Print

Využití termografické diagnostiky k hodnocení procesů vstřikování kompozitního dílu

-- 21.06.2018

Teplotní děje probíhající v procesu vstřikování termoplastů výraznou měrou určují výsledné kvalitativní parametry vyráběných výstřiků z termoplastů a z kompozitních materiálů s termoplastickou matricí. Uváděné termogramy popisují, jak se mění teplotní pole formy v čase z výchozího stavu – tvary formy jsou vytemperovány na pracovní teplotu – teplotní pole formy při vstřikování a na jakých teplotách se forma ustálí. Jedním z hlavních problémů, které se u výstřiků objevují, jsou deformace. Deformace jsou způsobené zejména konstrukcí výstřiků, použitým termoplastem a jeho smrštěním, jehož rozdílné místní hodnoty výrazně souvisejí s rozdíly teplot ve výstřiku, a proto jsme se v další části měření zaměřili na sledování časového průběhu teplotních polí chladnoucích výstřiků a na porovnání těchto teplotních polí s výsledky simulací, včetně porovnání vnější teploty a teploty uvnitř stěny výstřiku, kde mohou být poměrně velké rozdíly s ohledem na velice špatnou tepelnou vodivost zejména kompozitních materiálů. Je zde ukázáno i řešení termografické diagnostiky pro analýzu problémů s formou.

1. Úvod

V tomto příspěvku se zaměříme na popis problematiky výroby tělesa světlometu (obr. 1) vyrobeného z vysoce teplotně odolného PA kompozitu PA6T/XT – GF 35, ZYTEL HTN 51 G35 HSL Black s obsahem 35 % krátkých skleněných vláken.

Použité vybavení pro měření povrchových teplotních polí: 

  • termokamera FLIR T 640 se softwarem TOOLS+,
  • kontaktní teploměr AHLBORN THERM 2420 s termočlánkovým čidlem Fe-Ko FT 106,
  • měření tvarů a rozměrů – laserový skener 3D ROMER ABSOLUTE ARM 7320,
  • simulační výpočty – programové vybavení CADMOULD, www.cadmould.cz. 

Hlavní problém při měření termogramů je nastavení emisivity a zdánlivé odražené teploty. V našem případě byla hodnota emisivity zjištěna experimentálně – dotykovým teploměrem byla změřena teplota a nastavováním emisivity v termokameře jsme sladili teplotu měřenou termokamerou (měřená oblast cca 1 cm2) s teplotou naměřenou na dotykovém teploměru.

Při měření teplotních polí v procesu vstřikování plastů je nastavení zdánlivé odražené teploty poměrně velký problém – části vstřikovacích forem jsou leštěny a tyto vyleštěné plochy odrážejí teplotu od všech okolních tepelných zdrojů, dokonce i pevná část formy zachycuje odrazy od pohyblivé části formy.

Z uvedeného pohledu, aby nedošlo k ovlivnění tepelnými odrazy, by bylo dobré provádět zastínění měřicího prostoru například nějakou dřevěnou deskou. Ale s ohledem na prostor, v němž byly vstřikovací formy umístěny (upínací prostor vstřikovacích strojů), a umístění výstřiků po jejich vyhození z formy v místech s nepříliš velkými odraznými zdroji jsme použili šikmé snímání tak, abychom minimalizovali dopady odrazů bez vkládání stínicí desky.

Experimentálně jsme zjistili emisivitu ε = 0,96 a zdánlivou odraženou teplotu 30 °C. Foto formy ukazuje obr. 2.

2. Vyhodnocení výrobního procesu termografickou diagnostikou

Popisovaný díl je o velikosti obdélníkové základny cca 125 × 85 mm a hloubce cca 90 mm a je zaformován do dvojnásobné formy. Způsob zaformování a temperace pomocí fontán s přepážkou je zřejmý ze stejného obrázku (obr. 3). Tvarové dutiny jsou plněny polymerní taveninou pomocí horkého rozvodu, horká tryska ústí přímo do horní stěny výstřiku. Celková doba výrobního cyklu je 49 s. Teplota formy se dostane až na 100 °C. 

Forma byla natemperována na 100 °C v obou částech (pevné i pohyblivé). 

Pak se provedlo několik cyklů s cílem dostat formu na provozní teplotu; první díl, který byl vyhodnocen jako dobrý (vše bylo správně vyplněno), byl hotov po 15 minutách výroby.

Po tomto prvním dobrém dílu jsme začali sledovat teplotní pole: po 1 cyklu, po 5 cyklech, po 20 cyklech, po 40 cyklech a pak jsme zaznamenali pro srovnání cyklus 150. 

Zde se ukázal hlavní problém – špatné chlazení v pevné části formy, kde u horního dílu dochází k výraznému přehřátí a teplota se dostane na hodnoty cca 150–160 °C. S ohledem na to, že u spodního dílu je teplota stále kolem 100 °C a temperační a chladicí kanály jsou u obou dílů vedeny symetricky, muselo dojít ke snížení průtoků či k ucpání jednotlivých kanálů.

Pak jsme se zaměřili na stabilitu procesu a ještě jsme jednou nasnímali 150. cyklus, kde se ukázalo, že pohyblivá část formy je ustálená na cca 97–98 °C, zatímco u pevné části formy je  spodní díl na cca 140 °C a horní díl na 160 °C. Toto vysvětluje, proč jsou problémy s deformací pouze s některými díly. Díly vyrobené v horní části formy budou mít jiné deformace kvůli odlišnému tepelnému poli, které je v ustáleném stavu o cca 20–30 °C vyšší než u spodní části formy.

 

 

 

3. Zhodnocení a závěr 

Z vývoje teploty tvarových dílů formy je možno vydedukovat důvodný předpoklad, že teploty obou tvarových dutin se v čase vyrovnají; pravděpodobným důvodem uvedené závady, která se samozřejmě nutně musí odrazit i na kvalitě výstřiků, je tvarové řešení výstřiku a z toho plynoucí zaformování, z něhož vyplývá i konstrukční provedení temperace výstřiku (viz obr. 3), posuvná čelist a nerovnoměrný rozestup mezi fontánami, přičemž odvod tepla z horní dutiny formy je z nějaké příčiny omezen; mohlo například dojít k nepřesné montáži fontán, k posunu přepážky ve fontáně, k místnímu zanesení atd.

V přehřátých místech dochází kvůli zvýšené teplotě k většímu výrobnímu smrštění, než mají okolní tvary, a tedy i k možnosti lokální deformace; tato místa také prodlužují potřebnou dobu chlazení výstřiku v tvarové dutině formy a tím prodlužují i dobu výrobního cyklu.

V tomto případě se ukázala termografická diagnostika jako rychlý nástroj pro sledování stability výrobního procesu. Tato metoda může v kombinaci se simulacemi predikovat problémová místa, kde bude docházet k deformacím, zejména v případech, kdy v rámci konkurenčního působení bylo zadání na přesnost výstřiku jeho výrobcem převzato s tím, že po výrobě výstřiku se uvidí, jak se výstřik chová v sestavě spolu s dalšími díly; samozřejmě že vzniklé dodatečné náklady na korekci tvarů výstřiku nesl jeho výrobce, ne zadavatel, který byl na možnost vad na začátku projektu důrazně upozorněn.

Bohužel nejen v českých vstřikovnách zatím chybí stálé zapojení termokamer v rámci automatického sledování a vyhodnocování stability výroby, což by dokázalo odhalit problém při jeho vzniku, nikoli až při destrukci formy.

  

Recenzent: Ing. Jan Kovář, Workswell s. r. o., Praha; osoba certifikovaná na funkci Technik diagnostik termografie – kategorie I

Autor: Aleš HERMAN, ČVUT v Praze; Lubomír Zeman, Plast Form Service I. M., s. r. o.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2018
2018-09-06 - 2018-09-07
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie pro potravinářský průmysl
2018-09-18 - 2018-09-18
Místo: Olomouc
Moderní technologie pro farmaceutický průmysl
2018-09-19 - 2018-09-19
Místo: Olomouc
PROMOTIC SCADA + eWON flexy workshop
2018-09-26 - 2018-09-26
Místo: Hotel Absolutum Boutique Hotel, Praha
MSV Tour 2018
2018-10-01 - 2018-10-04
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI