模腔压力技术确保精密注塑品质

作者:文/瑞士奇石乐(Kistler)仪器股份公司 文章来源:PT《现代塑料》2013年增刊1 发布时间:2013-05-29

F. Morat公司的塑料齿轮产品

由瑞士奇石乐(Kistler)仪器股份公司提供的模腔压力技术能实时监控注塑成型过程和分析注塑成型过程的模腔压力,从而依据成型产品的实际模腔压力曲线是否满足设定监测标准来判定该产品为正品或次品,并结合Kistler CoMo Injection系统将次品分离。借助于该技术的这一强大功能,德国精密制品成型商F. Morat & Co. GmbH确保了其塑料齿轮等精密产品的100%合格。

位于德国黑森的Eisenbach市是欧洲18世纪著名的手表生产中心,现以生产精密齿轮闻名于世,素有“齿轮之乡”的美名,聚集了大量与精密齿轮相关的研发、设计与制造企业。具有50多年精密齿轮生产经验的F. Morat & Co. GmbH(以下简称“F. Morat公司”)是其中的杰出代表,该家族企业在业内具有很高的知名度。在成型塑料齿轮等精密产品时,F. Morat公司要求必须使用Kistler公司提供的模腔压力技术,以确保制品的优异品质。

F. Morat公司生产部经理Erich Gutmann,他具有20年模腔压力技术使用经验

F.Morat公司生产部经理Erich Gutmann先生1992年加入该公司, 他具有20年的模腔压力技术经验。他对入职前不久公司前任总裁决定采用模腔压力技术评价如下: “公司管理层对先进技术与技术创新具有浓厚兴趣。我亲眼见证了Kistler模腔压力测量系统从简易配置到高端配置的整个变化过程。”无论世界如何变化,F. Morat公司的核心产品一直为各种塑料齿轮、塑料与金属组合件,以及其他精密成型制品,如汽车驱动零部件的外壳、空调外壳及医疗产品外壳等。随着应用模腔压力技术,其产品质量不断提升。

F. Morat公司每年生产大概5000万个注塑产品,其中很多是汽车零部件。很多汽车制造商会在几个不同车型上使用同样的塑料零部件。随着汽车舒适性和安全性的日益提高,F. Morat公司的销售业绩得到了极大提升。“以前只有豪华车使用的塑料零部件也逐渐地使用在中等价位车型上,”F. Morat公司技术经理Thomas Andres说,“汽车工业是我们大规模生产的驱动力。”

水口料被放入粉碎机(左);次品被放入注塑机下面的储物箱,合格品被放在传送带上(右)

“监控与记录成型过程与品质数据已经成为很多客户的要求。”Thomas Andres 介绍道,汽车工业比其他行业有更严格的品质要求,因此汽车零部件厂商需要能确保生产过程稳定性和生产过程可追溯性的方案。实现方法就是监测重要的成型工艺参数,并自动分离次品。重要的成型工艺参数包括模腔压力曲线和模腔温度,以及流动速率及温控箱显示的温度。

50%的注塑机安装配备模腔压力传感器

F. Morat 公司50%的新注塑机,以及80%的汽车零部件模具配备了Kistler模腔压力测量系统。“我们对产品和工艺的经验判断和客户要求,决定我们是否使用模腔压力传感器,” Erich Gutmann解释说,“是否决定采用,取决于我们和客户达成的协议,以及我们是否需要对某些产品作100%的品质保证。”在项目启动前需要做出最终的决策。

线性机械手臂从4腔模具中取走手掌大小的控制齿轮外壳(左)。Kistler CoMo Injection系统分析模腔压力曲线(右)并向机械手臂发出次品信号以分离次品

“采用模腔压力技术,是领先我们竞争对手的一个重要手段,”Thomas Andres解释说,“尽管它会增加模具成本,但模腔压力技术能确保生产过程稳定、提高产品质量及提高供货稳定性,从而增加客户满意度。” 他还提到:“我们的客户十分熟悉模腔压力技术。通常,在项目启动阶段,客户会咨询自己的注塑专家。他们熟悉模腔压力技术,知道如何实现模腔压力技术价值。”F.Morat公司认为,模腔压力技术就是公司的一份保险,能够避免客户投诉,避免因为某些产品质量问题或缺陷造成大批量退货。

监控保压阶段压力曲线

模腔压力评估标准通常包括监测某些位置的垂直阈值,这样,Kistler CoMo Injection监控系统就能判定成型过程中在某些特定时刻,最小型腔压力值是否达到设定值。“在多数情况下,在成型过程中,我们设置几个阈值。与许多注塑厂相反,我们不仅仅监控注塑阶段模腔压力。这是因为,生产齿轮时有很多质量指标,如尺寸稳定性,是由保压阶段决定的。”Erich Gutmann解释说。

机械手臂分离合格品/次品:水口料与次品被放入粉碎机(左),CoMo Injection系统判定是合格的产品通过传送带输送到收集箱中(右)

分离次品

F.Morat公司在生产齿轮时,基于Kistler模腔压力技术的使用,可提供多种方案将次品与合格品分离,包括几种自动化方案,以及针对下落部件通过传输滑槽分离口进行分离。以下是3个应用实例。

1.基于模腔压力识别次品

F.Morat公司生产一种被经常使用的塑料机械零件,产量以百万计。所用模具有64个模腔,采用全电动注塑机生产,并用6轴机器人分离次品。由Kistler CoMo Injection系统分析模腔压力曲线和模腔温度,并评估是否满足生产合格制品的工艺条件。被判断有缺陷的产品被放到注塑机下面的废料箱。合格产品则通过机器人放到工作台上,进行组装。这样,即使某个模腔产品出现问题,通过模腔压力技术及时发现并分离次品,依然能够保证生产过程的稳定性,并使大批量交货不受影响。

传输滑槽中的装置将次品分离到红色箱子

2.用机械手臂分离次品

利用直线机械手臂从4腔模具中取出手掌大小的控制齿轮外壳。由Kistler CoMo Injection系统分析模腔压力曲线,并发信号给机械手臂进行次品分离。机械手臂将次品和水口料放入注塑机旁边的碎料机中。经Kistler CoMo injection系统判断为合格的产品,则由机械手臂放到传送带上。

3.用分离口分离次品

针对下落部件,为了分离出次品,CoMo Injection系统可起动传输滑槽内部的分离口,随之次品落入废品箱,合格品被放到传送带上等待进一步处理。

模具设计与加工

F.Morat公司模具开发部负责注塑成型的产品设计、齿轮系统优化,以及模具规划、设计与加工。这样,F.Morat公司就全面参与了每个产品的生产和组装,从而可确保每个零部件在组装过程中都够完美匹配。同时,其在零部件组装过程中积累的经验,会被借鉴到新产品的开发与优化中。F.Morat公司自己设计与加工模具,仅少部分模具配件从其他公司购买。“模具核心部件的生产,尤其是模仁,通常是在公司内部完成,”Erich Gutmann解释,“这就意味着我们会自己安装模腔压力传感器。”

利用模腔压力技术可加快试模与试机过程

用全电动机生产制品

过去几年中,F.Morat公司新购的注塑机都是全电动机或者大部分是全电动机。“根据经验,F.Morat公司20年前就开始使用全电动机。”Erich Gutmann补充说。 他认为全电动机的突出优点是精度高。

F.Morat公司已明显察觉到全电动机使其产品精度明显提高,并能生产更小公差的产品。除了节能外,全电动机还能够大幅度降低噪声。“尽管大规模使用精密的全电动机,但Kistler模腔压力技术对我们来说,仍然必不可少。” Erich Gutmann说。

F.Morat公司广泛采用自动化技术,不只是为了产品的质量控制,也是因为需要7天×24h的生产。具有计数功能的传送带可确保周五晚上和下周一早上之间生产不中断。周六和周日,2台机器的操作工只需要在早上和晚上检查2次:1次加料,1次清空储物盒。根据安排,周末不需要设置注塑机。

F. Morat公司技术经理Thomas Andres (左)、 F. Morat 公司生产部经理Erich Gutmann (右) 与Kistler公司Oliver Schnerr博士进行现场交流

模腔压力技术对试模和试机的价值

齿轮专家利用模腔压力技术,不仅可进行品质监控,同时还能进行试模和试机。试模和试机时,通常平均每天要进行6次试验:结合其他模具数据,工程师依据合格产品设置参考模腔压力曲线。在试机时,工程师会依据模腔压力曲线进行调机,使实际测量模腔压力曲线与参考模腔压力曲线相吻合。“借助参考模腔压力曲线指导调机,比没有参考模腔压力曲线进行调机的时间缩短很多。” Erich Gutmann说道。模腔压力技术同样适用于模具从一台注塑机更换到另一台注塑机的情况,目的是保证模具内部情况相同,从而确保品质。

参考模腔压力曲线也使新项目投产更加顺利。注塑机配备机械手臂,向模腔内插入金属件并取走带镶件模具中的制品。这种模具通常包含了插入与固定镶件的系统。例如,由F.Morat的子公司Framo Morat GmbH & Co. KG提供的带有嵌件的模具。像很多F.Morat模具一样,这一模具采用了模块化设计。针对此模具,在顶针固定板安装间接式模腔压力传感器。这样,在更换镶件时,不需要在每个模腔中安装直接式模腔压力传感器,就能够直接测量型腔压力。另外,对于带镶件的模具,基于模腔压力进行保压切换可使流动更加平衡。

F.Morat公司所有注塑机操作工程师都十分熟悉模腔压力技术。“这里每个人都知道如何使用模腔压力技术。”Erich Gutmann说。然而,F.Morat公司如何向注塑机操作工程师提供关于模腔压力技术方面的培训呢?“大部分课程是在注塑车间现场进行,我们提供4天模腔压力技术培训课程。通过考试,技术工程师能够掌握模腔压力技术。各种不同参数有什么作用?如何调整参数?如何优化工艺参数?这些工程师都很了解。通过培训,可加深工程师对注塑工艺的理解,从而提高产品质量。我们坚持Kistler公司为我们提供培训课程,以确保工程师能够使用kistler模腔压力测量系统。”Erich Gutmann补充说。

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