Решение проблемы растягивания парамизена при литье в пресс-форму большой вместимости: распространенные причины и решения


Мягкий наводнение маякам — это единственный наиболее распространенный дефект, который ограничивает однородность толщины стенок в изделиях большей прогибной экструзии (EBM). Он является первым проблемой, с которой сталкивается каждый инженер, когда масштабирует изделия от небольших бутылок до баков емкостью 20 л, канистр, бочек объемом 220 л и неровных желез. Мейкам представляют собой полые трубки из расплавленного полимера, которые висят над штампом перед тем, как форму закрывается вокруг них, и в течение нескольких секунд или минут, пока они подвержены воздействию силы тяжести, мягкий расплав вытаскивается вниз, из-за чего длина трубы увеличивается, а ее толщина уменьшается под действием собственной массы. В больших емкостях маяки длинные, тяжелые и медленно формируются, поэтому низ изделия становится тонким и слабым, а верх — переполненным. В данной статье описано, почему происходит мягкое наводнение маяков, как влияет на него доля расплавленного полимера и распределение молекулярной массы, как выбрать правильную марку высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности, как конструкция головки пресса и поплавкового узла ограничивает окно наводнения, как компенсировать его с помощью программирования маяков и зонирования температуры в контуре матера, а также как измерить перепад на заводе. Компания Apollo, являющаяся поставщиком заводоустроек для машины экструзионно-протяжного литья с 20-летним стажем и специализирующейся на производстве подобных машин, поставляет машины линия ABLD серии с номинальной продуктивностью от 20 л до 1500 л и узлы поплавка, специально разработанные для данных промышленных емкостей, и приведенное ниже руководство отражает рабочие окна, которые работают эти машины каждый день в более чем 90 странах.

Что такое провисание резьбы и почему это важно

Паразион — это полый экструдированный шток пластика, который машина для формования под давлением формирует в матрице, а затем захватывает между двумя половинами пресс-форми. Усадка паразиона — это спускание этого штока вниз под действием силы тяжести, действующей на мягкую расплав с низкой жесткостью. В то время как паразион висит, верхняя его часть поддерживает вес всего, что располагается ниже нее, таким образом, шток растягивается и сужается сверху вниз. В результате образуется встроенный наклон толщины стенки: толстый в месте зажима и горле, тонкий к дну готового контейнера. В маленьких бутылках этот эффект не виден, поскольку паразион формируется в течение примерно одной-двух секунд. В 220-литровом барабане на его экструдировку может уходить от 30 до 90 секунд, а сам барабан весит несколько килограммов, поэтому наклон становится достаточно сильным, чтобы вызывать понижение толщины дна, снижение крепости при наполнении с верха, видимые дефекты стенки и даже отказ барабана во время эксплуатации химических или алюминизированных продуктов.

Flash имеет три коммерческих значимых приложения. Первое: он расходует резин: чтобы держать тонкий низ паразиона над минимальной стенкой, нужна большая масса всего изделия, зачастую на 8-15%, что увеличивает стоимость материала при средне-высоком режиме для производства больших объемов. Второе: он мешает работе, потому что вариация толщины стенки снижает способность к сохранению при ударной нагрузке и воздействии при падении больше, чем средняя толщина стенки. Третье: он ограничивает возможности, потому что линия, которую превышает flash, не может принять строгих спецификаций, а, следовательно, увеличивает отходность и падает OEE (всесторонняя эффективность оборудования). Для коммерческих упаковщиков, отправляющих контейнеры объемом от 20 л до 220 л, flash – не косметически неловко, а напрямую влияет на рентабельность и соответствие транспортным стандартам, таким как сертификация упаковки по Универсальному договору и местные правила по контакту с продуктами питания, которые ссылаются на Правила ЕС 10/2011 или ожидания FDA.

Хорошая новость заключается в том, что усадка предсказуема и поддается контролю. Она зависит от небольшого набора измеряемых переменных: предела текучести расплава, времени экструзии, массы паразиона, геометрии матрицы, температурного профиля расплава и программы настройки стенки. Одно время как эти переменные понятны, усадку можно направить до уровня, при котором толщина стенки задается заданным образом, а не под действием силы тяжести. В оставшихся разделах мы усваиваем это знание по шагам.

Физика, лежащая в основе раздувания паралиона.

Прогинаемость парисона, собственно, представляет собой равновесие между гравитационной нагрузкой на расплав и сопротивлением расплава деформации под воздействием усилия разрыва. Расплав ведет себя как вязкоупругий текучий материал: он течет, подобно жидкости, в течение длительного времени, но отказоустойчиво на внезапное разрывание, подобно мягкому твердому материалу. Свойством, отличающим разрывастой расплав, является удельное сопротивление изменению объема при низкой скорости деформации, которое обычно называют прочностью расплава. Высокая прочность расплава означает, что расплав в состоянии поддерживать собственную массу в течение более длительного периода времени, прежде чем он станет более тонким; низкая прочность расплава означает, что расплав начинает плыть почти немедленно.

Два физических факта объясняют большую часть того, что наблюдают операторы. Во-первых, свинцание зависит от времени. Чем дольше парению подвергают воздействию перед закрытием формы, тем больше он растягивается. Поэтому для изготовления крупных деталей основным переменным является время экструзии. Во-вторых, свинцание пропорционально массе на единицу длины. Толстый и тяжелый парений быстро свинцет, чем тонкий парений из того же материала, поскольку каждый участок расплава несет под собой больше веса. Взаимодействие этих двух эффектов описано простым соотношением свинцания: изменение длины парения возрастает с увеличением гравитационного напряжения и со временем, и уменьшается с ростом прочности расплава и жесткости извлечения.

Температура является практически расширяющим фактором. Кислота поверхностного натяжения резко падает с ростом температуры расплава, примерно удвоившись по уровню текучести на каждые 10 °C в окрестности температуры охлаждения полиолефинов. Раствор, который на 15 °C теплее, может пузыриться в два-три раза чаще, чем тот же раствор при правильной температуре, в то время как холодный раствор увеличивает давление и создает опасность разрушения или разрыва расплава или появления линеек. При больших объемах горячего литьевого формования мастерство заключается в том, чтобы удерживать раствор в узком интервале, когда он является достаточно текучим для чистого экструдирования, и одновременно достаточно твердым, чтобы сохранять форму.

Почему дно детали оказывается слишком тонким? По мере растяжения опары начинает убывать поперечное сечение, поскольку общий объем расплава фиксирован массой заряда. Диаметр и толщина стенки постепенно уменьшаются сверху вниз, и часть, которая впоследствии становится основой контейнера, оказалась наиболее растянутой и самой тонкой. Программируемое управление толщиной стенки частично обращается к этому явлению, делая суковой стакан толще на вершине опары и тоньше внизу, однако природа явления все равно определяет предел допустимой поправки.

Почему крупные контейнеры (от 20 л до 220 л) более уязвимы.

Переход от бутылки объемом 1 л на барабан вместимостью 220 л полностью изменяет режим. Бутылка объемом 1 л с весом в несколько десятков граммов и экструдируется примерно за один секунду, поэтому гравитационное вытягивание незначительно. Бутылка объемом 20 л весит от 1 кг до 1,5 кг и экструдируется примерно за 8-20 секунд. Паразион в барабане вместимостью 220 л может весить от 4 кг до 9 кг и экструдируется за 30-90 секунд, а бутылка IBC масштаба 1000 л формируется более длинными или более тяжелыми паризонами или с помощью нескольких паризоонов, расположенных в несколько слоев. Время экспозиции увеличивается в 1-2 раза, и увеличивается и шанс того, что паровая утечка случится.

Большие контейнера также имеют неблагоприятную геометрию для провисания. Соотношение длины и диаметра висящего резервуара сополима огромно: 220- литровая дорминная сополя может быть более метра в длину и всего 100–200 мм в диаметре. Вытянутая тонкая труба из мягкого расплава неизбежно более подвержена провисанию, чем короткая округлая трубка. Отбойный зазор также относительно небольшой в сравнении с длиной сополима, поэтому расплав выходит из пресса в виде тонкостенной трубки, которая должна поддерживать под собой длинный столб.

Экономические проблемы усугубляют ситуацию. Большие промышленные контейнеры обычно работают на станках с буферно-распределительным механизмом, когда полная порция заливается и затем быстро выталкивается, но даже быстрый ход гильзы весом в несколько килограммов оставляет расплавленную смазку открытой в течение нескольких секунд, пока форма не передает масло и не затворает. Для станков непрерывной экструзии, изготовляющих контейнеры от 20 л до 60 л, гильза формируется медленно, и контроль усадки становится основной проблемой процесса. Именно в этом диапазоне серии ABLD (от 20 л до 1500 л) и конструкции с буферно-распределительным механизмом занимают свое почетное место, поскольку архитектура головки выбирается с целью минимизации окна усадки для тяжелых деталей.

Практически это означает, что резина и набор параметров, отлично подходящих для 5-литрового контейнера, не подойдут для 220-литрового барабана. Материал должен иметь более высокий токсичный показатель, штамп головки должен быть зонным, в большинстве случаев непрерывный экструдер должен заменяться накопительным, а программа толщины стенки должна использовать гораздо больше точек для компенсации. Расширение проблем, возникающих при использовании маленьких бутылок, на барабаны – самая распространенная ошибка в отрасли.

Мелконарыв и распределение молекулярной массы

Силовой фактор смеси определяет, сохраняет ли парафин свою форму. Для полиолефинов этот фактор зависит от распределения молекулярной массы (РММ) и характером разветвления длинных цепочек, чем от средней молекулярной массы. Смола с узким РММ имеет короткий хвост с высокой молекулярной массой, поэтому при разжимании цепи выравниваются и быстро расслаиваются, расширяющаяся вязкость резко падает. Смола с широким РММ и длинным хвостом с высокой молекулярной массой, особенно с характерным разветвлением длинных цепочек, сохраняет высокую расширяющуюся вязкость во время разжимания, поэтому парафин устойчив к сжиганию в линии.

Именно поэтому сорта для формования под давлением преднамеренно имеют широкое распределение MMD. Фракция высокой молекулярной массы обеспечивает предел текучести, а фракция низкой молекулярной массы — технологичность, поддерживая приемлемое давление при экструзии. Торговый компромисс заключается в том, что при широком распределении MMD пластмассы легко обрабатываются, с минимальной набуханием в прессе и иногда с меньшей чувствительностью к ударным нагрузкам, в то время как при узком распределении MMD получаются превосходное качество формы при меньшей устойчивости к усадке. Для больших контейнеров приоритет отдается предел текучести, поэтому стандартный выбор — свойства при высоком распределении MMD, а наименее узкие сорта устанавливаются для маленьких бутылок, где усадка не является проблемой.

Силу СТОВ лучше всего измерять непосредственно, а не судить о ней по показателю текучести СТОВ. Одной из распространенных методик является тест по методу Когсуэлла или Готтерта, при котором экструдированный стержень тягится парой колес, а сила, при которой происходит разрыв, определяет силу СТОВ в центавт-Н. Другая методика – тест на просадку с огибающимся элементом, при котором фиксированный штамп висит, и регистрируется изменение его длины. По этим данным можно определить точный рейтинг в отношении просадки, который не может быть определен по показателю текучести. Как правило, смола с более высокой силой разрыва при тесте по методу Когсуэлла тянется меньше, даже если два пластика имеют одинаковый номинальный показатель текучести.

Средневесовая молекула все еще имеет значение. Повышение Ssw вызывает повышение прочности расплава и устойчивости к перенапряжениям, но также увеличивает температуру и давление расплава. Именно поэтому окно blow-мolding является компромиссом: слишком низкий Ssw и изделие слетает; слишком высокий Ssw, и экструдер не может толкать расплав через отвод с достижимой нагрузкой двигателя и временем цикла. Градусная спецификация материала поставщика с данными о Mw, плотности, чувствительности к стрессовым трещинам и расплавленности – это начальный пункт для любой круговой программы.

Выбор сорта HMW-HDPE для минимизации провисания

Для барабанов объемом от 20 до 220 литров, канистров и бутылок IBC материал рабочей лошадки-высокопрочный полиэтилен с высокой молекулярной массой, практически всегда это УВП-ДДПЭ. Основные параметры сорта складаются из показателя текучести расплава (ТР, обычно отображаемого при условиях Е при 190°С и весе 21,6 кг), плотности, ширины МВД и ЕТА. Целевой диапазон для крупных промышленных контейнеров-ТР резана от 0,2 до 0,5 г/10 мин, плотность около 0,945-0,955 г/см3 и широкомассовая дисперсность молекулярной массы, включающая крыло с высокой ММ для прочности расталения и фракцию с нисшей ММ для обрабатываемости.

Бимодальные смолы предпочтительны перед одномодальными, поскольку два пика позволяют поставщику самостоятельно регулировать температуру плавления и жесткость. Один пик отвечает за молекулярную массу, что означает сопротивление переплетению и КПТП, а другой объединяет удобство обработки для чистого экструдирования. Расширенные градиенты с одним пиком также подходят, но часто дают более узкий диапазон обработки. Для услуг, связывающихся с коррозией, КПТП (измеряется методом изгибания полоски или клешней и иногда указывается в часах перерыва) должен быть высоким, а высокий белок регенерации обычно является высокомолекулярным, что также улучшает сопротивление переплетению, и теперь эти две цели совпадают.

В таблице ниже приведена сравнительная информация о типичных семействах HMW-HDPE, используемых в процессе горячего литьевого формования больших объемов. Значения относятся к типичным границам и должны быть подтверждены с помощью соответствующих технических характеристик поставщика, поскольку каждое предприятие номерирует свой класс по-разному. Стоимость указана только в относительном выражении, а не в ценовом.

Типичные семейства марок HMW-HDPE для больших контейнеров

Семейство классов. MFR (с условием E, г/10 мин) Плотность (г/см3) Ширина канавки MWD. Относительное давление плавления Отклонение по усадке Типовый контейнер Относительная стоимость материала
Условно однорежимное широкое распределение MMD с высокой молекулярной массой 0,3-0,6 0,947-0,952 Широкий распределенный диапазон молекулярной массы и распределение молекул большой частицы и мелкой частицы. Средняя — высокая Средний уровень Бараны от 20 до 60 литров, пластиковые канистры. Средний уровень
двухмодальный HMW-HDPE (этап 1) 0,25 — 0,45 0,948–0,954. Бимодалная структура Высокий Low-Medium Бараны объемом от 60 до 120 литров Средняя — высокая
Bimodal HMW-HDPE (high ESCR) 0,2-0,35 0,945-0,950 Бимодальное распределение молекулярной массы и широкий хвост. Высокая — очень высокая Низкий Бараны объемом от 120 до 220 литров, бутыли IBC. Высокий
MDPE в составе смеси (мягче, гибче) 0,4 — 0,8 0,935–0,945. Среднешироко распределенная структура Средний уровень Средняя — высокая КанЬи для топлива, подвижные канистры Средний уровень
Регроуденная смесь HMW-HDPE 0,5—1,0 (эффективный) 0,944-0,953 Узкий (ухудшенный) Low-Medium Высокий Некритичные детали диаметром от 20 до 60 л. Низкий

Стоит выделить два правила выбора. Во-первых, для контейнеров объемом более 120 л следует выбирать двумодальную марку с высоким показником ESR даже при более высокой стоимости материала, поскольку его стойкость к пластичности и устойчивость к трещинам защищают как контроль осадки, так и эксплуатационные свойства. Во-вторых, следует контролировать долю регранул: резак с использованием отходов вторичного переработки имеет более низкий средний молекулярный вес, чем первичная смола, поэтому высокий коэффициент рециклинга повышает эффективный МФР и ухудшает осадку. При смешивании резака с более качественной первичной смолой и соблюдении рекомендуемого лимита рециклинга поставщиком смолы сохраняется стабильность парисона. Когда объем отходов очень большой, фабрика «Полиретэк» компании «Ванплас» поставляет линии для промывки и гранулирования, которые позволяет превращать отходы методом молдинга в стабильный материал, что обеспечивает стабильное качество регранул.

Die Head Design and the Аккумуляторная головка Principle

Голова пресса, в которой формируется паризон, и ее конструкция напрямую определяет отверстие для сгиба. При непрерывном выдавливании расплав течет из экструдера через голову и из расстояния между пресс-формой в постоянном темпе, поэтому паризон образуется медленно, и это покрывает весь цикл. В основном именно этот медленный процесс формирования позволяет развиться току. Головка аккумулятора решает эту проблему, отделяя хранение расплава от формирования паризона.

Головка аккумулятора представляет собой большую камеру, встроенную в головку пресса, которая хранит весь выстрел расплава, накапливаемый из экструдера между циклами, а затем выталкивает его через пресс через один быстрый ход при помощи поперечно-поршневого или скользящего манжета. Объемная форма образуется за несколько секунд вместо десятков секунд, поэтому строгое сокращение притяжения сил тяжести резко уменьшается. Накопленный расплав поддерживается однородным под контролем пути потока и экранной упаковкой, а скорость быстрого хода сама по себе является параметром контроля расхождения: быстрее ход – меньше расхождения, вплоть до момента, когда расплав подвергается слишком большому сдвигу и появляются дефекты поверхности.

Существуют две распространенные архитектуры буферов. Буфер с рециркулируемым винтовым экструдером использует сам винт экструдера как распределитель, хватывая назад, чтобы хранить расплав и выталкивая вперед, чтобы выбрасывать паризон; он является компактным и распространенным на средне-больших машинах. Независимый поршневой буфер использует отдельный цилиндр, питаемый с помощью экструдера, что дает больше и более равномерный выстрел для очень больших деталей, таких как барабаны вместимостью 220 л и бутылки IBC, при более высокой стоимости оборудования (средне-высокий и низкий для простого последовательного головки). Выбор зависит от массы детали и необходимого размера выстрела: барабан вместимостью 220 л требует нескольких килограммов расплава, который не может храниться небольшим рециркулирующим винтом, поэтому используется отдельный буфер.

Важное значение имеет также геометрия. Более широкий зазор в матрице дает более толстую стенку штока, которая немного устойчивее на свободное падение, но слишком большой зазор приводит к тратам смолы и снижению скорости охлаждения. Манжетка и втулка должны создавать концентрический, одинаковый шток с контролируемым расширением матрицы, так как неравномерное расширение проявляется в виде различий толщины стенки после растяжки. Современные головки используют стилизованную, с низким временем простоя технологическую линию, чтобы избежать застойных явлений и деградации расплава, что очень важно при использовании порошков, чувствительных к нагреванию или содержащих переработанную смолу. Головка также должна поддерживать программируемое движение пресс-формы, чтобы шаг за шагом можно было формировать профиль толщины стенки вдоль штока.

Приведенная ниже таблица показывает, почему выпускные головки аккумуляторов играют решающую роль в линиях с крупными контейнерами. Уровни затрат относятся к сравнительной величине, а не к ценам.

Продолжительная экструзия Head vs Accumulator (Storage) Head

Аспект Головка непрерывного экструзирования Джантор (резерв) верхний
Время формирования парисона. Длительный (склонный к переплетению) для больших деталей Мал (секунды), небольшой прогнутый откос.
оптимальный размер контейнера Не более 20 литров 20 л до 1500 л
Минимальная температура плавления. Средний, длительный Смесь может несколько охлаждаться при припоте
Темп работы формовочного станка Постоянный выпуск Проволочный
Контроль массы частиц Зависит от программы Программа плюс измерение выстрела.
уровень стоимости оборудования Низкий Средняя до высокая степень жесткости
Количество энергии на 1 кг (относительно) Low-Medium Средний уровень

Скорость выдавливания парисона и ее влияние на прогинаемость

Скорость экструзии, или, точнее, время, в течение которого раскатка висит перед тем, как затвора формовой системы закрывается, — это наиболее непосредственный фактор, влияющий на процесс облегчения. Связь между ними очень проста: если сократить время нахождения раскатки перед затвором формовой системы вдвое, вы сократите риск задиров примерно наполовину при условии, что условия нагревания материала не изменятся. На машине с накопителем скорость хода (выталкивания) определяет именно этот фактор; на непрерывной линии скорость экструзии определяет эту величину. Более быстрая выталкивание раскатки не даст возможности трубке разбухать под собственным весом.

Существуют ограничения. Очень быстрый ход увеличивает скорость разрыва в зазор между формы, что может привести к разрушению масла, появлению ворсинок на поверхности, внутреннему напряжению и неравномерности стенок. Это также повышает мгновенную гидравлическое или сервозадачу и может нарушить программу регулирования толщины стенок, если программист не успевает. Практическим подходом является повышение скорости хода до тех пор, пока поверхность останется чистой, затем необходимо полагаться на программу регулирования толщины стенок и охлаждение полых частей, чтобы устранить остаточный провисание. Для бакета объемом 220 литров типичные времена хода в диапазоне нескольких секунд на помпой, тогда как при непрерывном выпрессовании для той же массы части время может составлять от 30 до 90 секунд.

Скорость взаимодействует с температурой расплава. Холоднее расплавлое вещество более жесткое и может быть толкается быстрее без разрушения, поэтому понижение температуры пресс-формы (см. следующий раздел) часто позволяет оператору увеличить частоту движения, что одновременно дает двойной эффект в плане провисания. Напротив, горячий и мягкий расплав нужно выталкивать медленно, чтобы избежать разрушения, что увеличивает время выдержки и приводит к ухудшению провисания – это замкнутый цикл, который можно прервать, охладив не весь расплав, а только пресс-форму.

Скорость экструзии также влияет на выход и потребляемую мощность. Ускоренные циклы повышают объем выпускаемых деталей в час и улучшают КПД, но аккумулятор необходимо пополнить до начала следующего цикла, поэтому производительность экструдера (кг/час) должна соответствовать весу заготовки и времени цикла. Если экструдер является узким местом, оператор вынужден замедлять ход, чтобы дать время головке нормально заполниться, и происходит понижение скорости. Поэтому обеспечение соответствия производственного потенциала экструдера весу детали и целевого времени цикла является частью контроля скорости подачи, а не просто вопросом производительности.

Введен механизм зонирования температуры насадки и регулирования температуры расплава.

Современная головка пресса с поддержкой гигантских объемов имеет не одну температурную зону, а несколько контролируемых зон, в каждой из которых имеется свой нагревательный ремень и термопара. Зонирование позволяет процессору поддерживать температуру задней части формовочного станка и адаптера на уровне, достаточном для однородного плавления и смешивания, при этом держать зону формовочного лотка (остающий шев после выхода партии пластика) на нескольких градусов ниже заданной температуры, чтобы закрепить плавящееся пластик, непосредственно перед его выходом из станка. Это ключевой момент: закрепите только выход, не весь плавящийся пластик, поэтому диаграмма выхода плавящегося слоя станка увеличивается, но пластиковые трубки остаются ровными.

Обычный головка большого количества частиц из ПВХ имеет от трех до пяти зон: задняя / адаптер, средняя, передняя / подход, вкладыш штампы и манжета. Приведенная ниже таблица содержит представительный план зонирования для ПВХ в диапазоне от 180 до 220 °C. Точные настройки зависят от сорта и машины и должны быть подтверждены путем испытаний, но принцип более холодной стопы штампа действует у всех поставщиков.

Representative Температура головки пресса Zoning for HDPE Large Parison

Высокая зона Типичная уставка (ºC) Цель эффект контроля осадки
Спинка/адаптер От 200 до 215 баллов. Единородная масса, отсутствие застоя Непрямое (устойчивое) формование.
Средняя сборная пластина. 195 до 210 Выработка давления, смешивание. Indirect
ЛИЦА / ПРИГЛАШЕНИЕ 190-205 °С Окончательная гомогенизация перед зазором. Средний уровень
уплотнительное кольцо (подвал) 180–195 г/см3 Укрепление расплава при выходе из формовой системы. Мощный (основной рычаг)
Колодок (ядро). 185 - 200 мм³. Концентричный, ровный слой Средний уровень

Два распространенных недостатка при зонировании температур: нагревать весь верхний участок набора и тем самым снижать вязкость вещества повсеместно, в результате чего проседает больше; или охлаждать холодный участок набора, что повышает давление и резкость, из-за чего происходит раздробление, образование гелей и появление ожогов. Правильное решение – осуществление небольшого, контролируемого снижения температуры на холодном участке набора на 5–15°С, в то время как остальные участки остаются в нормальном температурном диапазоне. Сторона-в-сторону стабильность имеет такое же значение, как и абсолютный параметр целевой температуры: незначительные отклонения ±2°С в пределах необходимого диапазона делают результат выплавки более равномерным от части к части.

Температура плавящегося вещества должна измеряться в формовочном станке, а не просто в цилиндре, поскольку постоянное нагревание в формовочной головке может изменить реальную температуру выхода на несколько градусов от заданной величины. Термопарин на формовочном шве или периодическая проверка пирометром предотвращает оператора от преследования нереальной температуры. Когда появляются заломы после перехода на другой состав, первой проверкой всегда является фактическая температура формовочного шве, а не отображение параметров на панели управления.

Программируемый контроль толщины стенки изделия (от 100 до 512 точек).

Даже при наличии подходящей смолы и хорошо зонированной головки, сила тяжести все же приводит к смещению стенки сверху вниз. Средством для исправления этого является программируемый контроль толщины стенки, часто называемый программированием стенок. Машина перемещает валок (или обойму) во время экструзии, чтобы просвет и, соответственно, местная стенка менялись по длине парисона. Оператор определяет профиль толщины стенки в виде серии точек, и сервогидравлический или полностью электрический привод следует этому профилю. Ссувщики больших по объему контейнеров обеспечивают программируемый контроль на 100−512 точках в зависимости от контроллера и класса машины.

2. Почему важно количество точек: 20-литровый бак короткий, а кривизна сгиба мягкая, поэтому 100-128 точек достаточно, чтобы соответствовать необходимому профилю. 220-литровый барабан имеет длинный шарик с резкой, нелинейной кривой сгиба, а также ручку, горловину и основные черты, поэтому профилю требуется гораздо больше точек; 256-512 точек позволяют программисту точно повторить действительную форму вместо грубоисключительной траектории. Слишком малое количество точек вынуждает профиль затухать в критических переходах, в результате чего возникают места локальных тонких губ, которых невозможно исправить путем изменения масштаба. В приведенной ниже таблице показано соотношение размеров контейнера и рекомендуемое количество точек.

Число контрольных точек программирования пайрона в зависимости от размера контейнера.

размер контейнера Рекомендуемые параметры Сложность профиля. Возможность исправления стенок Типовая группа контроллеров.
Посуда на 20 л. 100 to 128 Низкая или средняя Базовые параметры Стандартный PLC плюс сервопривод класса Moog
Бочка объемом 60 литров. От 128 до Средний уровень хорошее качество Программист сервопривода средней категории.
барабан объемом 120 л 200–256 г/см3 Средняя до высокая степень жесткости хорошее качество Современный сервопривод.
Барабан вместимостью 220 л и бутылка IBC 256 – 512 улитки. Высокий Advanced Программный модуль для многих осей.
1000L IBC (bottle) 512 (многоосевые) Очень высокая степень жесткости Advanced Сервосистема с несколькими осями

Алгоритм программирования состоит в том, чтобы сделать колеблющийся участок более толстым в местах, где изгиб его истончает, и более тонким там, где изгиб накапливает материал. Поскольку верхняя часть колеблющегося участка висит дольше всего, программа делает верхнюю стену более толстой, а нижнюю – более тонкой, поэтому после натягивания конечная стена детали становится более однородной. Колеблющийся участок также требует повышенного внимания: слишком тонкий участок крошатся при резьбе, слишком толстый участок вызывает появление иррадиирующегося нагрева, что вызывает проблемы с якостью. Программист считывает измеренные стены вдоль отрезанного участка, корректирует точки и повторяет, пока карта стен не будет соответствовать целевому значению.

Программирование не устраняет необходимость в прочности расплава. Он перераспределяет фиксированный объем расплава; если базовый расплав слишком слабый, программа не хватает материала для перемещения, и деталь все еще проваливается на дне. Правильная последовательность действий – выбирать сорт с высокой прочностью расплава, охлаждать выталкиваемую площадку, устанавливать достаточно быстрый ход, затем настраивать с помощью программы регулировки толщины стенки. Программирование – это последние 10 процентов контроля провисания, а не первые 90 процентов. Система с 512 точками на слабом смоле все равно создаст слабую деталь; система с 100 точками на сильном смоле может быть уже приемлемой для контейнера объемом 20 л.

Температура штампа и стратегия охлаждения

Температура пресс-формы не влияет на откос при экструдировании, потому что пайрон еще не соприкасается с формой, но определяет, как быстро раствор застывает, когда формочка смыкается и сдавливает пайрон. Ниже температура пресс-формы быстро застывает раствор, что предотвращает дальнейший перераспределение материалов и стабилизирует стенки, сформированные программой. Для больших контейнеров, где самым главным фактором в цикле является время остывания, стратегия температуры пресс-формы — это баланс между быстрым затвердеванием и качеством части.

Большинство крупных контейнеров из ПВХ охлаждается холодной водой температурой от 10 до 25 °C, циркулирующей через форму. Холодная вода быстро застывает поверхность и сокращает время, за которое стена может сместиться, что косвенно способствует контролю за волной и улучшению времени цикла. Однако слишком холодная форма может вызывать замороженное напряжение, низкое качество поверхности и, в некоторых многослойных или окрашенных деталях, пятна опускания или деформирование, поэтому нижний порог определяется качеством детали, а не волной.

Поскольку у больших деталей толстая поперечная связка, охлаждение стенки происходит медленно, и ядро остаётся горячим довольно долго, даже после того, как поверхность замерзает. Это означает, что для барабанов объемом от 120 л до 220 л доминирующим фактором является время охлаждения, а не время экструзии или формования. Улучшение охлаждения с помощью более качественных формовых каналов, более высокого расхода воды (часто от 20 л/мин до 60 л/мин на цикл) и балансированной компоновки циклов сокращает цикл и повышает OEE, что, в свою очередь, позволяет сделать удар более быстрым и снизить свисание. Следовательно, форма является частью решения проблемы свисания, хотя она действует после изготовления полуготовой продукции.

Для технологических контейнеров, предназначенных для выдува и производятся путем формирования, для самых больших части используются установки замораживания с внутренним охлаждением воздухом и охлаждения после формирования. Отпускание детали, пока ядро ее все еще мягкое, позволит ей расслабиться и может изменить эффективное распределение стенок, поэтому требуется постоянная температура в камере прессования и стабильное время охлаждения, чтобы карта стенок оставалась повторяемой. В итоге следует отметить, что контроль усиления не прекращается в матрице; он продолжается вплоть до момента застывания детали.

Как измерять колпак парамизена: методы и метрики

Вы не можете контролировать то, что не измеряете. На цехе растяжение трафарета отслеживается с помощью небольшого набора практичных методов, каждый из которых обеспечивает различный взгляд на ту же самую проблему. Цель – это повторяемый индекс растяжения, который оператор может отслеживать смены и который подтверждает, были ли изменения в смоле, температуре или скорости действительно эффективны.

Самый простой метод — проверка длины с заданным временем: остановка полуфабриката неравномерной формы в установленное время после выхода из формы, измерение его общей длины и сравнение с длиной в более раннее время или с эталоном зазора. Индекс провисания — изменение длины, выраженное в процентах. Рост этого индекса означает ослабление (перегревание) расплава; снижение индекса — доказательство воздействия регулировочных средств. Для ежедневных наблюдений нужен только линейка и секундомер, что вполне достаточно.

Более информативным методом является профиль диаметра: измерьте внешний диаметр подготовки (и, если доступно, толщу стенок) в верхней, средней и нижней части, используя перфоратор при остановленной подготовке или устройство лазерного измерения или визуальное измерение на живой подготовке. Отношение диаметров от верхнего до нижнего уровня позволяет определить перепады вязкости непосредственно и показывает, в каких местах программа должна добавлять или удалять материал. Лазерные измерители дают непрерывные результаты без участия оператора и являются предпочтительными инструментами на автоматизированных линиях; их установка стоит дороже (она относится к среднему классу капиталовложений), но исключает возможность ошибки оператора.

Метод отрезки с взвешиванием подтверждает распределение массы — выталкиваете партию пластика, режется ее на участки одинаковой длины, взвешиваются каждый из них и строятся графика распределения массы по длине. Нормальный программный метод в результате дает почти прямую линию распределения массы по длине после калибровки — заломленная линия показывает четкое снижение разницы с верхней части к нижней. Это метод, выполняемый медленно, но окончательный, при этом как справочное значение служит настройка программы по толщине стен. Ниже приведена таблица, сравнивающая традиционные методы.

Сравнение методов измерения усадки половинок пресс-формы

Метод Основной метрика Оборудование. Повторяемость. Оптимальное использование.
Проверка длины со временным ограничением Коэффициент запора (в процентах). Линейка, секундомер. Средний уровень Ежедневное наблюдение.
Диаметр профиля (перфоратор). Коэффициент относительного диаметра от головы до ножовки Калиперы Средний уровень Настройка программы
Лазерная/визуальная газовая установка Живой диаметр и тенденция толщины стены. Лазерный датчик или камера. Высокий Автоматизированные линии, система качества.
Разрезы с взвешиванием Масса на единицу длины. Шкала, нож-резак. Высокий Справочная программа, аудит.
Перепади вязкости раствора. Степень растяжения (сн) Капиллярный метод + Пул-съемник Высокий Ранг смолы, лаборатория

Каким бы методом ни было измерено поползновение, данное измерение должно быть связано с готовой деталью. Действительным критерием приемки является не низкий индекс поползновения а карта изменения толщины стенки отлитого контейнера, которая должна соответствовать нижнему и верхнему заданным значениям. Параметры поползновения являются показателем того, что работа идет в правильном направлении; карта изменения толщины стенок и проверка падения подтверждают правильность метода. Работа считается стабильной, если оба показателя вместе движутся в правильном направлении и отклонение между различными деталями остается в узком диапазоне. Например, отклонение от целевого значения должно быть в пределах ±8%.

Причины и решения: практическая матрица диагностики неполадок

Следующая матрица содержит дефекты, связанные с отклонением полосы, наиболее часто наблюдаемые на линиях от 20 л до 220 л, а также меры по их устранению. Это справочное пособие для инженеров службы Apollo при пуске оборудования в эксплуатацию. Последовательность отражает причинно-следственную связь: материал сначала, затем температура, затем скорость, затем программа, затем форма.

Матрица диагностики откоса пайрона.

Симптомы. Наиболее вероятная причина Исправление неисправностей. Чистовая / мерительная.
Дно детали слишком тонко, не выдерживает пряд кантом. Высокая температура расплава; низкая прочность расплава. Нижняя температура выталкивания от 5 до 15 °С; переключаться на более широкий диапазон МВД МВВ-ПВД Пирометер для полости пресса; РЭОтенс
Тяжелая верхняя часть, тонкое дно (ярко выраженное склонение к растяжению) Повишенный период экструзии; медленное продвижение листа. Увеличиваем скорость хода аккумулятора; при использовании аккумулятора головку поместите в режим непрерывной работы. Меньшие откос и время сдвига.
Поверхность в поперечном сечении постепенно сужается. Некомпенсированная свисание Увеличение верхней части, а нижней уменьшение в разделе по толщине стенки. Диаметр профиля, резальщик - измеритель массы.
Поломка расплава, кожа акулы при разрушении форм патрона. Пресс-форма слишком холодна, скорость хода недостаточна. Небольшое повышение температуры нагрева торца спресса; сокращение скорости хода на один шаг Визуальный контроль поверхности
Усадка становится более заметной после изменения марки Новая смола имеет более высокий показатель MFR и более узкое окно МВД. Возвращаемся к классу с высокой кремнистой устойчивостью; перепроверяем программу. ТПХ и АДР из сертификата.
Волна усушки ухудшается после добавления регрина. Утилизация снижает средний уровень МВ Сокращение доли повторной грануляции и смешивания с более сильным исходным материалом. Эффективный коэффициент трения; индекс растяжения.
Вертикальное положение варилок ОК, но цикл слишком длительный. Охлаждение пресс-форми ограничено. Увеличить поток воды, снизить температуру пресс-формы в пределах допустимого качества. Время охлаждения, ОЭЭ
Рассеивание толщины стенки от изделия к изделию очень высоко Разброс температуры зоны; нестабильная заливка. Уплотняем полосу зоны до плюс или минус 2 градуса Цельсия; синхронизируем экструдер с нарезкой. Логическая запись зоны, процент вариаций толщины.

Полезной дисциплиной является изменение одной переменной за раз и повторное измерение коэффициента усадки и карты поверхностей. Операторы часто снижают температуру всего головного инструмента, увеличивают скорость прокатки пластин и одновременно изменяют программу, в результате чего они не могут сказать, какая из этих операций оказала положительное влияние. Структурированный порядок — материал, температура пресс-формы, скорость прокатки, программа, охлаждение пресс-формы – позволяет отслеживать связь причинно-следственных связей и избегать обменяющихся одних дефектов на другие.

Список проверки оптимизации процесса и особые методы

Следующий список проверок сводит статью к последовательности действий для линии с большими контейнерами. Он составлен для барабана от 120 л до 220 л на машине с аккумуляторным головным устройством, но в меньшем масштабе применим и для казанчиков объемом 20 л.

  • Подтверждение смолы: двухмодальный HМW-HDPE, MFR от 0,2 до 0,5 г/10 мин (условие Е), плотность от 0,945 до 0,955 г/см3, высокое значение ESCR для химического применения.
  • Проверьте фактическую температуру в области нагрева деть с помощью пирометра; удерживайте температуру в области нагрева на 5-15 °C ниже, чем в коллекторе, в пределах от ±2 °C.
  • Настройка ходового цикла аккумулятора настолько быстро, насколько поверхность остается чистой; избегайте поломки расплава.
  • Подобрать выход экструдера (кг / ч) к массе шпули и целевому циклу, чтобы головка заполнялась без принудительной замедления скорости хода.
  • Load the wall-thickness program with enough points: 256 to 512 for 220L, 128 to 256 for 60L to 120L, 100 to 128 for 20L.
  • Увеличить верхний край паризона и, наоборот, уменьшить нижний, изменив параметры программы регулировки давления
  • Направляйте охлаждающую воду в пресс-форме при температуре от 10 до 25 °С с использованием правильно настроенных высокоскоростных циркуляционных систем; не переохлаждать ниже предела, обеспечивающего качественное изготовление.
  • Измеряйте индекс поползновения и карту расположения стенок при каждом перерыве процесса; значение отклонения стенки должно оставаться в пределах около ±8% от целевого значения.
  • Контролируйте отношение переработки в пределах лимита поставщика и смешивайте с твердым свежий смолой.
  • Температуры в зоне лога, время перемещения, цикловый период, доля брака и ОЕО позволяют выявить отклонения на ранней стадии.

Высокотехнологические технологии позволяют выйти за рамки базовых принципов. Многосевой программный режим управления втулками и валками позволяет работать независимо для асимметричных деталей, таких как бутыли для воды и контейнера типа IBC, позволяя программке учитывать истинную 3D-форма, а не один радиальный профиль. Датчики стены в крепежном элементе корректируют результат, отдавая его обратно в контроллер для корректировки по замкнутому циклу, в результате чего повышается единообразие в длительных производственных процессах. Управление пресс-формующими элементами с помощью сервопривода и электромотора заменяет гидравлическое управление, обеспечивая более быстрое и чистое отклики, что особенно полезно при применении 512-точечной печати. А отслеживание логирования данных в связке с отслеживанием OEE превращает резку в контролируемый процесс: когда индекс изменения угла плиты и изменения стены отображаются в графике в соответствии с сменой, линия соответствует требованиям по спецификации практически без участия оператора.

Наука материала также упрощает границы. Более широкие классы MWD и длинного цепочки разветвлённого HMW-HDPE повышают устойчивость расплава, не увеличивая такого же степени давления, как это происходило у старых высокомолекулярных смол, отчего граница усадки повышается для деталей 220 л и контейнеров IBC. Классы, образующиеся под влиянием металлокена, имеют более узкий диапазон свойств и значительно сокращают усадку. Выбор таких классов производится на основе сертификата смолы, а не только по цене, потому что стоимость выхода из строя сверхушки в химическом барабане, оцененном как не подходящий для использования на морских судах, существенно превышает небольшую материальную премию за более устойчивый класс.

Ситуация на площадке: стабилизирование линии 220-литровых химических барабанов.

В одном из примеров показан процесс работы этого метода. На заводе, использующем аккумуляторные емкости для химических жидкостей объемом 220 литров, были повреждены днища деталей при испытаниях на падение, а показатель брака составил около 12%. Индекс амплитуды в штампе был высоким, а проверка выреза и веса показала, что масса на длину снизилась на более чем 20% от верхней части изделия до его дна. Изначальные условия составляли мономодиальный HMW-HDPE с MFR около 0,5, температура работы штампа составляла всего на 3 градуса Цельсия ниже температуры коллектора, скорость хода была консервативной, а программа содержала 128 контрольных точек.

Коррекция была выполнена по контрольному списку. Раствор смолы был изменен на двухкомпонентный высокомолекулярный полиэтилентерефталат (ПЕТЭ) с MFR около 0,3, что привело к повышению крепкости расплава. Зону износа формы были опущены на 12 градусов Цельсия ниже коллектора и удерживались в пределах плюс-минус 2 градусов Цельсия. Скорость ходового цикла была увеличена до тех пор, пока поверхность оставалась чистой, при этом время выдержки резного пресс-форма снизилось с 40 секунд до 10 секунд. Программу перестроили до 320 точек при сильном верхнем и тонком нижнем профиле. Скорость подачи воды в форму была увеличена, а температура поддерживалась близкой к 18 градусам Цельсия. После этих изменений индекс сбрасывания сократился примерно наполовину, коэффициент масса-масса от верха к дну упал до менее чем 8%, нижняя стенка соответствовала минимуму, а показатель брака упал с 12% до около 2%. Время цикла было сокращено, так как быстреее застывание и скоростнее ходовое движение повысили число деталей в час, что позволило увеличить OEE на значительное двузначное значение. Премия за использование более прочной фракции была возмещена снижением уровня брака и увеличением выходной мощности, что выразилось в улучшении соотношения затрат, а не в денежном выражении.

Это типичная ситуация: ни одна из внесенных изменений не привела ее к позитивному результату, но последовательность заказов, материал, температура полевой части пресса, скорость погружения, программа, охлаждение пресс-форми отрегулировали каждую из переменных в правильном направлении и удержали их на месте с помощью измерений. Такая же логика действует и в случае 20-литровой кани, только с меньшим количеством контрольных точек и менее экстремальным температурным шагом.

Часто задаваемые вопросы

Что означает провисание подготовки в экструзионном ручном формовании?

Усадка спресса является гравитационным изменением формы пластикового шланга, висящего на пресс-форме до ее закрытия. Спресс по своему весу растягивается, и его стенка тоньше в нижней части, удерживая большую часть массы. Вес тяжелых, длинных спрессов, таких как для 20-220-дюймовых бочек и бутылок типа IBC, может составлять несколько килограммов, а длительность их изготовления до 30-90 секунд. В результате растянутый пластик поддерживает свое положение под собственным весом в течение длительного времени. Мелкие бутылки изготавливают за 1-2 секунды, при этом не хватает времени для усадки. Более высокая и тонкая форма большого бочка делает мягкий шланг более предрасположенным к усадке.

Почему глинистые полуформы объемом от 20 л до 220 л проседают сильнее, чем небольшие чаши?

Прекращайте выталкивание в назначенный момент, измерьте длину спресса и диаметр на его верхушечной, средней и нижней части и рассчитайте индекс усадки как отношение разности длин к исходной длине. Измерения с помощью лазерных или визуальных приборов дают точные результаты, а проверка вручную весом позволяет определить распределение массы вдоль всего спресса. Действительным доказательством является карта стенок готового изделия и тест способностью выдержать сдвиг.

Как связится пиковая прочность с распределением молекулярной массы?

Усиление при растяжении плавленного материала наблюдается, когда в смоле присутствует широкое распределение молекулярной массы и высокая хвостовая длина, особенно при большом числе ветвей длинных цепей. По сравнению с сортом с узким распределением молекулярной массы, насыщенный расщепом качественный ПЭВД с широким распределением молекулярной массы менее подвержен убыванию, так как длинные цепи поддерживают высокую экстензионную вязкость даже при растяжении плавленного материала.

Какая марка высокомолекулярного ПЭТБ лучше всего подходит для бочек и ёмкостей типа IBC?

Бимодальная ВМВ-HDPE с MFR около 0,2–0,5 г/10 мин, измеренная при условиях Е (190 °С, 21,6 кг), и плотностью около 0,945–0,955 г/см3 сочетает в себе высокую прочность пластика с хорошей устойчивостью к растрескиванию под воздействием внешних факторов и обрабатываемостью, что делает его эталонным выбором для промышленных емкостей объемом 20–220 л. Для химической сферы предпочтительна вариация с высоким показателем ESR, несмотря на более высокую относительную стоимость материала.

Что такое головка аккумулятора и как она уменьшает усадку?

Текущий патрон накапливает полный заряд расплава в камере и затем выталкивает его через штамп за одно быстрое движение. Объемная проба формируется за несколько секунд, а не за десятки секунд, поэтому гидравлическое падение значительно снижается по сравнению с непрерывным экструзией одной и той же большой детали. Это стандартная архитектура патрона для контейнеров объемом от 20 до 1500 литров.

Сколько точек программирования для машинного травления потребуется для бака объемом 220 л?

220-литровый бак или бутылка IBC помещает 256–512 заданных точек толщины стенок. Меньшие 20-литровые кани нагружают 100–128 точками, в то время как баки 60–120 литров обычно требуют 128–256 точек для равномерного контроля толщины стенок вдоль длинной заготовки.

Как измерять провисание подготовки на производственной линии?

Прекратите экструдирование в заданное время, измерьте длину слойчатого тела и диаметр в верхней, средней и нижней частях и рассчитайте индекс усадки как изменение длины деления на первоначальную длину. Лазерные или визуальные измерители позволяют получать повторяющиеся результаты, в то время как проверка срезом и взвешиванием подтверждает распределение массы вдоль слойчатого тела. Реальное подтверждение достигается путем изготовления карты стенок готовой детали и испытания на удары.

Может ли изменение зонирования температурного режима зажилков привели к провисанию?

Да. В зоне охлаждённого блока залива повышается жесткость расплава и замедляется заполнение, в то время как задняя и адаптерная зоны остаются достаточно тёплыми для равномерного плавления. Сохранение температуры в блоках залива на 5-15 °C ниже температуры коллектора в пределах стабильной зоны 180-220 °C для HDPE — практичный механизм контроля длины, который не требует замедления движения линии.

Влияет ли температура формовки на поползновение парисонов?

Температура формы оказывает влияние после подавления противоидной массы, поэтому она не меняет усадки в процессе экструзии, но определяет скорость упадания плавленной массы после захвата. Более низкая температура формы (примерно от 10 до 25°С в охлаждающей воде) заставляет противоидное тело принимать форму раньше, а также препятствует дальнейшей перераспределению, что косвенно стабилизирует толщину стенок и способствует коррекции, осуществленной на формовочном станке.

Улучшает ли использование переработанного материала или перемолотого сырья свойства сшиваемости раствора?

Переплавленный хлам обычно имеет более низкую молекулярную массу, чем первичный полимер, поэтому высокий коэффициент переплавки снижает степень вытягивания пластика и увеличивает склонность к растрескиванию. Благодаря смешиванию переплавимого хлама с более прочным первичным типом высокая молекулярная масса HMW-HDPE и поддержание доли перерабатываемого материала в приемлемом диапазоне поставщика полимера способствует стабильности эталонного образца. Для больших объемов хлама стабильный исходный продукт от линии моноизмерительной установки поможет сохранить его качество.

Заключение

Выпадение парисона при экструзионном наглухоиспарном литье с большой производительностью – это решаемая физическая проблема, а не тайна. Это зависит от конкуренции между силой тяжести и силой растяжения расплава во время висячания парисона и контролируется короткой четкой цепочкой: выбирайте ЭМВ-поля с широкими пределами и полиэтилен высокой растяжимости; держите температуру формы холоднее температуры усреднения в строго ограниченных пределах; быстро формируйте парисон при помощи головкой накопления; компенсируйте остаток предварительного усадочного влияния программой толщины стенки с 100 по 512 точкам, соответствующей размеру детали; быстро заморозьте форму с помощью хорошо сбалансированного охлаждения формы. Измеряйте индикатор выпадания и карту стенки готового изделия, меняйте одну переменную за раз, и нижняя стенка, которая раньше не выдерживала испытания на падение, станет запланированной, повторяемой характеристикой. Компания «Apollo», завод Wanplas, имеющий более 20-летний опыт изготовления экструзионных линий для наглухоиспарного литья и более 4000 установленных в более чем 90 странах, проектирует свои линейки серии ABLD и головок накопления, учитывая именно эти особенности, поэтому производители баков-драмов, канистр и литражеров могут поддерживать однородность стенки, сокращать отходы и повышать ОПП, не угадывая при этом. Для конкретной программы из 20 л до 220 л начните с сертификата сорта и температуры внутренней стенки формы, а затем завершите работу программированием и охлаждением.


Новости индустрии

Добро пожаловать в нашу фабрику!
Получить цену
Получить цену