Konsekvent, noggrann temperaturmätning är avgörande i plastindustrin för att säkerställa korrekt efterbehandling av termoformade produkter.I både stationära och roterande termoformningsapplikationer ger låg formningstemperatur spänningar i den formade delen, medan temperaturer som är för höga kan orsaka problem som blåsor och förlust av färg eller glans.
I den här artikeln kommer vi att diskutera hur framsteg inom infraröd (IR) beröringsfri temperaturmätning inte bara hjälper termoformningsoperationer att optimera sina tillverkningsprocesser och affärsresultat, utan också möjliggör efterlevnad av industristandarder för slutproduktens kvalitet och tillförlitlighet.
Termoformning är den process genom vilken en termoplastskiva görs mjuk och böjlig genom uppvärmning och biaxiellt deformerad genom att tvingas till en tredimensionell form.Denna process kan äga rum i närvaro eller frånvaro av en mögel.Uppvärmning av termoplastskivan är ett av de mest avgörande stegen i termoformningsoperationen.Formningsmaskinerna använder vanligtvis värmare av sandwichtyp, som består av paneler av infraröda värmare ovanför och under plåtmaterialet.
Termoplastskivans kärntemperatur, dess tjocklek och tillverkningsmiljöns temperatur påverkar alla hur plastpolymerkedjor flyter till ett formbart tillstånd och omvandlas till en semikristallin polymerstruktur.Den slutliga frusna molekylstrukturen bestämmer materialets fysiska egenskaper, såväl som slutproduktens prestanda.
Idealiskt bör termoplastarket värmas upp jämnt till dess lämpliga formningstemperatur.Arket överförs sedan till en formningsstation, där en apparat pressar det mot formen för att bilda delen, antingen med vakuum eller tryckluft, ibland med hjälp av en mekanisk plugg.Slutligen matas delen ut från formen för processens kylningsskede.
Huvuddelen av termoformningsproduktionen sker med rullmatade maskiner, medan arkmatade maskiner är för mindre volymer.Med mycket stora volymoperationer kan ett helt integrerat, in-line, sluten krets termoformningssystem motiveras.Linjen tar emot råmaterial av plast och extruders matas direkt in i termoformningsmaskinen.
Vissa typer av termoformningsverktyg möjliggör beskärning av den formade artikeln i termoformningsmaskinen.Större skärningsnoggrannhet är möjlig med denna metod eftersom produkten och skelettskrotet inte behöver flyttas om.Alternativ är där det formade arket indexerar direkt till beskärningsstationen.
Hög produktionsvolym kräver vanligtvis integrering av en delstaplare med termoformningsmaskinen.När de är staplade packas de färdiga artiklarna i lådor för transport till slutkunden.Det separerade skelettskrotet lindas på en dorn för efterföljande hackning eller passerar genom en hackmaskin i linje med termoformningsmaskinen.
Varmformning av stora ark är en komplex operation som är känslig för störningar, vilket kan öka antalet kasserade delar avsevärt.Dagens stränga krav på detaljytkvalitet, tjockleksnoggrannhet, cykeltid och utbyte, tillsammans med det lilla bearbetningsfönstret för nya designerpolymerer och flerskiktsplåtar, har fått tillverkare att leta efter sätt att förbättra kontrollen över denna process.
Under termoformning sker plåtvärmning genom strålning, konvektion och ledning.Dessa mekanismer introducerar en hel del osäkerhet, såväl som tidsvariationer och olinjäriteter i värmeöverföringsdynamiken.Vidare är arkuppvärmning en rumsligt fördelad process som bäst beskrivs med partiella differentialekvationer.
Termoformning kräver en exakt temperaturkarta med flera zoner innan komplexa delar formas.Detta problem förvärras av det faktum att temperaturen vanligtvis kontrolleras vid värmeelementen, medan temperaturfördelningen över arkets tjocklek är den huvudsakliga processvariabeln.
Till exempel kommer ett amorft material såsom polystyren i allmänhet att bibehålla sin integritet när det upphettas till sin formningstemperatur på grund av hög smälthållfasthet.Som ett resultat är det lätt att hantera och forma.När ett kristallint material värms upp förändras det mer dramatiskt från fast till flytande när dess smälttemperatur har nåtts, vilket gör det formningstemperaturfönstret mycket smalt.
Förändringar i omgivningstemperaturer orsakar också problem vid termoformning.Trial and error-metoden för att hitta en valsmatningshastighet för att producera acceptabla lister kan visa sig vara otillräcklig om fabrikstemperaturen skulle ändras (dvs. under sommarmånaderna).En temperaturförändring på 10°C kan ha en betydande inverkan på produktionen på grund av det mycket smala formningstemperaturområdet.
Traditionellt har termoformare förlitat sig på specialiserade manuella tekniker för plåttemperaturkontroll.Detta tillvägagångssätt ger dock ofta mindre än det önskade resultatet när det gäller produktkonsistens och kvalitet.Operatörer har en svår balansgång, vilket innebär att minimera skillnaden mellan plåtens kärn- och yttemperatur, samtidigt som man säkerställer att båda områdena håller sig inom materialets lägsta och maximala formningstemperaturer.
Dessutom är direkt kontakt med plastarket opraktisk vid termoformning eftersom det kan orsaka fläckar på plastytor och oacceptabla svarstider.
Plastindustrin upptäcker i allt högre grad fördelarna med beröringsfri infraröd teknik för mätning och kontroll av processtemperatur.Infrarödbaserade avkänningslösningar är användbara för att mäta temperatur under omständigheter där termoelement eller andra sensorer av sondtyp inte kan användas, eller inte producerar korrekta data.
Beröringsfria IR-termometrar kan användas för att övervaka temperaturen i snabbrörliga processer snabbt och effektivt, och mäter produkttemperaturen direkt istället för ugnen eller torktumlaren.Användare kan sedan enkelt justera processparametrar för att säkerställa optimal produktkvalitet.
För termoformningsapplikationer inkluderar ett automatiserat infrarött temperaturövervakningssystem typiskt ett operatörsgränssnitt och en display för processmätningar från termoformningsugnen.En IR-termometer mäter temperaturen på de varma, rörliga plastskivorna med 1 % noggrannhet.En digital panelmätare med inbyggda mekaniska reläer visar temperaturdata och matar ut larmsignaler när börvärdestemperaturen uppnås.
Med hjälp av det infraröda systemets programvara kan termoformare ställa in temperatur- och utgångsintervall, såväl som emissivitet och larmpunkter, och sedan övervaka temperaturavläsningar i realtid.När processen når börvärdestemperaturen stängs ett relä och antingen utlöser en indikatorlampa eller ett ljudlarm för att styra cykeln.Processtemperaturdata kan arkiveras eller exporteras till andra applikationer för analys och processdokumentation.
Tack vare data från IR-mätningarna kan produktionslinjeoperatörer bestämma den optimala ugnsinställningen för att mätta plåten helt på kortast tid utan att överhetta mittsektionen.Resultatet av att lägga till exakta temperaturdata till praktisk erfarenhet möjliggör drapering med mycket få avslag.Och svårare projekt med tjockare eller tunnare material har en mer enhetlig slutlig väggtjocklek när plasten värms upp jämnt.
Termoformningssystem med IR-sensorteknologi kan också optimera termoplastiska avformningsprocesser.I dessa processer kör operatörer ibland sina ugnar för varma, eller lämnar delar i formen för länge.Genom att använda ett system med en infraröd sensor kan de upprätthålla konsekventa kylningstemperaturer över formar, vilket ökar produktionskapaciteten och tillåter att delar tas bort utan betydande förluster på grund av vidhäftning eller deformation.
Även om beröringsfri infraröd temperaturmätning erbjuder många bevisade fördelar för plasttillverkare, fortsätter instrumentleverantörer att utveckla nya lösningar, vilket ytterligare förbättrar noggrannheten, tillförlitligheten och användarvänligheten hos IR-system i krävande produktionsmiljöer.
För att komma till rätta med synproblem med IR-termometrar har instrumentföretag utvecklat sensorplattformar som tillhandahåller integrerad målsiktning genom linsen, plus antingen laser- eller videosiktning.Detta kombinerade tillvägagångssätt säkerställer korrekt inriktning och målplats under de mest ogynnsamma förhållanden.
Termometrar kan också innehålla simultan videoövervakning i realtid och automatisk bildinspelning och lagring – vilket ger värdefull ny processinformation.Användare kan snabbt och enkelt ta ögonblicksbilder av processen och inkludera information om temperatur och tid/datum i sin dokumentation.
Dagens kompakta IR-termometrar erbjuder dubbelt så hög optisk upplösning som tidigare, skrymmande sensormodeller, vilket utökar deras prestanda i krävande processtyrningstillämpningar och tillåter direkt utbyte av kontaktsonder.
Vissa nya IR-sensordesigner använder ett miniatyravkänningshuvud och separat elektronik.Sensorerna kan uppnå upp till 22:1 optisk upplösning och motstå omgivningstemperaturer som närmar sig 200°C utan kylning.Detta möjliggör noggrann mätning av mycket små fläckstorlekar i trånga utrymmen och svåra omgivningsförhållanden.Sensorerna är tillräckligt små för att installeras nästan var som helst och kan inrymmas i ett hölje av rostfritt stål för skydd mot hårda industriella processer.Innovationer inom IR-sensorelektronik har också förbättrat signalbehandlingskapaciteten, inklusive funktioner för emissivitet, sampling och håll, topphållning, dalhållning och medelvärdesberäkning.Med vissa system kan dessa variabler justeras från ett fjärranvändargränssnitt för extra bekvämlighet.
Slutanvändare kan nu välja IR-termometrar med motoriserad, fjärrstyrd variabel målfokusering.Denna förmåga möjliggör snabb och exakt justering av fokus för mätobjekt, antingen manuellt på baksidan av instrumentet eller på distans via en RS-232/RS-485 PC-anslutning.
IR-sensorer med fjärrstyrd variabel målfokusering kan konfigureras enligt varje applikationskrav, vilket minskar risken för felaktig installation.Ingenjörer kan finjustera sensorns mätmålsfokus från säkerheten på sitt eget kontor, och kontinuerligt observera och registrera temperaturvariationer i sin process för att omedelbart vidta korrigerande åtgärder.
Leverantörer förbättrar ytterligare mångsidigheten i infraröd temperaturmätning genom att förse system med fältkalibreringsprogram, vilket gör det möjligt för användare att kalibrera sensorer på plats.Dessutom erbjuder nya IR-system olika sätt för fysisk anslutning, inklusive snabbkopplingar och terminalanslutningar;olika våglängder för hög- och lågtemperaturmätning;och ett urval av milliampere, millivolt och termoelementsignaler.
Instrumentdesigners har reagerat på emissivitetsproblem som är förknippade med IR-sensorer genom att utveckla kortvåglängdsenheter som minimerar fel på grund av osäkerheten i emissivitet.Dessa enheter är inte lika känsliga för förändringar i emissivitet på målmaterialet som konventionella högtemperatursensorer.Som sådana ger de mer exakta avläsningar över olika mål vid varierande temperaturer.
IR-temperaturmätningssystem med automatiskt emissivitetskorrigeringsläge gör det möjligt för tillverkare att ställa in fördefinierade recept för att tillgodose frekventa produktbyten.Genom att snabbt identifiera termiska oegentligheter inom mätmålet tillåter de användaren att förbättra produktkvalitet och enhetlighet, minska skrot och förbättra driftseffektiviteten.Om ett fel eller defekt uppstår kan systemet utlösa ett larm för att möjliggöra korrigerande åtgärder.
Förbättrad infraröd avkänningsteknik kan också hjälpa till att effektivisera produktionsprocesser.Operatörer kan välja ett artikelnummer från en befintlig temperaturbörvärdeslista och automatiskt registrera varje topptemperaturvärde.Denna lösning eliminerar sortering och ökar cykeltiderna.Det optimerar också kontrollen av värmezoner och ökar produktiviteten.
För att termoformare till fullo ska kunna analysera avkastningen på investeringen för ett automatiserat infrarött temperaturmätningssystem måste de titta på vissa nyckelfaktorer.Att sänka de totala kostnaderna innebär att ta hänsyn till tiden, energin och mängden skrotreduktion som kan äga rum, såväl som möjligheten att samla in och rapportera information om varje ark som passerar genom varmformningsprocessen.De övergripande fördelarna med ett automatiserat IR-avkänningssystem inkluderar:
• Förmåga att arkivera och ge kunderna en värmebild av varje tillverkad del för kvalitetsdokumentation och ISO-efterlevnad.
Beröringsfri infraröd temperaturmätning är ingen ny teknik, men de senaste innovationerna har minskat kostnaderna, ökat tillförlitligheten och möjliggjort mindre mätenheter.Termoformare som använder IR-teknik drar nytta av produktionsförbättringar och en minskning av skrot.Kvaliteten på delarna förbättras också eftersom tillverkarna får en mer enhetlig tjocklek från sina termoformningsmaskiner.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Posttid: 2019-aug-19