Первый впрыск новой пресс-формы определяет судьбу всего дальнейшего производства. В большинстве цехов этот этап проходят методом проб и ошибок: меняют параметр, смотрят на изделие, меняют другой параметр. В итоге находят работающую настройку, но почему она работает — неизвестно. Через несколько месяцев, когда меняется партия материала или прогревается смена, та же настройка уже не держит, и никто не помнит, на каком основании было выбрано каждое значение.
Систематическая отладка пресс-формы (mold trial) — альтернатива этому: процедура, шаги и порядок которой заданы заранее, а то, что доказано на каждом шаге, записывается. Описанная ниже последовательность используется не только для новых пресс-форм; она служит и каркасом, который можно применять по частям, когда процесс на действующей пресс-форме разладился.
Что должно быть на столе до того, как идти к машине
Самая большая потеря времени при отладке — поиск недостающей информации у машины. До начала работ должно быть готово следующее:
| Документ / информация | Для чего нужен |
|---|---|
| Цель отладки | Что именно нужно доказать в этой отладке (размеры, поверхность, цикл, баланс гнезд) |
| Присоединительные размеры пресс-формы | Подходит ли к машине, центрирование и подключение выталкивателя |
| Схема работы выталкивания | Какое движение, в каком порядке, с какой защитой |
| Схема работы гидроцилиндров знаков и запорных сопел | Последовательность сигналов и блокировки |
| Схема зон горячеканальной системы | Какая зона относится к какому соплу, типы датчиков |
| План термостатирования | Какой контур питает какую зону пресс-формы |
| Параметры переработки материала | Температурный диапазон, сушка, предел окружной скорости |
| Чертеж изделия | Допуски на размеры и критичные поверхности |
| Проверка расхода | Убедиться, что каждый контур охлаждения действительно протекает |
Чаще всего пропускают план термостатирования и проверку расхода. Один неподключенный или засоренный контур обесценивает все последующие измерения; подробности — в статье что такое термостатирование пресс-форм.
Порядок наладки
Процедура проходит в пять блоков, и порядок не случаен: каждый блок создает предпосылки для следующего.
1) Наладка машины. Выполняются гидравлические, электрические и пневматические подключения. Подключается теплоноситель термостата, задается значение и измеряется расход. Вводятся температуры горячеканальной системы. Настраивается узел смыкания.
2) Пресс-форма. Пресс-форму проверяют, задают температуры пластикации, устанавливают пресс-форму и проверяют ее функции. Затем настраивают усилие смыкания, усилие защиты пресс-формы и движения пресс-формы.
3) Условия пластикации. Настраиваются движения узла, а затем реалистичное время охлаждения. Далее вводятся частота вращения шнека, противодавление, декомпрессия, скорость отвода шнека и ход дозирования. Блок завершается выбором точки переключения и хода дозирования.
4) Условия впрыска. Задаются скорость впрыска и ограничение давления. Ступенчатые неполные впрыски выполняют, пока изделие не заполнится примерно на 98%. Подходящее давление выдержки берут как отправную точку, вводят время, оптимизируют профиль и проверяют подушку.
5) Завершение. Если требуемое качество достигнуто, вводят контрольные времена, оптимизируют паузы, задают остаточное время охлаждения и в последний раз проверяют качество изделия.
Ступенчатое заполнение: основа отладки
Ступенчатое заполнение (неполные впрыски) — единственный способ увидеть, как заполняется пресс-форма. Чтобы делать его правильно, нужно соблюдать несколько условий:
- В фазе выдержки расплав не должен поступать в гнездо. Для этого давление выдержки выбирают очень низким; иначе точка переключения будет пройдена, и неполный впрыск перестанет быть неполным.
- Заданную точку переключения нужно проверить и визуально: значение на экране и фактическая степень заполнения изделия — не одно и то же.
- Задают достаточно длинную задержку пластикации, чтобы во время дозирования расплав не уходил в гнездо.
- Увеличивают дозу небольшими шагами: большие скачки скрывают места, где фронт течения замедляется.
- Каждый неполный впрыск маркируют точкой переключения или ходом дозирования, которым он получен. Так положение фронта можно проследить в обратном порядке.
- Нужно обеспечить достаточное предварительное заполнение, чтобы выталкиватели работали правильно.
Серия неполных впрысков одновременно показывает, где начинается недолив, где запирается воздух и где ложатся линии спая. Выводы сопоставляют с решениями на страницах недолив и линия спая.
Скорость фронта течения и профиль впрыска
Чтобы качество поверхности было стабильным, скорость фронта течения должна оставаться постоянной. Но когда шнек движется с постоянной скоростью, постоянен объемный расход, а не ширина фронта: у впуска и в конце пути течения фронт уже, поэтому скорость там растет.
Поэтому профиль впрыска обычно строят по схеме медленно — быстро — медленно. Определив ширину фронта в разных зонах изделия, скорость перемещения шнека подстраивают так, чтобы скорость фронта оставалась примерно постоянной.
Замедление профиля к концу заполнения — еще и мера защиты: когда фронт сужается, постоянный расход ускоряет его, а это ведет к росту давления и облою.
Точка переключения: правило 98% и когда проверять снова
Переключение с впрыска на выдержку должно происходить, когда заполнено примерно 98% объема изделия. Раннее переключение означает недолив, позднее — переуплотнение; последнее, помимо облоя, несет риск повреждения пресс-формы.
Критический момент: точку переключения нельзя задать один раз и забыть. Ее нужно проверять заново при каждом изменении любого параметра, влияющего на объем дозированного расплава:
- Противодавление — меняет сжимаемость расплава
- Декомпрессия — меняет объем пластмассы перед шнеком
- Первая ступень впрыска — меняет поведение обратного клапана при закрытии
Если один из этих трех параметров изменится, а точка переключения останется прежней, масса изделия будет незаметно «плыть», и причину не найдут неделями.
Эффективное время выдержки — по взвешиванию
Время выдержки можно не угадывать, а измерить, и метод прост: время выдержки увеличивают ступенями и на каждой ступени взвешивают изделие. Как только масса перестает заметно расти, эффективное время выдержки достигнуто. Продолжать выдержку дальше — значит только удлинять цикл.
Условия два: давление выдержки во время эксперимента должно оставаться постоянным, а взвешивания — проводиться в одинаковых условиях. Метод также предотвращает обратное вытекание расплава из изделия при застывании впуска: если возникает обратный поток, масса и размеры отклоняются непредсказуемо.
Для мягких компаундов TPE этот метод ненадежен: материал сильно сжимаем, и кривая массы не дает четкого плато.
Время охлаждения и цена температуры пресс-формы
По экономическим соображениям время охлаждения держат как можно короче; отправной точкой могут служить расчетные программы или эмпирические значения. Решающих факторов три: толщина стенки, температура стенки пресс-формы и температура извлечения.
Здесь стоит помнить эмпирическое правило: за нагрев стенки пресс-формы на 10 °C приходится платить удлинением времени охлаждения примерно на пятую часть. Повышение температуры пресс-формы полезно для поверхности и линий спая, но платят за него напрямую временем цикла. Подробный расчет — в статье как сократить время цикла и в наших калькуляторах.
Температура стенки пресс-формы влияет и на усадку, а значит, на размеры. Поэтому размерные доработки пресс-формы можно делать только по изделиям, полученным в соответствующем цикле: доводить пресс-форму по измерению, сделанному при другом цикле, — дорогая ошибка.
Технологическое окно
Качество изделия гарантируется только в определенном диапазоне настроек. Этот диапазон называется технологическим окном (process window). Важно, чтобы настройки находились в середине окна, а не у его края.
Причина проста: у материала, машины и периферийного оборудования есть собственные допуски. Если настройка в середине окна, эти допуски не меняют результат; если у края, смена партии или несколько градусов температуры окружающей среды отправляют изделие в брак. Окно определяет и допустимый диапазон изменения настроек машины.
Когда в производстве возникает проблема с качеством, первым делом нужно убедиться, что все компоненты работают безупречно: температуры переработки необходимо измерить, сушку — проверить, заданные значения — сравнить с фактическими. Только после этого можно систематически оптимизировать настройки машины.
Два правила при изменении параметров
Один параметр за раз. Если изменить сразу несколько переменных, невозможно понять, какая из них сработала; к тому же параметры могут маскировать друг друга.
Ни одно изделие не оценивают до достижения теплового равновесия. Особенно если меняли температуру расплава или стенки пресс-формы, изделия имеют смысл только после того, как система пришла в тепловое равновесие. Первые изделия сразу после изменения вводят в заблуждение.
Если параметры переплетены: план эксперимента
Иногда совместное влияние нескольких параметров не удается разобрать, перебирая их по одному. Тогда параметры, определяющие качество, систематически комбинируют в плане эксперимента. Число опытов — 2ⁿ; для трех параметров — 8 опытов:
| № | Время впрыска (te) | Давление выдержки (pn) | Температура стенки пресс-формы (Tw) |
|---|---|---|---|
| 1 | + | + | + |
| 2 | + | + | − |
| 3 | + | − | − |
| 4 | − | − | − |
| 5 | − | − | + |
| 6 | − | + | + |
| 7 | − | + | − |
| 8 | + | − | + |
Знаки `+` и `−` обозначают верхнее и нижнее значение параметра: te+ — длительный впрыск (медленный), te− — короткий (быстрый); pn+ — высокое давление выдержки, pn− — низкое; Tw+ — высокая температура стенки пресс-формы, Tw− — низкая.
Практический совет: опыты проводят не в порядке таблицы, а группируя их по температуре. Для плана выше рациональный порядок — 2, 3, 4, 7, 1, 5, 6, 8: сначала все опыты с низкой температурой пресс-формы, затем с высокой. Поскольку температура пресс-формы дольше всех параметров выходит на равновесие, такой порядок заметно сокращает общее время эксперимента.
Запуск пресс-формы — это работа с документацией
Настоящий выигрыш процедуры не в том, что в конце находится работающая настройка, а в том, что основание выбора каждого значения остается записанным. Фотографии неполных впрысков, кривая взвешивания, объем, при котором найдена точка переключения, границы технологического окна — это информация, которой будут пользоваться весь срок службы пресс-формы.
Если возможно измерение давления в форме, самая ценная часть протокола запуска — кривая давления: это эталон, с которым сравнивают процесс в последующие месяцы, когда он начинает «уходить». Методика — в статье измерение давления в форме, оборудование — на странице системы измерения давления в форме.
После запуска пресс-форму нужно включить в план обслуживания; пункты периодического контроля — в статье план технического обслуживания и периодического контроля пресс-форм. При поверхностных и размерных дефектах, выявленных во время запуска, воспользуйтесь нашим руководством дефекты литья и их устранение, а для задач термостатирования вашей пресс-формы смотрите страницу системы термостатирования.
Если вам нужна поддержка при запуске новой пресс-формы, обратитесь в нашу службу технической поддержки.