchni narzędzia. Dobrą praktyką jest zarejestrowanie temperatury powierzchni formującej i wypraski podczas wyformowania z zastosowaniem ręcznej termopary i kamery termowizyjnej oraz umieszczenie tych danych w dokumentacji procesowej. Nastawy na regulatorach temperatury nie wskazują rzeczywistej temperatury pracy formy. Temperatury te cechują wahania, które wynikają z odbioru ciepła ze stopu i oddawania go do układu chłodzenia formy wtryskowej (Rysunek 5).

Podsumowując

Przede wszystkim dziękuję Ci za wytrwanie do końca tego wpisu Mam nadzieję, że opisana przeze mnie analiza niedolewu związana z parametrami procesu pozwoli Ci uniknąć tej wady. Jak widzisz, jest to jedynie część przyczyn. Proces wtrysku jest bardzo skomplikowanym etapem produkcji, zależnym od wielu czynników. Jako ustawiacze maszyn wtryskowych musimy mieć świadomość w jaki sposób możemy się przyczynić do wystąpienia wady. Dzięki temu będziemy w stanie ograniczyć brakowość na hali i tym samym zabezpieczyć klienta przed wadliwymi sztukami, a naszą firmę przed reklamacją. Dlaczego to jest tak ważne? Ponieważ w ten sposób zabezpieczasz sam siebie przed zakupem wadliwego wyrobu

Artykuł Analiza niedolewu – parametry pochodzi z serwisu ASCONS.

Profil zamykania wraz z programem zabezpieczenia formy sprawia, że gdy ruchoma połówka napotka opór w określonym obszarze (zwanym obszarem zabezpieczenia formy) nie przejdzie w tzw. wysokie ciśnienie. Niskie ciśnienie zabezpieczy Twoje narzędzie przed ewentualnym uszkodzeniem.

Przeszkody wymagające zatrzymania ruchu formy

Powody dla których powinieneś programować zabezpieczenie narzędzia mogą być następujące:

1. Wypraska, która nie wypadła podczas wyformowania lub nie została odebrana przez robota (w przypadku odbioru przez robota dodatkowym zabezpieczeniem może być uzyskiwanie podciśnienia na ssawkach i jego kontrola).
2. Wlewek, który pozostał w obszarze formy.
3. Suwak formujący, który nie został wycofany lub opadł.
4. Wypychacz, który został uszkodzony/zerwany i nie cofnął się do pozycji „zero”.
5. Wykruszony element formy pozostający w obszarze zamknięcia.
6. Inne w zależności od konstrukcji formy.

Zabezpieczenie formy – Haitian Mars

Pierwszy wpis dotyczący zabezpieczenia narzędzia opiszę na podstawie maszyny Haitian, model Mars.

1. W początkowej fazie zamykania ustaw niskie ciśnienie i prędkość (przepływ) aby zapewnić płynny start.
2. Ustaw wysokie prędkości zamykania w celu zapewnienia krótkiego czasu cyklu tej fazy. Niskie prędkości wpływają na dłuższy czas ruchu i negatywnie wpływają na czas cyklu. Więcej o fazach cyklu przeczytasz w artykule: czas cyklu
3. W celu wyhamowania formy przed osiągnięciem zakresu ochrony ustaw niskie wartości.
4. Ustaw minimalne niezbędne do ruchu ciśnienie i prędkość zabezpieczającą przed ewentualnym uszkodzeniem. W programowaniu drogi uwzględnij suwaki, wysokość słupów prowadzących suwaki, wielkość wypraski, wlewek itp.
5. Końcowa faza to wejście na wysokie ciśnienie w celu przełamania układu kolanowego i uzyskania niezbędnej siły zwarcia.

   

6. Następnie przejdź na stronę funkcji formy, gdzie powinieneś wpisać czas, w którym realizowana jest będzie ochrona formy. Wartość powinna być większa o około 0,2 sek od wartości rzeczywistej wymaganej do ochrony narzędzia.
7. W tym polu możesz zobaczyć wartość rzeczywistą czasu, podczas którego maszyna pokonuje zadaną drogę ochrony formy. Do tej wartości dodajemy około 0,2 sek i wpisujemy ją w polu nr 6.

   

   Podsumowanie

   Zabezpieczenie formy jest bardzo ważnym parametrem, który niestety bardzo często jest pomijany. Osiągnięcie siły zamykania i znajdująca się w środku wypraska lub inny element mogą powodować uszkodzeniem formy, przestój produkcji.

   Mam nadzieję, że od teraz będzie Ci łatwiej je programować co w efekcie przyczyni się do poprawy efektywności Twojej produkcji.

Jest to mój pierwszy wpis dotyczący tematu zabezpieczenia formy. W kolejnych opiszę zasady jego ustawiania dla maszyn innych producentów.

Artykuł Zabezpieczenie formy – Haitian Mars pochodzi z serwisu ASCONS.

Co jednak możemy zrobić nie mając programowej możliwości redukcji siły zwarcia? Czy możemy na takich maszynach w sposób bezpieczny produkować części na formach z wieloma rdzeniami, w tym z rdzeniem, który należy wycofać po zredukowaniu siły zwarcia?

Redukcja siły zwarcia wtryskarki z układem kolanowym

Taką możliwość omówię na podstawie maszyny Haitian Mars z kolanowym układem zamykania bez możliwości programowej redukcji siły zwarcia.

Forma wtryskowa wymaga redukcji siły zwarcia przed wyjazdem rdzenia blokującego i rdzenia formującego zgodnie z poniższą sekwencją.

W czerwonych prostokątach zaznaczone są działania, które będziemy w tym wpisie omawiać. Wyjazd bez redukcji siły zwarcia jest możliwy, jednak żywotność trzpienia siłownika ulegnie drastycznemu zmniejszeniu.

Siłowniki odpowiedzialne za ruch rdzenia formującego muszą być wyposażone w krańcówki wjazdu i wyjazdu. Na stronie konfiguracji ustawiamy typ kontroli „Limit”.
W polu „Akt.Poz” dla wyjazdu rdzenia (a) wpisujemy wartość uchylenia się układu zamykania.
UWAGA: pozycja ta nie może powodować fizycznego uchylenia się formy wtryskowej. Jest to pozycja potencjometru drogi formy. Jeżeli forma się uchyla, należy tą wartość zmniejszyć.

Następnym krokiem jest konfiguracja drogi otwarcia formy.
Pierwsza pozycja otwarcia formy musi być mniejsza od ustawionej drogi zadziałania rdzenia (a). Takie ustawienie powoduje odpuszczenie siły zwarcia poprzez delikatne uchylenie układu kolanowego i przesterowanie rdzenia.
UWAGA – jeżeli ta wartość będzie większa od ustawionej na stronie rdzenia (a) to przesterowanie nastąpi na sile zwarcia.

Szybkie prędkości otwarcia formy mogą powodować jej uchylenie co jest w tym przypadku niekorzystne. Z tego powodu należy stosować małe przepływy.

Powyższe ustawienia umożliwiają pracę rdzenia. Redukcja siły zwarcia jest wykonywana poprzez delikatne odpuszczenie układu kolanowego.

Jak wykorzystać oscyloskop na wtryskarce Haitian

W celu kontroli sygnałów elektrycznych pochodzących z krańcówek rdzenia formującego możemy uruchomić oscyloskop. Odpowiednia interpretacja wskazań umożliwia wykrycie wszelkich problemów oraz zakłóceń występujących w procesie wtrysku.

Kontrolować musimy następujące zmienne:

• Sygnał rdzenia na pozycji „IN” (formuje)
  Zmienna: „_.sv_CoreInPosReached”
• Sygnał rdzenia na pozycji „OUT” (nie formuje)
  Zmienna: „_.sv_CoreOutPosReached”
• Pozycja formy wtryskowej:
  0 mm – zamknięta
  570 mm – otwarta
  Zmienna: „Poz.Zacis”

Co możemy odczytać z krzywych pokazanych na oscyloskopie?

Interpretacja wskazań oscyloskopu

1. Sygnał aktywnej krańcówki rdzenia na pozycji „IN” (formuje)
2. Rozpoczęcie procesu uchylania układu kolanowego
3. Uruchomienie rdzenia do pozycji „OUT” (nie formuje)
4. Aktywacja krańcówki potwierdzającej pozycję rdzenia „OUT”
5. Uruchomienie otwarcia formy
6. Osiągnięcie drogi otwarcia – 570 mm

   

7. Odległość pomiędzy obiema krzywymi wskazuje różnicę w czasie dezaktywacji jednej krańcówki „IN” i aktywacji drugiej „OUT”.Im większa odległość pomiędzy krzywymi, tym: większy opór musiał pokonać suwak, użyte zostało za małe ciśnienie hydrauliczne do sterowania rdzeniem lub ustawiony został zbyt mały przepływ regulujący ruch rdzenia. Pomijam przypadki awarii mechanicznych i elektrycznych.

   

8. Wydłużająca się krzywa aktywnej krańcówki rdzenia na pozycji „IN” (formuje), po wysterowaniu zaworu hydraulicznego w celu wsunięcia rdzenia na pozycję „OUT” świadczy o: zakleszczeniu się suwaka w miejscu formowania przez użycie zbyt dużego ciśnienia docisku, braku redukcji siły zwarcia czyli próbie przesterowania rdzenia na pełnym zwarciu, użyciu za małego ciśnienia hydraulicznego do sterowania rdzeniem lub za małym przepływie regulującym ruch rdzenia. Pomijam przypadki awarii mechanicznych i elektrycznych.

   

   W celu dokładnego odczytu pozycji otwarcia formy i kontroli siły zwarcia możemy dołożyć kolejną zmienną oraz przeskalować zakres wartości drogi otwarcia (590 mm –> 5 mm).

   Rzeczywista siła zwarcia formy (0-10V)
   Zmienna: „system.sv_ClampPRaw”

   

9. Wraz z postępującym uchylaniem się układu kolanowego maleje siła zwarcia.
10. Forma osiągając pozycję 3,7 mm zatrzymuje się i oczekuje na przesterowanie rdzenia „C” do pozycji „OUT”.
    UWAGA: nie dochodzi do fizycznego uchylenia się narzędzia.
11. Siła zwarcia w momencie przesterowania rdzeni wynosi 12 ton.
12. Aktywna krańcówka rdzenia „C” w pozycji „OUT” zezwala na otwarcie formy.
    Siła zwarcia maleje do 1 tony (błąd pomiarowy tensometrów), forma się otwiera.

    

    Podsumowanie

    Jak widać istnieje możliwość kontrolowanego uchylenia kolanowego układu zamykania i tym samym realizacja założeń zapisanych w sekwencji pracy formy wtryskowej. Istotnym czynnikiem jest wykorzystanie krańcówek odpowiadających za wskazanie położenia rdzeni formujących i wiedzy na temat działania układu zwarcia.
    Oscyloskop jest przydatnym narzędziem w przypadku pojawiających się odchyleń stabilności np. czasu cyklu związanych z nieprawidłowym funkcjonowaniem rdzeni. Jego poznanie wymaga czasu ale później przyspiesza analizę problemu.
    Do możliwości nadzoru i analizy problemów związanych z procesem możemy wykorzystać również tabelę jakości.

Artykuł Redukcja siły zwarcia i oscyloskop na wtryskarce Haitian Mars pochodzi z serwisu ASCONS.