Konzistentné a presné meranie teploty je v plastikárskom priemysle rozhodujúce, aby sa zabezpečila správna konečná úprava tepelne tvarovaných výrobkov.Pri stacionárnych aj rotačných aplikáciách tepelného tvarovania nízka teplota tvarovania vytvára napätie vo vytvarovanom diele, zatiaľ čo príliš vysoké teploty môžu spôsobiť problémy, ako sú pľuzgiere a strata farby alebo lesku.
V tomto článku budeme diskutovať o tom, ako pokroky v infračervenom (IR) bezkontaktnom meraní teploty nielen pomáhajú operáciám tvarovania za tepla optimalizovať ich výrobné procesy a obchodné výsledky, ale umožňujú aj súlad s priemyselnými normami pre kvalitu a spoľahlivosť konečného produktu.
Tepelné tvarovanie je proces, pri ktorom je termoplastická fólia mäkká a poddajná zahrievaním a biaxiálne deformovaná vytlačením do trojrozmerného tvaru.Tento proces môže prebiehať v prítomnosti alebo neprítomnosti formy.Zahrievanie termoplastickej fólie je jednou z najdôležitejších fáz operácie tvarovania za tepla.Tvarovacie stroje zvyčajne používajú ohrievače sendvičového typu, ktoré pozostávajú z panelov infračervených ohrievačov nad a pod pásovým materiálom.
Teplota jadra termoplastickej fólie, jej hrúbka a teplota výrobného prostredia, to všetko ovplyvňuje to, ako plastové polymérne reťazce prúdia do tvarovateľného stavu a reformujú sa do semikryštalickej polymérnej štruktúry.Konečná zmrazená molekulárna štruktúra určuje fyzikálne vlastnosti materiálu, ako aj výkon konečného produktu.
V ideálnom prípade by sa termoplastová doska mala rovnomerne zahriať na svoju vhodnú tvarovaciu teplotu.List sa potom prenesie do formovacej stanice, kde ho zariadenie pritlačí na formu, aby vytvoril diel, buď pomocou vákua alebo stlačeného vzduchu, niekedy s pomocou mechanickej zátky.Nakoniec sa diel vysunie z formy pre fázu chladenia procesu.
Väčšina výroby tvarovania za tepla sa uskutočňuje na strojoch s rolovým podávaním, zatiaľ čo stroje s hárkovým podávaním sú určené pre aplikácie s menším objemom.Pri veľmi veľkých objemoch operácií môže byť opodstatnený plne integrovaný in-line systém tepelného tvarovania s uzavretou slučkou.Linka prijíma surovinu z plastu a extrudéry sa privádzajú priamo do stroja na tvarovanie za tepla.
Určité typy nástrojov na tvarovanie za tepla umožňujú orezanie tvarovaného výrobku v stroji na tvarovanie za tepla.Pri použití tejto metódy je možná väčšia presnosť rezu, pretože výrobok a kostrový odpad nie je potrebné premiestňovať.Alternatívy sú, kde sa vytvorený list indexuje priamo do orezávacej stanice.
Vysoký objem výroby zvyčajne vyžaduje integráciu stohovača dielov so strojom na tvarovanie za tepla.Po stohovaní sa hotové výrobky balia do škatúľ na prepravu ku konečnému zákazníkovi.Oddelený skeletový šrot sa navíja na tŕň na následné sekanie alebo prechádza cez sekací stroj v rade so strojom na tvarovanie za tepla.
Tepelné tvarovanie veľkých plechov je komplexná operácia náchylná na poruchy, ktoré môžu výrazne zvýšiť počet vyradených dielov.Dnešné prísne požiadavky na kvalitu povrchu dielov, presnosť hrúbky, čas cyklu a výťažnosť, spojené s malým oknom spracovania nových dizajnérskych polymérov a viacvrstvových plechov, podnietili výrobcov hľadať spôsoby, ako zlepšiť kontrolu tohto procesu.
Počas tvarovania za tepla dochádza k ohrevu plechu sálaním, prúdením a vedením.Tieto mechanizmy prinášajú veľkú neistotu, ako aj časové variácie a nelinearity v dynamike prenosu tepla.Okrem toho je ohrev plechu priestorovo distribuovaný proces najlepšie opísaný parciálnymi diferenciálnymi rovnicami.
Tepelné tvarovanie vyžaduje presnú, viaczónovú teplotnú mapu pred tvarovaním zložitých dielov.Tento problém je umocnený skutočnosťou, že teplota je typicky riadená na vykurovacích prvkoch, zatiaľ čo distribúcia teploty po hrúbke plechu je hlavnou premennou procesu.
Napríklad amorfný materiál, ako je polystyrén, si vo všeobecnosti zachová svoju integritu, keď sa zahreje na svoju tvarovaciu teplotu, kvôli vysokej pevnosti taveniny.Vďaka tomu sa s ním ľahko manipuluje a tvaruje.Keď sa kryštalický materiál zahreje, po dosiahnutí teploty taveniny sa dramatickejšie zmení z pevného na kvapalný, čím sa teplotné okno tvarovania veľmi zúži.
Zmeny okolitých teplôt tiež spôsobujú problémy pri tvarovaní za tepla.Metóda pokus-omyl na zistenie rýchlosti podávania valca na výrobu prijateľných výliskov sa môže ukázať ako neadekvátna, ak by sa teplota v továrni zmenila (tj počas letných mesiacov).Zmena teploty o 10°C môže mať významný vplyv na výstup z dôvodu veľmi úzkeho rozsahu teplôt tvarovania.
Tradične sa termoformy spoliehali na špecializované manuálne techniky na reguláciu teploty plechu.Tento prístup však často prináša menej ako požadované výsledky z hľadiska konzistencie a kvality produktu.Operátori majú zložitý akt vyvažovania, ktorý zahŕňa minimalizáciu rozdielu medzi teplotou jadra a povrchu plechu a zároveň zabezpečuje, že obe oblasti zostanú v rámci minimálnej a maximálnej teploty tvárnenia materiálu.
Okrem toho je priamy kontakt s plastovou fóliou nepraktický pri tvarovaní za tepla, pretože môže spôsobiť škvrny na plastových povrchoch a neprijateľné časy odozvy.
Plastikársky priemysel stále viac objavuje výhody bezkontaktnej infračervenej technológie na meranie a riadenie procesnej teploty.Riešenia snímania na báze infračerveného žiarenia sú užitočné na meranie teploty za okolností, v ktorých nie je možné použiť termočlánky alebo iné snímače typu sondy alebo nedávajú presné údaje.
Bezkontaktné infračervené teplomery možno použiť na rýchle a efektívne monitorovanie teploty rýchlo sa pohybujúcich procesov, pričom teplotu produktu merajú priamo namiesto pece alebo sušičky.Používatelia potom môžu jednoducho upraviť parametre procesu tak, aby zabezpečili optimálnu kvalitu produktu.
Pre aplikácie tvarovania za tepla automatizovaný infračervený systém monitorovania teploty zvyčajne obsahuje rozhranie operátora a displej pre procesné merania z pece na tvarovanie za tepla.IR teplomer meria teplotu horúcich pohyblivých plastových fólií s presnosťou 1 %.Digitálny panelový merač so zabudovanými mechanickými relé zobrazuje údaje o teplote a vydáva alarmové signály, keď sa dosiahne nastavená hodnota teploty.
Pomocou softvéru infračerveného systému môžu termoformy nastaviť rozsahy teplôt a výkonu, ako aj emisivitu a alarmové body a potom monitorovať hodnoty teploty v reálnom čase.Keď proces dosiahne nastavenú hodnotu teploty, relé sa zatvorí a spustí buď kontrolku alebo zvukový alarm na riadenie cyklu.Údaje o procesnej teplote je možné archivovať alebo exportovať do iných aplikácií na analýzu a dokumentáciu procesov.
Vďaka údajom z IR meraní môžu operátori výrobnej linky určiť optimálne nastavenie pece na úplné nasýtenie plechu v čo najkratšom čase bez prehriatia strednej časti.Výsledok pridania presných údajov o teplote k praktickým skúsenostiam umožňuje tvarovanie závesov s veľmi malým počtom zmetkov.A zložitejšie projekty s hrubším alebo tenším materiálom majú rovnomernejšiu konečnú hrúbku steny, keď sa plast rovnomerne zahrieva.
Systémy tvarovania za tepla s technológiou IR senzorov môžu tiež optimalizovať procesy odformovania termoplastov.Pri týchto procesoch prevádzkovatelia niekedy bežia svoje pece príliš horúce alebo nechávajú diely vo forme príliš dlho.Použitím systému s infračerveným snímačom dokážu udržiavať konzistentné teploty chladenia naprieč formami, čím sa zvyšuje výrobná kapacita a umožňuje odstraňovanie dielov bez výrazných strát v dôsledku lepenia alebo deformácie.
Aj keď bezkontaktné infračervené meranie teploty ponúka výrobcom plastov mnohé overené výhody, dodávatelia prístrojovej techniky pokračujú vo vývoji nových riešení, ktoré ďalej zlepšujú presnosť, spoľahlivosť a jednoduchosť použitia IR systémov v náročných výrobných prostrediach.
Na riešenie problémov s pozorovaním pomocou infračervených teplomerov vyvinuli spoločnosti vyrábajúce prístroje senzorové platformy, ktoré poskytujú integrované zameriavanie cieľa cez šošovku, plus laserové alebo video pozorovanie.Tento kombinovaný prístup zaisťuje správne zameranie a umiestnenie cieľa za najnepriaznivejších podmienok.
Teplomery môžu tiež zahŕňať simultánne monitorovanie videa v reálnom čase a automatizované zaznamenávanie a ukladanie obrazu – čím poskytujú cenné nové procesné informácie.Používatelia môžu rýchlo a jednoducho robiť snímky procesu a zahrnúť informácie o teplote a čase/dátume do svojej dokumentácie.
Dnešné kompaktné infračervené teplomery ponúkajú dvojnásobné optické rozlíšenie v porovnaní so staršími, objemnými modelmi snímačov, čím rozširujú ich výkon v náročných aplikáciách riadenia procesov a umožňujú priamu výmenu kontaktných sond.
Niektoré nové konštrukcie IR snímačov využívajú miniatúrnu snímaciu hlavu a samostatnú elektroniku.Senzory dokážu dosiahnuť optické rozlíšenie až 22:1 a odolajú okolitým teplotám blížiacim sa 200 °C bez akéhokoľvek chladenia.To umožňuje presné meranie veľmi malých veľkostí škvŕn v stiesnených priestoroch a náročných okolitých podmienkach.Senzory sú dostatočne malé na to, aby sa dali nainštalovať takmer kdekoľvek, a môžu byť umiestnené v kryte z nehrdzavejúcej ocele na ochranu pred náročnými priemyselnými procesmi.Inovácie v elektronike IR snímača tiež zlepšili možnosti spracovania signálu, vrátane emisivity, vzorkovania a podržania, podržania špičky, podržania v údolí a spriemerovania.Pri niektorých systémoch je možné tieto premenné upraviť zo vzdialeného používateľského rozhrania pre väčšie pohodlie.
Koncoví používatelia si teraz môžu vybrať infračervené teplomery s motorizovaným, diaľkovo ovládaným variabilným zaostrovaním.Táto schopnosť umožňuje rýchle a presné nastavenie zaostrenia meraných cieľov, či už manuálne na zadnej strane prístroja, alebo diaľkovo cez pripojenie RS-232/RS-485 k PC.
IR senzory s diaľkovo ovládaným variabilným zaostrovaním na cieľ možno konfigurovať podľa požiadaviek každej aplikácie, čím sa znižuje možnosť nesprávnej inštalácie.Inžinieri môžu z bezpečia svojej kancelárie doladiť cieľové zameranie senzora a nepretržite pozorovať a zaznamenávať zmeny teploty vo svojom procese, aby mohli podniknúť okamžité nápravné opatrenia.
Dodávatelia ďalej zlepšujú všestrannosť infračerveného merania teploty dodávaním systémov so softvérom na kalibráciu v teréne, ktorý umožňuje používateľom kalibrovať senzory na mieste.Navyše, nové IR systémy ponúkajú rôzne prostriedky pre fyzické pripojenie, vrátane rýchlo odpojiteľných konektorov a terminálových pripojení;rôzne vlnové dĺžky pre meranie vysokých a nízkych teplôt;a výber signálov v miliampéroch, milivoltoch a termočlánkoch.
Dizajnéri prístrojového vybavenia reagovali na problémy s emisivitou spojené s IR senzormi vyvinutím jednotiek s krátkou vlnovou dĺžkou, ktoré minimalizujú chyby spôsobené neistotou emisivity.Tieto zariadenia nie sú také citlivé na zmeny emisivity na cieľovom materiáli ako konvenčné vysokoteplotné snímače.Ako také poskytujú presnejšie údaje naprieč rôznymi cieľmi pri rôznych teplotách.
Infračervené systémy merania teploty s automatickým režimom korekcie emisivity umožňujú výrobcom nastaviť preddefinované receptúry tak, aby vyhovovali častým zmenám produktov.Vďaka rýchlej identifikácii tepelných nepravidelností v rámci cieľa merania umožňujú používateľovi zlepšiť kvalitu a jednotnosť produktu, znížiť množstvo odpadu a zlepšiť prevádzkovú efektivitu.Ak dôjde k poruche alebo defektu, systém môže spustiť alarm, ktorý umožní nápravu.
Vylepšená technológia infračerveného snímania môže tiež pomôcť zefektívniť výrobné procesy.Operátori si môžu vybrať číslo dielu z existujúceho zoznamu nastavených hodnôt teploty a automaticky zaznamenať každú špičkovú hodnotu teploty.Toto riešenie eliminuje triedenie a predlžuje časy cyklov.Optimalizuje tiež ovládanie vykurovacích zón a zvyšuje produktivitu.
Aby mohli termoformy plne analyzovať návratnosť investícií do automatizovaného infračerveného systému merania teploty, musia sa pozrieť na určité kľúčové faktory.Zníženie nákladov na konečný výsledok znamená brať do úvahy čas, energiu a množstvo zníženia šrotu, ku ktorému môže dôjsť, ako aj schopnosť zhromažďovať a oznamovať informácie o každom plechu, ktorý prechádza procesom tvarovania za tepla.Celkové výhody automatizovaného IR snímacieho systému zahŕňajú:
• Schopnosť archivovať a poskytovať zákazníkom tepelný obraz každého vyrobeného dielu pre kvalitnú dokumentáciu a súlad s ISO.
Bezkontaktné infračervené meranie teploty nie je nová technológia, ale nedávne inovácie znížili náklady, zvýšili spoľahlivosť a umožnili menšie jednotky merania.Tepelné tvarovače využívajúce technológiu IR ťažia zo zlepšenia výroby a zníženia množstva odpadu.Kvalita dielov sa tiež zlepšuje, pretože výrobcovia získavajú rovnomernejšiu hrúbku zo svojich strojov na tvarovanie za tepla.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Čas odoslania: 19. augusta 2019