"Функция activeFlowBalance: возможности повышения надежности процесса литья под давлением и качества литьевой продукции"

С полными текстами всех статей вы можете ознакомиться на страницах журнала

Т. Бреттних, Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH (г. Швайг, Германия)

Инновационная программная функция activeFlowBalance (aFB), разработанная компанией Sumitomo (SHI) Demag, предназначена для оптимизации процесса литья под давлением деталей из полимерных материалов (ПМ) в целях повышения его стабильности и улучшения качества деталей. Принцип ее действия заключается в активном программируемом вмешательстве в процесс в момент прекращения впрыска для более равномерного распределения давления расплава внутри оформляющих гнезд литьевой формы и между ними.

Назначение функции aFB отражает концепцию Zero- Moulding («нулевое формование»), развиваемую компанией Sumitomo (SHI) Demag и направленную на сведение к нулю ве- роятности возникновения дефектов при литье под давлением деталей из ПМ. Ее определяющее достоинство заключается в том, что она позволяет упростить настройку и повысить надежность процесса даже в тех проблемных случаях, когда до недавнего времени эта задача не могла быть полностью решена или требовались сложные настройки режима литья.

Функция aFB предусматривает испольование высокодинамичного электрического привода узла впрыска и может иметь практическое применение в целом ряде технологических процессов литья под давлением.

Настройка функции activeFlowBalance

В дальнейшем будет рассмотрена лишь та часть цикла литья, когда происходит переход от фазы впрыска к фазе выдержки под давлением (иначе – фазе подпитки), поскольку именно этот этап существенно влияет на качество деталей из ПМ и именно здесь включается в работу функция aFB – в момент окончания впрыска и переключения на режим подпитки. Программируемое время действия t aFB, в течение которого шнек узла пластикации и впрыска фиксируется в заданном положении, легко устанавливается на соответствующей экранной странице пульта управления процессом литья под давлением (рис. 1).

Имеется также и дополнительная возможность настроить скорость торможения шнека перед его остановкой, установив ее значение в поле «Кривая» (см. рис. 1).
По истечении времени taFB происходит переход на режим подпитки в соответствии с его стандартными текущими настройками.

При этом время действия функции aFB входит в общее время процесса подпитки, то есть общая продолжительность цикла не увеличивается.

Результат действия функции activeFlowBalance

В конце фазы впрыска расплава ПМ в форму – при открытом запорном клапане – в системе «материальный цилиндр (пространство перед шнеком) – сопло – литниковые каналы – оформляющие гнезда» формируется понижающийся профиль давления. И если в конце впрыска остановить шнек и зафиксировать его в таком положении на некоторое время – время действия функции aFB, то благодаря упругости расплава его давление в разных частях системы будет перераспределяться и станет более равномерным. В ходе подобной естественной балансировки расплав под воздействием давления ведет себя как замкнутый объем наподобие «аккумулятора давления». Во время этой короткой фазы, с одной стороны, происходит выравнивание давления в системе (рис. 2), а с другой стороны, расплав переправляется в те гнезда формы, которые могли быть не до конца заполнены в конце фазы впрыска (фото 1 и 2). После этого происходит переход на стандартный режим подпитки.

Назначение функции activeFlowBalance

Использование функции aFB приносит пользу во многих случаях литья под давлением деталей из ПМ, однако наибольший эффект от ее использования наблюдается в тех ситуациях, когда на качество деталей особенно сильно влияет переход от фазы впрыска к фазе подпитки. К таким проблемным случаям литья под давлением относятся, например:

литье деталей в многогнездных формах, требующее балансировки давления между гнездами (см. фото 1);
литье при возможных отклонениях температурного режима в отдельных каналах горячеканальных систем (ГКС);
литье в формах, проблемных для их вентилирования;
литье деталей с многочисленными прорезями;
литье деталей с тонкостенными участками в конце пути потока расплава ПМ;
литье деталей, масса которых существенно меньше, чем у литников (фото 3);
литье многокомпонентных деталей;
литье деталей в одной форме, но с различной длиной пути потока расплава и (или) с различным объемом отдельных отливок.

Недостатки традиционных решений В качестве примера рассмотрим многогнездную форму с проблемой неравномерного распределения давления в гнездах или его колебаний. До настоящего времени обычно использовали всего 2 варианта решения задачи балансировки давления между гнездами:

1) осуществлять впрыск до тех пор, пока не будут заполнены все оформляющие гнезда формы;
2) осуществлять переход на подпитку сразу после заполнения первого гнезда.

Первый вариант связан с увеличением максимального (пикового) значения давления впрыска, поскольку при перемещении шнека оно будет нарастать до тех пор, пока не будут заполнены все гнезда формы. При этом в гнездах – по мере их заполнения – создается избыточное давление, которое может привести к появлению дефектов в виде, например, облоя. Кроме того, неодинаковое давление в различных гнездах может привести к различиям в морфологии и физикоеханических характеристиках материала, в уровне остаточных напряжений в деталях и их усадке, а также к их короблению.

Еще одним отрицательным результатом такого решения проблемы является то, что при заполнении расплавом первого гнезда скачкообразно увеличивается скорость движения фронта расплава в других, еще не заполненных гнездах и практически удваивается, если речь идет о двухгнездной форме. Это явление может привести к недостаточному вентилированию формы и, как следствие, к возникновению дефектов типа пригаров и опять же к неполному заполнению гнезд.

Все перечисленные проблемы, связанные с избыточным давлением в большинстве гнезд многогнездных форм и его последствиями, не возникают при переходе на фазу подпитки сразу же после заполнения первого гнезда. Однако здесь имеется другой недостаток – риск неполного заполнения оставшихся оформляющих гнезд из-за снижения давления и, как следствие, эффективности подпитки, что также может приводить к появлению дефектов (например, типа недолива), в том числе при колебаниях температурного режима в каналах ГКС. Кроме того, так же как и в первом варианте решения проблемы, возможны отклонения в структуре и свойствах материала различных деталей.

Принцип работы функции activeFlowBalance Стандартная фаза впрыска отличается быстрым нарастанием давления впрыска по мере перемещения шнека и заполнения оформляющих гнезд, а также резким переходом на стадию подпитки в момент переключения режима литья (рис. 3, а). Кроме того, повышенное пиковое значение давления впрыска, особенно если впрыск осуществлять до тех пор, пока не будут заполнены все оформляющие гнезда, связано с увеличением давления в форме, что требует, в свою очередь, и увеличения усилия ее запирания.

Теоретически возможно запрограммировать ступенчатый переход от фазы впрыска к фазе подпитки и сделать его более плавным, а величину пикового давления – меньшей (рис. 3, б), но только теоретически, поскольку на практике такой подход крайне затруднителен даже для электрического привода узла впрыска.

Той же цели можно добиться гораздо проще – с помощью функции aFB (рис. 3, в). В результате уменьшения пикового давления впрыска и общего уровня давления в форме снижается вероятность образования облоя, улучшаются условия вентилирования формы и уменьшается усилие запирания, что повышает ресурс работы формы и позволяет гораздо реже проводить ее техобслуживание.

Рассмотрим далее возможности использования функции aFB для решения проблемы балансировки давления в многогнездной форме. В этом случае процесс будет выглядеть следующим образом.

Шнек узла впрыска останавливается при заполнении расплавом первого оформляющего гнезда. В этот момент, до которого процесс впрыска происходит стандартно, включается функция aFB и шнек фиксируется в этом положении в течение установленного времени taFB действия функции. При программировании функции aFB имеется также возможность замедлить скорость перемещения шнека непосредственно перед его остановкой (см. рис. 1).

По истечении времени taFB начинается стандартная фаза подпитки. В процессе действия функции aFB давление впрыска не увеличивается, и происходит естественное перераспределение давления между гнездами и во всей системе в целом: в зонах высокого давления (материальный цилиндр и ГКС) оно за счет упругости расплава ПМ уменьшается, а в зонах пониженного давлением (частично заполненные гнезда) – растет.

Сказанное наглядно иллюстрируют данные одного из проведенных опытов (рис. 4). Так, например, при действии функции aFB в течение всего лишь 0,3 с давление в материальном цилиндре уменьшилось с 1220 до 300 бар, в ГКС – с 370 бар до180 бар, в то время как в оформляющем гнезде оно увеличилось с 90 до 130 бар.

Следует подчеркнуть, что во время действия aFB балансировка давления в частично заполненных расплавом гнездах – за счет более низкого в них давления – происходит более активно, чем в заполненных. Поскольку шнек все это время остается неподвижным, то в систему не поступает дополнительный объем расплава и не происходит увеличение средней величины давления, поэтому удается избежать повышения скорости фронта потока расплава в гнездах в конце пути потока и связанных с этим нежелательных последствий.

Экспериментально установлено, что время действия aFB приблизительно должно составлять около 30 % от времени впрыска. Более точно оно может быть определено опытным путем в результате исследования заполняемости расплавом оформляющих гнезд формы без фазы подпитки. При этом, как указывалось выше, время taFB не увеличивает общего времени цикла литья.

Результаты эксперимента

Ниже, на примере сложных для литья деталей из ПМ типа держателей бритвенных лезвий с многочисленными прорезями, приведены результаты исследования влияния функции aFB на точность такого важного показателя качества продукции, как масса отдельных деталей, изготавливаемых в 64-гнездной форме за один цикл литья под давлением. Как видно из рис. 5 и 6, использование функции aFB позволило не только существенно снизить разброс по массе деталей в результате гораздо более равномерного заполнения гнезд расплавом, но и практически исключить дефект типа недолива (фото 4). Важным обстоятельством при этом является то, что этот эффект в первую очередь касается тех гнезд, которые наиболее в этом нуждаются. Так, например, увеличение массы Dm детали, изготовленной с использованием (taFB = 0,5 с) и без использования (taFB = 0) функции aFB в «малопроблемном» гнезде № 31 (см. таблицу и фото 5), которое и без использования функции aFB достаточно хорошо заполнялось расплавом, оказалось существенно меньше (1,4 %), чем в случае «проблемного» гнезда № 33 (7,6 %).

Использование функции aFB в процессе литья с подпиткой позволяет еще более уменьшить разброс деталей по массе (см. рис. 6).

Следует заметить, однако, что максимальный разброс по массе всех 64 деталей, отлитых с фазой подпитки – как с функцией aFB, так и без нее, оказался сравнительно небольшим. Это означает, что фаза подпитки в какой-то степени нивелирует эффект использования функции aFB в отношении разброса деталей по массе. Но остаются другие, ранее отмеченные позитивные эффекты в виде благоприятного влияния на морфологию и физико-механические характеристики материала, уровень остаточных напряжений, усадку деталей и др.

Преимущества функции activeFlowBalance

Суммируя вышесказанное, можно выделить следующие преимущества, которые дает использование функции aFB в процессах литья под давлением деталей из ПМ:

снижение избыточного давления впрыска путем остановки шнека незадолго до окончания фазы впрыска и, благодаря этому, предотвращение образования облоя;
балансировка давления (вблизи и на расстоянии от впускного литникового канала), благодаря чему достигается снижение остаточных напряжений в деталях и их усадки;
предотвращение неполного впрыска (в некоторых случаях стандартного литья необходимо устанавливать очень близкие значения давления впрыска и подпитки, чтобы исключить неполный впрыск; в случае же действия aFB его предотвращает естественно создаваемый «запас давления»);
более равномерный уровень давления в различных гнездах многогнездных форм, что обеспечивает более высокую точность и однородность таких параметров деталей, как их размеры, масса, усадка и др.;
снижение усилия запирания формы (благодаря уменьшению максимального давления впрыска и, соответственно, давления в оформляющих гнездах) и, как следствие, увеличение ее ресурса и интервала техобслуживания;
улучшение вентилирования формы благодаря меньшей скоhости фронта расплава (то есть увеличивается время вентилирования) и снижению усилия запирания формы (улучшаются условия вентилирования);
простота и четкость управления (имеются всего 2 настраиваемых параметра) вместо сложных настроечных профилей фаз впрыска и подпитки;

Выводы

Преимущества описанной в статье функции activeFlowBalance могут быть использованы в самых различных случаях литья под давлением деталей из ПМ, но в особой степени – в случаях проблемного перехода от впрыска к фазе подпитки. При этом – благодаря простоте программирования и использования функции – от обслуживающего персонала не требуется специальных технологических знаний.

Очень важными достоинствами activeFlowBalance является также возможность избежать скачков давления впрыска и нежелательного увеличения скорости движения фронта расплава в разных гнездах многогнездных форм, а также сбалансировать давление между ними, что позволяет предотвратить возникновение дефектов типа облоя, улучшить вентилирование формы и оптимизировать процесс литья в целом. Равномерное распределение давления между оформляющими гнездами и внутри них означает, что воздействие на внутренние и внешние свойства литьевых деталей – такие как масса, размеры, усадка, уровень остаточных напряжений, внешний вид и т.д. – будет одинаковым и разница между ними будет нивелирована.

Наконец, функция activeFlow-Balance позволяет наиболее полно реализовать возможности электрических литьевых машин типа IntElect Smart, не исключая модификаций.

Большую роль при этом играет приводная система activeDynamics, поскольку быстродействие и время отклика машины, высокий уровень динамики и точная воспроизводимость ее движений являются определяющими для прецизионной настройки и эффективного использования функции activeFlowBalance.

activeFlowBalance – an Innovation
for Improving Process Reliability
and Parts Quality Th. Brettnich
This innovation from Sumitomo (SHI) Demag is
an option with a variety of applications which can be used as an effective way to optimize
processes and achieve corresponding improvements in quality. The primary purpose
of the activeFlowBalance (aFB) function is to balance pressure ratios in a cavity or between
cavities. Active intervention is undertaken in the sensitive injection process of the cutoff from
injection to hold pressure. The use of aFB function allows for a robust and simple injection
process for applications which up until now had to be run at critical levels and with complex adjustments.

Источник: журнал "Полимерные материалы" 2012/5

Журнал

Январский номер журнала

Выпуск №1 2023

Подписка на журнал

В следующем номере

Периферийное оборудование и робототехника на выставке «K-2022»
Сушилка, загрузчик, дробилка, дозаторы и роботы – из «одних рук»
Как правильно загружать литники и брак в приставную дробилку
Читать полностью

Контакты

Редакция:
E-mail: victor-gonchar@mail.ru

Отдел подписки:
+7 (495) 476-65-67
E-mail: info@polymerbranch.com

Отдел рекламы:
Прямая линия:
+7 (926) 333-17-47, +7 (495) 476-65-67
E-mail: info@polymerbranch.com

Вопросы работы портала:
E-mail: support@polymerbranch.com


Логин или E-mail	Пароль (Забыли пароль?)
Запомнить
Если Вы ещё не зарегистрированы в системе, Вам необходимо зарегистрироваться