Anyagmérnöki Tudományok, 39/1 (2016) pp. 82 86. NYOMÁSOS ÖNTÉS KÖZBEN ÉBREDŐ NYOMÁSVISZONYOK MÉRÉTECHNOLÓGIAI TERVEZÉSE DEVELOPMENT OF CAVITY PRESSURE MEASUREMENT FOR HIGH PRESURE DIE CASTING LEDNICZKY GYÖRGY 1 DUGÁR ZSOLT 1 DUGÁR TAMÁS 1 BATA ATTILA 1 A tömeggyártásban leginkább alkalmazott öntési módszer a nyomásos öntés, melyet a könnyűfém alkatrészek előállításánál alkalmaznak leginkább. Célunk egy olyan termékfelügyeleti rendszer megvalósítása, mely jelentős minőségfejlődést hozhat a termékeket tekintve és e mellett költségcsökkentést hozhat. A főiskolán kifejlesztésre került egy mérőrendszer, melyet műanyagok fröccsöntéséhez fejlesztettek ki. A rendszer lehetővé teszi, hogy valós időben képet kapjunk a formaüregben ébredő nyomásviszonyokról, ezenfelül a megadott feltételeknek megfelelően képes a gép és a válogató egység irányítására a mért értékek alapján. Ötletként merült fel, hogy a mérőrendszert kibővíthetnénk más iparágak számára. Egy megállapodás jött létre a főiskola és egy partnervállalat [1] között, miszerint is az említett mérési eljárást nyomásos öntés közben alkalmaznánk. Az erre irányuló lépéseket megtettük, kiválasztásra került egy olyan szerszám, mely nem vesz részt a termelésben, tehát kutatási célból átalakítható. Az átalakítás megtervezése után sor került a szerszám módosítására. A cikk a mérési technológiát, annak lehetséges előnyeit és a tervezés lépéseit mutatja be. Konkrét eredmények csak a későbbiekben várhatók. Kulcsszavak: nyomásos öntés, öntés, erőmérés The pressure casting is the most commonly used casting method in the industry, which is most commonly used for the production of light metal castings. Our goal is to create a product vision system, which could bring a significant quality improvement, and cause cost reduction. In Kecskemét College a measurement system was created for plastic injection purpose. The system informs us about the pressure values set up in the cavity mould real time. It can also control the injection machine and select the workpieces that failed to be injected properly. A new idea was to use this technology for pressure casting. A cooperation declaration was made between the College and the partner company, to bring this idea to life. The first steps were made, a test tool was chosen, that was not used in the production, so we could use it for modifications. The article presents the measurement method, the possible benefits and the design steps. The further results will be presented in later publications. Keywords: die-casting, pressure ratios, manometry BEVEZETÉS Az ipar számára napjainkban fontos feladatai között található a minőségbiztosítás fejlesztése. Hozzátartozik, hogy új technológiák kivitelezésével és kiértékelésével kell foglalkozni, mellyel költségcsökkentést próbálnak úgy elérni, hogy csökkentik a selejtszámot vagy a hagyományos minőség-ellenőrzési eljárásokat váltják le valami modernebb technológiára. A kézirat ennek a munkának az egyik lehetséges megvalósítását tartalmazza. 1 Kecskeméti Főiskola, Anyagtechnológiai Tanszék 6000 Kecskemét, Izsáki út 10. ledniczkygyorgy@gmail.com
Nyomásos öntés közben ébredő nyomásviszonyok méréstechnológiai tervezése 83 1. MÉRÉSI ELJÁRÁS BEMUTATÁSA A hasonló felépítésű műanyag fröccsöntő szerszámban alkalmazott mérési módszert használjuk fel a nyomásos öntőszerszám vizsgálatához, ahol a szerszámban egy vagy több mérőcellát helyezünk el, és valamilyen közvetítő elem segítségével közvetlenül a formaüregben biztosítunk mérési pontot. Az erőmérő cella összeköttetésben van egy jelfeldolgozó egységgel, amely egy erre a célra készített szoftver segítségével valós időben megjeleníti a szerszámban uralkodó nyomásértékeket. Ezenkívül képes a megadott feltételek alapján az öntőgép vagy a válogató robot vezérlésére is [2]. A mérőcellákat érdemes több mérési ponton elhelyezni, például az üreg bejáratához, kilevegőzési pontokra, illetve olyan kritikus helyekre, ahol a terméknek kitöltési, porozitási vagy szívódási hibája található. Ez a meglévő, átalakításra szánt szerszámnál a kilökő csapokon keresztül fog zajlani. A mérőcellát többféleképen is be lehet szerelni, függvénye annak, hogy a szerszámban nem akadályoz-e más mozgó elemet vagy illeszkedő felületet. A szenzor típusát vagy terhelhetőségét az határozza meg, hogy mekkora átmérőjű kilökő csapon keresztül szeretnénk elvégezni a mérést, illetve mekkora nyomás ébredhet a szerszámüregen belül. Célszerű a hasonló mérési tartománnyal rendelkező mérőcellákat választani, mert ha túl nagyméréshatárú cellát választunk, akkor nem lesz kellőképpen érzékeny a relatív kis nyomásváltozásokra. Az 1. ábrán egy mérőcella beépítése látható, ahol értelmezhető a mérési módszer. A szenzor a kilökő csapon keresztül képes mérni a formaüregben ébredő nyomást. 1. ábra. A cella elhelyezkedése a szerszámban A cellák jelvezetékekkel vannak összeköttetésben a jelfeldolgozó egységgel, melyhez elengedhetetlen az, hogy egy pályát alakítsunk ki az átalakításra váró lapon. A pálya méreteit az elhelyezett mérőszenzorok száma határozza meg. Többfészkes, sok ponton mért kisebb szerszámoknál bonyolódhat a megtervezése. A jelvezeték-pálya útjának tervezésekor alaposan meg kell vizsgálni a rendelkezésre álló összeállítási modellt vagy ennek hiányában a valódi szerszámot, hogy olyan helyen legyen elvezetve, ahol más kilökő csapok vagy más felfekvő felületek illeszkedését nem akadályozza. Ezenkívül még helyet kell találni a szerszám
84 Ledniczky György Dugár Zsolt Dugár Tamás Bata Attila elektromos csatlakozó tartólapjához, mely ismételten odafigyelést igényel, a szerszám egyéb elemei miatt. A vezeték pályára még ki kell alakítani egy takaró fedelet, hogy beépítés közben elkerüljük az esetleges sérüléseket. A 2. ábrával szeretném értelmezni az előzőekben említett átalakításokat. 2. A MÓDOSÍTÁSOK MEGTERVEZÉSE 2. ábra. Az átalakított szerszám kidobó lapja A mérőcellának fontos kritériuma, hogy különböző hőmérsékleteken is pontos értéket adjon, melyet hőkompenzációval lehet elérni, ezért a gyártás folyamán fontos ismerni a szerszám hőmérsékletét. A kilökő rendszer hőmérséklete változó lehet szerszámonként, de körülbelül a méréseink szerint 80 150 C-ra tehető. A kitöltés időtartama 5 15 ms, az olvadék sebessége 20 60 m/s a nyomás pedig 500 1500 bar között változhat [3]. Ettől lehetnek eltérő értékek is, melyeket figyelembe kell venni, de az átalakítás alatt álló szerszámnál az említett paraméterekkel számolunk az előzetes konzultációk alapján. A nyomásos öntő gépeken a dugattyú hidraulikus mozgatásához szükséges nyomást lehet mérni, melytől a szerszám formaadó részében alacsonyabb értéket lehet mérni a különböző áramlástani akadályok miatt, mint például a megvágás, csökkenő, majd bővülő keresztmetszetek, az olvadékhőmérséklet-változás miatt bekövetkező viszkozitás-változás és sok egyéb tényező miatt [4]. A következő, 3. ábrán egy hidegkamrás nyomásos öntés szerkezeti felépítése látható, illetve egy ciklus nyomás-idő diagramja.
Nyomásos öntés közben ébredő nyomásviszonyok méréstechnológiai tervezése 85 3. ábra. Nyomásgörbe a nevezetes szakaszaival [5] Az üregnyomás méréssel a termék különböző pontjain látjuk az aktuális nyomásértéket, mely nagyban elősegítheti a technológia beállítását. Mérhető vele még a töltési idő, az átkapcsolási idő és tömörítés idő is. Ha bárminemű változás van ( töltetmennyiség-változás, olvadékhőmérséklet-változás, szerszámzáró erő vagy a fémre ható nyomásváltozás) az rögtön észlelhető az üregen belül mért értékekből. Az öntőlöket idejét meg lehet határozni, ha rendelkezésre áll a betáplálásnál, illetve a fő kilevegőzési pontnál legalább egy-egy mérési pont. Egy beállított technológia és ezzel kapcsolatosan visszaellenőrzött termék esetén a termék porozitására és lunkeresedésére is lehet következtetni a felvett görbéből, a termék tömegéből és/vagy röntgenvizsgálatából. ÖSSZEFOGLALÁS A mérés nagyban elősegítheti a gyártást, mind nullszéria gyártásakor, mind pedig sorozatgyártáskor. A létrejövő nyomásgörbe alapján lehetséges kiszűrni a rossz kitöltésű termékeket. A kezdeti többletköltségek után jelentős költségcsökkenés várható a selejtes termékek gyártása elkerülésének következtében. A szerszám átalakítása már megtörtént, jelenleg a megfelelő terhelhetőségű mérőcella gyártása zajlik. A későbbiekben a kísérlet után kapott eredményeket bemutatjuk. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Kutatómunkánkat a TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 pályázat támogatásával végeztük! The research was supported by TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 project.
86 Ledniczky György Dugár Zsolt Dugár Tamás Bata Attila IRODALOMJEGYZÉK [1] www.femalk.hu, 2015. [2] www.cavityeye.com, 2015. [3] DÚL Jenő: Nyomásos öntészeti ismeretek. [4] REIMER, Vinzenz: Nyomásos öntés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978. [5] BRUNHUBER, Ernst: Praxis der Druckgussfertigung. Fachverlag Schiele & Schön GmbH, Berlin, 1980.