Skan w podczerwieni płyty prasy pokazuje idealnie jednolitą temperaturę podczas fazy jałowej, otwartej. Jednak w momencie, gdy prasa zamyka się i zaciska określoną część, na powierzchni pojawia się pojedynczy, trwały, gorący punkt. Kiedy prasa się otwiera, znika. Nie jest to usterka wewnętrznego grzejnika. Jest to „duch” termiczny powstający na skutek geometrii samej części, lokalny radiator, który tworzy się tylko w fazie cyklu pod wysokim ciśnieniem. Diagnozowanie APłyta dociskowa fazy cyklu prasy specyficzna dla gorącego punktuwymaga zrozumienia zmieniającego się kontaktu termicznego pomiędzy płytą a przedmiotem obrabianym, a nie awarii systemu grzewczego.
Dlaczego przejściowy gorący punkt nie może oznaczać awarii grzejnika
Konwencjonalny gorący punkt spowodowany awarią elementu grzejnego,-taki jak zwarty wkład, uszkodzony przewód grzejny lub zablokowany przekaźnik półprzewodnikowy (SSR)-jestciągły. Pojawia się za każdym razem, gdy grzejnik jest zasilany, niezależnie od tego, czy prasa jest otwarta czy zamknięta i niezależnie od tego, która część jest formowana. Taki gorący punkt pozostaje widoczny na obrazie termowizyjnym podczas fazy jałowej, podczas rozgrzewania i przez cały cykl. Gorącego punktu, który występuje tylko podczas określonej fazy zamykania prasy i znika po otwarciu prasy, nie można wytłumaczyć wadliwym grzejnikiem. Zamiast tego wskazuje na przejściowe zjawisko termiczne wywołane przez samą część.
Podstawowa przyczyna: radiator indukowany geometrią częściową
Kiedy prasa zamyka się i przykłada siłę dociskającą, powierzchnia płyty dociskowej jest dociskana do tylnej części formowanej lub podgrzewanej części. Część może mieć złożoną geometrię: żebra, występy, grube sekcje lub metalowe wkładki. W określonym miejscu gruby i gęsty element części,-na przykład solidny występ śruby mocującej lub ciężkie żebro wzmacniające-styka się z płytą dociskową pod wysokim ciśnieniem. Tworzy to zlokalizowany obszar intensywnego kontaktu termicznego. Materiał części (zwykle polimer, kompozyt lub czasami metal) w tym miejscu jest stosunkowo zimny w porównaniu z zadaną temperaturą płyty dociskowej, szczególnie na początku cyklu. Ta zimna masa działa jak:lokalny radiator: ciepło z płyty dociskowej przedostaje się do elementu części ze znacznie większą szybkością niż do otaczających obszarów, gdzie część jest cieńsza lub ma szczelinę powietrzną.
Zimny, gęsty mięsień tej części przyciąga skoncentrowany, niewidzialny zimny palec do skóry płyty, tworząc przejściowy cień termiczny, który system sterowania źle rozumie.
Zdezorientowana reakcja systemu sterowania
Płyta dociskowa jest zwykle kontrolowana przez regulator temperatury PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujący). Jedna lub więcej termopar lub czujników RTD jest osadzonych w płycie dociskowej, zwykle 5–15 mm pod powierzchnią. Czujniki te mierzątemperatura objętościowamasy płyty. Kiedy zlokalizowany radiator szybko schładza powierzchnię w tym konkretnym miejscu, termopara umieszczona na większej głębokości nie od razu zauważa zmianę. Sterownik wykrywa jedynie bardzo mały, powolny spadek mierzonej temperatury (często poniżej 1–2 stopni). Algorytm PID interpretując to jako niewielkie zaburzenie obciążenia, zwiększa moc całej strefy grzewczej (która może być dużą powierzchnią obejmującą wiele centymetrów kwadratowych). Skutek: pozostała część strefy, która nie jest chłodzona przez daną część, otrzymuje nadmiar ciepła i staje się cieplejsza niż nastawa. Tworzy się gorący punktw stosunku do obszaru zimnego zlewu.
Na obrazie termowizyjnym wygląda to jak pierścień lub obszar o podwyższonej temperaturze otaczający stosunkowo chłodniejsze miejsce (część ma obszar styku). Gorący punkt nie jest punktem styku, ale przegrzanym obszarem wokół niego.
Krok diagnostyczny 1: Powiąż gorący punkt z fazą cyklu prasowania
Pierwszą i najważniejszą czynnością diagnostyczną jest obserwacja czasu wystąpienia gorącego punktu. Do rejestrowania temperatury powierzchni płyty podczas pełnego cyklu prasy używana jest kamera termowizyjna lub siatka termopar powierzchniowych. Poniższe obserwacje potwierdzają radiator zależny od fazy cyklu:
Gorącym miejscem jestnieobecnyw fazie otwartej prasy (bezczynność, żadna część nie styka się).
Gorące miejscepojawia się w ciągu kilku sekundzamknięcia prasy i zaciśnięcia.
Gorące miejsceosiąga maksymalne natężeniepodczas fazy wstrzymania lub chłodzenia cyklu.
Gorące miejscezanika i znikapo otwarciu prasy i usunięciu części.
Jeśli gorący punkt odpowiada temu wzorowi, prawie na pewno jest to spowodowane geometrią części. Jeżeli po otwarciu prasy gorący punkt nie ustąpi, należy zbadać usterkę grzejnika lub instalacji elektrycznej.
Krok diagnostyczny 2: Przypisz element części do lokalizacji gorącego punktu płyty szklanej
Następnym krokiem jest określenie, która konkretna cecha części styka się z płytą dociskową w miejscu gorącego punktu. Wykorzystywany jest rysunek techniczny części lub kontrola fizyczna. Typowe problematyczne funkcje obejmują:
Grube żebra lub występy– Mają one dużą masę termiczną i pobierają więcej ciepła.
Wstawki metalowe– Metal jest znacznie bardziej przewodzący niż polimer, działając jako wydajny radiator.
Cienkie, niepodparte sekcje– Mogą one powodować wyginanie się części i kontakt z płytą dociskową tylko w określonych punktach pod ciśnieniem.
Nierówna grubość części– Gruba część chłodzi płytę bardziej niż cienka.
Element części jest porównywany z mapą stref płyty dociskowej. Często gorący punkt pojawia się naprzeciwko gęstego, zimnego elementu części. Cecha ta może mieć niższą temperaturę początkową (np. pochodzić z chłodni lub poprzedniej stacji chłodniczej). Różnica temperatur pomiędzy wartością zadaną płyty a właściwościami części przychodzącej steruje strumieniem ciepła.
Krok diagnostyczny 3: Zmierz temperaturę części przychodzącej
Temperaturę części przed jej zetknięciem z płytą dociskową mierzy się za pomocą termometru kontaktowego lub czujnika podczerwieni. Jeśli na przykład część (lub określona cecha) jest znacznie zimniejsza niż nastawa płyty-, płyta ma temperaturę 150 stopni, a część ma temperaturę 20 stopni -występuje duży gradient termiczny. Ten gradient powoduje natychmiastowy wysoki strumień ciepła do części, lokalnie chłodząc powierzchnię płyty. Podgrzanie części lub jej problematycznej cechy do temperatury bliższej wartości zadanej płyty często eliminuje lub zmniejsza występowanie gorącego punktu.
Krok diagnostyczny 4: Użyj termicznej MES do modelowania efektu przejściowego
W przypadku skomplikowanych lub wartościowych linii produkcyjnych można przeprowadzić termiczną analizę elementów skończonych (FEA) cyklu prasy. Model MES obejmuje:
Właściwości termiczne płyty dociskowej (przewodność cieplna, ciepło właściwe, gęstość).
Geometria części i właściwości materiału (w tym dyfuzyjność cieplna).
Przewodność styku pomiędzy częścią a płytą dociskową w funkcji ciśnienia.
Warunki brzegowe temperatury zależne od czasu (ogrzewanie z wkładów, straty ciepła do otoczenia i przepływ ciepła do części).
Symulacja przewiduje przejściowy rozkład temperatury powierzchni. Jeśli model odtworzy zaobserwowany gorący punkt, diagnoza zostanie potwierdzona. MES można następnie wykorzystać do wirtualnego testowania potencjalnych rozwiązań.
Odróżnianie od innych zjawisk cykliczno-fazowych
Nie wszystkie gorące punkty pojawiające się w określonej fazie cyklu są spowodowane przez częściowo indukowane radiatory. Należy wykluczyć dwie inne przesłanki:
Awaria grzejnika, który jest zasilany tylko w tej fazie– Niektóre prasy wykorzystują różne strefy grzewcze lub różne poziomy mocy w różnych fazach (np. większą moc w fazie szybkiego nagrzewania). Grzejnik z częściowym zwarciem może się przegrzać tylko przy zastosowaniu dużej mocy. Sprawdza się to poprzez monitorowanie prądu i napięcia grzejnika podczas cyklu.
Luźne połączenie termopary– Termopara, która okresowo traci kontakt podczas wibracji prasy, może spowodować, że sterownik zarejestruje fałszywie niską temperaturę i przegrzeje strefę. Wykrywa się to poprzez obserwację odczytu temperatury pod kątem skoków lub spadków zbiegających się z ruchem prasy.
Kluczowym wyróżnikiem radiatora częściowo indukowanego jest to, że jest to gorący punktzlokalizowane na niewielkim obszarzeIpokrywa się z określoną cechą części.
Poprawka: modyfikacja styku termicznego lub temperatury części
Po zdiagnozowaniu dostępnych jest kilka działań naprawczych:
Rozgrzej część lub problematyczny element– Zbliżenie części do temperatury płyty dociskowej zmniejsza początkowy strumień ciepła. Można to zrobić za pomocą piekarnika do wstępnego nagrzewania, lamp na podczerwień lub podgrzewanego przenośnika.
Dodaj lokalną izolację na płycie– Na płycie w miejscu styku umieszcza się cienką podkładkę termoizolacyjną (np. folię poliimidową lub PTFE). Podkładka zmniejsza szybkość wymiany ciepła, nie eliminując kontaktu. Podkładka musi wytrzymać temperaturę i ciśnienie prasy.
Zmodyfikuj projekt części– Jeśli to możliwe, gruby element zostaje przeprojektowany, aby zmniejszyć jego masę termiczną (np. poprzez zastosowanie struktury plastra miodu, dodanie przekładki termicznej lub zmianę materiału na mniej przewodzący). Jest to rozwiązanie długoterminowe w przypadku nowego oprzyrządowania.
Dostosuj parametry cyklu prasy– Zmniejszenie siły mocowania w tym konkretnym miejscu (jeśli jest to możliwe mechanicznie) obniża przewodność cieplną styku. Alternatywnie, krótszy czas kontaktu (skrócenie fazy przetrzymywania) może ograniczyć ekstrakcję ciepła.
Zmień strefę sterowania płytą– Jeżeli gorące miejsce jest silne i trwałe, strefę grzejną płyty można podzielić na mniejsze części. Dotknięty obszar otrzymuje własny, niezależny czujnik temperatury i obwód grzejnika, co pozwala na lokalną kompensację. Jest to kosztowna modernizacja, ale może być skuteczna.
W wielu przypadkach samo podgrzanie części do 70–80% temperatury płyty dociskowej eliminuje gorące punkty bez konieczności zmiany sprzętu.
Praktyczny przykład: część formowana z wkładką metalową
Rozważmy płytę dociskową pracującą pod kątem 180 stopni do utwardzania części z termoutwardzalnego kompozytu. Część posiada wkładkę montażową ze stali nierdzewnej (gruby cylinder), która styka się z płytą dociskową podczas końcowej fazy mocowania. Wkładka pochodząca z zimnego podajnika ma temperaturę 25 stopni. W ciągu 10 sekund od zaciśnięcia wokół wkładki powstaje gorący punkt, a temperatura powierzchni płyty osiąga 200 stopni w pierścieniu otaczającym wkładkę. Sam wkład pozostaje chłodniejszy (150 stopni). Termopara sterownika, umieszczona 10 mm od powierzchni, mierzy jedynie spadek o 1 stopień i zwiększa moc. Rozwiązanie: przed umieszczeniem części w prasie płytka jest wstępnie podgrzewana do 160 stopni za pomocą indukcyjnej nagrzewnicy wstępnej. Gorący punkt znika. Ten przypadek jest podręcznikowym przykładem gorącego punktu zależnego od fazy cyklu, spowodowanego przez radiator o geometrii części.
Wniosek: zagadka termiczna rozwiązana poprzez wyczucie czasu i kontakt
Przejściowy, zależny od fazy cyklu gorący punkt na płycie prasy jest wyraźną oznaką radiatora spowodowanego geometrią części, a nie awarii grzałki. Diagnostyka polega na powiązaniu wyglądu gorącego punktu z zamknięciem prasy i konkretną cechą części. Obrazowanie termowizyjne, pomiar temperatury części i opcjonalnie termiczna MES potwierdzają pierwotną przyczynę. Rozwiązanie- polegające na wstępnym podgrzaniu części, dodaniu lokalnej izolacji lub przeprojektowaniu elementu-rozwiązuje problem zmieniającego się kontaktu termicznego między płytą dociskową a przedmiotem obrabianym. Najtrudniejsze problemy termiczne to te, które występują tylko przez ułamek sekundy pod ciśnieniem. Rozumiejąc bliski, przejściowy kontakt pomiędzy płytą dociskową a częścią, można pozbyć się ducha termicznego, przywracając jednolitą temperaturę i stabilną kontrolę procesu.
