CS262521B1

CS262521B1 - Způsob výroby výstřiků s definovanou kvalitou

Info

Publication number: CS262521B1
Application number: CS875348A
Authority: CS
Inventors: Emil Ing Neuhausl; Lubomir Ing Zeman; Jaromir Ing Linhart; Jindrich Ing Pavlicek; Michal Ing Brummel
Original assignee: Neuhausl Emil; Zeman Lubomir; Jaromir Ing Linhart; Pavlicek Jindrich; Brummel Michal
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1987-07-14
Publication date: 1989-03-14
Also published as: CS534887A1

Abstract

Způsob výroby výstřiků s definovanou kvalitou, který využívá sledování vybraných ukazatelů stavu a vlastností vý střiků v neustáleném stavu, tj. v časovém intervalu 1 až 1 000 s po vyhození vý střiků. Hodnoty zjištěné v neustáleném stavu se převedou na izotermní vztažné hodnoty a porovnají s hodnotami požadovanými. V případě rozdílu těchto dvou úrovni se automaticky podle funkčních závislostí sledovaných ukazatelů kvality na technologických parametrech výroby přestaví technologické podmínky vstřikováni. K nastavení optimálního technologického režimu se použijí korelační vztahy · mezi ukazateli stavu a vlastností výstřiků a technologickými parametry vstřikování.

Description

Vynález se týká způsobu výroby výstřiků s definovanou kvalitou. V současné době se výroba plastových výstřiků s definovanou kvalitou zajišťuje pomoci řídicích systémů umožňujících dodrženi reprodukovatelnosti rozhodujících technologických parametrů, přičemž jejich nastavení se provádí převážně na základě empirických poznatků. Nejvýhodnější systémy vycházejí bud ze znalosti termodynamických veličin vstřikované taveniny, případně z ukazatele hmotnosti, který citlivě reaguje zejména na parametry dotlakové fáze vstřikovacího cyklu. Tyto ukazatelé mají však vztah pouze k reprodukovatelnosti naplněni tvarové dutiny formy a nepostihují výsledný vztah výstřiků po jeho vyhození z formy, např. z hlediska stavu napjatosti nebo velikosti orientace.

Jednotlivé metody stanovení stavu výstřiků jsou vesměs známy, v převážné míře se jich ale používá ke statistickému vyhodnocení stavu výstřiků, a to v takovém časovém odstupu, který zaručuje, že stav výstřiků je dále neměnný, tj. nejméně po 24 hodinách od jejich výroby. Vzhledem k neúnosně dlouhé časové prodlevě, vysoké pracnosti i náročnému přístrojovému vybavení nejsou tyto metody pro přímé řízení kvality výroby použitelné.

Navrhovaný způsob výroby výstřiků s definovanou kvalitou spočívá v automatickém sledování vybraných ukazatelů stavu a vlastností výstřiků zejména nedestruktivními metodami v době 1 až 1 000 sekund po vyhození výstřiků z formy, tedy v neustáleném stavu a následném porovnání naměřených hodnot, převedených na vztažné Izotermní podmínky, se zadanými hodnotami a jejich přípustnými tolerančními mezemi. V případě překročení zadaných tolerančních mezí kvalitativních ukazatelů se automaticky podle funkčních závislostí sledovaných ukazatelů kvality na technologických parametrech výroby přestaví technologické podmínky vstřikování.

Pro nastavení optimálního technologického režimu, odpovídajícímu definované kvalitě výstřiků, se použije korelačních vztahů mezi nejméně jedním ze skupiny ukazatelů stavu a vlastností výstřiků, tvořené zejména hmotností, jedním nebo více rozměry, jakostí povrchu vyjádřenou odrazlvostí světla, stupněm optické izotropie charakterizovaným velikostí dvoj lomu kruhově polarizovaného světla, případně vlastnostmi zjištěnými rentgenograficky, ultrazvukově, akustickou emisí atd. a mezi nejméně jedním technologickým parametrem vstřikování, vybraným ze skupiny tvořené teplotou taveniny, teplotou formy, vstřikovací rychlostí, vstřikovacím tlakem, úrovní dotlaku, dobou dotlaku, časem přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak, dobou ochlazování, kroutícím momentem šneku, odporem na šneku a otáčkami šneku, resp. časovými průběhy uvedených parametrů.

Nový způsob výroby výstřiků s definovanou kvalitou podle vynálezu tedy spočívá v rychlém zjišťování dostatečného souboru ukazatelů, jež reprezentují okamžitý stav výstřiků bezprostředně po vyhození z formy a ve znalosti časového vývoje jednotlivých ukazatelů kvality v důsledku relaxačních jevů až do ustáleného stavu. Naměřené okamžité hodnoty sledovaných vlastností a jejich případné odchylky od hodnot, definujících kvalitu, jsou souvztažné s kvalitou výstřiků v ustáleném stavu a mohou být proto přímo použity pro řízení a optimalizaci procesu vstřikování.

Zařízení na výrobu výstřiků s definovanou kvalitou se skládá ze vstřikovacího stroje, osazeného vhodným typem řídicích hydraulických prvků, např. proporcionálních, digitálních; mikroprocesorového řídicího systému stroje, řídicího počítače, přístroje pro vyhodnocováni stavu a vlastností výstřiků a manipulátoru nebo robotu pro manipulaci s výstřikem.

Jak vyplývá z popisu způsobu, není nutná vždy plná sestava k zajištění výroby výstřiků s definovanou kvalitou, přičemž ze soustavy je možno v některých případech (použití zařízení staršího data výroby) vyřadit robot čl manipulátor, event. řídicí počítač.

Vlastní provádění způsobu výroby dle vynálezu spočívá v automatickém sledování a měření souboru ukazatelů stavu a vlastností výstřiků ihned po jeho vyjmutí z formy, přičemž se zaznamenává čas uplynulý od otevření formy. Doba měření souboru ukazatelů je dána složitosti výstřiku a technickými možnostmi měřicího systému a pohybuje se od zlomku pracovního cyklu vstřikovacího stroje přes celý cyklus až po několik vstřikovacích cyklů.

Nový účinek navrhovaného způsobu výroby výstřiku s definovanou kvalitou spočívá v tom, že obraz o skutečné kvalitě výstřiku v ustáleném stavu se odvozuje z hodnot souboru ukazatelů naměřených bezprostředně po vyjmutí výstřiku z formy a získávají se tak hodnoty odchylky od požadované hodnoty již v době, ve které lze ještě provést účinný zásah do nastavených technologických parametrů.

Pro účely výroby výstřiků s definovanou kvalitou se s výhodou použije soustava sestávající ze vstřikovacího stroje, řídicí jednotky, manipulátoru, přístroje pro vyhodnocování stavu a vlastností výstřiku a počítače.

V prvém kroku je výstřik z plastu obvykle pomocí manipulátoru vyjmut z formy a umístěn na váhy, kde je stanovena jeho hmotnost jako veličina časově nezávislá. Pro ostatní měření je výstřik zafixován do předem určené polohy a z předem stanovených oblastí jsou snímány údaje, sloužící ke stanovení velikosti dvojlomu, lesku a rozměrů, tedy veličin časově a teplotně závislých. Zároveň je z předem určených oblastí bezkontaktně snímána povrchová teplota. Odaje, popisující jednotlivé ukazatele, jsou získány ve formě elektrických signálů analogových i číslicových, které lze dále zpracovávat pomocí počítače. V jeho paměti jsou uloženy časové i teplotní závislosti naměřených vlastností a jejich vztahy k regulovaným parametrům, zejména k teplotě taveniny, teplotě formy, vstřikovací rychlosti, vstřikovacímu tlaku, dotlaku, době dotlaku a době ochlazování a způsobu přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak.

V okamžiku měření, tj. ve změřeném čase od vyjmutí výstřiku z formy, se výstřik nachází v nerovnovážném stavu, avšak při znalosti obecných funkčních závislostí naměřených ukazatelů stavu a vlastností na čase a teplotě výstřiku lze předpovědět hodnoty těchto ukazatelův ustáleném stavu, tj. za izotermních a izochronních vztažných podmínek. Hodnot celého souboru nebo výběru jednoho či více ukazatelů, naměřených v nejkratší možné době po vyjmutí výstřiku z formy, je tudíž možné využít k rozhodnutí, zda právě nastavené technologické parametry povedou k výrobě výstřiku s požadovanými vlastnostmi v neustáleném stavu, nebo zda je žádoucí technologické parametry v dalším chodu výroby změnit, aby se odchylka od požadovaných vlastností snížila. V případě, že hodnota některého ukazatele výstřiku překročila povolenou toleranci, provede počítač korekci technologických parametrů pomocí předem stanovených vztahů.

Příklad 1

Při vstřikování přesných ozubených kol z polyacetalového kopolymeru o tloušťce věnce 10 mm se jako rozhodující ukazatel jakosti sleduje jmenovitý rozměr R průměr hlavové kružnice. Je předepsán hodnotou 126,0 mm, měřenou 24 hodiny po vystříknutí, což odpovídá hodnotě 128,2 *?'? v čase t - 30 s po vyhození výstřiku. Ozubené kolo je vstřikováno s dotlakem P_d « 60 MPa a doba dotlaku 35 s.

Ukazatel sledované vlastnosti výstřiku ozubeného kola, tj. rozměr R, je u semikrystalického polyacetalu výrazně závislý na velikosti dotlaku, době dotlaku a teplotě formy. Protože teplota formy ovlivňuje velikost rozměru tím, že ovlivňuje obsah krystalického podílu, tudíž nepřímo, použijeme pro korekci případných odchylek od průměru hlavové kružnice změnu dotlaku, event. doby jeho působení.

V paměti počítače jsou uloženy funkční závislosti rozměru R změřeného v neustáleném stavu na dotlaku p_d a době dotlaku ve tvaru R » R (p_fl, tj) a počítač z nich řešením určí následující závislosti:

R 0,045 p_d + 125,48 pro dobu dotlaku t_fl » 35 s, (1)

R - l,834i^l 46.10^-4td + 3,4.10^-2td + 127,79 pro p_d - 60 MPa. (2)

V průběhu vstřikovacího procesu je automaticky sledován průměr hlavové kružnice v čase 30 s po vyhození výstřiku z tvářecí dutiny formy. Změřená hodnota rozměru R v neustáleném stavu se podle v paměti uložené teplotně-časové závislosti rozměru převede na vztažné izotermní podmínky a následně porovná s požadovanou jmenovitou hodnotou, včetně její dovolené tolerance. V případě, že změřená hodnota rozměru, převedená na vztažné izotermní podmínky, neodpovídá hodnotě jmenovité (včetně tolerance), je proveden regulační zásah podle modelu uvedeného v rovnicích (1) a (2), přičemž výsledkem zásahu je návrat do stanoveného tolerančního pásma rozměru R.

V našem případě např. při automatické kontrole i-tého výstřiku byla zjištěna hodnota rozměru v neustáleném stavu 128 mm. Po přepočtení na vztažné podmínky vychází hodnota rozměru v ustáleném stavu 125,8 mm, což je hodnota ležící mimo požadovaný rozměr, včetně jeho tolerance.

Proto řídicí systém vstřikovacího stroje provede na základě uvedeného matematického modelu regulační zásah podle rovnic (1) a (2), přičemž výsledkem řešení jsou přírůstky dotisku a doby dotlaku. Pro uvedený model jsou to hodnoty dotlaku p_d = +1 MPa, doby dotlaku t_d - +5 s.

Příklad 2

Při vstřikování tenkostěnného krytu koncového světla ze styrénakrylového kopolymerů SAN je požadavek jakosti přesnost vyjádřená tolerancí funkčního rozměru R = 100 - 0,1 mm, hmotnost M vyjádřená hodnotou 76 - 0,2 g, povrchový lesk G vyjádřený hodnotou relativní odrazivosti 80 - 5 I a izotropie vnitřního stavu vyjádřená hodnotou dvojlomu n = (5 - 0,3).10^-

Pro citované ukazatele stavu a vlastností výstřiku jsou v paměti počítače uloženy následující funkční vztahy mezi vlastnostmi výstřiku a technologickými parametry vstřikováni:

R = f	<Pď	t_d>	/mm/		/MPa, s/	(1)
M = f	*Pď	td»	/g/		/MPa, s/	(2)
G = f	^(vs'	^TF>	/»/		/cm.s^-»·, °C/	(3)
n = f	<^vs'	^TT>	/-/		/cm.s^-1, °C/	(4)
Hodnoty rozměru doby dotlaku t^	R a hmotnosti M až do maximální	téměř doby	lineárně vzrůstají dotlaku _{t(J max}, při	s rostoucí : niž dochází

Lesk vyjádřený relativní odrazivostí G se zvyšuje s rostoucí rychlosti vstřikování v a s roθ s stoucí teplotu formy Τ_ρ, jejíž maximum pro zpracovávaný kopolymer SAN je 70 C. Stupeň izotropie související s molekulární orientací je charakterizován hodnotou dvojlomu Δ n, která je ovlivňována teplotou taveniny a rychlostí vstřikování v_g. Hodnota dvojlomu se snižuje s rostoucí teplotou taveniny až do T^, _maxi která závisí na teplotní stabilitě taveniny zpra covávaného polymeru. Pro náš příklad a kopolymer SAN je to 250 °C. Hodnota dvojlomu se snižuje také se zvyšující se rychlostí v_g a od v_g = 10 cm.s se dále prakticky nemění.

Počítač řešením jednotlivých rovnic (1), (2), (3) a (4) získá soustavu nových rovnic ve tvaru:

R	=	f	^<pd>	pro	td	=	konst.,	(5)
R	.=	f	<t_d»	pro	Pd	=	konst.,	(6)
M	=	f	<Pd>	pro	td	s	konst.,	(7)
M		f	^(td>	pro	Pd	=	konst.,	(8)
G	=	f	<^vs>	pro	^TF	s	konst.,	(9)
G	ZE	f	<t_f)	pro	^vs	s	konst.,	(10)
n	-	f	^(Vs’	pro	^TT	-	konst.,	(11)
n	E3	f	<T_T)	pro	^V8	K	konst.,	(12)

které představují výchozí matematický model pro řešení konkrétního zadání.

Pro použitý vstřikovací stroj CS 371/160 a formu, resp. tvar výstříku, jsou s ohledem na reologická data zpracovávané taveniny a její teplotní stabilitu a velikost uzavírací a vstřikovací síly stroje předem stanoveny limitní hodnoty zpětnovazebně řízených technologických parametrů:

	dotlak	^pd ^<	40	a£	90	>	/MPa/,
doba dotlaku	*d<	5	až	20	>	/s/.
vstřik.	rychlost	^vs <	1	až	10	>	/cm.s
teplota	formy	T„ ^ť	30	aŽ	70	?	/°C/,
teplota	taveniny	T_T < 200	až	250	>	/°C/.

Po ustálení technologického režimu vstřikování krytu koncového světla z kopolymerů SAN se automaticky změří všechny ukazatele stavu a vlastností, tj. hmotnost M, rozměr R, lesk G a dvoj lom Δη. Zároveň se změří teplota výstřiku pro převod naměřených hodnot na izotermní podmínky.

V případě, vstřikování bez že všechny změřené ukazatele jsou v předepsaných tolerancích, pokračuje zásahu do technologických parametrů.

V případě, že jeden nebo více ukazatelů není v požadované toleranci, dostává řídicí jednotka vstřikovacího stroje pokyn ke změně jednoho, dvou nebo všech technologických parametrů podle matematického modelu popsaného rovnicemi (5) až (12).

Claims

PŘEDMĚT VYNALEZU

Způsob výroby výstřikú z plastů s definovanou kvalitou, využívající sledování vybraných ukazatelů stavu a vlastností výstřikú vyznačující se tím, že po vyhození výstřiku z formy se v časovém úseku 1 až 1 000 sekund měří hodnoty ukazatelů stavu a vlastností výstřiku ze skupiny, která obsahuje alespoň jeden ukazatel, jako je hmotnost, jeden nebo více rozměrů, jakost povrchu vyjádřená odrazivostí světla, stupeň optické izotropie charakterizovaný velikosti dvoj lomu kruhově polarizovaného světla a naměřené hodnoty se převedou podle teplotně-časových závislostí uvedených ukazatelů stavu a vlastností výstřikú na vztažné izotermní podmínky a takto získané hodnoty se porovnají s hodnotami požadovanými a při překročeni zadaných tolerancí požadovaných hodnot se na základě funkčních závislostí mezi ukazateli stavu a vlastnostmi výstřiku a nejméně jedním technologickým parametrem vstřikování ze skupiny, tvořené teplotou taveniny, teplotou formy, vstřikovací rychlostí, vstřikovacím tlakem, úrovní dotlaku, dobou dotlaku, bodem přepnuti ze vstřikovacího tlaku na dotlak, dobou ochlazováni, kroutícím momentem na šneku, protítlakem, otáčkami šneku, resp. časovými průběhy uvedených parametrů, provede regulační zásah do podmínek vstřikování.