Пластмаси-устойчивост на размерите

юни 2, 2013, 20:54  

Материалите имат свойство,наречено коефициент на термично разширение(КТР).Огромното мнозинство от материалите увеличават размерите си с увеличаване на температурата и ги намаляват при понижаване на температурата им.

В Международното Бюро за Мерки и Теглилки  близо до Париж(предградието Севър) се съхранява образец на метър,изработен от 90% платина и 10% индии,на който са нанесени много точни гравировки(деления).Образеца се съхранява при строго контролирани условия и при 0 град. Целзии разстоянието между двете маркировки е 1 метър.Вече повече от 70 год. този образец служи като световен стандарт за тази фундаментална измерителна единица в система SI(Международна система за мерните единици).

05ptKHmaterials

Защо са необходими толкова много усилия за дефиниране на единицата за дължина?Отговора е в част от свойствата на материалите – коефициента  на термично разширение(КТР).Огромното мнозинство от материалите увеличават размера си при увеличаване на температурата и го намаляват при намаляване на температурата.За повечето метали тази стойност е приблизително 10х10-6  метра/град. Целзии.За повечето ненапълнени полимери цифрата е приблизително с един порядък по-голяма или около 1/10 от хилядната от инча(2,54мм.) за изменение на температурата с 1 град. Целзии.

Историята на производството и измерването на изделия с тесни допуски дава илюстрация на важността на това свойство.Разгледаме изделие,излято от ненапълнен полибутилен-терефталат(полиестер).Това изделие е  цилиндър,висок приблизително 127мм. и затворен в края,от който е впръскан материала.Той има критична дълбочина от дъното до ръба на другата страна от 125,5мм. плюс/минус 0,2 мм.Поддържането на тази дълбочина е предизвикателство при всяко започване на производството,особено откакто номиналната дебелина на стената беше 6,4мм. и зделието не беше стабилно по размери 2 часа след отливането му.

Тази   несигурност беше разрешена чрез създаване на графика на зависимостта на размера от времето.Но при това изделие имаше различни предизвикателства през годините,които винаги ни караха да се оглеждаме през рамо за неочаквани проблеми.

Същото изделие беше изпратено за машинна обработка и после върнато за последен оглед  преди да бъде изпратено на клиента.Един ден изделията бяха върнати.В този момент външната температура беше минус  12 град. Целзии – цели 35 град. под стайната температура.Тъй като кашоните бяха тежки,проведохме измерването на дълбочината на открито.Отдела по качеството установи отклонение от дълбочината(по-малък размер).Забелязах,че изделията са ледено-студени.Посъветвах отдела по качество да внесат изделията в лабораторията и да ги оставят да достигнат стайна температура,след което да извършат измерванията.При проведеното ново измерване изделията като по чудо бяха в размер.

Като се имат предвид свойствата на РВТ,това поведение беше предвидимо.При коефициент на термично разширение 0,000075 инча/град.Целзии ,умножен по 35 град. Целзии  би се стигнало до изменение на дължината близо 5 инча(127 мм.).Изделието беше “мръднало” с почти 0,013 инча(0,86мм.),т.е. почти целия изискван толеранс.Това илюстрира важността на измерването на критичните размери при стандартни укловия.

Понякога може да видите изискване за температурния обхват,при който трябва да се извършват измерванията.Това отразява важността на коефициента на термично разширение за размера на изделието,фактор,който често се изплъзва от вниманието.

Както и при всички др. фактори,които обсъждахме,колкото по-голямо е изделието,толкова по-важно е влиянието на коефициента на термично разширение.

Това е свързано с урока,който беше научен,когато е започнал на се провежда статистически контрол  при машините за леене под налягане в началото на 80-те години.Важността на проверката и графичното представяне на критичните размери по време на производството на изделието беше един от големите изводи от статистическия контрол.Така че има смисъл да се поставят проверяващи инструменти на машината,къдито оператора може да провери и въведе размерите и да наблюдана контролните графики в развитие.Някои от инструментите измерват критични размери с точност от десети до хилядни от инча.Когато анализираме данните,намираме разочароващо ниски резултати за възможностите на процеса даже когато обхватите за дадена настройка на образците,взети в дадено време,не говорят,че случая е такъв.Освен това,когато изделията,събрани за статистически контрол по време на производството са били прегледани от контрольорите по качеството,отклоненията са били доста по-малки.

Първоначално това е било обяснено с по-добрата квалификация на хората от отдела по качеството при измерване и с факта,че когато само един човек извършва измерванията,се намаляват някои от аспектите на повторяемостта и възпроизводимостта на инструмента.Но по-нататъшните разследвания показаха,че има нещо повече.Когато започнахме усилията за внедряване на статистическия контрол на производствената площадка,инсталацията(за производство) все още нямаше контролиран климат на околната среда.Всеки,който е работил в производствено предприятие без контрол на климата(в помещенията),знае че през лятото(даже и на север) температурите могат да варират значително от относителто хладно сутринта,до горещо през втора смяна.

Инструментите за измерване на температурата в предприятието документират колебания от 28 град. Целзии(температурни разлики).Когато погледнем контролните графики ще видим вълнообразни криви,свързани с тези температурни флуктуации,противопоставени на нормалните вариации на нашия процес.Изделията,отляти когато в помещението е било най-горещо,не са се свили толкова много както тези,отляти когато е било по-студено просто поради ефекта на коефициента на топлинно разширение.Това не само прави процеса да изглежда по-неточен,но и оставя впечатление,че техниците и персонала по качеството са реагирали на нещо несъществуващо.

Освен това към всички други съображения,които сме обсъждали във връзка с устойчивостта на размерите,трябва да се добави още едно: Даже изделията,които са вече устойчиви,все още ще дават различни резултати,когато се проверяват при различни околни условия.Когато коефициента на термично разширение на материала,размера на изделието и даже  ориентацията на полимера към съответния размер са били проверени,всички ние се влияем от чуствителността на измерванията  от температурата,при която те са извършени.

Оставете коментар

Изкажете мнението си...
Ако желаете снимка, вземете си от Граватар!