Liejimo ciklo laiko skaičiavimas: Pilnas inžinerinis gidas su formulėmis

Ciklo laiko ekonominė reikšmė

Masinėje gamyboje ciklo laiko skaičiavimas yra plastikų liejimo ekonomikos pagrindas. Šis kritinis parametras nustato jūsų gamybos pajėgumus, produkcijos savikainą ir įrangos panaudojimą. Nesvarbu, ar esate formos konstruktorius, vertinantis projekto atsiperkamumą, ar gamyklos vadovas, optimizuojantis esamus procesus – tikslus ciklo laiko prognozavimas sutaupo tūkstančius eurų plėtros kaštų ir užtikrina pelningą gamybą.

Šiame išsamiame vadove išskaidysime pilną inžinerinę liejimo ciklo laiko formulę, apimančią aušinimo lygtis, užpildymo skaičiavimus ir optimizavimo strategijas. Pateiksime matematinius pagrindus gamybos našumui prognozuoti dar prieš pradedant gaminti formą, pateikdami konkrečius pavyzdžius ir Tederic mašinų našumo duomenis.

Keturios liejimo ciklo fazės

Kiekvienas liejimo ciklas susideda iš keturių nuoseklių fazių, kurių kiekviena tiesiogiai veikia bendrą laiką:

1. Užpildymo fazė (Injection)

Išlydytas plastikas aukštu slėgiu ir greičiu įšvirkščiamas į formos ertmę. Ši fazė priklauso nuo mašinos įpurškimo galios ir formos pasipriešinimo.

2. Sutankinimo fazė (Packing/Holding)

Papildoma medžiaga „supakuojama“ į formą, kad būtų kompensuotas plastiko susitraukimas auštant. Tai kritinis etapas detalės svorio ir matmenų stabilumui.

3. Aušinimo fazė (Cooling)

Plastikas kietėja formoje. Tai dažniausiai ilgiausia ciklo dalis, sudaranti 60–80% viso laiko.

4. Formos judėjimo ir išmetimo fazė

Forma atsidaro, detalė išstumiama, ir forma vėl užsidaro. Čia lemiamą vaidmenį vaidina mašinos „sauso ciklo“ (dry cycle) greitis.

Aušinimo laikas: Ball-Macedo lygtis

Aušinimas prasideda tą milisekundę, kai lydalas paliečia formos sienelę. Tiksliausia aušinimo laiko skaičiavimo formulė yra:

t_cool = (h² / (π² × α)) × ln((4/π) × (T_melt - T_mold) / (T_eject - T_mold))

Kur:

• h: Maksimalus sienelės storis (mm).
• α (Alfa): Medžiagos šiluminio laidumo koeficientas (Thermal Diffusivity).
• T_melt: Lydalo temperatūra.
• T_mold: Formos sienelės temperatūra.
• T_eject: Detalės išmetimo temperatūra.

Įpurškimo laiko skaičiavimas

Užpildymo laikas priklauso nuo mašinos tūrinio srauto ir liejinio tūrio:

t_fill = (Detales tūris + Liejinių tūris) / Įpurškimo greitis

Tederic High-Speed sprendimai

Tederic DE serijos mašinos pasiekia įpurškimo greitį iki 500 mm/s, kas leidžia sutrumpinti šią fazę iki 0.5–1.0 s net ir plonasienėms detalėms.

Išlaikymo laikas ir „Gate Freeze“

Išlaikymo laikas turi trukti tol, kol sukietėja įlieja (vadinamas „gate freeze“):

t_freeze = (Sienelės storis)² × k / α

Tipinis išlaikymo profilis:

• Pradinis tankinimas: 80-90% įpurškimo slėgio (0.5-2 s).
• Išlaikymas: 50-70% įpurškimo slėgio (2-5 s).

Formos judėjimo laikas (Tipinės reikšmės)

Mašinos dydis	Atsidarymas	Užsidarymas	Išmetimas
50-100 tonų	0.8-1.2 s	0.6-1.0 s	0.3-0.5 s
100-300 tonų	1.0-1.5 s	0.8-1.2 s	0.4-0.6 s
300-1000 tonų	1.5-2.5 s	1.2-2.0 s	0.5-0.8 s

Mašinos judesių (Dry Cycle) svarba

Sausas ciklas yra minimalus laikas judesiams be plastikavimo ir aušinimo. Pasaulinio lygio benchmarks:

Pritaikymas	Sausas ciklas	Tederic NEO serija	Gamybos ciklas
Plonasienė pakuotė	2.0-3.0 s	1.8-2.2 s	5.0-8.0 s
Techninė detalė	3.0-5.0 s	2.8-3.5 s	15.0-30.0 s
Stambus liejinys	5.0-8.0 s	4.2-6.0 s	45.0-90.0 s

Naudojant Tederic NEO hibridines ar elektrines mašinas, patobulinta toggl mechanika ir servo pavaros leidžia sutaupyti iki 30% laiko vien judesių fazėje.

Pilna ciklo laiko formulė

Inžinerinis viso ciklo apskaičiavimas atrodo taip:

Visas ciklas = t_fill + t_pack + t_cool + t_move

Svarbu: t_cool (aušinimas) dažniausiai yra „butelio kakliukas“. Jei jūsų mašina leidžia plastikavimą aušinimo metu (lygiagretūs judesiai), bendras laikas mažėja.

Išsamios ciklo laiko optimizavimo strategijos

Norint pasiekti maksimalų gamybos efektyvumą, rekomenduojama sistemingai optimizuoti kiekvieną fazę:

1. Aušinimo optimizavimas

• Konformalinis aušinimas: 3D spausdinti aušinimo kanalai sumažina laiką 30–50%.
• Formos temperatūros balansas: Tikslus termoreguliavimas užtikrina greitą kietėjimą be vidinių įtempių.
• Didelio laidumo medžiagos: Vario lydinių įdėklai kritinėse vietose pagreitina šilumos pašalinimą.

2. Užpildymo optimizavimas

• Įpurškimo greičio didinimas: Naudojant Tederic DE aukšto slėgio galimybes.
• Įliejų (gates) projektas: Didesni įvadai mažina pasipriešinimą ir užpildymo laiką.
• Karšto kanalo sistemos: Panaikina poreikį aušinti ir perdirbti liejinius.

3. Mašinos dinamikos optimizavimas

• Elektrinės pavaros: Greitesni ir tikslesni judesiai nei hidraulinių sistemų.
• Suspaudimo jėgos reguliavimas: Tikslus jėgos parinkimas leidžia greičiau atidaryti formą.
• Lygiagretūs procesai: Dozavimas ir formos judesiai atliekami vienu metu.

4. Detalės dizaino optimizavimas

• Sienelių storio mažinimas: Kiekvienas sienelės storio milimetras prideda sekundes aušinimui.
• Ribų ir briaunų projektavimas: Užtikrina tolygų aušinimą ir apsaugo nuo deformacijų.

Tederic performance palyginimas

Parametras	Tederic DE (Elektrinė)	Standartinė hidraulinė
Sausas ciklas	2.5-4.0 s	4.0-6.5 s
Energijos sąnaudos	0.3-0.5 kWh/kg	0.7-1.1 kWh/kg
Tikslumas	±0.01 mm	±0.1 mm

Ekonominis poveikis ir ROI analizė

Ciklo laikas tiesiogiai lemia gamybos rentabilumą. Pavyzdys: sutaupytos 2 sekundės 30 s cikle dirbant 3 pamainomis (24/5):

Parametras	Bazinis ciklas (30 s)	Optimizuotas (28 s)	Skirtumas
Detalės per valandą	120	128.5	+8.5 vnt.
Detalės per dieną	2,880	3,084	+204 vnt.
Detalės per metus (250 d.)	720,000	771,000	+51,000 vnt.
Papildomas pelnas (0.50 €/vnt.)	-	-	+25,500 €/metus

Ši analizė rodo, kad investicija į aukštesnės klasės Tederic elektrinę mašiną, kuri vien savo dinamika sutaupo kelias sekundes, dažnai atsiperka vien per papildomą produkcijos kiekį per pirmuosius 12–18 mėnesių.

Pramonės standartų palyginimas (Benchmarks)

Pramonė	Tipinis ciklas	Detalės per valandą	Pasaulinė klasė (World-Class)
Pakavimas	5-8 s	450-720	3-5 s ciklas
Automobilių dalys	30-60 s	60-120	20-40 s ciklas
Techniniai liejiniai	45-120 s	30-80	30-90 s ciklas

Apibendrinimas: Pagrindinės formulės

• Aušinimas: t_cool = (h²/π²α) × ln(T_melt...)
• Užpildymas: t_fill = V_shot / Q
• Visas ciklas: t_total = t_fill + t_pack + t_cool + t_move
• Našumas: 3600 / t_total

Reikia pagalbos optimizuojant ciklo laiką? Susisiekite su TEDESolutions inžinieriais. Mes atliksime simuliaciją ir padėsime parinkti geriausią gamybos strategiją.

Taip pat skaitykite: Liejimo mašinų palyginimas ir TCO analizė.