Konzistentní a přesné měření teploty je v plastikářském průmyslu zásadní pro zajištění správné konečné úpravy tepelně tvarovaných výrobků.Ve stacionárních i rotačních aplikacích tepelného tváření způsobuje nízká teplota tváření pnutí ve tvářené součásti, zatímco příliš vysoké teploty mohou způsobit problémy, jako je tvorba puchýřů a ztráta barvy nebo lesku.
V tomto článku budeme diskutovat o tom, jak pokroky v infračerveném (IR) bezkontaktním měření teploty nejen pomáhají operacím tepelného tvarování optimalizovat jejich výrobní procesy a obchodní výsledky, ale také umožňují shodu s průmyslovými standardy pro kvalitu a spolehlivost finálního produktu.
Tepelné tvarování je proces, při kterém je termoplastická fólie měkká a ohebná zahříváním a biaxiálně deformována vytlačením do trojrozměrného tvaru.Tento proces může probíhat v přítomnosti nebo nepřítomnosti formy.Zahřívání termoplastické fólie je jednou z nejdůležitějších fází operace tepelného tvarování.Tvářecí stroje obvykle používají ohřívače sendvičového typu, které se skládají z panelů infračervených ohřívačů nad a pod pásovým materiálem.
Teplota jádra termoplastické fólie, její tloušťka a teplota výrobního prostředí, to vše ovlivňuje to, jak plastové polymerní řetězce proudí do tvarovatelného stavu a přetvářejí se do semikrystalické polymerní struktury.Konečná zmrazená molekulární struktura určuje fyzikální vlastnosti materiálu, stejně jako výkon konečného produktu.
V ideálním případě by se termoplastická fólie měla rovnoměrně zahřívat na svou vhodnou tvarovací teplotu.Plech se poté přenese do formovací stanice, kde jej zařízení přitlačí k formě, aby se vytvořil díl, buď pomocí vakua nebo stlačeného vzduchu, někdy s pomocí mechanické zátky.Nakonec se součást vysune z formy pro fázi chlazení procesu.
Většina výroby tváření za tepla je na strojích s rolovým posuvem, zatímco archové stroje jsou určeny pro menší objemy.Při velmi velkých objemech operací může být opodstatněný plně integrovaný in-line systém tepelného tvarování s uzavřenou smyčkou.Linka přijímá surovinu z plastu a extrudéry se přivádějí přímo do stroje na tvarování za tepla.
Určité typy nástrojů pro tvarování za tepla umožňují ořezávání tvarovaného výrobku ve stroji pro tvarování za tepla.Pomocí této metody je možné dosáhnout větší přesnosti řezu, protože výrobek a skeletový odpad není třeba přemisťovat.Alternativy jsou tam, kde vytvořený list indexuje přímo do ořezové stanice.
Vysoký objem výroby obvykle vyžaduje integraci stohovače dílů se strojem na tvarování za tepla.Po stohování se hotové výrobky balí do krabic pro přepravu ke konečnému zákazníkovi.Oddělený kosterní šrot se navíjí na trn pro následné sekání nebo prochází sekacím strojem v řadě se strojem na tvarování za tepla.
Tepelné tvarování velkých plechů je složitá operace náchylná k poruchám, které mohou značně zvýšit počet vyřazených dílů.Dnešní přísné požadavky na kvalitu povrchu součásti, přesnost tloušťky, dobu cyklu a výtěžnost, spojené s malým oknem zpracování nových designových polymerů a vícevrstvých plechů, přiměly výrobce hledat způsoby, jak zlepšit kontrolu tohoto procesu.
Během tvarování za tepla dochází k ohřevu plechu sáláním, konvekcí a vedením.Tyto mechanismy vnášejí do dynamiky přenosu tepla velkou nejistotu, stejně jako časové variace a nelinearity.Kromě toho je ohřev plechu prostorově distribuovaný proces nejlépe popsaný parciálními diferenciálními rovnicemi.
Tepelné tvarování vyžaduje přesnou, vícezónovou teplotní mapu před tvarováním složitých dílů.Tento problém je umocněn skutečností, že teplota je typicky řízena na topných prvcích, zatímco rozložení teploty po tloušťce plechu je hlavní procesní proměnnou.
Například amorfní materiál, jako je polystyren, si obecně zachová svou integritu, když se zahřeje na svou tvarovací teplotu, protože má vysokou pevnost taveniny.Díky tomu se s ním snadno manipuluje a tvaruje.Když se krystalický materiál zahřeje, změní se mnohem dramatičtěji z pevného na kapalný, jakmile se dosáhne jeho teploty taveniny, takže okno tvarovací teploty je velmi úzké.
Změny okolních teplot také způsobují problémy při tepelném tvarování.Metoda pokusu a omylu pro zjištění rychlosti podávání válce pro výrobu přijatelných výlisků se může ukázat jako neadekvátní, pokud by se teplota v továrně změnila (tj. během letních měsíců).Změna teploty o 10°C může mít významný vliv na výstup z důvodu velmi úzkého rozsahu tvářecích teplot.
Tradičně se termoformery spoléhaly na specializované ruční techniky pro řízení teploty plechu.Tento přístup však často přináší méně než požadované výsledky, pokud jde o konzistenci a kvalitu produktu.Operátoři mají obtížné vyvažování, které zahrnuje minimalizaci rozdílu mezi teplotou jádra a povrchu plechu a zároveň zajišťuje, aby obě oblasti zůstaly v rámci minimální a maximální tvářecí teploty materiálu.
Navíc přímý kontakt s plastovou fólií je nepraktický při tepelném tvarování, protože může způsobit skvrny na plastových površích a nepřijatelnou dobu odezvy.
Plastikářský průmysl stále více objevuje výhody bezkontaktní infračervené technologie pro měření a řízení procesní teploty.Snímací řešení na bázi infračerveného záření jsou užitečná pro měření teploty za okolností, kdy nelze použít termočlánky nebo jiné senzory typu sondy nebo neposkytují přesná data.
Bezkontaktní infračervené teploměry lze použít k rychlému a efektivnímu monitorování teploty rychle se pohybujících procesů, přičemž teplotu produktu měří přímo místo v troubě nebo sušičce.Uživatelé pak mohou snadno upravit parametry procesu tak, aby byla zajištěna optimální kvalita produktu.
Pro aplikace tvarování za tepla obsahuje automatizovaný infračervený systém monitorování teploty obvykle rozhraní operátora a displej pro procesní měření z pece pro tvarování za tepla.IR teploměr měří teplotu horkých pohyblivých plastových fólií s přesností 1 %.Digitální panelový měřič s vestavěnými mechanickými relé zobrazuje údaje o teplotě a vydává alarmové signály, když je dosaženo nastavené hodnoty teploty.
Pomocí softwaru infračerveného systému mohou termoformy nastavit teplotní a výstupní rozsahy, stejně jako emisivitu a alarmové body, a poté monitorovat naměřené hodnoty teploty v reálném čase.Když proces dosáhne nastavené hodnoty teploty, relé se sepne a spustí buď kontrolku, nebo zvukový alarm pro řízení cyklu.Data procesní teploty lze archivovat nebo exportovat do jiných aplikací pro analýzu a dokumentaci procesu.
Díky údajům z IR měření mohou operátoři výrobních linek určit optimální nastavení pece pro úplné nasycení plechu v co nejkratším čase, aniž by došlo k přehřátí střední části.Výsledek přidání přesných údajů o teplotě k praktickým zkušenostem umožňuje tvarování závěsů s velmi malým počtem zmetků.A obtížnější projekty se silnějším nebo tenčím materiálem mají rovnoměrnější konečnou tloušťku stěny, když se plast rovnoměrně zahřívá.
Systémy tvarování za tepla s technologií IR senzorů mohou také optimalizovat procesy odformování termoplastů.V těchto procesech operátoři někdy provozují své pece příliš horké nebo nechávají díly ve formě příliš dlouho.Použitím systému s infračerveným senzorem mohou udržovat konzistentní teploty chlazení napříč formami, čímž zvyšují výrobní kapacitu a umožňují odebírání dílů bez výrazných ztrát v důsledku lepení nebo deformace.
I když bezkontaktní infračervené měření teploty nabízí výrobcům plastů mnoho osvědčených výhod, dodavatelé přístrojové techniky pokračují ve vývoji nových řešení, která dále zlepšují přesnost, spolehlivost a snadnost použití IR systémů v náročných výrobních prostředích.
Pro řešení problémů se zaměřováním pomocí infračervených teploměrů vyvinuly společnosti vyrábějící přístroje senzorové platformy, které poskytují integrované zaměřování cíle přes čočku a navíc laserové nebo video zaměřování.Tento kombinovaný přístup zajišťuje správné zaměření a umístění cíle za nejnepříznivějších podmínek.
Teploměry mohou také zahrnovat simultánní sledování videa v reálném čase a automatizovaný záznam a ukládání obrazu – a tím poskytovat cenné nové informace o procesu.Uživatelé mohou rychle a snadno pořizovat snímky procesu a zahrnout informace o teplotě a čase/datu do své dokumentace.
Dnešní kompaktní infračervené teploměry nabízejí dvojnásobné optické rozlišení než dřívější, objemné modely senzorů, rozšiřují jejich výkon v náročných aplikacích řízení procesů a umožňují přímou výměnu kontaktních sond.
Některé nové konstrukce IR senzorů využívají miniaturní snímací hlavu a samostatnou elektroniku.Senzory dokážou dosáhnout optického rozlišení až 22:1 a odolávají okolní teplotě blížící se 200 °C bez jakéhokoli chlazení.To umožňuje přesné měření velmi malých velikostí skvrn ve stísněných prostorách a obtížných okolních podmínkách.Senzory jsou dostatečně malé na to, aby je bylo možné nainstalovat téměř kdekoli, a mohou být umístěny v krytu z nerezové oceli pro ochranu před náročnými průmyslovými procesy.Inovace v elektronice IR senzorů také zlepšily možnosti zpracování signálu, včetně emisivity, vzorkování a uchování, uchování špiček, uchování v údolí a průměrování.U některých systémů lze tyto proměnné pro větší pohodlí upravit ze vzdáleného uživatelského rozhraní.
Koncoví uživatelé si nyní mohou vybrat infračervené teploměry s motorizovaným, dálkově ovládaným variabilním zaostřováním na cíl.Tato schopnost umožňuje rychlé a přesné nastavení zaměření cílů měření, a to buď ručně na zadní straně přístroje, nebo vzdáleně prostřednictvím připojení k PC RS-232/RS-485.
IR senzory s dálkově ovládaným proměnným cílovým zaostřováním lze konfigurovat podle požadavků každé aplikace, čímž se snižuje možnost nesprávné instalace.Inženýři mohou z bezpečí své kanceláře doladit cílové zaměření senzoru a nepřetržitě sledovat a zaznamenávat změny teploty v procesu, aby mohli okamžitě provést nápravná opatření.
Dodavatelé dále zlepšují všestrannost infračerveného měření teploty tím, že dodávají systémy se softwarem pro kalibraci v terénu, který uživatelům umožňuje kalibrovat senzory na místě.Nové IR systémy navíc nabízejí různé prostředky pro fyzické připojení, včetně konektorů pro rychlé odpojení a připojení terminálů;různé vlnové délky pro měření vysokých a nízkých teplot;a výběr miliampérových, milivoltových a termočlánkových signálů.
Návrháři přístrojů reagovali na problémy s emisivitou spojené s IR senzory vývojem jednotek s krátkou vlnovou délkou, které minimalizují chyby způsobené nejistotou emisivity.Tato zařízení nejsou tak citlivá na změny emisivity na cílovém materiálu jako konvenční vysokoteplotní senzory.Jako takové poskytují přesnější údaje pro různé cíle při různých teplotách.
IR systémy měření teploty s automatickým režimem korekce emisivity umožňují výrobcům nastavit předdefinované receptury tak, aby vyhovovaly častým změnám produktu.Rychlou identifikací tepelných nepravidelností v rámci cíle měření umožňují uživateli zlepšit kvalitu a jednotnost produktu, snížit zmetkovitost a zlepšit provozní efektivitu.Pokud dojde k poruše nebo závadě, systém může spustit alarm, který umožní nápravnou akci.
Vylepšená technologie infračerveného snímání může také pomoci zefektivnit výrobní procesy.Operátoři si mohou vybrat číslo dílu z existujícího seznamu nastavených teplot a automaticky zaznamenat každou špičkovou hodnotu teploty.Toto řešení eliminuje třídění a prodlužuje doby cyklu.Optimalizuje také ovládání topných zón a zvyšuje produktivitu.
Aby mohli termoformy plně analyzovat návratnost investic do automatizovaného infračerveného systému měření teploty, musí se zaměřit na určité klíčové faktory.Snížení konečných nákladů znamená vzít v úvahu čas, energii a množství šrotu, ke kterému může dojít, stejně jako schopnost shromažďovat a hlásit informace o každém listu procházejícím procesem tepelného tvarování.Mezi celkové výhody automatizovaného IR snímacího systému patří:
• Schopnost archivovat a poskytovat zákazníkům tepelný snímek každého vyrobeného dílu pro kvalitní dokumentaci a shodu s ISO.
Bezkontaktní infračervené měření teploty není novou technologií, ale nedávné inovace snížily náklady, zvýšily spolehlivost a umožnily menší jednotky měření.Tepelné tvarovače využívající IR technologii těží z vylepšení výroby a snížení zmetkovitosti.Kvalita dílů se také zlepšuje, protože výrobci získávají rovnoměrnější tloušťku vycházející ze svých strojů na tvarování za tepla.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Čas odeslání: 19. srpna 2019