Dall'antologia del signor Chen Bing
Originariamente pubblicato in Colate speciali e leghe non ferrose
1、Controllo della temperatura
1)Temperatura dello stampo
La temperatura del materiale per stampaggio influisce direttamente sulla viscosità e sulla capacità di riempimento del materiale per stampaggio, il che richiede un controllo accurato e una velocità di risposta rapida quando si modifica l'impostazione della temperatura. Allo stato attuale, le presse per cera avanzate nei paesi stranieri sono dotate di serbatoi di stoccaggio della cera in pasta a temperatura controllata, ma anche il sensore di temperatura è inserito direttamente nel materiale dello stampo per controllare accuratamente la temperatura del materiale dello stampo in qualsiasi stato, dal liquido da incollare e può essere regolato a piacimento per adattarsi alle esigenze di pressatura di diversi stampi in cera. Una volta modificata l'impostazione della temperatura, il sistema risponde ad una velocità di 0,5°C ogni 3 minuti con un intervallo di fluttuazione della temperatura di soli 0,3°C [1].
2)Temperatura di pressatura
La maggior parte delle presse per cera non presta molta attenzione al controllo della temperatura dello stampo della pressa, ma solitamente controlla la temperatura della piastra, e quindi dello stampo, aumentando/diminuendo il flusso di acqua di raffreddamento attraverso la piastra utilizzando una valvola manuale simile a una rubinetto dell'acqua. Poiché la conduzione del calore tra la piastra e la pressa non è affidabile, anche lo spessore della parete della pressa ha una grande influenza sulla temperatura della cavità. Pertanto, questo metodo non controlla accuratamente la temperatura della cavità dello stampo della pressa. Per migliorare il controllo della temperatura all'interno dello stampo della pressa si possono prendere in considerazione i seguenti metodi:
Misurare la temperatura della piastra con termocoppie e decidere se aprire o chiudere la valvola del tubo dell'acqua di raffreddamento in base alla temperatura della piastra. Ciò si traduce in un controllo della temperatura della piastra molto migliore. Howmet TMP (USA) offre pannelli di controllo con un sistema di controllo del riscaldamento/raffreddamento che si basa su un riscaldatore elettrico per il riscaldamento e un refrigeratore per il raffreddamento [1].0 Naturalmente, il rapido passaggio dal riscaldamento al raffreddamento può causare fluttuazioni nella superficie della piastra temperatura, soprattutto se nella piastra è presente una sola termocoppia.
Un modo migliore per controllare la temperatura della piastra è utilizzare un termostato per controllare la temperatura dell'acqua di raffreddamento e mantenerla costante. La temperatura della piastra viene quindi mantenuta entro l'intervallo richiesto. Se ciascun termoregolatore dispone di più porte di ingresso e uscita, è possibile controllare la temperatura di più piastre contemporaneamente. Purtroppo però nessuno di questi metodi evita l'influenza dell'effetto di scambio termico tra piano e pressa, per cui il controllo della temperatura della pressa risulta ancora poco affidabile. Il modo migliore per controllare la temperatura della cavità della pressa è controllarla separatamente dalla piastra. Le termocoppie sono installate il più vicino possibile alla superficie della cavità nel corpo della pressa e il termostato controlla direttamente la temperatura dell'acqua di raffreddamento in modo che la temperatura della cavità possa essere mantenuta con precisione nell'intervallo richiesto. In effetti, questo metodo è stato a lungo ampiamente utilizzato nelle macchine per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche. Il motivo per cui non è ancora diventato popolare nella microfusione è principalmente dovuto al problema dei costi. Si consiglia di ridurre i costi praticando fori o fessure nello stampo della pressa esistente, creando corsi d'acqua e installando riscaldatori elettrici. Lo stesso tipo di canale d'acqua può essere utilizzato sul retro dello stampo della pressa per diverse geometrie di cavità ed è necessario un solo controller di temperatura. Ovviamente è ancora più importante che la parte superiore, inferiore e anche i lati della pressa siano isolati in modo che le variazioni di temperatura nella pressa e nell'ambiente circostante non influenzino la pressa.
2、Controllo della pressione e del flusso
Tra i tanti parametri di processo che devono essere controllati nel processo di stampaggio, il controllo della pressione e del flusso è il più importante, ad eccezione della temperatura. Sebbene il flusso del materiale di stampaggio non possa essere separato dall'azionamento della pressione, pressione e flusso sono strettamente correlati. Tuttavia, lo stato di flusso del materiale dello stampo non è legato solo alla pressione, ma anche alla sua viscosità e resistenza durante il processo di iniezione. Si tratta quindi di due concetti completamente diversi, che hanno effetti diversi sulla qualità degli stampi in cera. Devono essere controllati separatamente. Solitamente la pressione viene controllata mediante valvole idrauliche, mentre il flusso viene controllato principalmente da valvole di controllo del flusso. Per quanto riguarda il controllo della pressione e del flusso, i paesi stranieri sono spesso suddivisi nei seguenti diversi gradi di apparecchiature a pressione di cera [2]:
1)Solo controllo della pressione
Il circuito idraulico ha solo una valvola di controllo della pressione e nessuna valvola di controllo del flusso. Quando si utilizza questo tipo di pressa, qualsiasi piccola variazione nel materiale dello stampo e nella temperatura ambiente (inclusa la temperatura ambiente, la temperatura del fluido idraulico o la temperatura del cilindro della cera, ecc.) comporterà una variazione nella portata del materiale dello stampo, che a sua volta il turno influenzerà la qualità dello stampo in cera. Inoltre, a pressioni elevate non è possibile ottenere portate basse; portate elevate non possono essere raggiunte a basse pressioni. Se è necessaria una portata bassa per evitare rulli d'aria ed è necessaria un'alta pressione per ottenere una buona qualità della superficie, i requisiti non possono essere soddisfatti. Al momento, questo tipo di attrezzatura negli Stati Uniti e in Europa è stata utilizzata raramente.
2)Controllo della pressione e del flusso contemporaneamente, ma senza compensazione della pressione
Rispetto al primo, al circuito idraulico viene aggiunta una valvola regolatrice di flusso. Il vantaggio è che si può ottenere una portata bassa quando la pressione è alta. Tuttavia, a causa della mancanza di compensazione della pressione, non è possibile ottenere portate elevate a basse pressioni. Inoltre, le variazioni di pressione e temperatura influiscono sulla portata, che a sua volta influisce sulla qualità dello stampo in cera.
3)Controllo simultaneo di pressione e flusso, più compensazione della pressione
Questo è il sistema di controllo equipaggiato con i modelli tradizionali di presse per cera straniere. La valvola di controllo del flusso nel sistema ha la funzione di aumento (diminuzione) della velocità ausiliaria. Quando la resistenza al flusso o la temperatura cambiano leggermente, il compensatore di pressione nella valvola di controllo può aumentare o diminuire automaticamente la pressione e regolare le dimensioni della valvola di controllo del flusso per regolare con precisione la portata del materiale dello stampo. Pertanto, all'interno dell'intervallo di pressione preimpostato, indipendentemente da come cambiano la temperatura e la resistenza al flusso, è possibile controllare la portata dello stampo. Inoltre, la portata può essere regolata arbitrariamente senza vincoli di pressione. Ciò consente di riempire lo stampo a una portata ridotta all'inizio del processo di riempimento dello stampo per evitare turbolenze e degassamento, quindi di aumentare la portata per ottenere uno stampo liscio e pieno di cera senza segregazione fredda sulla superficie.
4) Controllo separato della pressione e del flusso in entrambe le direzioni, oltre al controllo della pressione a due stadi
Il cosiddetto Dual Isolated Modes Control (DIMC) significa che i due parametri di processo, pressione e flusso, sono controllati in modo completamente indipendente l'uno dall'altro. Il cosiddetto controllo della pressione a due stadi significa che la pressione di riempimento e la pressione di compattazione sono separate e controllate separatamente (Figura 3-1) [3]. Di solito si spera che, con la premessa di non produrre spruzzi e spruzzi, la pressione di riempimento sia adeguatamente elevata per ridurre il tempo di riempimento, in modo che il materiale dello stampo si solidifichi il meno possibile durante il processo di riempimento, garantendo che il riempimento sia pieno e ottenere un contorno netto dello stampo in cera lucidata. La pressione di compattazione deve essere opportunamente ridotta, in modo da garantire che la superficie dello stampo in cera non subisca restringimenti e piccole deformazioni e che le dimensioni siano stabili e, allo stesso tempo, ridurre il bordo volante e le bave. Vale la pena sottolineare che quando il volume della cavità di compattazione è riempito dal 95% al 99%, anziché al 100% completamente, la pressione dovrebbe essere immediatamente abbassata (Fig. 3-2). Lo scopo di ciò è quello di evitare l'impatto (impulso di pressione) del materiale dello stampo che riempie la cavità, che può danneggiare il nucleo e aumentare la bava di sfregamento dello stampo in cera, e di aiutare l'aria rimanente nella cavità a fuoriuscire ed evitare che l'aria bolle nello stampo di cera. L'AFC (Accelerated Flow Control) sviluppato e brevettato da Howmet-TMP è un tipico rappresentante di questo tipo di sistema di controllo.
3．Controllo computerizzato del processo di iniezione
Il ciclo generale del processo di iniezione è breve, solitamente da uno a diversi minuti, ma è necessario controllare molti parametri di processo, tra cui almeno pressione, portata, temperatura, tempo e altri elementi. In un periodo di tempo così breve è difficile fare affidamento sul controllo artificiale di precisione, con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, dovrebbero nascere sistemi di controllo computerizzato!
Controllo del programma informatico
La società americana MPI ha sviluppato la macchina automatica per la pressione della cera con controllo tramite microcomputer nel 1992 in occasione del 40° incontro annuale dell'ICI e dell'8° incontro annuale del debutto mondiale della fusione di precisione (Figura 3-3) [4]. La macchina è dotata di un sistema di controllo computerizzato in grado di preimpostare tutti i parametri del processo di pressofusione. Sullo schermo del computer l'operatore può anche accedere e richiamare facilmente i programmi esistenti nel computer. Senza funzionamento manuale, la macchina funziona automaticamente secondo il programma. Se si verifica qualche anomalia durante il funzionamento, il computer avviserà automaticamente l'operatore e lo inviterà a risolvere il problema in tempo. Il sistema può memorizzare fino a 500 set di stampi con tutti i parametri del processo di iniezione, in modo che l'operatore possa facilmente regolare i parametri di processo durante l'installazione di ciascun set di stampi. Tuttavia, questo sistema di controllo realizza principalmente il controllo della pressa per cera secondo il programma preimpostato [4].
Controllo computerizzato in tempo reale
A metà degli anni '90, Howmet-TMP ha sviluppato l'esclusivo sistema di servocontrollo CFAFC (CompuFlow Accelerated Flow Control) combinando la sua tecnologia AFC brevettata con la tecnologia di controllo computerizzata. Il sistema utilizza un sensore di pressione ad alta precisione e un divisore di pressione lineare per rilevare la pressione di attivazione generata al momento del riempimento del compattatore, quindi restituisce rapidamente il segnale al servosistema, che passa immediatamente ad un abbassamento della pressione per avviare la fase di compattazione, realizzando così completamente il controllo della pressione a due stadi. La pressione e la portata possono essere controllate individualmente in fasi con buona riproducibilità. La Figura 3-4 mostra un compattatore di cera con sistema di controllo CFAFC di Howmet-TMP [1].
Nel 1999, all'incontro tecnico annuale JACT in Giappone, MPI ha presentato lo sviluppo di successo dell'azienda di una pressa per cera con un sistema di controllo ADS (Automatic Die Setup) [5]. Il sistema ADS non solo memorizza tutti i parametri del processo di iniezione di migliaia di stampi, che possono essere interrogati e richiamati in qualsiasi momento dall'utente, ma dispone anche di un controllo della temperatura più preciso e sensibile (precisione della temperatura di ±0,25°C) e della capacità di determinare in tempo reale il volume del materiale dello stampo che entra nella cavità e quindi regolare la portata del materiale di iniezione in base a questo volume. Il sistema ADS non solo memorizza tutti i parametri del processo di stampaggio affinché l'utente possa controllarli e richiamarli in qualsiasi momento, ma fornisce anche un controllo della temperatura più accurato e sensibile (precisione della temperatura di controllo di ±0,25°C), nonché la capacità di determinare in tempo reale il volume del materiale da modellare che entra nella cavità, quindi regolare la portata del materiale da modellare in base a questo volume, consentendo all'operatore di conoscere non solo il volume del materiale da modellare necessario per realizzare una cera stampo, ma anche prevedere il volume del materiale che entra nella cavità prima della creazione di difetti, in modo da regolare tempestivamente la portata per evitare difetti in questo momento. Il sistema di controllo ADS di MPI offre inoltre due diverse modalità di pressione, riempimento e compattazione. Una volta che il materiale di stampaggio iniettato nella cavità raggiunge il 95-98% del volume della cavità, il sistema passa automaticamente a una pressione di compattazione inferiore [5]. Le figure 3-5 e 3-6 mostrano rispettivamente le presse per cera MPI semiautomatiche e completamente automatiche dotate del sistema di controllo ADS.
Allo stato attuale, la maggior parte dei pannelli di controllo dotati di presse per cera straniere avanzate sono dotati di monitor LCD touch-screen, intuitivi e facili da usare, ed è molto comodo eseguire il debug dei parametri di processo quando si sostituiscono gli stampi. La Fig. 3-7 e la Fig. 3-8 mostrano rispettivamente la schermata di visualizzazione del pannello di controllo MPI e Howmet-TMP.
4．Lo status quo e il divario delle presse per cera domestiche
Allo stato attuale, la macchina per la cera domestica oltre alla precisione della lavorazione delle parti, alla qualità dei componenti elettrici e idraulici, alla durata e al servizio post-vendita, ci sono molte cose da migliorare, solo a livello di sviluppo tecnologico, come parte fondamentale di il sistema di controllo della macchina per la cera, l'attrezzatura domestica è ancora in una fase di sviluppo relativamente bassa, principalmente nel flusso dello stampo è completamente sottoposto a pressione, vale a dire, il flusso e il processo di riempimento sono effettivamente In altre parole, il flusso e il processo di riempimento dello stampo non può essere controllato e può essere lasciato solo alla natura. Questo tipo di attrezzature riesce a malapena a soddisfare le esigenze di piccoli e semplici stampi in cera con requisiti bassi, ma non è sufficiente per pressare stampi in cera grandi e complessi o stampi in cera con anime in ceramica. Non c'è da stupirsi che negli ultimi anni molte imprese militari in Cina abbiano speso molti soldi per importare attrezzature per la pressione della cera dall'estero. Nell'attuale globalizzazione economica e nell'attuale adesione della Cina all'OMC, le imprese cinesi di fusione civile e commerciale si trovano ad affrontare l'arduo compito di migliorare rapidamente il grado e la qualità del prodotto, espandendo ciecamente la scala e aumentando la produzione dell'epoca destinata a diventare gradualmente una cosa del passato. E nonostante l'ambizione di entrare nel mercato internazionale, per soddisfare lo status quo, la macchina per la cera domestica non è ancora soddisfacente. Ad esempio, è difficile ottenere l'effetto ideale per alcuni stampi in cera con grandi differenze nello spessore delle pareti; la stabilità delle dimensioni dello stampo in cera (soprattutto quelle relative alle superfici di divisione) è scarsa; il nucleo è facile da rompere durante il processo di pressatura della cera ....... Da un punto di vista pratico, la chiave per migliorare il livello delle presse per cera domestiche non sta nella realizzazione della completa automazione o del controllo computerizzato. Dovremmo invece concentrare i nostri sforzi sul perfezionamento e sul miglioramento del sistema di controllo che è il centro nevralgico della pressa per cera. Facendo riferimento all'esperienza di sviluppo estero, il primo passo dovrebbe essere quello di migliorare la precisione del controllo della temperatura. E poi il flusso e la pressione dei due parametri di processo separatamente, il controllo indipendente a due vie, su questa base, realizza il riempimento, il controllo più efficace del processo di flusso e realizza ulteriormente il controllo della pressione a due stadi. Al fine di soddisfare le esigenze dell'industria cinese della fusione di precisione per migliorare la qualità del prodotto e la qualità stabile. Solo per gettare bene queste basi, il controllo e l’automazione dei computer hanno un significato e un valore sostanziali. A tal fine, è assolutamente necessario uno studio serio dell’esperienza e della tecnologia avanzata straniera. Allo stesso tempo, vale la pena ricordare che ci sono molte somiglianze tra la macchina per la pressione della cera e la macchina per lo stampaggio a iniezione utilizzata nell'industria delle materie plastiche. L’industria della plastica è molto più grande dell’industria della fusione di precisione. Naturalmente lo sviluppo delle macchine per lo stampaggio a iniezione è molto più rapido rispetto alle macchine per la pressione della cera, da cui si possono trarre anche molte esperienze utili. Alcuni colleghi stranieri hanno anche confessato che molte nuove idee e pensieri progettuali nel processo di sviluppo delle macchine per la pressione della cera hanno avuto origine anche dalle prime attrezzature per lo stampaggio a iniezione [3].
