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精密注塑件的生產(chǎn)穩(wěn)定性探討 |
| 時(shí)間：2019年04月26日 點(diǎn)擊：次
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隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，小家電和個(gè)人護(hù)理電子產(chǎn)品將在未來(lái)二三年內(nèi)成為消費(fèi)熱點(diǎn)。功能完善、經(jīng)久耐用、造型美觀、使用方便舒適的高質(zhì)量小家電產(chǎn)品呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。
精密注塑件作為小家電產(chǎn)品的重要組成部分，其質(zhì)量已引起相關(guān)生產(chǎn)廠家的高度重視，以合理的成本生產(chǎn)外觀優(yōu)良、尺寸的精密注塑件是迫在眉睫的課題。然而注塑過(guò)程中許多因素都可能引起制品外觀不良、變形、尺寸偏離等缺陷，如何才能保證在大批量生產(chǎn)中穩(wěn)定地制得精密注塑件就是筆者所要探討的問(wèn)題。
精密注塑件的生產(chǎn)穩(wěn)定性探討
1、精密注塑件的設(shè)計(jì)要求首先，生產(chǎn)精密注塑件的模具必須能適合成型高精密制品的要求。通常，精密注塑件尺寸的精度定為SJ1372-78標(biāo)準(zhǔn)的3、4級(jí)(精密級(jí))，特別精密的為1、2級(jí)(特殊技術(shù)級(jí));而模具制造的允許公差應(yīng)相應(yīng)地達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的3、4級(jí)或1、2級(jí)精度1，型芯、型腔和滑塊等應(yīng)采用高硬度、高強(qiáng)度的特種鋼材制造。模具內(nèi)還應(yīng)布置足夠的冷卻或加熱流道，確保模具及時(shí)散發(fā)或吸收所需熱量，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)保持模具溫度均勻、恒定。
其次，成型精密注塑件應(yīng)盡可能選擇收縮率小、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的材料。通常，PS、ABS、AS、PMMA、PC、PPO(聚苯醚)、PSU(聚砜)可成型3、4級(jí)精度的制品;PA系列可成型4級(jí)精度的制品;而POM、PP、PE、TPE(熱塑性彈性體)等不適宜成型4級(jí)以上精度的制品。由于無(wú)機(jī)物填充或玻纖增強(qiáng)的塑料收縮率低、尺寸穩(wěn)定性高，故常被用來(lái)成型高精度的制品。例如，BAYER公司的PA6DurHhanRM2521/45因含有45%的玻纖，其收縮率由PA6的0.6%1.4%降為0.3%-0.7%，使用該材料成型的零件能達(dá)到3、4級(jí)精度成型精密注塑件需要配備精密注塑機(jī)和適當(dāng)?shù)妮o助設(shè)備：建議使用電腦控制液壓式或全電動(dòng)精密注塑機(jī)。這類注塑機(jī)的注射行程靈敏度為0.1nnn，注射速率及保壓壓力可到。1%%，時(shí)間控制精度可達(dá)0.1s，料筒溫度控制精度可達(dá)0.2~0.5.這樣，就能設(shè)定注射段和保壓段的多級(jí)注塑壓力、注射速率、注射行程及保壓時(shí)間，確保熔體充模歷程與設(shè)定的工藝參數(shù)充分吻合。在注射-保壓轉(zhuǎn)換方式上，選擇“行程轉(zhuǎn)換方式”比選擇“時(shí)間轉(zhuǎn)換方式”能更地控制注射量。為保證模具溫度恒定，應(yīng)選用精密模溫調(diào)節(jié)機(jī)。
2、生產(chǎn)精密注塑件時(shí)，單模制品周期時(shí)間的重復(fù)穩(wěn)定性也十分重要。如果周期時(shí)間波動(dòng)大(如10%)，就會(huì)導(dǎo)致熔體在料筒內(nèi)停留時(shí)間發(fā)生差異，模具冷卻或加熱狀態(tài)不穩(wěn)定，從而引起制品尺寸變化。因此，精密注塑模具應(yīng)設(shè)計(jì)得適于全肖動(dòng)生產(chǎn)(制品和澆道料把可自動(dòng)脫落或用機(jī)械手取出)，以保持周期時(shí)間的穩(wěn)定。
2.1精密的模具、合適的原材料、理想的設(shè)備構(gòu)成了精密注塑件成型的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。模具制造完成后，通過(guò)多次試模，修正模具缺陷，確定工藝參數(shù)，即可準(zhǔn)備投人生產(chǎn)：
2.2精密注塑件生產(chǎn)的非隨機(jī)影響因素分析通過(guò)試模，雖制得了合格制品，也確定了初步的工藝參數(shù)，但這并不意味該工藝參數(shù)就一定適用于大批量生產(chǎn)，因?yàn)槌叽缙x、外觀惡化或批次間差異等問(wèn)題會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)在生產(chǎn)中。試模是在特定的機(jī)器設(shè)備和環(huán)境條件下、使用特定批次的原材料在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，工藝運(yùn)行時(shí)間短，狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定;而大批量生產(chǎn)時(shí)，客觀條件的變化可能導(dǎo)致成型狀態(tài)的波動(dòng)并影響產(chǎn)品質(zhì)量，這就需要通過(guò)研究相關(guān)的非隨機(jī)影響因素、工藝敏感性和工序能力來(lái)找出原因，并制定解決方案。
非隨機(jī)影響因素有以下幾個(gè)方面：材料差異因?yàn)樗芰显牧洗蠖嘤蓸?shù)脂、填料、增強(qiáng)材料和(或)其它助劑構(gòu)成，即使同一廠家、同一牌號(hào)樹(shù)脂的分子量分布或填料添加比例也存在批次間差異。適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)(料溫、注射速率等)可消除材料差異的影響。
注塑機(jī)差異如果條件允許，生產(chǎn)中好始終使用與試模時(shí)相同的注塑機(jī)。然而大多數(shù)情況下，正常生產(chǎn)和試模在不同的注塑機(jī)上進(jìn)行。不同注塑機(jī)可能會(huì)對(duì)相同的注射速率、型腔壓力等設(shè)定值表現(xiàn)出響應(yīng)差異。因此應(yīng)認(rèn)真分析和評(píng)估這些差異，提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，確定合適的注塑機(jī)。
電壓波動(dòng)電源電壓波動(dòng)會(huì)直接引起設(shè)定參數(shù)的響應(yīng)值變化。通常用電高峰期(白天)比低谷期(午夜點(diǎn)至早7點(diǎn))電壓低1030V.因此，應(yīng)根據(jù)電壓變化趨勢(shì)對(duì)工藝進(jìn)行微調(diào)整。對(duì)于特別精密注塑件的成型，建議配備大功率穩(wěn)壓電源。
環(huán)境溫濕度影響原材料使用之前，要充分烘干，避免水分以氣態(tài)形式進(jìn)入而降低制品性能，建議高濕環(huán)境中使用除濕千燥機(jī)。'模具積垢的影響在注塑生產(chǎn)中，某些樹(shù)脂如POM、PA會(huì)粘附于模具型腔表面，并逐漸積累形成沉積物，即模具積垢，從而影響制品外觀和尺寸。降低產(chǎn)品質(zhì)量。因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原材料烘干，改善模具排氣。定期使用除垢劑或超聲波設(shè)備清洗模具，減少模具積垢現(xiàn)象。
其它要定時(shí)監(jiān)測(cè)注塑機(jī)的工作油溫度，防止油溫異常導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力輸出不穩(wěn)定。
3、工藝敏感性研究工藝敏感與否直接影啊大批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
工藝越敏感，生產(chǎn)越不易穩(wěn)定。筆者針對(duì)注塑過(guò)程中4個(gè)主要因素――料溫(A)、注射速率(B)、模具溫度(C)和保壓壓力(D)來(lái)討論它們對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。值得注意的是，調(diào)整注射速率時(shí)應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整注塑壓力，確保注射速率能達(dá)到設(shè)定值。
首先，以試模確定的工藝參數(shù)為基準(zhǔn)，按照表1方案，調(diào)整A、B、C、D的高、低水平，然后保持其它參數(shù)不變，按照表2的組合方式進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)完成后，將結(jié)果分類評(píng)分：在T.藝贅數(shù)設(shè)定為“高水平”時(shí)，質(zhì)量變好為 1分，變化甚微或無(wú)變表1工芝參數(shù)調(diào)整方案參數(shù)水平料溫(A)注射速率(B)模具溫度(c)保壓壓力(D)低水平(L)篼水平(H)表2工藝敏感性研究試驗(yàn)方案參水平注：表中的數(shù)字表示試驗(yàn)的先后順序(1-8)，試驗(yàn)順序的安排主要考慮到升高料溫比降低更快化為分，質(zhì)量變壞為-1分;在工藝參數(shù)設(shè)定為2相應(yīng)的格子中，用￡(;值評(píng)價(jià)A、B、C、D各因素的敏感程度(尤為A、B、C、D中任一個(gè))：￡(X)=J(H)-X(L)。顯然，在評(píng)價(jià)某個(gè)因素的變動(dòng)時(shí)，其它因素的影響均被排除在外。例如，料溫敏感度￡(A)=(3 4 5 6)-(l 2 7 8)。若￡(X)值為 8，說(shuō)明此工藝非常穩(wěn)定;若￡(X)值為-8，說(shuō)明此T藝十分敏感;若￡(X)值為 7~-7，則需要具體分析該I藝參數(shù)在高或低水平的敏感度。
確定了各丁藝參數(shù)的敏感度后(很少同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)工藝參數(shù)都敏感的情況，否則試模制定的工藝有問(wèn)題)，就可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果向該工藝參數(shù)的“高水平”或“低水平”方向調(diào)整。修正的I藝參數(shù)應(yīng)運(yùn)行24h以上，并每隔46h收集制品的關(guān)鍵尺寸或件重?cái)?shù)據(jù)，使用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)方法來(lái)預(yù)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。
4、精密注塑件大批量生產(chǎn)的SPC方法及應(yīng)用SPC理論基礎(chǔ)實(shí)際上，生產(chǎn)中還存在隨機(jī)因素的波動(dòng)。它們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響可用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)預(yù)測(cè)。SPC就是用來(lái)評(píng)價(jià)大批量生產(chǎn)工序穩(wěn)定性的?？衫媒y(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各階段進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到以合理成本生產(chǎn)產(chǎn)品的目的。
通常使用可量化監(jiān)測(cè)對(duì)象如關(guān)鍵尺寸、件重的控制圖或Cp、CPK來(lái)評(píng)價(jià)注塑工序穩(wěn)定性，SPC控制圖假定按規(guī)定的取樣方法收集到一組數(shù)據(jù)X，……共/V個(gè)數(shù)據(jù)，那么：以平均值作為控制圖中心值，正負(fù)3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(±3S，)作為控制圖的上、下限(該上、下限應(yīng)落在規(guī)格值上下允許偏差內(nèi))，繪出控制圖U由可見(jiàn)，綠區(qū)工序很穩(wěn)定，黃區(qū)工序穩(wěn)定，紅區(qū)工序不穩(wěn)定;如果某次測(cè)量值超出紅區(qū)控制線，工序可初步判為不穩(wěn)定，應(yīng)采取措施調(diào)整到綠、黃區(qū)。
L―平!值土――綠區(qū)丨型腔2型腔1切腔2塑件s，s2某次生產(chǎn)的“和CPk(件重)t表5表明，用尺寸控制時(shí)，P，P2和匕的：均大于1.33，對(duì)照表3可知工序足夠穩(wěn)定，過(guò)程波動(dòng)導(dǎo)致的廢品率小于。
00633%，而P4的CP和(：均小于1.，顯示工序不穩(wěn)定，主要原因是該零件精度要求過(guò)高。表6表明，用件重控制時(shí)S：和S：的C，均大于2.0，顯示工序潛能非常大，但兩個(gè)型腔的CPK差別較大，原因是熔體在兩個(gè)型腔的充模速率不同，保壓階段的壓力傳遞差異使注人兩型腔的料量存在細(xì)微差別。采用拋光流道、改善模具排氣等措施使MFR均衡后，可保證兩型腔的CPK值均能達(dá)到1.33以上：5結(jié)論精密的模具、優(yōu)良的設(shè)備、理想的原材料和穩(wěn)定的T藝參數(shù)是精密注塑件穩(wěn)定生產(chǎn)的必要條件，SPC作為精密注塑件生產(chǎn)過(guò)程中一種有效的過(guò)程控制手段，能利用控制圖和工序能力指數(shù)CP、CPK評(píng)估、預(yù)測(cè)r序能力。以預(yù)防問(wèn)題，減少浪費(fèi)，確保生產(chǎn)出優(yōu)良的產(chǎn)品。
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