Nuove sfide nel processo di stampaggio a iniezione di materie plastiche
Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione per la produzione di massa su larga scala.
Pertanto, eventuali errori nel processo di stampaggio potrebbero influenzare o danneggiare la qualità del prodotto, il che può causare ritardo e costi.
Se il tasso di rendimento fosse troppo basso, ci sarebbe un ovvio impatto sull'intera linea di produzione.
Se tutto il tempo investito, la manodopera e il denaro si rivelano improduttivi, l'impresa subirà inevitabilmente una perdita di risorse e fondi.
Fatta eccezione per il malfunzionamento imprevedibile delle apparecchiature, i problemi principali nello stampaggio a iniezione possono essere ristretti alla pressione, alla viscosità e all'instabilità della temperatura. Oltre ovviamente alla tipologia di materiale utilizzato.
Queste instabilità influenzeranno il processo di stampaggio e alla fine si tradurranno in difetti del prodotto come trappola d'aria, vuoti, segno di flusso, esitazione ... e altro ancora.
La maggior parte dei difetti comunemente osservati sono causati da fluttuazioni di temperatura e mancanza di un controllo preciso della temperatura, come il surriscaldamento del materiale in fase di flusso.
Da un lato, la fluidità del materiale sarà meglio garantita con una temperatura più elevata, ma…...
D'altra parte, una temperatura estremamente elevata accelererà la degradazione del materiale plastico e deteriorerà le proprietà fisiche della parte stampata.
Quindi, il controllo della temperatura è un fattore importante per garantire la coerenza della qualità del prodotto, prevenire il degrado del materiale, ridurre i tempi di regolazione della macchina e aumentare l'efficienza produttiva.
La pressione di iniezione, in fase di riempimento e di impaccamento, è un altro importante parametro di processo da considerare.
Normalmente la pressione di riempimento è impostata per essere superiore alla pressione di impaccamento. Quando la pressione è troppo bassa, potrebbero verificarsi difetti come trappole d'aria, stress nel materiale e esitazioni nel flusso.
Quando la pressione è troppo alta, ci posso essere nello stampo fenomeni di flash o fratture.
Ci sono anche alcuni difetti causati principalmente da un non corretto profilo di pressione in fase di iniezione. Il controllo della velocità di iniezione svolge un ruolo importante nella risoluzione di queste problematiche.
Processo di prova dello stampo
Dopo la produzione dello stampo, le prove sono un importante processo di convalida prima che lo stampo possa essere utilizzato per la produzione effettiva.
La prova stampo mira a ottimizzare il nuovo stampo per una produzione efficace entro i giusti parametri di processo.
È un passo fondamentale per garantire la stabilità e l'efficienza di un processo di stampaggio a iniezione. Prima che lo stampo venga trasferito al reparto di produzione, è necessario completare le prove stampo.
Prima della prova stampo, il progettista del componente da stampare e il progettista dello stampo discuteranno la struttura dello stampo e risolveranno insieme i problemi tecnici.
Combinando il database dei parametri di progettazione e i dati dello stampaggio a iniezione, si può utilizzare lo strumento di progettazione e produzione intelligente per risolvere i potenziali problemi nella fase iniziale di progettazione, governando al meglio le fasi successive che portano alla produzione (DFM Design-For-Manufacturing).
Questo può garantire che la prima fase di prova dello stampo (prova dello stampo T0) possa già produrre un prodotto di alta qualità.
Nella maggior parte dei casi, una prova di stampo standard consiste di tre diverse fasi e talvolta ci saranno diverse prove in ogni singola fase.
La prova e l'ottimizzazione dello stampo saranno ripetute fino a quando la qualità del prodotto non si adatta alle esigenze dei clienti.
Tre fasi nella prova dello stampo
Fase 1: Prova dello stampo T0 - "First Out of Tool". Questa è la prima volta che si inietta la fusione di plastica nello stampo. L'obiettivo in questo primo tentativo è confermare se i componenti e la cavità siano perfettamente chiusi, se il sistema di raffreddamento può raffreddare in modo efficiente la parte alla temperatura di espulsione e se ci saranno difetti del prodotto come flash, trappole d’aria, vuoto, bruciature o ritiri/deformazioni non accettabili. Sulla base del rapporto di prova dello stampo T0, i progettisti dello stampo possono valutare se sono necessarie modifiche e ottimizzazioni. I prodotti demo T0 verranno quindi inviati al cliente per la conferma.
Fase 2: Dopo aver ricevuto feedback dal cliente, lo stampo verrà modificato ove necessario. Lo stampo modificato verrà quindi utilizzato nel secondo provino dello stampo. Dopo la seconda prova dello stampo, il prodotto verrà inviato al cliente per la valutazione delle dimensioni, dell'aspetto e del tempo di ciclo. L'obiettivo principale è confermare se la sezione dimensionale soddisfa i criteri, se la qualità dell'aspetto è sufficiente e se la parte può essere prodotta entro un tempo di ciclo adeguato. Dopo aver discusso con il cliente, verrà effettuato un altro rapporto di prova dello stampo per un'ulteriore ottimizzazione e modifica dello stampo.
Fase 3: Questa fase è la messa a punto finale dello stampo. Ad esempio, determinando la trama della superficie del prodotto. Una volta esaminati tutti i dettagli della parte iniettata, lo stampo verrà testato per un periodo di tempo più lungo con iniezione consecutiva. Infine, lo stampo verrà trasferito al sito di produzione per la prova dello stampo in loco in base all'ambiente effettivo nel sito di produzione. Se non si verificano ulteriori problemi, lo stampo viene utilizzato per la produzione di massa.
Cos'è Digital Mold Tryout?
Quando viene effettuata la prova dello stampo T0, molte condizioni potrebbero essere messe in discussione. Come viene determinata la condizione del processo di iniezione? Il processo può essere ottimizzato? L'operatore della macchina di iniezione in loco può rispondere che la decisione si basa su anni di esperienza, ma questa risposta potrebbe non essere accettabile per i clienti.
I clienti che hanno conoscenze nello stampaggio a iniezione sperano che i parametri di processo si basino su teorie scientifiche e dati sperimentali per eliminare gli errori umani.
Per ottenere Digital Mold Tryout, per prima cosa dobbiamo comprendere il significato scientifico e fisico in ogni fase dello stampaggio a iniezione.
I parametri del processo di iniezione devono essere determinati da esperimenti scientifici e gradualmente ottimizzati applicando un sistema esperto DOE Design of Experiment. Ogni singola modifica dei parametri di processo deve essere supportata da dati scientifici.
Digital Mold Tryout è molto comune nel settore dello stampaggio a iniezione al giorno d'oggi.
Molte aziende OEM sono richieste dai clienti per fornire il rapporto Digital Mold Tryout.
L'iniezione scientifica è un metodo di stampaggio convalidato dalla teoria scientifica. Ci permette di ottenere un processo di iniezione preciso, completamente controllabile e ripetibile, garantendo al contempo la qualità e la coerenza del prodotto.
Per controllare i risultati finali dello stampaggio, dobbiamo prestare attenzione ai cambiamenti nelle proprietà delle materie plastiche (come i cambiamenti nella viscosità del flusso alla temperatura e alla velocità di taglio), piuttosto che concentrarci solo sulla macchina a iniezione.
Per la prova dello stampo, è necessario controllare i dati di risposta della macchina a iniezione invece di osservare solo le condizioni di processo.
I produttori possono assicurare i clienti, che applicano specifiche di stampaggio scientifiche in tutte le fasi del processo di stampaggio. Possono anche stabilire una serie di prove di stampo, protocolli e principi legati al processo di stampaggio per guidare al meglio i clienti.
Lo stampaggio a iniezione scientifico aiuta a ridurre i costi evitando processi di stampaggio inappropriati e ottimizzando il processo di stampaggio all'estremità anteriore del ciclo di sviluppo. Inoltre, gruppo di lavoro di stampaggio può scoprire attivamente la causa del problema attraverso un nuovo modello scientifico del sistema di iniezione, che può ridurre la possibilità di ottenere prodotti difettosi e abbreviare i tempi per affrontare il problema durante la produzione effettiva.
Scientific Injection è quindi il termine che conduce il pensiero teorico scientifico su ogni prodotto e processo e raccoglie tutte le informazioni disponibili per l'analisi e il giudizio continui.
Ciò contrasta con il tradizionale metodo di elaborazione dell'iniezione che si basa su impostazioni programmate e inizia a risolvere i problemi solo dopo che si sono verificati.
Tutto questo significa che i produttori di stampaggio a iniezione tradizionali dedicheranno del tempo a determinare la causa del problema, piuttosto che prevenire il problema fin dall'inizio.
I produttori “Scientific Injection” possono confermare e ottimizzare le condizioni di stampaggio attraverso esperimenti scientifici di iniezione al fine di ottenere coerenza del prodotto e un'eccellente qualità del prodotto. Inoltre, il principio di lavorazione dello stampaggio scientifico può soddisfare i requisiti di verifica della qualifica operativa (OQ) e della qualifica di produzione (PQ).
Contenuto principale di Digital Mold Tryout
Digital Mold Tryout non è, per ora, un discorso diffuso nel settore dell'iniezione, ma piuttosto una tendenza presente nei reparti di produzione.
Però sta cambiando la mentalità presente nell’industria dello stampaggio a iniezione. Come determinare correttamente il processo e produrre prodotti di qualità stabile basati su dati scientifici saranno gli standard futuri dell'industria dello stampaggio a iniezione.
Nel processo di sviluppo e produzione del prodotto, il prerequisito per raggiungere l'obiettivo di "T0 Production" dopo che lo stampo è stato completato, è che le condizioni di lavorazione a iniezione per lo stampo progettato devono essere colte nella fase iniziale della progettazione, prima che lo stampo venga messo sulla macchina reale.
Per far questo è necessario creare un modello virtuale il più possibile identico a quello reale, ovvero quello che si definisce “Digital Twin”.
Prima dell'iniezione, è necessario utilizzare metodi scientifici per stimare e valutare le condizioni iniziali di stampaggio a iniezione appropriate e le condizioni di lavorazione stimate sono quasi le stesse delle condizioni finali di produzione di massa.
Solo in questo modo possiamo prevedere i potenziali problemi e ottimizzare il processo nelle prime fasi di progettazione.
Il contenuto tecnico di Digital Mold Tryout include principalmente la conferma delle condizioni e delle impostazioni dei parametri nel processo di stampaggio a iniezione. I parametri di processo importanti includono:
(1)Selezione della macchina per lo stampaggio a iniezione –
•Utilizzare la teoria scientifica per stimare la forza di serraggio per determinare il tonnellaggio della forza di serraggio adatto; Iniezione effettiva per verificare un ragionevole esperimento di impostazione del valore di impostazione della forza di serraggio;
•Stimare il volume di iniezione per determinare la dimensione della vite adatta;
•Confermare la differenza tra il valore della velocità di iniezione impostato e il valore di risposta effettivo della macchina.
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(2)Condizioni di plastificazione –
•Stimare la quantità di fusione considerando la densità di fusione;
•Stimare il tempo di permanenza nel sistema di iniezione per determinare la velocità della vite (rpm).
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(3)Impostazione dell'iniezione –
•Determinare una velocità di iniezione appropriata mediante esperimento di curva a forma di U;
•Determinare il punto di commutazione VP;
•Determinare il profilo della portata multi-segmento;
•Stimare la perdita di pressione in ogni area dello stampo;
•Valutare se il modello di flusso è bilanciato.
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(4)Impostazione dell'imballaggio –
•Verificare il tempo di congelamento del cancello per determinare il tempo di imballaggio e la pressione di imballaggio corretti.
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(5)Impostazione del raffreddamento -
•Stimare il tempo di raffreddamento richiesto secondo la teoria scientifica.
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(6)Altre condizioni di processo –
•Stimare il volume della tramoggia; Stimare la portata richiesta del refrigerante.
Fig 1. Ottimizzazione della velocità di iniezione
Inoltre, nel processo di lavorazione vero e proprio, sono necessarie alcune risorse esterne per ottenere i dati effettivi di risposta della macchina.
Ad esempio, analisi e verifica del flusso CAE.
Possiamo osservare il modello di flusso nell'analisi del riempimento CAE e confrontarlo con il fronte di fusione a colpo corto effettivo.
Possiamo interpretare la curva di risposta velocità/pressione della macchina ad iniezione e confrontare la differenza tra le condizioni impostate e i dati di risposta della macchina reale.
Possiamo interpretare le statistiche di risposta della macchina a iniezione per osservare la stabilità della macchina a iniezione in produzione continua.
Allo stesso tempo, possiamo condurre il rilevamento in tempo reale dei dati di temperatura e pressione nello stampo utilizzando apparecchiature di imaging termico a infrarossi per misurare la distribuzione della temperatura sulla superficie dello stampo e utilizzare il sensore di pressione nello stampo per misurare le variazioni di pressione in una posizione specifica nello stampo.
Lo stampaggio a iniezione è una scienza piuttosto che un'arte.
Il processo di sviluppo deve basarsi su fatti e dati scientifici.
Troppi fattori soggettivi umani influenzeranno il giudizio corretto.
Tradizionalmente, la maggior parte delle unità di produzione di stampi si concentra sulla progettazione dello stampo, invece di guardare al processo di stampaggio dal punto di vista del flusso di plastica, mentre il sito di stampaggio si concentra sui parametri di impostazione della macchina di stampaggio. T
Tuttavia, i dati effettivi sulle prestazioni dei quattro fattori di controllo (velocità effettiva, temperatura, pressione, tempo) sono la chiave del successo del prodotto.
La formazione tecnica e la certificazione appropriate per le imprese consentono di svolgere uno sviluppo continuo dei talenti professionali e consentono alle imprese di accumulare ed ereditare tecnologie di base e interiorizzarle nelle conoscenze tecniche.
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