专注注塑工厂降本增效改善：杨建宏
一、概述
一、 原材料
1． 材料组成以及材料性能
保险杠等外饰零件主要采用的材料是PP＋EPDM以及滑石粉的改性产品。PP是一种结晶性，具有一定的收缩性，其收缩性受模具温度影响，提供保险杠产品一定的强度。
EPDM是一种橡胶，可起到一定的吸收撞击能量的作用，与PP共混，改善材料的拉伸性能和弯曲性能。添加滑石粉使材料的强度增加，以达到一定的性能要求。同时在材料中还添加了其它助剂，起到改善材料的反应机理和调整收缩率的作用。在注塑工程中部分助剂还可起到一定的交联作用，提高EPDM与PP之间的相互的结合，进一步提高产品的机械性能。
2． 材料的干燥和成型条件
PP＋EPDM的吸水性较弱，干燥要求为80℃－100℃，干燥时间2－4小时。成型的工艺范围较宽，通常的塑化温度为210℃－260℃之间，注塑压力在50－100Kgf/cm2左右。
3． 材料对油漆和装配性能的影响
PP＋EPDM的油漆性能在很大程度上取决与材料本身的性质。由于PP本身的极性很弱，因此主要的油漆结合力取决于EPDM的分布情况，要求EPDM均匀地分布在产品表面，保证各个表面的油漆结合力一致。
工艺中，要求在流体的流动过程中形成适当的剪切力，通过PP和EPDM在流动速度上的差异，将EPDM留在产品的外表面来达到油漆要求。但在实际的工艺控制中由于要求兼顾其它方面的产品质量，这方面比较容易被忽略。
PP＋EPDM对于产品尺寸上的影响主要是由于材料的模具收缩率引起。EPDM作为橡胶体，在压力的作用下存在一定的可收缩性，因此在注塑压力的作用下，EPDM有一定的收缩，而开模后产品又存在一定的弹性释放。而PP作为结晶材料，在不同的温度下，结晶的速度不同，会造成收缩率存在变化。在油漆过程中，二次烘烤会引起PP的再结晶，因此对产品的尺寸而言，存在的变数比较多。
4． 材料主要性能对产品质量的影响
熔融指数：熔融指数考察的是材料的流动性，熔融指数低，材料流动困难不但会造成产品的表面的诸多缺陷，还会形成局部的尺寸偏小等问题。而熔融指数过高，流动性过好，会使一定的压力下，型腔内熔体的量对注塑和保压压力十分敏感，用于控制尺寸的工艺的稳定性变差。
材料收缩率：材料收缩率的偏差必然导致产品的尺寸不良。对于PP＋EPDM而言除了材料本身的性质外，收缩率还取决于产品形状、模具结构、注塑速度、压力和温度。通常材料供应商提供的材料收缩率是一个范围，如果是某个定值是指对于某个形状的产品而言，有较大工艺窗口的模具收缩率参考值。
EPDM的含量：由于EPDM的流动性较差，会引起表面和尺寸上的缺陷。
EPDM可被压缩，会造成局部的应力集中，过多的EPDM含量会造成工艺上控制的困难。
滑石粉含量：滑石粉同样会起到降低流动性的作用，主要会对产品表面造成不利影响，同时如果滑石粉如果共混不均匀，还会对降低产品的油漆性能。
虽然，一般而言材料供应商不会提供材料的各种成分含量。但是从材料的部分其它性能上可以进行判断。断裂伸长率的大小，相当部分取决于材料中EPDM的含量，含量越高，延伸率越大。同时，滑石粉含量越高，强度也越高。因此，在同等的材料性能下，还需要考虑材料的工艺性能。通常理想的材料选择，应该考虑工艺窗口尽量变宽。
随着目前对产品尺寸要求的提高，相对会采用收缩率比较高的材料，因为收缩高，工艺上的变动使产品尺寸的影响也会变小。
二、 设备
1． 注塑机
a. 注塑机各工艺参数设定介绍
以下就UBE注塑机的各项参数设定值进行如下简述：
注塑速度：注塑速度共分段控制，输入值为最大注塑速度的百分比值。
注塑切换位置：各段注塑速度的切换位置
注塑压力：注塑过程中所需注塑压力的上限值。注塑机根据系统压力的反馈情况，对最高注塑压力进行限制。如果注塑压力可以满足产品注塑的速度要求，注塑过程以速度控制为主，如果注塑压力低于注塑的速度所要求的注塑压力，余下的注塑过程以设定的注塑压力控制，直至补缩切换点。此时，速度控制失效。因此，在某些注塑过程中会出现提高注塑压力可以降低产品的现象。
补缩和保压压力：注塑机可设定一段补缩压力和一段保压压力。
补缩和保压时间：补缩和保压过程所需的时间。
V－P转换：即速度控制和压力控制转换点，注塑阶段以速度控制为主，补缩和保压阶段以压力控制为主。
V－P转换点是注塑和补缩、保压的转换点。
V－P转换压力：V-P转换压力的定义如下，当实际所需的注塑压力大于转换压力时，注塑过程正常在V-P转换点切换为补缩和保压。如果没有达到转换压力，注塑过程继续进行，直至压力达到V-P转换压力进行切换。
设备油压顶出系统：1300T以上的设备有4组抽芯系统，动定模各2组，设定如下：
Core open: 在合模之前的动作为“Set”,开模完成后动作为“Pull”
Core Closed: 和模后的动作为“Set”，开模之前动作为“Pull”。 Core move:合模过程中动作为“Set“，开模过程动作为“Pull”,其中动作的位置可以设定。此外，有2种状态可供选择：
“Comb”:动作过程时，合模或开模过程不停止
“Stop”:动作过程时，合模或开模过程停止，在抽芯动作完成后，开合模继续。
抽芯动作到位与否，可以用“LS”(限位开关)和“Time”（时间）两种方式控制。
LS－限位开关被触动后，表示动作到位。
Time－抽芯动作持续一段时间（设定值）,设备自动给出到位信号。
此外，还设计顶出液压系统，顶出系统必须在抽芯“Pull”动作完成后进行（如果有抽芯动作）。同时，顶出系统必须使用“LS”方式，否则将无法进行连续生产。
2． 模温机
a. 外饰系统厂模温机现状
在每台注塑机周边，均配备? 台模温机，其中?台控制动模? 台控制定模。可使用循环水和冷却水。目前外饰系统厂的模温可控制范围狭窄，夏季实际控制温度范围在20－40℃，冬季在10－35℃之间。在这样的条件下，相对缩小了工艺窗口。
3． 干燥及集中供料系统
a. 干燥和集中供料系统工作情况
外饰系统厂采用热风干燥设备，干燥容量有单位时间的材料耗用量而定。材料干燥后，通过真空管通到集中供料系统的控制台上，在控制台上可以将管路连接到注塑机上。
注塑机上料斗的感应器，在料斗中的原料不足时向集中供料系统的控制单元发出信号，控制单元打开真空泵通过控制台，从干燥机送至注塑机上。同时为了降低原材料的占地面积，在供料区域还设置了Silo。作为未干燥粒子的缓冲贮存。
干燥料桶，从Silo或直接吸入塑料粒子，进行干燥。吸入设备还可以通过吸料时间的差异控制从不同的管路吸入不同材料的比例，以进行原材料或者回用料配比。
b. 干燥和集中供料系统对产品质量的影响
主要对产品产生的影响包括以下几个方面：
材料含水率过高：含水率过高，将影响产品的表面质量，出现排气不良现象。同时会影响塑料熔体的流动性和模具收缩率，产生产品尺寸的偏差。但是，由于PP＋EPDM的吸水性不高，对产品的影响较小。
三、 模具
1． 模具结构
模具结构与产品结构
模具结构在很大程度上取决与产品结构和产品质量要求：
模具顶出系统要求：根据对产品分型线位置的要求，在设计模具顶出系统时，必须进行考虑。如果对分型线的位置没有特殊要求，可以采用模具开模到位后顶出。通常在这种情况下，产品的分型线在可见表面上，该分型线无法消除，同时要求有一定的修边和打磨工作量。
另一种要求隐藏分型线，且在可见表面不允许有可见滑块痕迹，这种产品设计要求在大众设计的产品中比较多见。这时要求开模同时顶出与开模同步，开模时利用滑块将产品顶住型腔。
同时产品向内收缩，在产品两侧完全与定模分开后，将模具彻底打开。为方便取件，有时也采用第二级顶出。为保证模具的安全性和操作性，通常在模具上设计有安全销，以保证在设备液压系统工作不正常时，通过安全销拉动模具顶板，保证模具定模型腔的安全。合模过程之前，顶板不回退，依靠回顶将顶板回退到位。为防止误操作，模具油缸的回退杆不与模具顶板连接，这样在注塑设备上始终保证无法使用手动方式退回顶板。在模具由于在开模过程中，产品有一定程度的变形，任何设计或加工不理想，都可能产生产品损伤，产品设计时在两侧边缘尽量避免强度较低的部分和锐角。
流道系统：
由于PP＋EPDM对压力比较敏感，同时存在较大可压缩性，浇口如果直接进入产品通常会产生应力集中。因此浇口应在冷流道中有足够的缓冲，或将浇口设置在不可见区域。
如采用多浇口结构，应该考虑产品的熔结痕问题。尽量减少浇口数量。采用Valve Gate技术，可以消除熔结痕，但是由于V/G浇口不是同时打开，容易引起冷料的问题。在模具设置时必须充分考虑，冷料的去向，适当加大冷料井的容量。如果采用Valve Gate侧浇口，前一个浇口熔体可能进入，后一个浇口的冷流道中，在这种情况下，冷流道中气体可能受困，应该考虑排气问题。
此外浇口的设置，还要求考虑门板和门槛等产品与车身的匹配关系。在敏感区域不能设置浇口。从尺寸稳定性方面考虑，通常增加浇口数量，有利于产品尺寸的稳定，和尺寸调整的方便。但同时也会带来表面质量的不稳定因素，和换模效率模具成本增加等问题。
模具抛光要求：
模具的光洁度与产品设计工艺有很大联系。通常对于电镀产品而言，模具光洁度要求最高。而模具光洁度提高，也有利于对熔体的流动进行控制。但是，如果模具光泽度过高可能影响产品
四、 机械手取件
1． 机械手的功能介绍
取件机械手的主要功能是将产品从模具中取出，并转移到工作台上。延锋UBE 2200T及3150T的注塑机采用的机械手可以进行3轴转动，但是1300T的机械手 的转动方向至可以进行2轴转动。每台机械手配有1路真空回路，用于使用吸盘吸取制件，另配有3路气路，保证机械手进行动作。这3路气路有先后动作次序依次为“UnderCut 1”、“Undercut 2”、“Clamp”，可根据需要选择是否使用。此外还有一路单向气路提供剪切浇口，在1300T设备上增加汽缸，也可作为另一个轴方向的旋转功能使用。
2． 机械手对质量的影响
机械手对产品质量的影响主要表现在：
- 1、 吸盘吸力过大，容易导致产品表面凸起。
- 2、 感应开关可能碰伤产品表面。
- 3、 取件夹子可能碰伤产品。
- 4、 吸盘位置发生相对移动，划伤产品。
- 5、 取件周期过长，导致生产周期偏长。
- 6、 产品碰撞设备，产品损伤。
- 7、 吸盘或抓手位置在产品某些部位产生痕迹，造成缺陷无法判断。
二、注塑工艺
一、 干燥
使用热风干燥机对原材料进行干燥，通常要求注塑用的PP＋EPDM的粒子含水率低于0.03%。造成含水率无法满足这个指标的可能性，在于干燥温度或干燥时间无法满足要求。除去设备故障因素外，可能造成的原因在于：干燥设备的容量无法满足生产的要求，随着生产的延续，干燥时间越来约少，干燥温度越来越低。
这样容易造成的产品缺陷主要为产品表面容易出现气泡、银纹、缩瘪等缺陷。干燥不足还会引起，产品的机械性能下降。
二、 塑化和计量
塑化是在一定的温度下，通过注塑机的螺杆转动，在一定的背压作用下，塑料粒子熔融受剪切，形成熔体的过程。在该过程中螺杆向后旋转，将熔体“推”向螺杆前端，此时注塑机对熔体的数量进行计量。由此可见，这个过程可以决定材料的塑化程度和注塑量。
熔体必须达到一定的塑化程度，才能保证制品的质量，以下参数对熔体的塑化程度起到较大的作用：
1、 料桶温度：熔体在一定的温度下，才能塑化完全。如果温度过低，才能的流动性能会下降，造成产品的缩瘪或缺料，同时材料成分不均匀，影响零件的机械和油漆性能。通常的料桶有效位置温度设定在200℃至250℃之间。
而温度过高或材料在料桶内的停留时间过长，会造成高温使材料分解，分解的材料引起材料中夹杂大量的气体和机械性能的下降。对于料桶大小的选用决定了材料在料桶内的停留时间，零件的重量应在料桶容量30％－70％之间。
但是由于外饰零件的注塑的通常为薄壁产品，相对的重量较轻，而目前外饰厂的注塑机之间规格差异较大，如果零件重量低于料桶容量的30％，应该在保证塑化完全的情况下，降低料桶后段的温度。
2、 螺杆转速： 螺杆转速过快，可能降低粒子受剪切作用的时间，原料的塑化程度下降，同时夹带气体，从而降低材料的流动性增加气体的含量。而螺杆转速过慢，将影响注塑周期。通常螺杆的转速应该与冷却时间相配合。
3、 背压：使用背压，可以提高对塑料粒子的剪切力，提高塑料的塑化程度。同时，背压可以防止在浇口封闭之前零件浇口附近的材料应力释放产生的缩瘪。但是背压过高，同样可能延长塑化时间，影响生产效率，还可能对螺杆造成损坏。对于PP+EPDM的材料的背压设定，应在10－20Bar之间。
4、 松退：在计量完成之后，螺杆要进行松退，由于在背压和剪切作用下，熔体内部会产生一定的压力。压力的存在使注塑时需要额外的压力才能推动螺杆向前，同时会造成熔体的压力在模具型腔内释放产生不稳定的流动。松退之后，可以释放一定的压力，以保证熔体顺利进入型腔。但是如果松退过度，可能在松退过程中带入大量的气体，在注塑过程中形成气泡。
5、 计量熔体数量：必须保证计量的熔体有足够的数量，以保证产品不出现缺料，同时在保压过程中有足够的熔体可以进入。
三、 注射
注射是整个注塑过程中最关键的部分，也是最难控制的部分。UBE注塑机的注射过程控制部分采用5段速度和一段压力控制。其过程为，在注塑过程中，按设定的速度进行注射，如果所需的注射压力不超过设定的注射压力，注射过程按设定的速度进行控制，如果所需的压力高于设定的压力，注射过程由速度控制转为压力控制，直至进入VP转换点。
注射速度：注射速度对产品的表面质量和产品尺寸有着较大的影响。注塑速度过快，熔体流动过程中会夹杂部分气体，在产品表面形成气泡等，同时产品的致密度下降，容易形成缩瘪和尺寸偏小。但是，如果速度过慢，熔体的流动会在注塑后期受到阻碍，容易形成注射过程后期的缺料和缩瘪，同时产品应力相对集中在浇口附近，烘烤后应力释放，可能造成局部变形和压力线，影响外观和产品尺寸。
注射压力：注射压力的设定主要起到保护模具和设备的作用，注射过程控制是以速度控制为主。如果注塑压力过低，无法满足速度控制所需的压力时，会按设定的注塑压力以恒定的压力进行注射，此时熔体的流动速度会失控。
有时在低压力的条件下，反而会形成飞边，这是由于通常在注射后期需要将降低注射速度，所需的压力反而要求很低，而在压力控制的情况下，压力无法下降，形成飞边。
因此注射压力的设定应该略高于实际所需的压力，以保证产品质量处于受控状态。
VP转换点：VP转换点是指由注塑转为保压的切换位置。这个位置的设定，既要求有足够的熔体在保压过程中补入，又不能因为缓冲垫过厚而造成压力损失。
四、 补缩和保压
补缩和保压是克服产品缩瘪和保证产品尺寸的重要步骤。熔体遇冷后固化收缩，其收缩的程度随模具温度、壁厚和形状等不同而各不相同，在补缩和保压过程中，在一定的时间内以一定的压力将熔体补入型腔，保证产品的成型后各部分表面尽量饱满。该过程通过压力和时间两个参数进行控制。
补缩和保压压力：在补缩和保压过程中，过低的压力无法保证熔体可以流到远离浇口的位置，而过高的压力除了会产生飞边之外，还可能在浇口附近形成较大的应力，形成局部过饱和的现象。
补缩和保压时间：同样如果保压时间过短，压力没有足够时间传递到远端。而时间过长也可能形成过饱和。
五、 冷却
产品的冷却不足会造成产品，取件和摆放时，产品的变形和其它损伤。而冷却时间过长又会降低设备的使用效率。因此，模具温度起到了至关重要的作用，模温高有利于熔体流动的稳定，产品的外观可以得到改善，工艺也更容易控制，但是高模温势必造成冷却时间的延长。
六、 开模和取件
对开模和取件过程的控制，可以有效的防止产品的擦刮伤和变形。这种现象在生产边开模边顶出的设备时，特别明显。开模速度过快，使顶出速度低于开模速度时，产品无法与模具型腔贴合，无法满足模具设计要求，产品会在开模过程中，与模具发生擦刮造成损坏。
而如果产品顶出速度过慢，产品局部始终受到挤压，时间过长也会产生产品的损坏。因此控制开模速度，尤其起始阶段的速度，将对产品质量和合格率产生重要影响。
在取件过程中，由于产品的温度仍比较高，可能产生变形的可能性也比较高。因此，取件的方式应该合理，尽量保持产品的平衡状态，避免握持产品的分型面附近。
七、 修边和火焰处理
对于产品表面的毛边可采用火焰处理，处理时，火焰的方向应由外表面向内表面，保持匀速，均匀扫过所需处理的部位。如果速度过慢，可能造成局部结构的“坍塌”，速度过快又容易使效果下降。
而修边工序，要求操作工有足够熟练的修边技术。具体的后处理技术将视产品的要求和实际处理效果决定。整体而言，对于产品的非外观表面，只需进行简单处理或不进行处理，以不影响其它表面的涂装效果为标准，而重要表面，要求处理到表面情况符合产品的技术要求。
八、 Valve Gate Valve Gate的技术引入，大大提高了产品的质量，扩大了注塑的工艺窗口。由于多浇口位置的设置而造成的产品表面熔结痕的问题，可以 得到 解决。
根据熔体在型腔内的流动情况和模具设计要求，决定浇口打开的先后位置和具体位置。为防止产品表面出现流体滞留现象的发生，后一个浇口的打开应早于前一个浇口关闭。
根据具体情况还可以解决其它的工艺问题。例如，如果产品局部的尺寸发生偏差，可以通过调整V/G的开关位置调整注射过程和保压过程的熔体数量。解决部分浇口的过饱和和缩瘪问题，也可以通过调整保压时间进行解决。
但是V/G技术同样可能带来了部分产品缺陷，由于浇口的不同时开毕，在整个注塑过程中，各浇口附近的熔体的加热和冷却情况不一致，在部分浇口附近可能产生冷料也可能带入气泡。
尤其对于窄长型且冷流道较长的产品。因为在熔体流动过程中，前一个浇口的熔体在流经下一个浇口的冷流道内，将气体困在冷流道内，在下一个浇口打开时，熔体无法将气体顺利推动，并包裹在熔体内形成气泡和冷料。
三、模具对产品质量的影响
模具对产品质量的影响主要表现是否有利于注塑工艺窗口的扩大。从以下方面进行
讨论：
一、 对熔结痕的影响
如果采用Valve Gate技术，可以解决部分的熔结痕问题，但是部分由于装
配孔的问题造成的熔结痕问题同过V/G是无法消除的。此时，要求考虑浇
口的设置问题。浇口位置过近时，注塑压力会使熔结痕凸起。而如果位置
过远，由于压力传递不足，熔结痕无法熔结，形成开裂。因此，在考虑浇
口位置使，应该尽量使产品熔结痕的位置处于熔体平稳流动的位置。
在不采用Valve Gate技术的情况下，应该尽量考虑将熔结痕的位置处理到
不可见区域。 在实际应用中，对于保险杠产品，在条件许可的情况下，采
用浇口位置上下交替放置的方法较为理想。
二、 对缩瘪的影响
对于PP＋EPDM壁厚在3mm左右的产品而言，如果产品壁厚差超过
1mm，产品表面会存在可见的缩瘪现象。而同样的缩瘪可能造成的因素，
还包括模具各部分产生的温度差以及流动不平衡而造成。
因此在模具设计时，工艺筋应尽量放置在产品不可见表面，并且壁厚不宜
产生突变。合理设计浇口位置和浇口尺寸。特别应该注意镶快、滑块、顶
块的散热和冷却效果，保证这些部位与型芯温度的一致性。
同时，如果滑块、顶块在注塑压力的作用下如果发生浮动，也可能产生产
品局部的缩瘪现象。
三、 对冷料的影响
模具使用Valve gate后，由于冷流道内的气体的原因，使冷料现象产生的可能性增加。因此在合理范围内，应尽量减小冷流道的长度，同时适当扩大冷料井。
四、 对气泡的影响
模具良好的排气性能是防止气泡产生的关键因素。排除工艺和原料的因
素，气泡主要来自于熔体流动的“死角”和型腔末端，或在流动过程产生异
常。同样，热流道中的“死角”和冷流道位置也有可能产生气泡。因此在这些
部位增加排气槽，可以减轻和避免气泡的产生。
五、 对过饱和的影响
在流道平衡和设计合理的情况下，基本可以避免过饱和的产生。但是如果
采用多个点浇口形式或进料点直接放在产品的可见部位的模具时，容易产
生浇口附近的过饱和现象。这是在保压过程中形成的，由于壁厚不均匀的
因素存在，个部分所需的保压时间各不相同。在不使用Valve Gate的前提
下，造成局部点浇口的过饱和。
六、 对浇口处理的建议
A. 在满足产品尺寸和打足产品的前提下，浇口数量不宜过多。
B. 进料尽量放置在产品不可见位置。
C. 使用Valve Gate技术时，冷流道不宜过长。
D. 浇口位置设置必须考虑对熔结痕的影响。
E. 对于门槛类的窄长形产品，应尽量考虑使用单浇口或使用Valve Gate。
四、产品设计的工艺性
一、 材料
目前主要用于注塑的保险杠材料为PP＋EPDM和PC/PBT两大类。前者用于中低档车型的保险杠产品注塑上，PC/PBT用于高档轿车上。两者除了在价格上，PC/PBT的价格明显高于PP+EPDM。但是PC/PBT的强度、韧性以及外观同样也是PP+EPDM所无法比拟的。同时，PC/PBT的产品对模具钢材和流道的要求也十分苛刻，使用PC/PBT的材料将严重影响模具的使用寿命。
PP+EPDM在添加滑石粉增强的情况下，在考虑强度的同时应该考虑材料的流动性。在相同情况下，添加的滑石粉越多，流动性越差，不适合窄长形产品产品的成型。
二、 分型线的位置考虑
目前，在VW的保险杠产品都采用内藏式的分型线设计。这种设计，使产品的可见表面上消除了分型线，保证了产品良好的外观。但是，对模具加工和设计的要求比较高。
三、 装配元素
所有的装配孔位、装配筋等元素，都可能造成产品表面的缺陷，而且这些元素的尺寸越大，可能造成的缺陷越明显。因此，尽量在产品的重要表面不要设置这些装配元素，或者将这些装配元素，设置在壁厚发生变化的区域。这样可使产生的缺陷比较不明显。
四、 零件的支承和定位
在使用PP+EPDM的注塑零件的强度，是不足以保持产品的外形的。尤其对于细长形的产品，通常容易发生弯曲和变形。因此需要另外提供零件，以保证外形和支承。
同时，由于材料的收缩率受工艺条件和产品的形状的影响，会有所变化。而收缩率的微小变化，极有可能造成产品尺寸的变化，材料收缩率0.5%的变化，都可能造成产品在纵向长度上10mm的偏差。因此，在应该提供在产品的各段产品的壁厚不宜产生突变，突变容易造成缩瘪以及熔体流动的波动。
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