plastik-ambalaj.com

Silikon enjeksiyonunda devrim

Yüksek Kalite ve Hammadde Tasarrufu Yapmanıza Hiçbirşey ‘’ENGEL’’ Değil

“X makinesindeki yastıklama ne kadar dengelidir? Y makinesindeki pik enjeksiyon basınç değeri dalgalanması nasıldır?”- plastik enjeksiyon makinesi üreticileri sıklıkla bu tip sorularla karşı karşıya gelmektedir. Ancak bu değerler makineden daha ziyade prosesin sınır koşullarına (malzeme, kalıp, ayar parametreleri vb) bağlı olduğundan, genelleyici bir yanıt vermek çok zordur. Bu nedenle ilk olarak neden plastik enjeksiyon makinesinin tekrarlanabilir hareket sıralamalarının sabit kalitede kalıplanmış parça anlamına gelmesi gerekmediğini düşünmek önemlidir.

Hassas hareketler kaliteyi garanti etmemektedir

Aşağıdaki örnekte likit silikon kauçuk bileşeni (50 Shore A sertliğinde LSR) komple elektrikli ENGEL e-motion 310/100 plastik enjeksiyon makinesinde çok düşük art basınçla  test amaçlı olarak üretilmiştir.

Motorlara entegre edilmiş limit sensörleri çok yüksek konumlama doğruluğunu garanti etmekte, bu sayede vidanın (burgunun) başlangıç pozisyonu ±10 µm ve son pozisyonu sadece ±3 µm içerisinde tekrar edilebilmektedir. Bu değerler, burada kullanılan 30 mm çapındaki vidayla birleşerek, azami yaklaşık 0.018 cm³ hacim dalgalanmasına neden olmakta ve silikon için 0,019 g ağırlık dalgalanması anlamına gelmektedir. Ancak ölçülen enjeksiyon ağırlık dalgalanması 0,102 g, yani vidanın küçük konum sapmalarıyla açıklanabilecek miktarın 5 katıydı (şekil 1). O zaman son derece hassas hareket sıralaması olmasına rağmen malzeme hacmi neden dalgalanmaktadır?

Dalgalanmaların temel sebepleri: malzeme hacmi ve viskozite

İlk şüphelenilen şey kilitlemeli meme kapama davranışıdır. Birçok durumda peşinen bu hükme varılmaktadır. LSR dozajlama sistemi sabit besleme basıncı sağlamamaktadır. Dozajlama pompaları itmeden çekmeye veya çekmeden itmeye her geçtiklerinde vida ağzındaki besleme basıncının düşmesine neden olmaktadır. Dozajlama sistemindeki dalgalanmalar veya sızıntı kaybı meydana gelmesinden bağımsız olarak, kapama cihazının kapanması esnasında etki her iki durumda aynıdır; spesifik enjeksiyon basıncı enjeksiyon esnasında kaymaktadır. Şekil 2a’daki iki eğri yukarıda bahsedilen testteki en ağır ve en hafif parçaların basınç eğrisidir. Hacim dalgalanmaları burada basınç özelliklerinin x eksenine doğru kaydığı açık şekilde görülmektedir.

Proses sapmalarına ikinci büyük etkiyi, temelde, örneğin konteynır değiştirirken meydana gelen parti dalgalanmalarından kaynaklanan malzeme viskozitesi sebep olmaktadır. Kalıbı doldurmak için gerekli olan basınç daima malzeme viskozitesiyle doğru orantılıdır. Eğer viskozite artarsa, enjeksiyon basıncı daha dik şekilde artar (şekil 2b)

Değişim seçenekleri 

Pozisyon-tahrikli değişim durumunda, proses malzeme hacmindeki dalgalanmalara karşı nispeten daha hassastır. Sabit bir pozisyonda geçiş yapmak, aslına bakılacak olursa sadece sabit malzeme hacmi için, yani her zaman aynı malzeme akış hacmine sahip olmanız ve kilitlemeli meme de  herhangi bir sızıntı olmadığı zamanlarda iyi sonuçlar verir.  Ne yazık ki üretimde bu durum nadiren görülmektedir.

Basınç-tahrikli değişim geçici düzeltme sağlamakta olup; daha fazla eriyik hacminden dolayı basıncın artması halinde, konfigüre edilmiş olan değişim basıncına da daha erken ulaşılacaktır. Bu nedenle doldurma seviyesindeki dalgalanmalardan kaçınılmalıdır. Bununla birlikte, bu durum ancak malzeme viskozitesinin sabit kaldığı durumlarda tatmin edici sonuçlar sağlamaktadır. Viskozitenin artması halinde, önceden tanımlı sistem değişikliği basıncına çok erken ulaşılmakta olup, eriyik yüzeyi bu noktada istenilen doldurma seviyesine ulaşamamakta ve kalıplanan parçada dalgalanmalara yol açmaktadır. 

Esas problemi viskozite dalgalanmalarıyla yaşamanız halinde, konuma–bağlı değişim tercih edilebilir- en azından teorik olarak- . Basınç eğrisinden bağımsız olarak daima sabit hacim enjekte edilir, eğer daha önce bahsedilen hacim dalgalanmaları olmasaydı. 

Özetlemek gerekirse; eğer sadece hacim dalgalanmaları meydana geliyorsa, basınca dayalı değişim uygundur. Eğer sadece viskozite dalgalanması oluyorsa, pozisyon-tahrikli değişim en iyi seçimdir. Plastik enjeksiyoncu için ikilem gerçek üretim koşullarında yani her iki tip dalgalanmanın birlikte görüldüğü durumda ortaya çıkmaktadır. Hangi değişim tipini seçerseniz seçin, istenilen sonuca ulaşılamaması muhtemeldir.

Yeni bir çözüm: iQ ağırlık kontrolü

Basınca mı yoksa pozisyona mı dayalı değişim seçmek daha iyidir ? Plastik enjeksiyoncuların yıllarca sormakta olduğu soru budur. Ancak gerçekte yapmak istedikleri şey belirli bir boşluk doldurma seviyesine ulaştıktan sonra değişim yapmaktır. Ve bu ve daha fazlası ENGEL tarafından geliştirilmiş bir proses kontrol metodu olan iQ ağırlık kontrolünün artık tam olarak yapabildiği şeydir.

ENGEL plastik enjeksiyon makineleri üzerinde bulunan CC 200 kontrol ünitesine mevcut olan yazılım enjeksiyon prosesi esnasında vida konumunun üzerinde kalan anlık basınç profilini gerçek zamanlı olarak analiz etmekte ve ölçülen değerleri referans çevrimin özellikleriyle karşılaştırmaktadır. 

Algoritma üç tip sapmayı birbirinden ayırmaktadır:

1. Basınç eğrisinin x yönünde yer değiştirmesi (Şekil. 2a)

2. Basınç artışı dikliğindeki değişim (Şekil 2b) 

3. 1. veya 2. şıkla açıklanamayan sapmalar

Bu sapmaları temel alarak üç adet yeni, tamamen güvenilebilir, anahtar proses belirteci hesaplanmaktadır:

1. Enjeksiyon hacmi: Eriyik hacmi dalgalanmasını dikkate alarak gerçekte enjekte edilen malzeme hacmiyle ilgili döküm hazırlar.

2. Viskozite değişimi: Parti veya sıcaklık dalgalanmalarının yol açtığı malzeme viskozitesi değişimlerine tepki verir.

3. Eşleştirme basıncı eğrisi: Bu size basınç eğrisinin referans çevrimle karşılaştırıldığında ana değişiklikleri gösterip göstermediğini anlatmaktadır (örneğin: vulkanize edilmiş fiş, tıkanmış boşluk(lar) vb)

Bu anahtar belirteçler başlangıçta enjeksiyon prosesinin kapsamlı olarak izlenmesi ve hata halinde uygun eylemleri başlatılması için kullanılabilmektedir. Ancak yukarıdakilerden daha önemli olarak tanımlanan sapmaların telafi edilmesi seçeneğini sunmaktadır. Konum veya basınç tahrikli değişimden hangisini seçmiş olduğunuzdan bağımsız olarak enjeksiyon profili ve değişim zamanı doldurma eylemi esnasında art basınca geçiş ile enjeksiyon sonrası basınç referans çevrimle aynı doldurma seviyesinde ve hacim akışında olduğunda gerçekleşir.Bu şekilde art basınç başlangıcında  enjeksiyon sonrası safha için başlangıç koşullarından sadece minimal sapmalar gözlenmekte, prosesin tekrar edilebilirliği ve bileşen ağırlığı ciddi oranda iyileşmektedir.

Örneğin daha önce bahsedilen LSR bileşeninin üretiminde iQ ağırlık kontrollünü etkinleştirmeniz halinde, Şekil 3’te belirtilen konum ve ağırlık değerleri elde edilmektedir. Şuan vidanın pozisyonunu bilinçli olarak değiştirmek gerektiğinden, doğal olarak proses kontrolü olmaksızın testte olduğundan çok farklı olacaktır (Şekil 1). Daha önce bahsedildiği üzere vida konumlamasının yüksek hassasiyetle yapılması, değişim pozisyonun bilinçli olarak değiştirilmesi suretiyle arzu edilen telafinin tam olarak elde edilmesi için gereklidir. Bu sonuçlar her şeyi açıklamaktadır: üretim parçalarının ağırlık dalgalanmaları 0,102 g’dan 0,008 g’a düşürülmüştür.

Sonuçlar

Sabit ürün kalitesini sağlamak için hassas makine hareketleri gerekli ancak yeterli değildir. Sıklıkla kullanılan vida konumlarının tek tek izlenmesi yöntemi üretilen parçanın kalitesi hakkında sadece sınırlı derecede bilgi sağlayabilmektedir. Dalgalı bir yastıklama aynı zamanda enjeksiyon esnasında meydana gelen dalgalanmaların art basınç aşamasında da telafi edilebileceği anlamına gelmektedir.

iQ ağırlık kontrolünün yeni bir yaklaşım sunmasının nedeni budur: özellikle güvenilebilir proses parametreleri vida konumundan ve enjeksiyon basıncından türetilmektedir. Fiziksel makine değerlerinin izlenmesinden uzaklaşıp ve asıl ilgilendiğimiz prosesin içine ve bununla ilgili üretilmiş parça kalitesine daha fazla yakınlaşılır. Prosesin içinden alınan parametrelere dayanılarak ürün kalite sapmaları kısa ve uzun vadede otomatik olarak telafi edilebilmekte, bu sayede tekrarlanabilirlik kalıcı şekilde arttırılmaktadır. Bu nedenle ortam ve malzeme koşullarındaki değişikliklerden dolayı ayarların sıklıkla düzenlenmesi artık geçmişte kalmıştır. Ana parçanın otomatik işlevselliği sayesinde kontroller daha da kolaylaşmıştır.

K 2013’de iQ ağırlık kontrolü

ENGEL; IQ ağırlık kontrollü 200H/80W/120 ton kombi plastik enjeksiyon makinesinde akış ölçümü için entegre keçeli sensör muhafazalar üretimini Ekim ayında Duesseldorf, Almanya’daki K 2013’te sergileyecektir.

Çevirim ağırlığı (shot weight)

iQ ağırlık kontrolsüz

iQ ağırlık kontrollü

Yeni geliştirilen proses kontrolleri plastik enjeksiyonla üretilmiş parçaların- 50ShA LSR’den mamul LSR bileşeni örneğinde olduğu gibi- tekrar edilebilirliğini ciddi şekilde %92’den daha fazla arttırmaktadır

1: iQ ağırlık kontrolsüz test serileri: enjeksiyon hareketinin başlangıç ve bitişindeki vida pozisyonları ve kalıplanan parçanın ağırlığı

2: Enjeksiyon basıncındaki değişimin grafiği  vida pozisyonuna göre sırasıyla (a) hacim dalgalanmaları ve (b) viskozite değişimleri için çizilmiştir.

3: iQ ağırlık kontrollü test serileri: enjeksiyon hareketinin başlangıç ve bitişindeki vida pozisyonları ve kalıplanan parçanın ağırlığı 

Engel Avusturya 

Dr. Georg Pillwein, 

Thomas Gradl, 

Dipl.-Ing. Josef Gießauf 

Prof. Dr.-Ing. Georg Steinbichler,