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如何选择和验证注塑机的精度及稳定性?

2017/8/31 来源: 网络文摘
  【全球塑胶网2017年8月31日网讯】
注塑生产行业作为轻工业类支柱产业之一,已经渗透到生活的方方面面。而注塑机作为注塑生产的主要设备,其高、中、低档次并存,种类繁多,应用类型层出不穷,即便是很多专业从事注塑加工行业的人士也感到眼花缭乱,很难选准适合自己需要的注塑机。很多注塑机生产厂家的工程技术人员也会编写一些关于怎么选择注塑机的参考资料,供设备使用厂家选择时应用。但这些资料所涉及到的注塑机选择方法一般都过于片面,偏重于介绍模具安装、注塑量及锁模力校核等,相当于手机厂家编写的说明书一样,告诉你这手机有打电话、发信息、上网和听音乐等功能,但没有告诉你这个手机和其他手机比起来,为什么上网速度没有其他手机快,音质更好或者更差的原因在哪里,等等。注塑机也一样,有的注塑机射出位置可以精确到0.02毫米,有的注塑机在2毫米范围内波动,而造成这种差异的原因,注塑机厂家的技术人员是不会编写出来的。
基本上我们过去所见到的关于注塑机选择方面的介绍,都是要求注塑机“注塑量足够,模具放得下,锁得紧,射得饱”,其实注塑机使用厂家的车间技术员都清楚这些规则,但有时候技术员们就是不明白为什么这个机器比旁边另外一台机器好用,这台机器的工艺参数为何到另外一台同样型号机器上就完全不能使用了。有时候,同样能“放得下,锁得紧,射得饱”的注塑机,这一台能做某个产品,而换另外一台就废品一堆或者缺陷大到无法调节。本文就针对该类问题进行简单描述,就不同选择对注塑产品质量和注塑机使用时稳定性的影响和验证方法作一介绍,供注塑业从业人员选择注塑机时参考。
注塑机动力方式选择
2002年以前生产的注塑机基本上都是传统定量泵注塑机,该类型注塑机是用交流发电机带动定量泵提供给注塑机动力,注塑机在动作时泵转动液压油推动阀动作,实现开、锁模具,熔胶,射出,射台前、后移动,顶针前、后,拉射台抽胶等动作。当注塑机没有动作或者需要压力流量较小时,系统通过溢流阀将多余的液压油回流到油箱,也就是说,马达和油泵是全负荷工作的,设备所需要能量由溢流阀控制分配,这就导致注塑生产过程中,大部分的能量被白白“流”走了。
从2004年开始,变量泵注塑机开始登上注塑机市场舞台。变量泵注塑机多采用比例变量泵(螺杆泵、柱塞泵、齿轮泵)作驱动元件,属于典型的容积式调速系统。该系统由负载敏感型比例变量泵、比例溢流阀、比例调速阀、压力反馈阀、流量反馈阀等部分组成,相比传动定量泵注塑机有较明显的节能效果。
2008年以后,伺服节能注塑机开始在注塑机制造业得到普遍应用,该系统由直流电机、控制器、反馈系统、油泵等组成,真正做到了“需要多少能量系统就供应多少能量”,伺服电机能做到伺服闭环控制,比传统定量泵注塑机及变量泵注塑机能耗小很多。
一般来说,伺服节能注塑机比变量泵注塑机节能10-30%,比传统定量泵注塑机节能30-70%。
近几年开发的全电动注塑机,将注塑机各个动作拆分开,每个往复动作用一个伺服电机控制,可以达成更低功率消耗。

图 几种动力不同注塑机的能耗比较
所以,一般来讲,注塑机厂家生产的注塑机,从能耗上考虑可以选择定量泵注塑机、变量泵注塑机、伺服节能注塑机及全电动注塑机。目前,国内注塑机动力配置大同小异,选择同样系统的各注塑机厂基本没大差别,差别最大的原因大多集中在使用动力大小的问题上,动力更大可以提供更高参数选择范围及锁模力控制,但这样的注塑机配置更可能导致漏油和机械故障,需要更多层油管及机械刚性配合,注塑机成本也会部分上升。
注塑机射胶压力选择
注塑机注射压力Pi=P*A*s/Ao
P =系统工作压力(MPa)
A =注射活塞有效截面积(cm2)
s=注射油缸数量(一般为2个)
Ao=螺杆或料筒柱塞的截面积(cm2)
从上面的公式可以看出,产品需要的注塑压力越高,如一些工程料等,最优方法是提高系统压力,或是增大油缸面积和增加射胶油缸数量(这个很少),还有就是把螺杆直径变小。
因此注塑机厂家给我们选择注塑机螺杆时,大直径螺杆射胶压力都比较低,适合通用塑料加工;螺杆直径越小,注塑压力越大,越适合加工工程塑料;当我们要用更大射胶压力时,射胶油缸直径就要更大才能满足要求;单缸射胶压力是不如双缸射胶压力大的。
通常,因为注塑机空间限制,射胶活塞杆直径不能无限制地加大,螺杆直径也不能无限制减小,更多射胶油缸在射胶平衡性上无法保证故一般只能选择2个射胶油缸,因此普通标准注塑机射胶压力达到250MPa已经非常大了。如果加工产品及材料需要更高注塑压力,更多的时候是通过增加系统压力来实现,以前定量泵注塑机使用140MPa油泵,现在注塑机一般使用175MPa油泵,国外注塑机更多采用的是220MPa系统压力的油泵。全电动注塑机的伺服电机可以提供450MPa以上射胶压力,在精密成型方面有天然优势。
在选择注塑机时,工程材料和精密零件尽可能选择注塑压力高的注塑机。
射出速率和注塑速度选择
注塑机注塑速度就是每秒钟螺杆向前移动的距离,单位是cm/sec:S=Q/A
即:射出速度=油泵吐出量÷射出油缸有效面积
S:射出速度 cm/sec
A:射出油缸有效面积 cm2
Q:油泵吐出量cc/rev(毫升/转)
我们通常说的300射速、500射速、1000射速注塑机,一般就是指这个速度。由公式我们可以看到,当油缸直径小的时候,射出速度更大,当油泵排量大的时候,射出速度大。
我们在什么产品上对注塑速度有更迫切的要求呢?在产品壁厚更薄的时候,我们就要求注塑速度更高,以尽快充满模具。要想提高射胶速度,一方面是加大油泵排量,另一方面是减小油缸直径。很多客户在选择注塑机时候,要求注塑机生产厂家加大油泵排量一级或者两级,一般就是为此考虑。而加大油缸直径有一个很明显的副作用,注塑压力会因加大油缸直径而降低,当我们生产薄壁产品时,为了克服料流动阻力需要更高注塑压力,但为了提高注塑速度去降低注塑压力的方法,大多数是不可取的,非通用塑料不建议采用该方法。
射出速率是指每秒注塑机对空注射时射出的塑胶容量,单位是 cm3/sec:
V=S*A
V:射出速率 cm3/sec
S:射出速度 cm/sec
A:螺杆或料筒截面积 cm2
射出速率是一个单位体积表述方式,意思每秒能射多少胶料出来,这个数值越大,表示越能注塑更多料到模具内。在一些厚壁重量大产品中,这个参数是很有意义的,对于一般产品和薄壁产品,注塑速度更能表征注塑机性能。
注塑机机械及润滑系统
注塑机系统一般由机架、三大板、哥林柱、射出系统、顶出系统、调模系统等组成,国产注塑机机架一般是钢材焊接而成,三大板是铸铁件,哥林柱、调模齿轮、顶出机构等基本都是从专业厂家处购买组装。质量有保证的注塑机厂家,其供应商很多都是由相同几个厂家供给,质量上差异性不大。由自己设计制造或者外协制造的部分主要在机架、三大板和油路板等几个大件上,这是由注塑机厂家直接控制其质量和成本的部分。
对几台相近型号、不同厂家的注塑机作对比,我们就可以知道哪个厂家的注塑机生产成本较高。注塑机锁模机构及机架射台占了机器总重量的90%,当一个注塑机厂家机器重量比另外一个注塑机厂家类似型号的重量更重的时候,这个厂家花的钱自然比另外一个厂家高。注塑机作为一个工业产品,更重的设备意味着更稳固的根基,更可靠的工作寿命,这和工艺品有质的区别。所以,我们在购买注塑机时,千万别忽视注塑机本身重量这一指标。
注塑机耐用性除了参考注塑机本身的稳固性之外,还有一个重要的考量,那就是注塑机润滑系统的好坏。严格来讲,注塑机润滑系统需要包含手动润滑和自动润滑两部分。严谨的注塑机厂家用黄铜管连接润滑油路,也有一些厂家为降低成本用塑料细管连接,一般建议尽可能选择黄铜管连接方式,或者在易损部位或重要部位选择黄铜管连接,不易损伤部位或没那么重要部位才用塑料管连接。润滑油选择专用润滑油,禁止使用机器液压油代替,并且回收利用的润滑油要经过专门的过滤处理之后才能再次使用,不能在进行简易机边过滤后就投入使用,以防止杂质堵塞机器润滑部位。在润滑关键的哥林柱等部位时,要上下左右四点润滑到位,不能随意接入活动部位就算有润滑了(部分机器上已经有这样的设计,是非常错误的),还有一些注塑机厂家取消手动润滑系统,这在严格意义上是不可取的。传统用人手打黄油的方式润滑,现在注塑机已经很少用,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误等难以避免。
注塑机设备控制系统
注塑机控制系统一般由电脑、电器元件、液压元件、伺服控制器、闭环控制系统等组成。由于成本原因,国产注塑机标配是没有闭环控制系统的,除非有特别要求,否则全部属于开环控制,所谓的伺服电机闭环控制也只是电机转速伺服控制,并非注塑机压力、流量闭环控制。
目前国内注塑机电脑包括进口及国产产品,如果是做一般产品,大家表现差不多,电脑基本也很少会坏。但对于高速薄壁及高精度要求的产品,因电脑响应时间上的差异,电脑区别就出来了。注塑机厂家根据客户产品专门设计的注塑机,其电脑基本还是符合其注塑机表现的要求的。
相对于注塑机电脑而言,伺服控制器方面问题要多一些,但伺服控制方面国内供应商不多,所以对于这方面的故障率,各种品牌表现差距不大。液压控制元件国外已经非常成熟,并且制造商只有那么几家,故障率微乎其微,倒是国内生产厂家在这方面表现一般,问题比较多。只是注塑机上国产液压配件用得很少,大部分注塑机都基本不用。
注塑机稳定性验证方式
如何让技术人员辨别一台注塑机的好坏?这里有个简单的验证注塑机重复精度的方式。
在设置注塑参数时,将注塑保压压力、速度、时间全部设置为0,注塑产品时按照正常参数设置先射浇口,然后加速到第一段,再充填到产品满胶的90-95%,保证产品缺一个角状态,用位置射胶方式射胶,在注塑过程中保证每一次射胶时间完全一致(不一致表示调的参数有问题,不能保证参数完全按照自己调整的执行),保证模温无变化,重复制造N件产品,将N件试制件称重,将产品重量变化图绘制出来,就可以看到产品重量变化线路图,当产品与N件产品平均重量偏差超过0.3%,则机器稳定性较差,超过0.5%,建议机器大修。
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