Стабильное и точное измерение температуры имеет решающее значение в производстве пластмасс для обеспечения правильной обработки термоформованных изделий.Как при стационарном, так и при ротационном термоформовании низкая температура формования создает напряжения в формованной детали, в то время как слишком высокие температуры могут вызвать такие проблемы, как образование пузырей и потеря цвета или блеска.
В этой статье мы обсудим, как достижения в инфракрасном (ИК) бесконтактном измерении температуры не только помогают термоформовочным операциям оптимизировать производственные процессы и бизнес-результаты, но и обеспечивают соответствие отраслевым стандартам качества и надежности конечного продукта.
Термоформование — это процесс, при котором лист термопласта становится мягким и гибким при нагревании и деформируется по двум осям за счет придания ему трехмерной формы.Этот процесс может происходить в присутствии или в отсутствие плесени.Нагрев термопластичного листа является одним из наиболее важных этапов операции термоформования.В формовочных машинах обычно используются нагреватели сэндвич-типа, которые состоят из панелей инфракрасных нагревателей над и под листовым материалом.
Внутренняя температура термопластичного листа, его толщина и температура производственной среды — все это влияет на то, как пластиковые полимерные цепи переходят в формуемое состояние и преобразуются в полукристаллическую полимерную структуру.Окончательная замороженная молекулярная структура определяет физические характеристики материала, а также характеристики конечного продукта.
В идеале лист термопласта должен равномерно нагреваться до соответствующей температуры формования.Затем лист передается на формовочную станцию, где устройство прижимает его к форме для формирования детали, используя либо вакуум, либо сжатый воздух, иногда с помощью механической заглушки.Наконец, деталь выталкивается из формы для стадии охлаждения процесса.
Большая часть термоформовочного производства осуществляется на машинах с рулонной подачей, тогда как машины с листовой подачей предназначены для небольших объемов производства.При очень больших объемах операций может быть оправдана полностью интегрированная, встроенная в линию, замкнутая система термоформования.Линия получает пластиковое сырье, а экструдеры подают его непосредственно в термоформовочную машину.
Определенные типы термоформовочных инструментов позволяют обрезать формованное изделие внутри термоформовочной машины.При использовании этого метода возможна более высокая точность резки, поскольку продукт и скелетный лом не требуют повторного позиционирования.В качестве альтернативы сформированный лист направляется непосредственно на станцию обрезки.
Большой объем производства обычно требует интеграции укладчика деталей с термоформовочной машиной.После укладки готовые изделия упаковываются в коробки для транспортировки конечному потребителю.Отсепарированный скелетный лом наматывается на оправку для последующего измельчения или проходит через измельчительную машину в линию с термоформовочной машиной.
Термоформование больших листов — сложная операция, подверженная возмущениям, которые могут значительно увеличить количество забракованных деталей.Сегодняшние строгие требования к качеству поверхности детали, точности толщины, продолжительности цикла и производительности в сочетании с небольшим окном обработки новых дизайнерских полимеров и многослойных листов побудили производителей искать способы улучшить контроль над этим процессом.
При термоформовании нагрев листа происходит за счет излучения, конвекции и теплопроводности.Эти механизмы вносят большую неопределенность, а также временные вариации и нелинейность в динамике теплопередачи.Кроме того, листовой нагрев представляет собой пространственно распределенный процесс, который лучше всего описывается уравнениями в частных производных.
Для термоформования требуется точная многозонная температурная карта перед формованием сложных деталей.Эта проблема усугубляется тем, что температура обычно регулируется на нагревательных элементах, а распределение температуры по толщине листа является основным параметром процесса.
Например, аморфный материал, такой как полистирол, обычно сохраняет свою целостность при нагревании до температуры формования из-за высокой прочности расплава.В результате его легко обрабатывать и формировать.Когда кристаллический материал нагревается, он более резко переходит из твердого состояния в жидкое, как только достигается температура его расплава, что делает температурное окно формования очень узким.
Изменения температуры окружающей среды также вызывают проблемы при термоформовании.Метод проб и ошибок для определения скорости подачи валков для получения приемлемых формованных изделий может оказаться неадекватным, если температура на заводе изменится (например, в летние месяцы).Изменение температуры на 10°C может оказать существенное влияние на производительность из-за очень узкого диапазона температур формования.
Традиционно термоформеры полагались на специализированные ручные методы контроля температуры листа.Однако этот подход часто дает меньше желаемых результатов с точки зрения консистенции и качества продукта.Операторам приходится сложно балансировать, что включает в себя минимизацию разницы между температурой сердцевины и поверхности листа, при этом обе области остаются в пределах минимальной и максимальной температуры формования материала.
Кроме того, прямой контакт с пластиковым листом нецелесообразен при термоформовании, поскольку он может вызвать появление пятен на пластиковых поверхностях и неприемлемое время отклика.
В индустрии пластмасс все чаще открывают для себя преимущества бесконтактной инфракрасной технологии для измерения и контроля температуры процесса.Инфракрасные датчики полезны для измерения температуры в условиях, когда термопары или другие датчики зондового типа не могут использоваться или не дают точных данных.
Бесконтактные ИК-термометры можно использовать для быстрого и эффективного контроля температуры в быстро меняющихся процессах, измеряя температуру продукта непосредственно, а не в печи или сушилке.Затем пользователи могут легко настроить параметры процесса для обеспечения оптимального качества продукции.
Для приложений термоформования автоматизированная инфракрасная система контроля температуры обычно включает в себя интерфейс оператора и дисплей для измерения процесса в печи для термоформования.ИК-термометр измеряет температуру горячих движущихся пластиковых листов с точностью до 1%.Цифровой панельный счетчик со встроенными механическими реле отображает данные о температуре и выдает аварийные сигналы при достижении заданной температуры.
Используя программное обеспечение инфракрасной системы, термоформовщики могут устанавливать диапазоны температуры и мощности, а также излучательную способность и точки срабатывания сигнализации, а затем отслеживать показания температуры в режиме реального времени.Когда процесс достигает заданной температуры, реле замыкается и включает световой индикатор или звуковой сигнал для управления циклом.Данные о температуре процесса можно архивировать или экспортировать в другие приложения для анализа и документирования процесса.
Благодаря данным ИК-измерений операторы производственной линии могут определить оптимальную настройку печи для полного насыщения листа за кратчайший период времени без перегрева средней части.Результат добавления точных данных о температуре к практическому опыту позволяет формовать драпировку с очень небольшим количеством брака.И более сложные проекты с более толстым или более тонким материалом имеют более равномерную конечную толщину стенки, когда пластик нагревается равномерно.
Системы термоформования с технологией ИК-датчиков также могут оптимизировать процессы извлечения термопластов из форм.В этих процессах операторы иногда слишком сильно нагревают свои печи или слишком долго оставляют детали в форме.Используя систему с инфракрасным датчиком, они могут поддерживать постоянную температуру охлаждения в пресс-формах, повышая производительность производства и позволяя извлекать детали без значительных потерь из-за прилипания или деформации.
Несмотря на то, что бесконтактное инфракрасное измерение температуры предлагает производителям пластмасс множество проверенных преимуществ, поставщики приборов продолжают разрабатывать новые решения, повышая точность, надежность и простоту использования ИК-систем в сложных производственных условиях.
Чтобы решить проблемы прицеливания с помощью ИК-термометров, компании-производители приборов разработали сенсорные платформы, которые обеспечивают интегрированное прицеливание через объектив, а также лазерное или видеоприцеливание.Такой комбинированный подход обеспечивает правильное прицеливание и определение местоположения цели в самых неблагоприятных условиях.
Термометры также могут включать одновременный видеомониторинг в реальном времени и автоматическую запись и хранение изображений, что позволяет получать ценную новую информацию о процессе.Пользователи могут быстро и легко делать снимки процесса и включать информацию о температуре и времени/дате в свою документацию.
Современные компактные ИК-термометры обеспечивают вдвое большее оптическое разрешение по сравнению с более ранними моделями громоздких датчиков, расширяя их возможности в требовательных приложениях управления технологическими процессами и позволяя напрямую заменять контактные датчики.
В некоторых новых конструкциях ИК-датчиков используется миниатюрная сенсорная головка и отдельная электроника.Датчики могут достигать оптического разрешения до 22:1 и выдерживать температуру окружающей среды до 200°C без какого-либо охлаждения.Это позволяет проводить точные измерения пятен очень малого размера в ограниченном пространстве и в сложных условиях окружающей среды.Датчики достаточно малы, чтобы их можно было установить практически в любом месте, и могут быть размещены в корпусе из нержавеющей стали для защиты от тяжелых промышленных процессов.Инновации в электронике ИК-датчика также улучшили возможности обработки сигналов, включая функции излучательной способности, выборки и удержания, удержания пика, удержания впадины и усреднения.В некоторых системах эти переменные можно настроить с помощью удаленного пользовательского интерфейса для дополнительного удобства.
Теперь конечные пользователи могут выбирать ИК-термометры с моторизованной, дистанционно управляемой переменной фокусировкой на цели.Эта возможность позволяет быстро и точно настроить фокус объектов измерения либо вручную на задней панели прибора, либо удаленно через подключение к ПК через RS-232/RS-485.
ИК-датчики с регулируемой фокусировкой цели с дистанционным управлением можно настроить в соответствии с требованиями каждого приложения, что снижает вероятность неправильной установки.Инженеры могут точно настроить целевую фокусировку датчика, не выходя из собственного офиса, а также постоянно наблюдать и записывать изменения температуры в своем технологическом процессе, чтобы принять незамедлительные корректирующие меры.
Поставщики продолжают повышать универсальность измерения инфракрасной температуры, поставляя системы с программным обеспечением для калибровки в полевых условиях, что позволяет пользователям калибровать датчики на месте.Кроме того, новые ИК-системы предлагают различные средства физического подключения, включая быстроразъемные разъемы и клеммные соединения;различные длины волн для высоко- и низкотемпературных измерений;и выбор сигналов миллиампер, милливольт и термопары.
Разработчики приборов отреагировали на проблемы с излучательной способностью, связанные с ИК-датчиками, разработав устройства с короткой длиной волны, которые минимизируют ошибки из-за неопределенности излучательной способности.Эти устройства не так чувствительны к изменениям коэффициента излучения целевого материала, как обычные высокотемпературные датчики.Таким образом, они обеспечивают более точные показания для различных целей при различных температурах.
ИК-системы измерения температуры с автоматическим режимом коррекции коэффициента излучения позволяют производителям задавать предопределенные рецепты, чтобы приспособиться к частым изменениям продукта.Благодаря быстрому выявлению тепловых неоднородностей в объекте измерения они позволяют пользователю улучшить качество и однородность продукта, сократить брак и повысить эффективность работы.В случае возникновения неисправности или дефекта система может активировать сигнал тревоги, чтобы можно было предпринять корректирующие действия.
Усовершенствованная технология инфракрасного обнаружения также может помочь оптимизировать производственные процессы.Операторы могут выбрать номер детали из существующего списка заданных значений температуры и автоматически записывать каждое пиковое значение температуры.Это решение исключает сортировку и увеличивает время цикла.Это также оптимизирует управление зонами нагрева и повышает производительность.
Чтобы термоформовщики могли полностью проанализировать окупаемость автоматизированной инфракрасной системы измерения температуры, они должны учитывать определенные ключевые факторы.Сокращение итоговых затрат означает принятие во внимание времени, энергии и количества отходов, которые могут иметь место, а также возможность собирать и сообщать информацию о каждом листе, проходящем через процесс термоформования.Общие преимущества автоматизированной системы ИК-датчиков включают:
• Возможность архивирования и предоставления клиентам теплового изображения каждой изготовленной детали для документирования качества и соответствия требованиям ISO.
Бесконтактное инфракрасное измерение температуры не является новой технологией, но последние инновации позволили снизить затраты, повысить надежность и сделать возможным использование меньших единиц измерения.Термоформеры, использующие ИК-технологию, выигрывают от улучшения производства и сокращения брака.Качество деталей также улучшается, потому что производители получают более однородную толщину, выходящую из их термоформовочных машин.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Время публикации: 19 августа 2019 г.