, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Поликарбонатите направиха по-безопасни визуализиращите панели.

Поликарбонатите направиха по-безопасни визуализиращите панели



Bernd Duchstein и Bill Clancy,

Институт за металорежещи машини и управление на предприятия, Технологичен институт - Берлин
 

 



Фигура: Визуализиращ панел за инструментална екипировка. В лявата част на екрана може да се види въздействието на „chuck jaw”.
Снимка: SEGE визуализиращ панел Gmbh & Со KG


Използването на поликарбонати в системите за сигурност, например визуализиращи панели в машините, се увеличава бързо с технологичния напредък на високоскоростната механична обработка и в момента е стандартна характеристика в тази област. Положителните характеристики на този материал са високата му пластичност, едновременно с това висока издръжливост при различни въздействия. Влиянието на тези въздействия се състои най-вече в голямата еластична деформация и частично в по-малката пластична. Въпреки това, под влияние на някои процеси, материалът старее много бързо и това може да крие значителна опасност за потребителя.


Днешният поликарбонат е единственият известен прозрачен материал, един панел, от който е достатъчно здрав, за да се използва за екрани за безопасност, без да е необходимо да се смесват няколко материала или да се създава панел от няколко листа материал. Благодарение на отличната си непроницаемост, 12-милиметров лист от поликарбонат може да издържи при тест DIN EN 12417 и сила на 1125 Nm1. Трябва да се отбележи, че лист със същата дебелина от полиметилметакрилат (PMMA) може да издържи само 31 Nm1. През 2008 г. Институтът за инструментална екипировка и производствен мениджмънт - Institute for Machine Tools and Factory Management (IWF) стартира изпитания на полиетилен терефталат (PETE), подсилен РЕТ, акрилно стъкло, плексиглас, за да се разбере, дали добавките са довели до съществени подобрения. Установено беше, че добавките нямат значително влияние, така че използването на поликарбонати все още е разумно решение.

Ефекти на стареене


С течение на времето устойчивостта на материала намалява в резултат на тежките условия на работа на металообработващите машини. Стареенето се причинява от ултравиолетова светлина, емулсията от охлаждаща течност и вода, неправилното почистване, както и наличието на вредни добавки - които увеличават производителността и живота на инструмента и осигуряват по-добро покритие, но са вредни за поликарбоната. Стареенето води до значително намаляване на съпротивителната способност на материала, а това крие опасности за операторите на машини. В резултат на стареенето панелите губят еластичността си и така за скъсването им е нужна по-малка сила в сравнение с нов панел (фиг. 1). 
 


Фигура 1. А) Високоскоростната снимка показва как снаряд прониква през остарял поликарбонат, но при Б) подобен изглед показва как един нов поликарбонатен панел ) предотвратява проникването.

От края на 1990 г. IWF се опитва да реши проблемите със стареенето, причинени от емулсията течност/вода за рязане. Първоначални изследвания в областта на този проблем са направени от BGIA Институт за професионална безопасност и здраве и Асоциацията на немските производители на металообработващи машини (VDW) 2, на базата на тях може да се направят първите графики за стареенето (фиг. 2). Допълнителни изследвания, извършени от Bold, потвърждават принципно резултатите. Процедурата на тези тестове включва бързото стареене на пластините, потопени в резервоар с емулсия за рязане.


В момента в IWF тече проект, насочен към интегриране на последиците от стареенето на поликарбонатите под влияние на FEA симулация. Поликарбонатните пластини се износват под влияние на химични реагенти и термично окисление. Този процес цели да даде по-ясна представа за реалните работни условия на поликарбонатните пластини, използвани в промишлеността. Те се съхраняват при температура 50°С и 8% охлаждаща емулсия, впръсквана от едната страна на пластината в рамките една минута, с едноминутни прекъсвания. Листовете са взети и изследвани на равни интервали, така че да могат да се правят записи на ефекта от краткосрочното и дългосрочно стареене.


Тестове на въздействието


Тестовете на въздействието определят дали спада на устойчивост при проникване е в съответствие със стандартите, установени в DIN EN 12415 (с 2.5кг. снаряд) и DIN EN 12417. Освен това, са създадени няколко елементни модела, за да се симулира поведението при въздействието върху нови и остарели поликарбонатни пластини. Поведението на материала в модела се характеризира със свойства като линейна еластичност и вискозна-пластичност при деформация, параметри на затихване и критични критерии. Тогава условията на стареене могат да се добавят към модела от профила на материала под формата на поток от динамични криви и критично напрежение. 
 


Фигура 2. Ефектът на стареене върху устойчивостта при проникване на защитени и незащитени поликарбонатни пластини.

Въпреки, че първоначалните изследвания били направени доста отдавна и не е имало фундаментални промени в тази област, сега е по-подходящо от всякога да се възобновят. Това се вижда особено при все още непубликувания промишлен стандарт за безопасност на металорежещи машини (DIN EN ISO 23125), в който кривата на стареене е включена след международните дискусии с комисиите по стандартизация и искания от страна на представители на индустрията, както и на научноизследователски институти.

Поликарбонатни защити


Решението на проблема със стареенето, дължащо се на ултравиолетова светлина, охлаждаща емулсия и неправилно почистване е доста просто: защита на пластините. Тази защита, обаче, е доста сложен процес. Публикацията на VDW от 2002 г., "Поликарбонатни пластини в машинните центри," описва простото твърдо покритие, което, обаче, не е толкова ефективно, колкото се е смятало5. За да получите добра и дълготрайна защита от поликарбонат в тази среда, трябва да го защитите с ламинат, стъкло или повърхностно покритие. Тази информация се взема под внимание в новия стандарт за безопасност на металорежещи машини (DIN EN ISO 231125), докато в стария тя не се отчита.
Чрез защитата на поликарбонатните пластини можете да поддържате желаните свойства, като пластичност и устойчивост при проникване, което позволява работа в машинна среда без стареене. Многопластови структури, които са комбинация от стъклени и пластмасови слоеве, също могат да бъдат използвани. При многопластова структура, може да се използва полиетилен терефталат вместо поликарбонат. Производството на пластини с многослойна структура е много сложно и трябва да се осъществява само от експерти.


Въпреки тези предпазни мерки, все още е възможно да има риск, ако в използвания охладител има силно реактивна добавка. Въпреки, че производителите дават подробни инструкции за това как охлаждащите течности и почистващи препарати може да се използват, много от операторите не следват тези указания. Последиците от това са разнообразни: от корозия на тръбите на машините, до разтопяване на пломбите на пластините. Използването на тези вредни добавки води до по-къс експлоатационен живот на машината или до значителна опасност за оператора, и в резултат на това и до разтопяване. Тъй като много от операторите не са запознати с тези дългосрочни ефекти в резултат от използването на добавки, трябва да бъдат взети мерки за запознаването и осъзнаването на проблема от операторите. За да се повиши информираността и да се разработят решения за безопасно използване на поликарбонатите, IWF в Техническия университет в Берлин и Fraunhofer - Институт за производствени системи и технологии за конструиране се провеждат принципни и индустриални проучвания в тази област.

 
Автори са инженери от Института за инструментална екипировка и промишлено управление, към Берлинския Технологичен институт.


Цитати: [1] DIN EN 12417: Werkzeugmaschinen – Sicherheit – Bearbeitungszentren. March 2007. [2] Mewes, D.; Trapp, R; Wahrlich, H.-J.: Trennende Schutzeinrichtungen an spanenden Werkzeugmaschinen. Dsseldorf, Sonderdruck fr die Vereinigung der Metall-Berufsgenossenschaften, 2005 [3] Bold, J.: Trennende Schutzeinrichtungen fr Werkzeugmaschinen zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Dissertation from the IWF at the TU Berlin, 2004 [4] Uhlmann, E.; Duchstein, B.: FEM- Aufprallsimulation fr die sicherheitsgerechte Entwicklung von Werkzeugmaschinen. In: wt-online. 98 (2008) Nr. 7/8, P. 533-537 [5]Wrz, T.; Kuhnmnch, K.-P.; Mdden, H.: VDW-Merkblatt “Polycarbonat-Sichtscheiben in Werkzeugmaschinen,” Frankfurt am Main, Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) e.V., 2002.