如何缩短成形周期.docx

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如何缩短成形周期

如何缩短

成形周期

段安明

在这个日益竞争剧烈的商业社会中，提高生产效率是一个很值得关注的问题。

本文阐述了使用已有或新设计的注塑机或模具，改善注塑周期的多种方法。

注塑周期

图一：

标准的注塑周期

加料完成

模腔充填满冷流道凝固

合模注射保压加料开模顶出顶退合模

保压时间冷却时间成品不会变形

一台油压驱动注塑机的注塑周期是从合模开始，到下一次合模为止。

合模一般分为四段：

快速合模，慢速合模，低压护模及高压合模。

注射在高压合模完成后开始，亦分为多段。

注射时熔融塑料充填模腔。

当模腔充满，压力骤升，故注射的末端亦称为挤压段（SPAKINGPHASE）。

控制不宜的时候，成品就产生披锋。

保压在注射完成后开始。

其实冷却是从模腔填充满后开始，亦退即是从保压开始。

模具冷却时，成品受冷收缩。

保压的作用是经过还未凝固的冷流道，以一股低于注射压力的保压压力，填充收缩时形成的凹陷，使成品脱模时饱满（没有凹痕）。

当冷流道凝固后，再保压已没有意义，保压便可终止。

保压可分为多段，每段的保压压力不同（一般是逐段递减），以时间划分。

总的保压时间是由称量成品的重量；或从成品没有缩水而定出来的。

从短的保压时间开始调整，每注塑一次都增加一点保压时间，直至成品重量不再增加，或产生的缩水可接受为止，保压时间便不用再增加。

图二：

选定保压时间

成品重量

总保压时间

注塑机上所设的冷却时间参数是从保压完成到开模的一段时间，但冷却早在模腔填满塑料后便开始。

冷却时间的目的是使成品继续冷却固化，到顶出时已不会因顶出的压力而变形。

冷却时间是通过试验得出来的。

在冷却时间的开始，加料同时进行。

图一显示冷却时间比加料时间长。

亦有可能是如（图三）一样，加料时间比冷却时间长。

换句话说，图三显示螺杆的塑化能力不足，做成瓶颈。

故在此案例中，增加塑化能力是缩短周期时间的方法，目标是回到图一的短加料时间。

图三：

塑化能力不足

加料完成

保压加料开模

保压时间冷却时间

冷却时间（图一）或加料完成（图三）后便开模，成品顶出一次或多次，顶退后便再合模，下一周期开始。

合模

近期设计的肘节式注塑机，都有再生合模油路，争取更高的合模速度。

在模具不受高冲击的大前提下，适宜采用。

此功能可以选择关掉。

高压合模

采用最低而使产品不产生披锋的合模力，能缩短高压锁模段所需要的时间。

况且，模具的拉杆，肘节及模板亦会因低的锁模力而延长寿命。

如果某模具使用50吨的锁模力就足够的话，便不再需要用51吨的锁模力。

注射

在成品不产生汽泡，或不因烧焦而产生黑点的情况下，使用最高的注射速度。

尤其是厚壁注塑，模腔内有大量的存气空间是由熔融塑料充填的。

太高的注射速度使模腔内的空气来不及排出模具外，做成气泡，或者强力压缩空气使之急剧发热烧焦制品。

使用最低的注射压力能相应地降低所需的锁模力（胀模力）；使用最低的料筒温度能缩短冷却时间。

保压

从成品重量或可接受的缩水定出最短的保压时间。

有很多薄壁产品都是不用保压的，因成品的内层基本上在注射完成时便马上凝固。

图四：

薄壁注射

注射加料

冷却时间

冷却时间

听过一个说法：

模具根本是个热交换器。

不错，模具经冷水道不断将熔融的热量带走，设计得宜的模具能提高热交换的效率。

在允许的情报况下，冰水冷却能缩短冷却时间。

若冰水冷却做成模具凝露，干风机及带密封的装置能降低露点，防止凝露。

加料

若塑化能力不够，做成瓶颈，在螺杆设计及参数调整可作以下处理：

1．屏障式螺杆可增加塑化能力

2．大直径（C）螺杆可增加塑化能力

3．加大螺杆的槽深可增加塑化能力

4．加大螺杆的转速可增加塑化能力。

某些对剪切敏感的塑料如：

PVCPET等则不能用此法

5．尽可能降低背压，这样会增加塑化速度

6．采用油压封咀，使开、合模时亦能塑化

7．采用预塑器设计，使螺杆能在周期内除了注射及保压的时间外，都能进行塑化（图五）

8．采用保压装置，使螺杆在保压段也可以进行塑化（图六）

图五：

采用预塑器或油压封咀装置

注射保压加料

冷却时间开模顶出顶退合模

图六：

厚壁注塑/保压装置

注射保压（冷却时间）开模

加料

方法1-5：

是试图将图三的情况转换为图一的情况。

方法6-7：

是采用并行动作，加料为独立的油路或电路驱动。

方法8：

最适用于厚壁注塑，为了避免缩水，厚壁产品的保压时间冗长。

加料前后的倒索在需要时，宜采用弹簧咀或油压封咀取代，省却倒索动作，也可缩短时间。

开模

在不撕裂成品及不产生大的开模声音的情况下，用最高速开模。

某些讲究的注塑机有开模前的减压设备，即使高速开模也不会产生响声。

为了能在高速开模下停模位置精确，可用刹车阀或闭环控制。

机械臂的伸入要求停模位置精确。

顶出

在顶出力不大的小型注塑机上，可采用气动顶出，比油压顶出的速度高。

电动顶出又比气动快。

模具可设计成由开模动作带动顶出，而不采用注塑机上的顶出装置，但此方法只能顶出一次。

这是最简单的边开模边顶出的方法。

采用独立的电路、气路或者油路控制，可以做到多次顶出的边开模边顶出的功能。

图七：

边开模边顶出

开模

顶出

尤其是多型腔的模具，一次顶出不一定使每件成品都掉落。

为了保护昂贵的模具，只要有1%的机会出现成品不会掉落，便要全面增加一次顶出，付出约半秒种的时间。

配备有录像及电脑设备（电眼、红外线、光控仪等）便能快速分析出一次顶出后成品是否全部脱落。

在不全部脱落时才进行第二次顶出，故上例中99%的周期都只需要顶出一次，节省了平均周期时间。

此外，再生油路也可加快顶出速度。

顶退

有些成品的多次顶出可采用注塑机的振动顶出。

顶针不用每次全退，缩短多次顶出的时间。

图八：

全程与振动顶出

全程顶出振动顶出

最后一次顶退可与合模同时开始。

由于顶针的行程比模板短，顶针总会全退后才会模的。

图九：

最后顶退与合模并行

合模

最后顶退

最短的周期时间

最短的周期时间是由合模、注射、保压、冷却及开模所需的时间构成。

加料在冷却时间及开模、合模甚至在保压时间内同时进行；多次顶出在开模时同时进行；最后一次机退在合模时同时进行。

此案例最多有三个动作同时进行，每个动作有独立的驱动系统，可能三个都是油路（如三个油泵）；三个都是电路（电动注塑机动性）；或油路、气路、电路的组合。

图十：

最短的周期时间

合模注射保压冷却时间开模合模注射

加料

顶出顶退

电动注塑机一般有四个伺服马达，分别驱动注塑、加料、开、合模及脱模。

其优点是动作并行，能缩短周期。

其实，油压注塑机在使用三个独立油路时亦能达到这个目的。

因此，这个优点并非电动注塑机的专利。

由于开模时不能注塑，四个伺服马达亦不能同时动作。

图十的分析显示了三个平行动作已能达到最短的周期。

空运行时间

很多注塑机的规格都标示出空运行时间，但一般都只是计算出来的理论时间，忽略了模板的加速及减速，当然亦没有计算移动模具的质量。

因此，它比实际的开、合模的时间短。

根据EUROMAP的标准，空运行时间是模板开、合所需的时间，而开、合的行程是定为四柱空间的0.7倍的距离.在最短的周期里,只有开、合模时间（空运行时间）及注射时间与注塑机的设计有关。

薄壁注塑

薄壁注塑的定义是壁厚在0.5MM或者以下；流程/壁厚比在300以上时的注塑。

为了避免熔融塑料在未充满模腔便已凝固，薄壁注塑都是高速（及高速、减速）的注塑。

所谓高速注塑，螺杆往前的速度都在300MM/S以上。

在高速注塑下，注射时间一般都在半秒以下。

高速注塑都是用蓄能器辅助的。

油泵在冷却时间内填充蓄能器。

亦可用一个小油泵在注塑及保压以外的时间进行填充。

被蓄存的高压油在注射时释放出来，一般能提高注射速度3倍。

薄壁注塑亦不需要保压时间及冷却时间，故最短的周期变成如图十一所示。

其中空运行时间便是决定整个周期时间的要素。

从图十一可以领悟出加料时间会是薄壁注塑的一个瓶颈。

图十一：

薄壁注塑的最短周期

空运行时间

合模注射开模合模

加料

顶出顶退

气动脱模

在一台所需顶模压力不大的小型注塑机上安装气动顶出，使开、合模与顶出、顶退并行，节省了约一秒的顶出动作时间，在小型注塑机上是可观的达到几秒种的周期。

吹气脱模

若产品能用吹气脱模的话，边开模边吹气是很容易做到的。

一般是在开模后延时吹气，隐藏脱模时间在开模时间里。

热流道模具

若冷流道的直径比成品厚度更大，冷却时间要等候流道冷却到某种程度才能开模，但成品早已冷却，浪费时间。

热流道的模具不用冷却，成品决定冷却时间。

冷流道模具的塑料量是成品塑料量的一个百分比，甚至有比成品重量更重的。

注射及加料时间会因此而加长。

采用热流道模具便省却了流道塑料所需的注射及加料时间。

冷流道模具留有水口，开模的行程要增加，需要时间。

多模腔模具注射时，冷流道不保证成品掉落，要用机械臂取出（全自动操作）或半自动人工取出，周期也就拖慢了。

总结

参数调较

合模：

用最高速度合模及再生油路而不撞击模具，最低锁模力而不致成品披锋。

料筒温度：

最低的温度设定而不导致螺杆损坏。

注射：

用最高的速度而成品没有气泡、不烧焦，最低压力。

保压：

最短的时间而成品没的缩水。

冷却：

最低的模温而模具不凝露，最短的时间而顶出不变形。

加料：

用最高转速而塑料不降解，最低的背压而注射稳定。

倒索：

最短的距离甚至不用。

开模：

用最高的速度最短的行程。

顶出：

最高的速度而不破坏成品。

顶退：

在多次顶出时采用振动顶出。

注塑机设计

合模：

有再生油路。

注射：

蓄能器注射或双泵注射。

保压：

有保压装置，边保压边加料。

冷却：

锁模装置密封以保存干燥空气，防止模具及产品凝露。

加料：

大螺杆直径，大的螺杆槽深，双螺纹设计，双泵设计及油压封咀，边开模边加料，预塑器设计。

倒索：

弹簧及油压封咀，不用倒索也不流涎。

开模：

开模释压，短的空运行时间，开模刹车油路，开、合模采用闭环控制。

顶出：

边开模边顶出，录像及电脑监控，再生油路，高速机械臂取出，向下吹风，加速产品脱落。

顶退：

边合模边顶退。

电脑监控：

以厘秒显示时间，测定每个动作。

总体设计：

大的电马达，大的油泵，大直径的油管及大通量的油阀。

模具设计

注射：

模具做好排气或模腔抽真空可提高注射速度。

注射加料：

热流道设计不用注射及塑化水口用的塑料。

冷却：

优化冷却道，热流道设计可不用待水口冷却。

加料：

阀针设计，边开模边加料。

开模：

热流道设计不留水口可以缩短开模行程。

顶出：

机械顶出（只限一次顶出）做成边开模边顶出。

自动操作：

多腔注射时热流道省却机械臂取出水口的时间。