智能螺栓使模具安装更安全、更高效

作者:本刊记者 Matthew Naitove 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-09-15
采用一种替代不可靠扭矩测量的方法,就无需再猜测模具安装螺栓是否已被适当拧紧。

机器越大,模具越重,则打开合模的开模力就越大——这些因素使注塑加工商必须考虑模具安装在机器压板上的安全性问题。一些加工商通过添加更多的螺栓或夹具来固定模具并进行多余的螺栓拧紧检查来解决这个问题,这可能导致浪费,在某些情况下甚至可能使模具损坏。

著名的注塑培训师和顾问John Bozzelli(也是《Plastics Technology》的长期撰稿人)说:“很多客户要求我举办一场关于如何安装模具的研讨会。客户当然不希望模具从压板上掉落。一旦发生掉落,所带来的成本和安全问题无法想象。显然,这已成为我们行业的一个主要问题,需要引起注意。”

位于美国马里兰州盖瑟斯堡的Industrial Indicators公司对这一问题给予了重点关注。20多年前,该公司开发了一种“直接张力指示”(DTI)螺栓,它带有一个指示器可根据张力导致螺栓“拉伸”的程度来改变颜色。在过去12年中,这家公司借助在大型注塑机上进行的一些汽车部件成型试验,完善了这项用于注塑机的技术。该公司客户经理Matthew Hallwig说:“注塑成型市场现在正迅速发展。”

为何不依靠扭矩扳手
据Industrial Indicators公司称,如何正确固定注塑模具目前尚无明确的行业标准。Hallwig指出:“我们发现注塑加工商在所用的螺栓和紧固工具种类上存在着令人难以置信的不同。”

据报道,一些加工商已经开发了包含注释的复杂电子表格,用来计算把各种模具固定到压板上所需要的螺栓数量。另一些加工商则努力控制操作人员所施加的扭矩,随着螺栓尺寸变大以及拧紧螺栓所需的扭矩成倍增加,这会变得更加困难。

一些加工商使用可以设置施加固定扭矩的扳手(扭矩扳手),把它作为充分拧紧螺栓的标准。但是Industrial Indicators公司的工程师们指出,扭矩是一种旋转力,而不是压力,因此对于螺栓接头固定的测量通常是错误的。原因之一是未知和可变的摩擦系数,即使操作人员保持一致的扭矩大小,摩擦系数也会改变螺栓接头的夹紧力。当螺栓对于它所插入的孔太长并且螺栓在其头部可以夹紧表面之前到达末端(或到达底部)时,“触底”现象更加严重。虽然螺栓看起来很紧,用扭矩扳手检查也没有出现问题警示,但实际上螺栓张力不足无法实现夹紧。Industrial Indicators公司强调,这是一个危险的欺骗性事件,除非使用张力指示螺栓,否则很容易被忽略。而且,对硬质螺栓施加太大的扭矩会损坏较软的压板钢中的螺纹。

据Industrial Indicators公司称,一个更好的方案是使用其DTI智能螺栓Smartbolt系列,该产品以独特的方式应用了应变测量技术。每个智能螺栓的头端都包含一个中心销,它带有一个装有加压液体指示器的腔室。当螺栓因拧紧而拉伸,进而减少了液体上的压力,使颜色相应地发生改变。根据预选螺栓的设计张力,当智能螺栓松开时,其中心会显示为鲜红色,当完全“拧紧”时,其颜色会从棕色逐渐变为黑色。客户可以在咨询Industrial Indicators公司后选择设计张力。根据Hallwig所说,用于注塑模具的智能螺栓,其设计张力通常设置为紧固件弹限强度的35%~45%,个别的时候会达到60%。Hallwig指出,较低的设计张力可延长螺栓寿命,并减少压板螺纹的磨损。

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直接张力指示(DTI)智能螺栓可以实时直观地显示“拧紧”或“松动”的状态

DTI智能螺栓可以使用常规工具拧紧,有一年的质保期,并且指示器经认证可在--20~75℃之间工作。智能螺栓随附有一张检验表,该表以25%的间隔显示从0%到100%(完全紧绷)设计张力时指示器的颜色。据报道,颜色指示器在设计张力的10%以内是准确的。如果螺栓的拧紧度未超出其弹性极限(标准载荷),则指示器不会因为拧得过紧而受到损坏。

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DTI智能螺栓的检验表显示了颜色从“松动”到“拧紧”的渐变,以最大设计张力的百分比表示

智能螺栓的尺寸从直径5/8in.(约15.9mm)到2in.(约50.8mm)不等。成本仅比标准螺栓高出约10%~15%,但是Hallwig说,这种差异通过增加的安全性可得到弥补,它降低了工人受伤或昂贵模具损坏的风险。智能螺栓还通过减少模具更换和安装过多螺栓,以及用扳手确认螺栓紧固度所用的时间来帮助用户提高操作效率。另一个优点是减少了因过度拧紧螺栓而对压板螺纹所造成的损坏。

进入汽车领域
Hallwig估计,大约有15家注塑加工商在不同程度上使用了DTI智能螺栓,主要是拥有大型机器的汽车塑料部件生产商。2018年,一家拥有36台大型机器(最大4000t)的汽车塑料部件生产商在其所有的注塑机上都安装了智能螺栓。其每天平均要更换十几副模具。在安装智能螺栓之前,其几乎每周都要经历一次模具滑移、发出警报的事件,螺栓松动到足以使模具滑落到压板上(尽管它仍然悬挂在适当位置上),甚至出现过模具完全掉落下来的情况。据报道,在安装智能螺栓之后的6个月内,该厂商的模具滑移或跌落事件为零,并且3次在螺栓连接处没有触底的情况下识别出了螺栓“紧密”。该厂商的一位从业31年的制造经理表示,Industrial Indicators公司的智能螺栓令他印象深刻,使他安装和更换模具更有效率和更安全。

现在比以往更有机会

塑料行业的情况似乎有利于推出智能螺栓等产品。正如顾问Bozzelli对《Plastics Technology》所说的那样:“在我进入注塑车间的数十年中,我看到一些模具松动了——没掉下但快要掉下来了。在最近几年中,这一情况变得越来越糟,并且已成为我在注塑机上开始工作之前要检查的项目。早期大多数的加工商都具有一些工具和机械背景,比如我从事过汽车和农用设备等方面的工作。而如今,具有任何机械背景或经验的加工商要少得多。他们认为每个人都懂得如何使用螺栓,无需进行培训。然而,实际上他们对于拧紧螺栓这样的简单操作无法正确完成。另外,由于扭距扳手有些贵,大多数的注塑车间通常不会为工人配置这种工具。即使购买了,也不会在车间中存留很长时间。有时候,工人甚至不知道如何正确使用它们。”

Industrial Indicators公司正在对注塑机用的智能螺栓新产品线进行测试。Chroma系列智能螺栓就是其中之一,它将在“松”、“紧”和“过紧”的状态下显示颜色。它还将提供数字远程负载监控和闭环张力控制,并能把感测到的负载转换为数字值。此外,在拧紧模式下,该工具能在感测到正确张力时切断拧紧模式。

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