Lo scorso trimestre abbiamo rilevato il trasferimento di uno stampo da un fornitore europeo-rivestimenti interni per autoveicoli, PA66-GF30, tolleranze di ±0,08 mm. Il team di produzione del cliente lottava da mesi contro l'instabilità dimensionale. Erano già passati a un'unità ad acqua pressurizzata da 12.000 dollari con una precisione di controllo di ±0,2 gradi. Il problema persisteva.
Abbiamo estratto lo stampo e fatto passare la tintura attraverso i circuiti di raffreddamento. Due dei sei canali mostravano una restrizione del flusso pari al 60% rispetto alla scala. Un circuito sul lato del nucleo è passato a 32 mm dalla superficie della cavità nell'area del gate-quasi il triplo della distanza consigliata per il nylon riempito di vetro-. Il termoregolatore stava facendo esattamente quello che doveva fare. La muffa non gli dava nulla su cui lavorare.
Questa è la conversazione che finiamo per avere più spesso di quanto vorremmo. La scelta del controller della temperatura dello stampo viene trattata come una decisione di approvvigionamento scollegata dalla progettazione degli utensili. L'acquisto valuta portate, capacità termica, precisione del controllo. L'ingegneria dà il via. La produzione installa l'unità e si aspetta che risolva la gestione termica per qualunque stampo si trovi nella macchina. Non è così che funziona il trasferimento di calore.
Il soffitto di cui nessuno parla
Un termoregolatore dello stampo può rimuovere il calore solo alla velocità consentita dal circuito di raffreddamento. Diametro del canale, distanza dalla superficie della cavità, percorso del circuito, turbolenza del flusso-determinano la velocità di estrazione termica. Il controller regola la temperatura e il flusso di alimentazione. Se la geometria limita la quantità di calore che raggiunge il liquido di raffreddamento, il controller non ha nulla da regolare.
Il gruppo di controllo della temperatura di ENGEL stima che circa il 20% dei pezzi stampati scartati siano dovuti a errori di controllo della temperatura (engelglobal.com). Ciò che questa statistica non rivela è quanti di questi "errori" sono in realtà limitazioni di progettazione. Negli stampi che abbiamo controllato negli ultimi due anni, il malfunzionamento delle apparecchiature rappresenta forse un problema di qualità legato alla temperatura-su cinque. Il resto è dovuto a circuiti di raffreddamento sottodimensionati, mal posizionati o degradati per negligenza.
Abbiamo avuto unstampo per connettori medicil'anno scorso-POM, otto cavità, requisiti estetici rigorosi sulle superfici di accoppiamento. Il cliente ha richiesto un controller a base di olio- perché la scheda tecnica del fornitore del materiale consigliava una temperatura dello stampo di 95 gradi. Le unità petrolifere funzionano in modo più silenzioso e il team di manutenzione le ha preferite. Bene. Ma il POM non necessita del controllo della temperatura-a base di olio a 95 gradi. Un sistema ad acqua pressurizzata gestisce questa gamma con una migliore risposta termica e un consumo energetico inferiore di circa il 40%. Il vero problema era che il design originale dello stampo prevedeva canali di raffreddamento disposti attorno ai perni di espulsione in modo da creare zone morte sul lato della cavità. Passare dal petrolio all’acqua non avrebbe risolto il problema. La riprogettazione del layout del circuito è stata eseguita.
Ciò che effettivamente determina il rimborso
Regloplas documenta una riduzione dell'energia della pompa del 50% con controllo ∆T a frequenza variabile con una riduzione della velocità del 20% (regloplas.com). Questo è un numero reale da un produttore rispettabile. È anche un numero che presuppone che il circuito di raffreddamento possa utilizzare la portata erogata dalla pompa. Accumulo di calcare, canali sottodimensionati, lunghezza eccessiva del circuito con troppe curve-qualsiasi di questi vincoli significa che la pompa funziona più duramente per spingere il refrigerante attraverso restrizioni che non dovrebbero esistere.
Il ritorno più rapido che abbiamo riscontrato sull'ottimizzazione del controllo della temperatura non ha comportato l'acquisto di nuove apparecchiature. Un cliente polacco che si occupa di confezionamento di cosmetici ha ridotto il tempo di ciclo da 28 secondi a 16 secondi disincrostando tre circuiti, sostituendo un sensore PT100 spostato e riequilibrando il flusso tra la cavità e i lati del nucleo. La spesa totale è stata inferiore a 2.000 euro. La riduzione del tempo di ciclo su 2,4 milioni di parti annuali ha generato risparmi che hanno recuperato l'investimento in meno di una settimana. I termoregolatori utilizzati-niente di speciale, unità idriche standard di un fornitore cinese-funzionavano bene una volta che il sistema di raffreddamento funzionava effettivamente.
Lo stabilimento di Braun di P&G ha adottato l'approccio opposto, investendo massicciamente nel monitoraggio elettronico del flusso in ogni circuito di raffreddamento degli stampi dei componenti Oral-B. Hanno raggiunto tassi di rifiuto documentati inferiori allo 0,05% (ptonline.com). Ma il team di Braun ha anche riconosciuto che prima di implementare il monitoraggio per-circuito, il controllo della temperatura era per loro una "scatola nera". Sospettavano che la variazione termica stesse influenzando la consistenza dimensionale, ma non riuscivano a diagnosticare quali circuiti fossero problematici. Questo è il vero valore della visibilità della sofisticata tecnologia di controllo della temperatura-in un processo che la maggior parte delle strutture considera impostato-e-dimenticato.
La questione materiale
Ci viene chiesto se si confrontano i termoregolatori dell'acqua o dell'olio più di quasi ogni altra domanda sulle apparecchiature. La risposta è noiosamente semplice: utilizzare l'acqua quando possibile, l'acqua pressurizzata per i materiali termoplastici tecnici fino a circa 230 gradi, l'olio solo quando sono realmente necessarie superfici dello stampo superiori a tale intervallo. PEEK, PPS, certopoliimmidi ad alta-temperatura-quelli richiedono petrolio. PA, PC, POM, ABS, tutto nella gamma di prodotti e ingegneria standard-l'acqua lo gestisce con una migliore conduttività termica, costi operativi inferiori e nessuno dei problemi di contaminazione.
La domanda più interessante è come la selezione dei materiali influisce sulla progettazione del circuito di raffreddamento, che a sua volta influisce su ciò che il termoregolatore deve realizzare. I composti caricati con vetro- trasferiscono sostanzialmente più calore nello stampo rispetto ai gradi non riempiti con volumi di iniezione equivalenti. Uno stampo progettato per PA66 non caricato avrà problemi termici quando la produzione passa al PA66 caricato con il 30% di vetro-. I circuiti di raffreddamento dimensionati per il materiale non caricato non riescono ad estrarre il calore abbastanza velocemente. I tempi di ciclo si allungano o le parti escono con stress residuo dovuto a un raffreddamento insufficiente.
Progettiamo per il tipo di materiale più impegnativo che l'utensile lavorerà. Se c'è qualche possibilità che la produzione migri da composti non riempiti a riempiti, il sistema di raffreddamento deve tenerne conto fin dal primo giorno. Le modifiche di retrofit-l'aggiunta di circuiti e l'installazione di inserti di raffreddamento conformi- costano dai 5.000 ai 15.000 dollari e richiedono la messa fuori produzione dello stampo. L'inserimento di un'adeguata capacità termica nel progetto originale aggiunge forse il 10-15% al costo delle attrezzature. I calcoli di solito favoriscono il farlo bene la prima volta.
Il punto cieco della manutenzione
Nessuno mette a disposizione un budget per la manutenzione del sistema di raffreddamento finché qualcosa non si rompe. Decalcificazione trimestrale, verifica della portata, ispezione delle guarnizioni-queste attività vengono accelerate perché i programmi di produzione sono serrati e gli stampi "funzionano bene". Poi gradualmente, nell’arco di sei-dodici mesi, i tempi del ciclo aumentano. I parametri di qualità scivolano. Qualcuno alla fine tira lo strumento e trova dei canali che sembrano l'interno di un vecchio scaldabagno.
Uno strato di scala da 1/16 di pollice aggiunge circa il 15% al tempo di raffreddamento. Ciò si accumula abbastanza lentamente da indurre gli operatori ad attribuire i cicli più lunghi alla variazione del lotto di materiale, ai cambiamenti della temperatura ambiente o all’usura della macchina. Quando il collegamento con il degrado del sistema di raffreddamento diventa evidente, avrete già consumato la penalità del tempo di ciclo in migliaia di ore di produzione.
Le strutture che evitano questa trappola trattano la manutenzione del sistema di raffreddamento nello stesso modo in cui trattano la manutenzione preventiva sulle stesse macchine a iniezione:-programmata, documentata, non-negoziabile. Test di flusso ogni trimestre. Decalcificazione ogni anno o quando le portate scendono al di sotto della linea di base. Calibrazione del sensore in base a un programma effettivo anziché quando le letture iniziano a sembrare sospette. Queste non sono attività costose. Richiedono solo che qualcuno si assuma la responsabilità.
Dove entriamo
In Abis Mould, le specifiche del sistema di raffreddamento fanno parte delambito DFMsu ogni programma. Modelliamo la distribuzione del flusso di calore, dimensioniamo i canali per il materiale e gli obiettivi del tempo di ciclo e configuriamo il percorso del circuito per evitare le zone morte e le restrizioni di flusso che creano problemi nella produzione. La selezione del controller della temperatura avviene a valle-una volta che sappiamo quali condizioni termiche lo stampo può effettivamente supportare.
Per gli stampi esistenti con problemi di qualità-correlati alla temperatura, possiamo valutare se il vincolo riguarda l'attrezzatura o la geometria. A volte ha senso aggiornare il controller. Più spesso, il problema è un circuito di raffreddamento che necessita di modifiche o manutenzioni rinviate troppo a lungo. In ogni caso, la diagnosi inizia dallo stampo e non dalla scheda tecnica di un nuovo termoregolatore.
Se stai pianificando unprogramma stampicon requisiti termici rigorosi o problemi di temperatura sugli strumenti esistenti, il nostro team di ingegneri può illustrare le specifiche. Il dialogo sul sistema di raffreddamento è più produttivo quando avviene in anticipo-ma non è mai troppo tardi per capire cosa limita effettivamente le prestazioni.