Как сократить время цикла формования SMC без ущерба для качества деталей

1. Что на самом деле определяет время цикла формования SMC?

Время цикла формования SMC часто рассматривается так, как если бы это было только время отверждения. В действительности общий производственный цикл состоит из нескольких отдельных этапов.

Например, если процесс отверждения длится 120 секунд, но операторы тратят еще 35 секунд вручную на загрузку загрузок, удаление формованных деталей и подготовку следующего цикла, сокращение времени отверждения на 5 секунд может иметь меньший эффект, чем автоматизация этапа обработки.

2. Оптимизируйте профиль закрытия пресса вместо простого увеличения скорости.

Одним из первых мест, где следует искать улучшение времени цикла, является движение пресса. Однако пресс SMC не должен просто закрываться с максимальной скоростью из открытого положения до полного давления.

Практический цикл компрессионного формования обычно использует несколько этапов движения:

Если медленное закрытие начинается слишком рано, ценное время цикла теряется. Если он начинается слишком поздно или происходит слишком быстро, могут увеличиться такие дефекты, как захваченный воздух, чрезмерная вспышка и нестабильный поток.

3. Улучшите конструкцию загрузки, чтобы сократить время истечения.

Характер заряда напрямую влияет на то, насколько далеко должен пройти SMC, прежде чем заполнить полость.

Неэффективная схема загрузки может потребовать чрезмерного перемещения материала, что увеличивает время подачи, а также может привести к:

• изменение ориентации волокон;
• знаки течения;
• регионы, богатые или бедные смолой;
• захват воздуха;
• локальное изменение толщины;
• коробление.

Поэтому оптимизация времени цикла должна включать эксперименты с:

• покрытие сборов;
• размеры листа;
• количество слоев;
• позиция заряда;
• ориентация;
• общий вес заряда.

4. Тщательно оптимизируйте температуру формы.

Температура пресс-формы оказывает большое влияние как на текучесть смолы, так и на скорость отверждения.

Повышение температуры может ускорить отверждение и сократить время выдержки, но только в пределах утвержденного окна обработки материала.

Если форма станет слишком горячей, смола может начать отверждаться до того, как SMC полностью заполнит полость. Возможные последствия включают в себя:

• короткие кадры;
• плохое наполнение ребер;
• знаки течения;
• дефекты поверхности;
• чрезмерное внутреннее напряжение.

Если температура слишком низкая, возникает обратная проблема: отверждение занимает больше времени, и пресс остается без надобности занятым.

Улучшение термической однородности иногда может сократить время цикла без увеличения номинальной температуры формы, поскольку самые холодные участки формы больше не определяют минимальное время отверждения.

5. Сократите время отверждения на основе фактического поведения отверждения.

Время отверждения часто представляет собой самую большую часть цикла формования SMC, что делает его очевидной целью оптимизации.

Однако время отверждения не следует сокращать только потому, что отлитая деталь выглядит визуально приемлемой сразу после открытия.

Недостаточное лечение может привести к:

• постформенное коробление;
• волдыри;
• размерный дрейф;
• снижение механических характеристик;
• проблемы с поверхностью при покраске или вторичной обработке;
• плохая термическая стабильность.

Лучшим подходом является определение минимально приемлемого времени отверждения с использованием технологических испытаний и, при необходимости, определения характеристик материала, например ДСК.

Если в настоящее время в процессе используется очень консервативное время выдержки, контролируемые испытания могут постепенно сократить его, проверяя при этом:

• температура детали после выброса;
• стабильность размеров;
• коробление после охлаждения;
• состояние поверхности;
• механические свойства;
• поведение после лечения.

6. Улучшите нагрев формы и температурную однородность.

Неравномерная температура формы может привести к тому, что весь цикл формования будет ждать, пока затвердеет самая холодная область детали.

Общие тепловые проблемы включают в себя:

• плохой баланс зон нагревателя;
• неправильное расположение термопары;
• деградация нагревателя;
• большие различия между толстыми и тонкими секциями формы;
• потери тепла вблизи краев формы;
• плохой тепловой контакт между компонентами формы.

Периодическое термическое картирование помогает выявить эти различия.

Зачастую это безопаснее, чем просто увеличивать уставку каждого нагревателя.

7. Оптимизация создания и удержания давления.

Давление должно развиваться на правильной стадии потока материала. Слишком раннее нагнетание полного давления может ограничить поток или увеличить вспышку, а слишком медленное нагнетание давления может привести к потере машинного времени и недостаточному уплотнению.

Инженерам следует проверять фактическую кривую пресса, а не полагаться только на запрограммированные значения.

8. Уменьшите время открытия, извлечения и обработки формы.

Многие производители почти полностью сосредотачиваются на времени отверждения, упуская из виду несколько секунд, потерянных после того, как отверждение уже завершено.

Потенциальные возможности включают в себя:

• более быстрая, но контролируемая декомпрессия;
• оптимизированная скорость открытия формы;
• более короткий ненужный ход при полном открытии;
• автоматическая последовательность эжекторов;
• роботизированное удаление деталей;
• автоматическое распыление разделительного состава;
• параллельная подготовка шихты вне пресса;
• автоматическое позиционирование следующей зарядки.

Например, если в каждом цикле пресс открывается на 300 мм дальше, чем необходимо, время открытия и закрытия будет потрачено впустую.

9. Подготовьте следующий заряд, пока отверждается текущая деталь.

Одним из простейших способов повышения производительности является выведение работ по подготовке материала за пределы цикла прессования.

Вместо того, чтобы ждать, пока форма откроется, прежде чем готовить следующую загрузку, операторы или средства автоматизации могут подготовить ее на этапе отверждения.

Это может включать в себя:

• резка листов SMC;
• взвешивание заряда;
• укладка слоев;
• проверка ориентации;
• размещение загрузки на загрузочном лотке.

Пресс должен тратить как можно больше времени на формовку, приносящую прибыль, а не ждать ручной подготовки.

10. Используйте автоматизацию там, где повторение создает узкие места

Автоматизация не сокращает время отверждения автоматически, но может значительно уменьшить колебания и время простоя между циклами формования.

11. Не жертвуйте временем цикла ради количества дефектов

Более быстрый цикл бесполезен, если увеличивается количество брака и переделок.

Предположим, что время процесса сокращается со 180 до 160 секунд, но процент брака увеличивается с 1% до 7%. Теоретическое повышение производительности может быть в значительной степени потеряно из-за:

• ломовый материал;
• переделка труда;
• машинное время, использованное для замены деталей;
• проверка качества;
• перебои в производстве.

12. Практический процесс оптимизации времени цикла

13. Какие параметры следует контролировать?

Сократите время цикла за счет улучшения всей системы формования SMC

Самый быстрый процесс SMC не создается путем изменения одного параметра.

Устойчивое сокращение времени цикла достигается за счет координации:

Во многих случаях самый безопасный прирост производительности достигается за счет устранения ненужных перемещений, улучшения размещения загрузки и стабилизации температуры формы перед попытками резкого сокращения времени отверждения.

Хорошо управляемый гидравлический пресс также важен, поскольку для более быстрого производства требуется повторяемый переход между быстрым подходом, контролируемым потоком, наращиванием давления, выдержкой, декомпрессией и открытием.