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如何選擇和驗證注塑機的精度及穩定性？

2017-8-31 9:10:43

注塑生產行業作為輕工業類支柱產業之一，已經滲透到生活的方方面面。而注塑機作為注塑生產的主要設備，其高、中、低檔次并存，種類繁多，應用類型層出不窮，即便是很多專業從事注塑加工行業的人士也感到眼花繚亂，很難選準適合自己需要的注塑機。很多注塑機生產廠家的工程技術人員也會編寫一些關于怎么選擇注塑機的參考資料，供設備使用廠家選擇時應用。但這些資料所涉及到的注塑機選擇方法一般都過于片面，偏重于介紹模具安裝、注塑量及鎖模力校核等，相當于手機廠家編寫的說明書一樣，告訴你這手機有打電話、發信息、上網和聽音樂等功能，但沒有告訴你這個手機和其他手機比起來，為什么上網速度沒有其他手機快，音質更好或者更差的原因在哪里，等等。注塑機也一樣，有的注塑機射出位置可以精確到0.02毫米，有的注塑機在2毫米范圍內波動，而造成這種差異的原因，注塑機廠家的技術人員是不會編寫出來的。
基本上我們過去所見到的關于注塑機選擇方面的介紹，都是要求注塑機“注塑量足夠，模具放得下，鎖得緊，射得飽”，其實注塑機使用廠家的車間技術員都清楚這些規則，但有時候技術員們就是不明白為什么這個機器比旁邊另外一臺機器好用，這臺機器的工藝參數為何到另外一臺同樣型號機器上就完全不能使用了。有時候，同樣能“放得下，鎖得緊，射得飽”的注塑機，這一臺能做某個產品，而換另外一臺就廢品一堆或者缺陷大到無法調節。本文就針對該類問題進行簡單描述，就不同選擇對注塑產品質量和注塑機使用時穩定性的影響和驗證方法作一介紹，供注塑業從業人員選擇注塑機時參考。
注塑機動力方式選擇
2002年以前生產的注塑機基本上都是傳統定量泵注塑機，該類型注塑機是用交流發電機帶動定量泵提供給注塑機動力，注塑機在動作時泵轉動液壓油推動閥動作，實現開、鎖模具，熔膠，射出，射臺前、后移動，頂針前、后，拉射臺抽膠等動作。當注塑機沒有動作或者需要壓力流量較小時，系統通過溢流閥將多余的液壓油回流到油箱，也就是說，馬達和油泵是全負荷工作的，設備所需要能量由溢流閥控制分配，這就導致注塑生產過程中，大部分的能量被白白“流”走了。
從2004年開始，變量泵注塑機開始登上注塑機市場舞臺。變量泵注塑機多采用比例變量泵(螺桿泵、柱塞泵、齒輪泵)作驅動元件，屬于典型的容積式調速系統。該系統由負載敏感型比例變量泵、比例溢流閥、比例調速閥、壓力反饋閥、流量反饋閥等部分組成，相比傳動定量泵注塑機有較明顯的節能效果。
2008年以后，伺服節能注塑機開始在注塑機制造業得到普遍應用，該系統由直流電機、控制器、反饋系統、油泵等組成，真正做到了“需要多少能量系統就供應多少能量”，伺服電機能做到伺服閉環控制，比傳統定量泵注塑機及變量泵注塑機能耗小很多。
一般來說，伺服節能注塑機比變量泵注塑機節能10-30%，比傳統定量泵注塑機節能30-70%。
近幾年開發的全電動注塑機，將注塑機各個動作拆分開，每個往復動作用一個伺服電機控制，可以達成更低功率消耗。

圖幾種動力不同注塑機的能耗比較
所以，一般來講，注塑機廠家生產的注塑機，從能耗上考慮可以選擇定量泵注塑機、變量泵注塑機、伺服節能注塑機及全電動注塑機。目前，國內注塑機動力配置大同小異，選擇同樣系統的各注塑機廠基本沒大差別，差別最大的原因大多集中在使用動力大小的問題上，動力更大可以提供更高參數選擇范圍及鎖模力控制，但這樣的注塑機配置更可能導致漏油和機械故障，需要更多層油管及機械剛性配合，注塑機成本也會部分上升。
注塑機射膠壓力選擇
注塑機注射壓力Pi=P*A*s/Ao
P =系統工作壓力(MPa)
A =注射活塞有效截面積(cm2)
s=注射油缸數量(一般為2個)
Ao=螺桿或料筒柱塞的截面積(cm2)
從上面的公式可以看出，產品需要的注塑壓力越高，如一些工程料等，最優方法是提高系統壓力，或是增大油缸面積和增加射膠油缸數量(這個很少)，還有就是把螺桿直徑變小。
因此注塑機廠家給我們選擇注塑機螺桿時，大直徑螺桿射膠壓力都比較低，適合通用塑料加工;螺桿直徑越小，注塑壓力越大，越適合加工工程塑料;當我們要用更大射膠壓力時，射膠油缸直徑就要更大才能滿足要求;單缸射膠壓力是不如雙缸射膠壓力大的。
通常，因為注塑機空間限制，射膠活塞桿直徑不能無限制地加大，螺桿直徑也不能無限制減小，更多射膠油缸在射膠平衡性上無法保證故一般只能選擇2個射膠油缸，因此普通標準注塑機射膠壓力達到250MPa已經非常大了。如果加工產品及材料需要更高注塑壓力，更多的時候是通過增加系統壓力來實現，以前定量泵注塑機使用140MPa油泵，現在注塑機一般使用175MPa油泵，國外注塑機更多采用的是220MPa系統壓力的油泵。全電動注塑機的伺服電機可以提供450MPa以上射膠壓力，在精密成型方面有天然優勢。
在選擇注塑機時，工程材料和精密零件盡可能選擇注塑壓力高的注塑機。
射出速率和注塑速度選擇
注塑機注塑速度就是每秒鐘螺桿向前移動的距離，單位是cm/sec：S=Q/A
即：射出速度=油泵吐出量÷射出油缸有效面積
S：射出速度 cm/sec
A：射出油缸有效面積 cm2
Q：油泵吐出量cc/rev(毫升/轉)
我們通常說的300射速、500射速、1000射速注塑機，一般就是指這個速度。由公式我們可以看到，當油缸直徑小的時候，射出速度更大，當油泵排量大的時候，射出速度大。
我們在什么產品上對注塑速度有更迫切的要求呢?在產品壁厚更薄的時候，我們就要求注塑速度更高，以盡快充滿模具。要想提高射膠速度，一方面是加大油泵排量，另一方面是減小油缸直徑。很多客戶在選擇注塑機時候，要求注塑機生產廠家加大油泵排量一級或者兩級，一般就是為此考慮。而加大油缸直徑有一個很明顯的副作用，注塑壓力會因加大油缸直徑而降低，當我們生產薄壁產品時，為了克服料流動阻力需要更高注塑壓力，但為了提高注塑速度去降低注塑壓力的方法，大多數是不可取的，非通用塑料不建議采用該方法。
射出速率是指每秒注塑機對空注射時射出的塑膠容量，單位是 cm3/sec：
V=S*A
V：射出速率 cm3/sec
S：射出速度 cm/sec
A：螺桿或料筒截面積 cm2
射出速率是一個單位體積表述方式，意思每秒能射多少膠料出來，這個數值越大，表示越能注塑更多料到模具內。在一些厚壁重量大產品中，這個參數是很有意義的，對于一般產品和薄壁產品，注塑速度更能表征注塑機性能。
注塑機機械及潤滑系統
注塑機系統一般由機架、三大板、哥林柱、射出系統、頂出系統、調模系統等組成，國產注塑機機架一般是鋼材焊接而成，三大板是鑄鐵件，哥林柱、調模齒輪、頂出機構等基本都是從專業廠家處購買組裝。質量有保證的注塑機廠家，其供應商很多都是由相同幾個廠家供給，質量上差異性不大。由自己設計制造或者外協制造的部分主要在機架、三大板和油路板等幾個大件上，這是由注塑機廠家直接控制其質量和成本的部分。
對幾臺相近型號、不同廠家的注塑機作對比，我們就可以知道哪個廠家的注塑機生產成本較高。注塑機鎖模機構及機架射臺占了機器總重量的90%，當一個注塑機廠家機器重量比另外一個注塑機廠家類似型號的重量更重的時候，這個廠家花的錢自然比另外一個廠家高。注塑機作為一個工業產品，更重的設備意味著更穩固的根基，更可靠的工作壽命，這和工藝品有質的區別。所以，我們在購買注塑機時，千萬別忽視注塑機本身重量這一指標。
注塑機耐用性除了參考注塑機本身的穩固性之外，還有一個重要的考量，那就是注塑機潤滑系統的好壞。嚴格來講，注塑機潤滑系統需要包含手動潤滑和自動潤滑兩部分。嚴謹的注塑機廠家用黃銅管連接潤滑油路，也有一些廠家為降低成本用塑料細管連接，一般建議盡可能選擇黃銅管連接方式，或者在易損部位或重要部位選擇黃銅管連接，不易損傷部位或沒那么重要部位才用塑料管連接。潤滑油選擇專用潤滑油，禁止使用機器液壓油代替，并且回收利用的潤滑油要經過專門的過濾處理之后才能再次使用，不能在進行簡易機邊過濾后就投入使用，以防止雜質堵塞機器潤滑部位。在潤滑關鍵的哥林柱等部位時，要上下左右四點潤滑到位，不能隨意接入活動部位就算有潤滑了(部分機器上已經有這樣的設計，是非常錯誤的)，還有一些注塑機廠家取消手動潤滑系統，這在嚴格意義上是不可取的。傳統用人手打黃油的方式潤滑，現在注塑機已經很少用，主要原因在于工作污染、工作量以及人操作不到位引起的失誤等難以避免。
注塑機設備控制系統
注塑機控制系統一般由電腦、電器元件、液壓元件、伺服控制器、閉環控制系統等組成。由于成本原因，國產注塑機標配是沒有閉環控制系統的，除非有特別要求，否則全部屬于開環控制，所謂的伺服電機閉環控制也只是電機轉速伺服控制，并非注塑機壓力、流量閉環控制。
目前國內注塑機電腦包括進口及國產產品，如果是做一般產品，大家表現差不多，電腦基本也很少會壞。但對于高速薄壁及高精度要求的產品，因電腦響應時間上的差異，電腦區別就出來了。注塑機廠家根據客戶產品專門設計的注塑機，其電腦基本還是符合其注塑機表現的要求的。
相對于注塑機電腦而言，伺服控制器方面問題要多一些，但伺服控制方面國內供應商不多，所以對于這方面的故障率，各種品牌表現差距不大。液壓控制元件國外已經非常成熟，并且制造商只有那么幾家，故障率微乎其微，倒是國內生產廠家在這方面表現一般，問題比較多。只是注塑機上國產液壓配件用得很少，大部分注塑機都基本不用。
注塑機穩定性驗證方式
如何讓技術人員辨別一臺注塑機的好壞?這里有個簡單的驗證注塑機重復精度的方式。
在設置注塑參數時，將注塑保壓壓力、速度、時間全部設置為0，注塑產品時按照正常參數設置先射澆口，然后加速到第一段，再充填到產品滿膠的90-95%，保證產品缺一個角狀態，用位置射膠方式射膠，在注塑過程中保證每一次射膠時間完全一致(不一致表示調的參數有問題，不能保證參數完全按照自己調整的執行)，保證模溫無變化，重復制造N件產品，將N件試制件稱重，將產品重量變化圖繪制出來，就可以看到產品重量變化線路圖，當產品與N件產品平均重量偏差超過0.3%，則機器穩定性較差，超過0.5%，建議機器大修。

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