Kaip pratęsti plastikinių liejimo formų tarnavimo laiką

Supratimas apie plastikinių formų ilgaamžiškumą ir SPI klasės standartus

SPI 101–105 ciklų trukmės ribos ir realaus naudojimo patvarumo rodikliai

Pagal Plastikos pramonės asociaciją, esama penkių pagrindinių injekcinio formavimo formų tipų, kurie klasifikuojami pagal jų tarnavimo laiką ir medžiagas, iš kurių jos pagamintos. Pirmoji kategorija, žinoma kaip 101 klasė, gali išlaikyti daugiau nei milijoną ciklų dėl tvirtų įrankių plienų, tokių kaip H13 ar S136. Šios formos labai paplitusios masinės gamybos aplinkose, kur reikia ilgą laiką nuosekliai gaminti gaminius, ypač medicinos prietaisuose ir įrenginiuose, kuriuos dabar naudojame. Mažesniu masteliu, 102 klasės formos taip pat tinkamos apie milijonui ciklų, tačiau naudoja šiek tiek mažiau atsparias medžiagas, tokius kaip P20 ar 718 plienas. Gamintojai dažnai pasirenka šias formas automobilių dalių gamybai, nes jos siūlo gerą pusiausvyrą tarp ilgaamžiškumo ir kainos. Toliau einant, 103 klasės formos išlaiko apie pusę milijono ciklų naudodamos medžiagas, tokius kaip NAK80 ar net paprastą minkštą plieną, dažnai naudojamą buitiniuose prietaisuose. Trumpesniems gamybos ciklams, trumpesniems nei 100 tūkst. ciklų, dauguma renkasi 104 klasės formas, pagamintas daugiausia iš aliuminio. Ir galiausiai, tie, kurie išbando naujus dizainus, dažniausiai pradeda nuo 105 klasės prototipų, pagamintų iš minkštesnių metalų ar kompozitinių medžiagų, kurie paprastai išlaiko mažiau nei 500 ciklų, kol reikia pakeisti.

Realiojo pasaulio našumas nuolat yra 15–30 % žemesnis už teorinius SPI rodiklius dėl eksploatacinių kintamųjų: abrazyvūs dervos, tokie kaip stiklu pripildyti polimerai, dėvėjimą pagreitina iki 40 % greičiau nei nepripildytos rūšys, o nestabilus proceso valdymas dar labiau sumažina ilgaamžiškumą.

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos plastikinė injekcinė pelėšlė tarnavimo laikas: dizainas, medžiaga, priežiūra ir proceso valdymas

Keturi tarpusavyje susiję stulpai nulemia funkcinį ilgaamžiškumą, viršijantį SPI klasifikaciją:

• Dizaino optimizavimas , įskaitant konforminį aušinimą ir subalansuotą išstūmimą, sumažina įtempimo koncentracijas, kurios inicijuoja nuovargį.
• Medžiagos pasirinkimas turi atitikti dervos cheminę sudėtį – pavyzdžiui, korozijai atspari S136 būtina PVC, kad būtų išvengta chlorido sukeltos duobėlėjimo.
• Profilaktinė priežiūra , pvz., reguliarus valymas ir tepimas, sustabdo mikroduobėlėjimą, kol jis neprasiskverbia į struktūrinį gedimą.
• Proceso drausmė , ypač užtikrinant lydalio temperatūros palaikymą ±5 °C ribose ir išvengiant nepilno užpildymo, užtikrina nuoseklią apkrovą tonomis ir terminę stabilumą.
  Netinkamai valdomi terminiai ciklai vien tik sudaro 68 % ankstyvų formos gedimų (Plastics Technology, 2023), kas parodo, kaip glaudžiai susijęs parametrų valdymas išsaugo formos vientisumą – net tada, kai medžiagos rūšis atitinka SPI reikalavimus.

Projektavimas ilgalaikiškumui: svarbiausi struktūriniai plastikinių liejimo formų aspektai

Aušinimo, vėdinimo ir išstūmimo sistemų optimizavimas, kad būtų sumažintas terminis ir mechaninis poveikis

Svarbu palaikyti tinkamą temperatūrą, kad ilgiau išlaikyti formos būklę. Kai formos aušinimas yra nelygus, kyla problemų. Pagal praėjusiais metais atliktus polimerų inžinerijos tyrimus, toks nelygus aušinimas sukelia apie pusę visų iškraipymo problemų ir greičiau dėvi tas vietas, kur susikaupia įtampa. Tinkamas aušinimo kanalų projektavimas užtikrina, kad ciklo metu skirtingų formos dalių temperatūros skirtumai būtų vidutiniškai ne didesni nei 5 laipsniai Celsijaus. Tai padeda išvengti mikroskopinių įtrūkimų, atsirandančių dėl per didelio šiluminio svyravimo. Dar vienas svarbus veiksnys – tinkamas vėdinimas. Pagal darbui tinkamai suprojektuotos sistemos, paprastai gilios nuo 0,03 iki 0,05 milimetrų vienam kvadratiniam centimetrui, oro burbuliukai nesusikaupia formoje. Tai sumažina staigius slėgio padidėjimus formos ertmėje iki 30 %, o tai reiškia mažesnę apkrovą branduolio smeigėms. Kai ateina laikas išstumti detalę, subalansuotos išstūmimo plokštės veikia geriau nei tik vienos smeigės. Jos tolygiau paskirsto jėgą visoje gaminamoje dalyje, kas automobilių gamybos sąlygomis buvo parodyta esant beveik 75 % mažesnį įbrėžimų susidarymo lygį.

Vyrų konstrukcija, dalių geometrijos suderinimas ir geriausia įtempimo pasiskirstymo praktika

Vyrų padėtis labai veikia srauto dinamiką ir likutinės įtampos pasiskirstymą. Tab vartai geresni už krašto vartus storų sienų komponentams, sumažindami švirkštinimo sukeltą molekulinį skilimą 22 proc. (Material Science Quarterly, 2024). Geometrinis derinimas atitinka tris pagrindinius principus:

• Išmetimo kampas didesnis kaip 1° 25 mm dalies gylyje, kad būtų pašalintas išmetimo pasipriešinimas
• Mažiausias 0,5 t spindulis (kur t = medžiagos storis) persijungusiose plokštumose, kad būtų sumažintas įtampas
• Vidinio plytelio išlyginimas, patikrintas 0,02 mm nuokrypiui naudojant koordinatinių matavimo įrenginius
  Įtempimo pasiskirstymas yra naudingas topologiškai optimizuotam ribų modeliui, o ne vienodam sienos storumui. Tai perskirsto ciklinę apkrovą nuo didelio nusidėvėjimo zonų, pratęsiant eksploatacijos laiką, viršijant nominalius SPI klasės lyginamųjų verčių.

Strateginis medžiagų pasirinkimas, siekiant pratęsti plastikinių injekcinių pelėsių eksploatavimo laiką

Pagrindinių formos kėlimo plienų (P20, H13, S136, 718, NAK80) palyginimas dėl nusidėvėjimo, korozijos ir terminio nuovargio atsparumo

Plačiai pasirinkta formažemių plieno rūšis labai stipriai veikia jų našumą, eksploatacijos išlaidas ir techninės priežiūros dažnumą. Mažoms serijoms, kurių apimtis siekia maždaug 50 tūkstančių ciklų, biudžeto požiūriu puikiai tinka P20 plienas, nors jis nėra atsparus rūdijimui. Kai darbai susiję su karštųjų kanalų sistemomis arba gamybos poreikiai pasiekia pusę milijono ciklų, dėl savo tvirtumo ir gebėjimo išlaikyti pakartotinį šildymą bei aušimą, pagrindine parinktimi tampa H13. S136 išsiskiria aplinkose, kuriose naudojamos korozines medžiagos, tokios kaip PVC, tačiau geri rezultatai pasiekiami tik esant ypač atidžiam požiūriui į terminio apdorojimo procesus. Aukštesnės klasės variantai, tokie kaip 718 ir NAK80, išlaiko formą net ir aukštoje temperatūroje. Ypač NAK80 iki 300 laipsnių Celsijaus išlaiko tikslumą be papildomų kietinimo procedūrų, todėl puikiai tinka detalėms, reikalaujančioms siaurų tolerancijų. Skirtingi plienai taip pat skirtingai dėvėjasi priklausomai nuo naudojimo vietos. S136 geriau atlaiko vartelių zonas, kur vyksta medžiagos kirpimas, tuo tarpu H13 ilgiau tarnauja kanaluose, kuriuos nuolat veikia terminės apkrovos. Svarbu ir šilumos perdavimo greitis. H13 šilumą atskiria apie 30 procentų greičiau nei P20, leisdamas trumpesnius ciklus, bet reikalaudamas tikslingesnio temperatūros valdymo visame procese.

Atitinkamo formos medžiagos parinkimas atsižvelgiant į dervos tipą, priedus ir gamybos aplinką (pvz., PVC, stiklo užpildu, didelio drėgnumo)

Tinkamų plieno savybių pritaikymas konkrečioms apdorojimo sąlygoms padeda išvengti nereikalingo medžiagų gedimo gamybos metu. Dirbant su stiklu pripildytais polimerais, būtinas kietinamas plienas. Pavyzdžiui, 718 rūšis tarnauja apie 40 % ilgiau nei standartinis P20 plienas, tvarkant abrazyvines medžiagas, o tai laikui bėgant daro didelį skirtumą. Agresyviems dervoms, tokioms kaip PVC, būtinai reikia nerūdijančio plieno variantų, pvz., S136, kad atlaikytų įskilimus ir oksidaciją. Net tada, kai korozija nėra pagrindinė problema, gamybos patalpų drėgmė vis tiek reikalauja korozijai atsparių rūšių. Nors paviršiaus apdaila gali padėti šiuo atžvilgiu, ilgainiui ji dažnai padidina techninės priežiūros išlaidas. Puspriimaišėms dervoms, tokioms kaip polipropilenas, geriausiai tinka berilio neturintys vario lydiniai formos aušinimo kanaluose, tačiau amorfinėms medžiagoms, tokioms kaip ABS, nieko tokio sudėtingo nereikia. Ugniai atsparūs priedai sukelia dar vieną iššūkį, kadangi dažnai jie turi sieros junginių, kurie sukelia įtempimo korozinio skilimo problemas. Šią problemą efektyviai spręsti paprastai reikia nikeliu pagrįstų lydinių. Atsižvelgiant į gamybos apimtis, taip pat keičiasi tai, kas yra finansiškai naudinga. Paprastas P20 plienas tinka prototipų gamybai, tačiau kalbant apie formas, kurios tarnaus daugiau nei pusę milijono ciklų, papildomos išlaidos aukštos kokybės įrankių plienui, pvz., S7, tampa vertingos nepaisant pradinės kainos.

Profilaktinės priežiūros protokolai, užtikrinantys maksimalų plastikinių liejimo formų veikimą

Būtinos kasdienės, kas savaitę ir kas ketvirtį atliekamos priežiūros užduotys, užtikrinančios ilgą plastikinių liejimo formų tarnavimo laiką

Tinkamas techninės priežiūros planas iš tiesų gali padaryti taip, kad formos tarnautų nuo 30 iki net 50 procentų ilgiau, nei tada, kai tiesiog taisome dalykus, kai tik atsiranda problemų. Formų tikrinimas kasdien padeda laiku pastebėti problemas, pavyzdžiui, erzinančius mažus įbrėžimus ar atspalvius, susidarančius paviršiuje. Kartą per savaitę būtina išvalyti visą tvirtai įsikibusį dėvį aplink ventiliacijos angas, aušinimo kanalus ir judančias dalis. Tam naudojame švelnius valiklius, nes agresyvūs priemonės pažeidžia ventiliacijos angas ir sutrikdo šilumos perdavimą per formą. Kas tris mėnesius ar apie tai, išardžius viską, galima tinkamai patikrinti matmenis, išpoliruoti paviršius pagal specifikacijas ir pakeisti greitai nusidėvinčias dalis, tokias kaip seni išstūmimo strypeliai, kurie labai apkraunami. Gamintojai, kurie laikosi tokios rutinos, pagal Tier-1 susitarimo gamintojų pramonės standartus, mato, kad jų netikėtos sustojimo trukmės sumažėja apie 42 %. Iš tiesų tai logiška, nes niekas nenori, kad gamyba nutrūktų būtent blogiausiu metu.

Aukščiausios kategorijos sutartinėje gamyboje patvirtinti tepimo grafikai, valymo metodai ir apžiūros kontroliniai sąrašai

Tepant vedančiuosius stiebus ir slydimo branduolius kas 5 000–8 000 ciklų, išvengiama metalo į metalą trinties. Pramonės patvirtinimas rodo, kad tinkamas tepimas sumažina brūkšnio susidėvėjimo gedimus 68 %. Ultragarso valymas patikimai pašalina submikronines daleles iš tekstūruotų paviršių, kurių suspaustas oras nepasiekia. Patvirtinti apžiūros protokolai apima:

• Aušinimo kanalų srauto greičio tikrinimą (±5 % nuokrypio riba)
• Kamerų ir korozijos žemėlapį, gautą naudojant endoskopinę vaizdų kamerą
• Išstūmimo plokštės tiesinimo tikrinimą, naudojant 0,02 mm tikslumo kalibravimo priemones
  Visiškai integruoti šie protokolai leidžia SPI 104 klasės aliumininiams formoms pasiekti daugiau nei 500 000 ciklų net su abrazyviais stiklu pripildytais polimeriniais mišiniais.

Proceso parametrų optimizavimas plastikinių liejimo formų nusidėvėjimui mažinti

Šiluminis valdymas: lydalio temperatūros, formos paviršiaus temperatūros ir ciklo sukeltos nuovargio kontrolė

Teisingai sureguliavus temperatūros valdymą, pasiekiama didelė skirtumas dėl to, kiek ilgai išlaikys formos. Palaikant lydytos masės temperatūrą arti reikiamos medžiagoms, paprastai ±5 laipsnių Celsijaus ribose, sustabdomi erzinantys klampumo pokyčiai, kurie ilgainiui labai pažeidžia liejimo kanalus ir tekėjimus. Svarbi taip pat aušinimo sistemos konstrukcija. Kai forma tolygiai aušinama visoje paviršiaus ploto, procesas vyksta sklandžiau. Netolygus aušinimas atsakingas už maždaug trečdalį ankstyvų formų sugedimų, teigia žurnalas „Plastics Technology“ praėjusiais metais. Ciklų metu stebėti temperatūros pokyčius leidžiantys sistemos padeda aptikti problemas anksčiau, nei jos pakankamai pablogėtų ir pažeistų plieną. Ir pažvelkite į skaičius: formos, veikiančios stabiliomis termoinėmis sąlygomis, paprastai reikalauja remonto apie 40 % rečiau nei tos, kuriose netaikomas tinkamas temperatūros valdymas.

Paleidimo/išjungimo protokolai ir spaudo jėgos kalibravimas mikroįtrūkimams ir sukibimui prevencijuoti

Palaipsniui paleidžiant mašinas, per apie 15 ciklų palaipsniui didinant darbo temperatūrą, galima išvengti šiluminio smūgio, kuris gali sukelti vargančius mikroįtrūkimus medžiagose. Nutraukiant įrangos darbą, svarbu tinkamai išvalyti sistemas ir leisti valdomai aušti, kad likusi derva nekauptųsi ir nepradėtų korozijos, kai viskas būna neveiksnus laikotarpį. Taip pat labai svarbu teisingai nustatyti spaudo tonąžą. Slėgis turi išlikti viduje maždaug 5 % nuo to, ko tiksliai reikalauja konkreti derva. Net jei slėgis bus šiek tiek neteisingas, jau pradedame matyti problemas, tokias kaip maži lūžiai, atsirandantys dėl lenkimo, ar erzinantis nusidėvėjimas dalijimosi linijose. Šios automatinės jutikliai, kurie tikrina tonąžą prieš paleidžiant didelius partijas, yra labai naudingi, nes aptinka menkus lygiavimo defektus, kurių niekas nepastebėtų kasdieninėse patikrose, tačiau ilgainiui jie gali sukelti didesnius įtrūkimus. Pramonės duomenys rodo, kad apie vienas iš keturių netikėtų formų gedimų tiesiogiai susiję su netinkamomis spaudo jėgomis, taikytomis gamybos metu.

DUK

Kas yra SPI klasė ir ciklų trukmė?

SPI klasė reiškia Plastikos pramonės draugijos (Society of the Plastics Industry) nustatytą klasifikaciją, nurodančią formos eksploatavimo trukmę ir naudojamą medžiagą liejimo formose. Ciklų trukmė – tai apytikslis kartų skaičius, kiek kartų forma gali būti naudojama iki pakeitimo.

Kodėl medžiagos pasirinkimas svarbus formos ilgaamžiškumui?

Medžiagos pasirinkimas yra svarbus, nes ji turi atitikti naudojamą polimerą ir priedus gamyboje, kad būtų išvengta korozijos, nusidėvėjimo ir terminio nuovargio.

Kaip profilaktinė priežiūra pailgina formos tarnavimo laiką?

Profilaktinė priežiūra, įskaitant reguliarų valymą, tepimą ir apžiūras, padeda laiku nustatyti ir išspręsti problemas, kol jos nelemtų rimtų formos gedimų.

Kokie veiksniai įtakoja plastikinių liejimo formų tarnavimo laiką?

Projektavimo optimizavimas, medžiagos pasirinkimas, profilaktinė priežiūra ir procesų valdymas yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos formos tarnavimo laikui.