EN
Влезте във всеки цех и попитайте десет оператора каква е функцията на силата на стягане, и деветима ще отговорят нещо като „удържа формата затворена“. Това технически е вярно, но напълно пропуска смисъла. Силата на стягане не се свежда само до удръждането на двете половини на матрицата от разделяне — тя има за цел да контролира цялата среда на налягане в полостта по време на инжекцията. Ако я изчислите погрешно, нищо друго в машината няма значение. Качеството на изделието, животът на инструмента и времето на работа на производствения процес всички зависят от тази една цифра.
Какво всъщност прави силата на стягане по време на инжекцията
Когато разтопеният метал се инжектира в кухината на матрицата под налягане, което може да надвишава 200 MPa, се създава отваряща сила, която се опитва да раздели двете половини на матрицата. Прихващащата сила противодейства на тази отваряща сила. Ако прихващащата сила е недостатъчна, двете половини на матрицата се разделят леко — понякога само с няколко хилядни от милиметъра. Този миниатюрен процеп е достатъчен, за да излезе разтопеният метал като излишък (флеш), тънка мрежа от материал, която поврежда детайла и често уврежда работните повърхности на матрицата.
Обаче подходящата прихващаща сила прави повече от това да предотврати образуването на флеш. Тя осигурява необходимото налягане в кухината за правилно запълване и затвърдяване. Когато двете половини на матрицата остават здраво затворени, метала напълно запълва кухината, а налягането по време на затвърдяването намалява порестостта. Детайлите излизат по-плътни, с по-добри механични свойства и по-малко вътрешни въздушни кухини.
Разходите при неправилно избрана прихващаща сила
Един доставчик от първа категория за автомобилната промишленост в региона на Големите езера научи този урок в рамките на програма за производство на картери за скоростни кутии. Инженерният екип определи машина със сила за стягане от 800 тона, базирана на прогнозираната площ на детайла и предполагаемо налягане в кухината от 40 MPa. Производството протичаше добре през първите няколко месеца, след което започнаха да се появяват периодично излишни материали (флеш). Екипът коригира параметрите на инжекцията, промени моделите на разпръскване на смазката за матрицата и дори замени изтеглящите шипове — всичко това без резултат.
Първоначалната причина се оказа 12% отклонение в хидравличното налягане, което доведе до намаляване на действителната сила за стягане под 720 тона при определени инжекции. На това ниво силата за отваряне от инжекционното налягане надвишаваше силата за стягане, което позволяваше микросепарация. Решението изискваше модернизиране на хидравличната система на машината и повторна калибрация на кривата на налягане за стягане. Обща цена: около 85 000 щатски долара за просто стоящи машини, преизработва и модернизиране на хидравличната система. Оригиналната машина беше избрана без резервна безопасност над изчислената минимална стойност.
Как се изчислява правилната сила за стягане
Стандартният за отрасъла подход, подкрепен от насоките на NADCA, започва с проекционната площ на детайла — площта на отливката, както се вижда по посока на отваряне на формата. Умножава се тази площ по специфичното налягане в кухината, необходимо за сплавта, след което се добавя коефициент за безопасност. За алуминиеви сплави налягането в кухината обикновено е между 30 и 55 MPa, докато тънкостенните цинкови детайли може да изискват 75 MPa или повече.
Изчислението изглежда по следния начин:
Сила на стягане = Проекционна площ × Налягане в кухината × Коефициент на сигурност
Повечето производствени инженери прилагат 20 % запас за сигурност, за да се компенсират върховете на налягането по време на инжектиране и вариациите в температурата на течната сплав. Някои производствени цехове използват 30–50 % запас за критични или високопроизводителни приложения. Правилният запас зависи от геометрията на детайла, сплавта и стабилността на хидравличната система на машината.
|
Вид алой
|
Типично налягане в кухината (MPa)
|
Препоръчителен запас за безопасност
|
|---|---|---|
|
Алуминий (A380, A360)
|
30–55
|
20–30%
|
|
Цинк (тънкостенни)
|
75+
|
20–25%
|
|
Магнезий
|
40–60
|
20–30%
|
|
Мед/Латун
|
60–80
|
30–40%
|
Твърде голямата сила на стягане също причинява проблеми
Обратната грешка — излишно висока спецификация на силата на стягане — също води до собствен набор от негативни последици. Излишната сила на стягане предизвиква напрежение в матрицата и в стягащите пръти на машината, което ускорява износването им. С течение на времето стягащите пръти се удължават и губят предварителното си натоварване, което всъщност намалява ефективната сила на стягане, въпреки номиналната мощност на машината. Матриците, подложени на излишно високо стягащо налягане, също преждевременно се подлагат на термична умора и пукнатини по линиите на разделяне.
Енергийното потребление е друг фактор, който трябва да се вземе предвид. Машината, която работи при 90 % от номиналната си сила за стягане, потребява забележимо повече хидравлична мощност в сравнение с машина, работеща при 70 %. При производство с висок обем тази разлика се натрупва. Едно проучване установило, че използването на сила за стягане, надвишаваща необходимата с 20 %, увеличава енергийното потребление с приблизително 12–15 % през целия експлоатационен живот на машината, без съответно подобряване на качеството на изделието.
Силата за стягане взаимодейства с всичко останало
Силата за стягане не действа изолирано. Тя взаимодейства със скоростта на инжектиране, температурата на матрицата и дори с прилагането на средство за отделяне. Машина с прецизен контрол върху стягането — т.е. такава, която може да поддържа зададената сила в рамките на ±1 % от целевата стойност — осигурява по-постоянни резултати в сравнение с машина с по-голяма допустима грешка, дори ако и двете машини имат еднаква номинална тонажна мощност.
Затова някои машини с номинална мощност 800 тона надминават други машини със същата номинална мощност от 800 тона. Номиналната стойност е само максималната. По-важно е способността на машината да осигурява тази сила последователно, цикъл след цикъл, докато хидравличната течност се нагрява и компонентите се износват. Машините с контрол на затварянето в затворен контур и мониторинг на силата в реално време осигуряват тази последователност. Машините без такъв контрол оставят оператора в неизвестност.
Практическата гледна точка
Машината с недостатъчна сила на затваряне ще обяви своята неизправност чрез образуване на флаш, отклонения в размерите и намаляване на срока на експлоатация на инструментите. Машината с излишна сила ще тихо губи енергия и ще намали собствения си експлоатационен срок. Нито един от двата случая не е приемлив в производствена среда, където се изисква предсказуемост.
Доставчици като Zhenli проектират своите система за стягане с прецизен хидравличен контрол и реалновременен мониторинг, като целта е действителната сила на стягане да се поддържа в тесни допуски по време на дълги производствени серии. Целта не е просто да се постигне определена стойност в техническата документация, а да се осигури тази сила надеждно при всеки цикъл в реални условия на производствената площадка.