Последователното, точно измерване на температурата е от решаващо значение в пластмасовата индустрия, за да се осигури правилна обработка на термоформованите продукти.Както при стационарни, така и при ротационни приложения за термоформоване, ниската температура на формоване създава напрежения във формованата част, докато температурите, които са твърде високи, могат да причинят проблеми като образуване на мехури и загуба на цвят или гланц.
В тази статия ще обсъдим как напредъкът в инфрачервеното (IR) безконтактно измерване на температурата не само помага на операциите по термоформоване да оптимизират своите производствени процеси и бизнес резултати, но също така позволява спазването на индустриалните стандарти за качество и надеждност на крайния продукт.
Термоформоването е процесът, чрез който термопластичен лист се прави мек и гъвкав чрез нагряване и биаксиално деформиран чрез принудително притискане в триизмерна форма.Този процес може да се осъществи при наличие или отсъствие на мухъл.Нагряването на термопластичния лист е един от най-важните етапи в операцията по термоформоване.Машините за формоване обикновено използват нагреватели тип сандвич, които се състоят от панели с инфрачервени нагреватели над и под листовия материал.
Температурата на сърцевината на термопластичния лист, неговата дебелина и температурата на производствената среда влияят на това как пластмасовите полимерни вериги преминават в състояние, което може да се формова и се преформират в полукристална полимерна структура.Крайната замразена молекулярна структура определя физическите характеристики на материала, както и производителността на крайния продукт.
В идеалния случай термопластичният лист трябва да се нагрее равномерно до подходящата температура на формоване.След това листът се прехвърля към формовъчна станция, където апарат го притиска към матрицата, за да оформи частта, използвайки или вакуум, или въздух под налягане, понякога с помощта на механичен щепсел.Накрая детайлът се изхвърля от матрицата за етапа на охлаждане на процеса.
По-голямата част от производството на термоформоване е от машини за подаване на ролки, докато машините за подаване на лист са за приложения с по-малък обем.При операции с много голям обем може да бъде оправдана напълно интегрирана, вградена система за термоформоване със затворен цикъл.Линията получава суровина от пластмаса и екструдерите се подават директно в машината за термоформоване.
Някои типове инструменти за термоформоване позволяват изрязване на формования артикул в рамките на машината за термоформоване.С помощта на този метод е възможна по-голяма точност на рязане, тъй като продуктът и скелетният скрап не се нуждаят от повторно позициониране.Алтернативите са, когато формираният лист се индексира директно към станцията за изрязване.
Големият производствен обем обикновено изисква интегрирането на стекер за части с машината за термоформоване.Веднъж подредени, готовите артикули се опаковат в кашони за транспортиране до крайния клиент.Отделеният скелетен скрап се навива на дорник за последващо нарязване или преминава през машина за нарязване в линия с машината за термоформоване.
Термоформоването на големи листове е сложна операция, податлива на смущения, които могат значително да увеличат броя на отхвърлените части.Днешните строги изисквания за качество на повърхността на частта, точност на дебелината, време на цикъл и добив, съчетани с малкия прозорец на обработка на нови дизайнерски полимери и многослойни листове, подтикнаха производителите да търсят начини за подобряване на контрола на този процес.
По време на термоформоването нагряването на листа става чрез радиация, конвекция и проводимост.Тези механизми въвеждат голяма доза несигурност, както и промени във времето и нелинейности в динамиката на топлопреминаването.Освен това нагряването на листове е пространствено разпределен процес, описан най-добре чрез частични диференциални уравнения.
Термоформоването изисква прецизна, многозонова температурна карта преди формоването на сложни части.Този проблем се усложнява от факта, че температурата обикновено се контролира от нагревателните елементи, докато разпределението на температурата по дебелината на листа е основната променлива на процеса.
Например, аморфен материал като полистирол обикновено ще запази целостта си, когато се нагрее до температурата на формоване, поради високата якост на стопяване.В резултат на това е лесен за обработка и оформяне.Когато кристален материал се нагрява, той се променя по-драматично от твърдо към течно, след като се достигне температурата му на стопяване, което прави прозореца на температурата на формиране много тесен.
Промените в температурите на околната среда също причиняват проблеми при термоформоването.Методът проба и грешка за намиране на скорост на подаване на валяк за производство на приемливи отливки може да се окаже неадекватен, ако фабричната температура се промени (т.е. през летните месеци).Температурна промяна от 10°C може да има значително влияние върху продукцията поради много тесния температурен диапазон на формоване.
Традиционно термоформовчиците са разчитали на специализирани ръчни техники за контрол на температурата на листа.Въпреки това, този подход често дава по-малко от желаните резултати по отношение на консистенцията и качеството на продукта.Операторите имат трудно балансиране, което включва минимизиране на разликата между сърцевината на листа и температурите на повърхността, като същевременно се гарантира, че и двете зони остават в рамките на минималната и максималната температура на формоване на материала.
Освен това директният контакт с пластмасовия лист е непрактичен при термоформоване, тъй като може да причини петна по пластмасовите повърхности и неприемливо време за реакция.
Пластмасовата индустрия открива все повече предимствата на безконтактната инфрачервена технология за измерване и контрол на температурата на процеса.Базираните на инфрачервени сензори решения са полезни за измерване на температура при обстоятелства, при които термодвойки или други сензори от типа на сондата не могат да се използват или не дават точни данни.
Безконтактните инфрачервени термометри могат да се използват за бързо и ефективно наблюдение на температурата на бързо протичащи процеси, измервайки температурата на продукта директно вместо във фурната или сушилнята.След това потребителите могат лесно да коригират параметрите на процеса, за да осигурят оптимално качество на продукта.
За приложения за термоформоване автоматизираната инфрачервена система за наблюдение на температурата обикновено включва операторски интерфейс и дисплей за измервания на процеса от пещта за термоформоване.IR термометър измерва температурата на горещите, движещи се пластмасови листове с 1% точност.Цифров панелен измервателен уред с вградени механични релета показва данни за температурата и извежда алармени сигнали при достигане на зададената температура.
Използвайки инфрачервения системен софтуер, термоформовчиците могат да задават температурни и изходни диапазони, както и коефициент на излъчване и алармени точки, и след това да наблюдават показанията на температурата в реално време.Когато процесът достигне зададената температура, релето се затваря и или задейства светлинен индикатор, или звукова аларма, за да контролира цикъла.Данните за температурата на процеса могат да бъдат архивирани или експортирани в други приложения за анализ и документиране на процеса.
Благодарение на данните от инфрачервените измервания операторите на производствената линия могат да определят оптималната настройка на пещта за пълно насищане на листа за най-кратък период от време, без прегряване на средната част.Резултатът от добавянето на точни данни за температурата към практическия опит позволява формоване на пердета с много малко бракове.И по-трудните проекти с по-дебел или по-тънък материал имат по-равномерна крайна дебелина на стената, когато пластмасата се нагрява равномерно.
Системите за термоформоване с инфрачервена сензорна технология също могат да оптимизират процесите на термопластично деформиране.При тези процеси операторите понякога пускат пещите си твърде горещи или оставят части във формата твърде дълго.Чрез използване на система с инфрачервен сензор те могат да поддържат постоянни температури на охлаждане във формите, увеличавайки производителността и позволявайки части да бъдат отстранени без значителни загуби поради залепване или деформация.
Въпреки че безконтактното инфрачервено измерване на температурата предлага много доказани предимства за производителите на пластмаси, доставчиците на уреди продължават да разработват нови решения, като допълнително подобряват точността, надеждността и лекотата на използване на IR системите в взискателни производствени среди.
За да се справят с проблемите с наблюдението с инфрачервени термометри, компаниите за инструменти са разработили сензорни платформи, които осигуряват интегрирано наблюдение на целта през обектива, плюс лазерно или видео наблюдение.Този комбиниран подход осигурява правилно насочване и местоположение на целта при най-неблагоприятни условия.
Термометрите могат също така да включват едновременно видеонаблюдение в реално време и автоматизирано записване и съхранение на изображения – като по този начин предоставят ценна нова информация за процеса.Потребителите могат бързо и лесно да правят моментни снимки на процеса и да включват информация за температура и час/дата в документацията си.
Днешните компактни инфрачервени термометри предлагат два пъти по-висока оптична разделителна способност в сравнение с по-ранните, обемисти модели сензори, разширявайки тяхната производителност при взискателни приложения за контрол на процеси и позволявайки директна подмяна на контактни сонди.
Някои нови дизайни на IR сензори използват миниатюрна сензорна глава и отделна електроника.Сензорите могат да постигнат до 22:1 оптична разделителна способност и да издържат на околни температури, близки до 200°C, без никакво охлаждане.Това позволява точно измерване на много малки размери на петна в затворени пространства и трудни условия на околната среда.Сензорите са достатъчно малки, за да бъдат инсталирани почти навсякъде и могат да бъдат поставени в корпус от неръждаема стомана за защита от тежки промишлени процеси.Иновациите в електрониката на инфрачервените сензори също подобриха възможностите за обработка на сигнали, включително излъчване, проба и задържане, задържане на пик, задържане на долината и функции за осредняване.При някои системи тези променливи могат да се регулират от отдалечен потребителски интерфейс за допълнително удобство.
Крайните потребители вече могат да избират инфрачервени термометри с моторизирано, дистанционно управлявано променливо фокусиране на целта.Тази възможност позволява бързо и точно регулиране на фокуса на целите за измерване, или ръчно в задната част на инструмента, или дистанционно чрез RS-232/RS-485 PC връзка.
IR сензори с дистанционно контролирано променливо фокусиране на целта могат да бъдат конфигурирани според изискванията на всяко приложение, намалявайки шанса за неправилна инсталация.Инженерите могат да настроят фино целевия фокус на измерване на сензора от безопасността на собствения си офис и непрекъснато да наблюдават и записват температурните вариации в своя процес, за да предприемат незабавни коригиращи действия.
Доставчиците допълнително подобряват гъвкавостта на инфрачервеното измерване на температурата, като доставят системи със софтуер за полево калибриране, което позволява на потребителите да калибрират сензори на място.Плюс това, новите IR системи предлагат различни средства за физическа връзка, включително съединители за бързо разединяване и свързване на терминали;различни дължини на вълните за измерване на висока и ниска температура;и избор на сигнали от милиампер, миливолт и термодвойка.
Дизайнерите на апаратура са отговорили на проблемите с емисионната способност, свързани с инфрачервените сензори, като са разработили единици с къса дължина на вълната, които минимизират грешките, дължащи се на несигурността на емисионната способност.Тези устройства не са толкова чувствителни към промените в емисионната способност на целевия материал, както конвенционалните сензори за висока температура.Като такива, те осигуряват по-точни показания при различни цели при различни температури.
Системите за инфрачервено измерване на температурата с режим на автоматична корекция на емисионната способност позволяват на производителите да задават предварително дефинирани рецепти, за да се приспособят към честите промени на продукта.Чрез бързо идентифициране на термичните нередности в рамките на целта на измерване, те позволяват на потребителя да подобри качеството и еднородността на продукта, да намали скрап и да подобри оперативната ефективност.Ако възникне неизправност или дефект, системата може да задейства аларма, за да позволи коригиращо действие.
Подобрената инфрачервена сензорна технология също може да помогне за рационализиране на производствените процеси.Операторите могат да изберат номер на част от съществуващ списък със зададени температури и автоматично да записват всяка пикова стойност на температурата.Това решение елиминира сортирането и увеличава времената на цикъла.Освен това оптимизира управлението на нагревателните зони и повишава производителността.
За да могат термоформовчиците да анализират напълно възвръщаемостта на инвестициите в автоматизирана инфрачервена система за измерване на температурата, те трябва да разгледат определени ключови фактори.Намаляването на крайните разходи означава да се вземе предвид времето, енергията и количеството на намаляването на скрап, което може да се случи, както и способността да се събира и докладва информация за всеки лист, преминаващ през процеса на термоформоване.Общите предимства на автоматизираната IR сензорна система включват:
• Възможност за архивиране и предоставяне на термично изображение на клиентите на всяка произведена част за документиране на качеството и съответствие с ISO.
Безконтактното инфрачервено измерване на температурата не е нова технология, но последните иновации намалиха разходите, повишиха надеждността и позволиха по-малки мерни единици.Термоформовчиците, използващи IR технология, се възползват от подобренията в производството и намаляването на скрап.Качеството на частите също се подобрява, защото производителите получават по-равномерна дебелина, излизаща от техните машини за термоформоване.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Време на публикуване: 19 август 2019 г