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T-模的创意及效率

浏览次数: 日期:2011年12月23日 15:11

T-模的创意及效率

The ingenuity and efficiency of T-mould

达明科技有限公司

2008年3月

  T-模的发明是提高注塑机生产效率的一个创举。T-模技术的创意及效率在此文阐述。简单地讲,T-模技术多加了一个错开的的注塑过程来利用了注塑机的闲置时间。在使用快速注塑机时,注塑机的螺杆是不停地工作的,有物尽其用之效。在某个情况下,T-模的生产效率能够从冷却时间及标准周期时间計算出来。

注塑动作

  最简单的注塑周期从注射开始。随着便是保压、塑化(与冷却并行)、开模、顶出/退及合模。

  注射、保压及塑化这三个动作是由螺杆负责的。螺杆在开模、顶出/退及合模时是闲置的。

  在以下的讨论,我们将开模、顶出/退及合模总称为机械动作。较复杂的注塑周期可能有边。开模边顶出功能,或顶出后由机械手/人手取出成品, 或抽芯, 或旋脫。怎样都好,从开模到合模的动作都称为机械动作,其所用时间称为机械动作时间。机械动作简称为机动。

  为了降低喷咀热量的流失,或避免拖丝的问题,在保压完成后,射台会退离模具,并于合模后或合模时(如有同步动作)再往前移,使喷咀压紧模具后才注射。为了统一,射台退可归纳在塑化里,射台进可归纳在注射里。倒索(防涎)亦可归纳在塑化里。

注塑机闲置时间

  当冷却时间比塑化时间长,注塑机便有个闲置时间。见图1。
注塑机闲置时间 = 冷却时间-塑化时间 -------------------------------------------①

图1 标准周期

标准周期时间 = 注射时间 + 保压时间 + 冷却时间 + 机动时间 ---------②

  成品的壁厚越大,冷却时间便越长。冷却时间是正比于壁厚的平方的。冷却时间 a 壁厚2。故壁厚增加一倍(×2),冷却时间便增加三倍(×4)。

  “水晶”灯饰的注塑是个厚壁注塑的極佳例子。见图2。
 

图2 “水晶”灯饰

利用注塑机闲置时间

  其它的设备投资,包括模具、机械手及外围设备 (如昂貴的氣体輔助设备)都在注塑机闲置时间闲置着,没有动作,没有生产。注塑机闲置时间其实还会消耗电机空载电流,用掉厂房租金/照明/空调及操作员的工时。有没有办法利用上呢?

T-模技术

  T-模技术是从串行注塑机(Tandem machine)发展出来的,故注塑机不用多加一块模板,一般的注塑机(有足够大的最大容模量及T-模程序)便能胜任,利用注塑机闲置时间。见图3。T-模技术于2001年德国K展面世。

图3 串行注塑机

 

  T-模由两个背对背的模具组合而成,有定板,中板及动板。三块板之间便有两个分模面,称A及B。有两个注塑过程在其中错开地进行。错开进行是T-模与叠重模具最大的分别,只有错开过程才能利用注塑 机闲置时间。

如何错开?
  两个注塑过程应如何错开才能利用注塑机闲置时间呢?图1的螺杆闲置时间给我们一个启示。第一个想法是如图4地错开。但细想之下,图4的B过程是行不通的,原因是注塑机只有一个料筒,注射B所需要的熔融当A注射量不相同与B注射量时,塑化A所准备的量是不合用的。解决办法其实很简单,将图4的塑化A及塑化B对调便可。见图5。

图4 錯誤T-模周期

图5 T-模周期

T-锁

  T-锁是T-模的一个关键技术,它不是将A分模面锁住便是将B分模面锁住。

  当A分模面被T-模锁住时,注塑机开模便打开B分模面。此时,A分模面内的成品继续冷却。同样,当B分模面被T-锁锁住时,注塑机开模便打开A分模面。此时B分模面内的成品继续冷却。

何时锁A?

  在图5的T-模周期内如选择锁A是从保压A结束到保压B结束,锁A的时间便将机动B包含在内,故注塑机开模时,只有分模面B打开,A分模面的成品在闭合的A分模面内繼續冷却,直到机动A开始为止。

不锁A的时间,T-锁便锁住B 分模面。见图6。

图6 T-锁上锁时间

额外冷却时间

  图5多加了一个额外冷却A的时间,才做机动A动作,原因是塑化B、机动B、注射B及保压B的总时间超越了“注塑机闲置时间”。

  “注塑机闲置时间”在图5其实已不复存在,它只是“冷却A时间+额外冷却A时间-塑化A是时间”的代名词而已。

  额外冷却时间有助于稳定成品的尺寸,在T-模使用中是顺手检来的。

  从图5可以写出

  额外冷却A时间 = (塑化B时间 + 机动B时间 + 注射B时间 + 保压B时间)-(冷却A时间-塑化A时间)

  = T4 - 注塑机闲置时间-------------------------------------------------------------------------③

  如T4 = 塑化B时间 + 机动B时间 + 注射B时间 + 保压B时间= 四個注塑動作的总时间。

  图7 展示额外冷却时间與注塑机闲置时间的關係。

额外冷却时间與注塑机闲置时间的關係

 当注塑机闲置时间 = 0时,额外冷却A时间 = T4。見图8。

  当注塑机闲置时间 = T4时,额外冷却A时间便消失。見图9。

T-模周期时间

  从图5可以写出

  T-模周期时间 =(注射A时间 + 保压A时间 + 塑化A时间 + 机动A时间)

+(注射B时间 + 保压B时间 + 塑化B时间 + 机动B时间)------------④

  当A及B面的产品是相同时,T-模周期时间简化为

T-模周期时间 = 2(注射时间 + 保压时间 + 塑化时间 + 机动时间)----⑤

  由于在T-模周期内有两次开模顶出

开模相隔时间 = T-模周期时间/2

= 注射时间 + 保压时间 + 塑化时间 + 机动时间----------⑥

  与公式②比较,是否節省了冷却时间 - 塑化时间?这个不就是公式①的注塑机闲置时间吗?

生产率

  生产率是反比于周期时间,并与腔数有关。

  一套n腔的标准模具的每小时生产率是 (3600/标准周期时间)×n

  一套2n腔的T-模的每小时生产率是 (3600/T-模周期时间)×2n

T-模生产效率

  T-模的生产效率是其生产率与标准模具的生产率的比数。

  T-模生产效率 = (3600/T-模周期时间)×2n ÷ [(3600/标准周期时间)×n]

= 标准周期时间 ÷(T-模周期时间/2)--------------------------⑦

= ②/⑥

最低生产效率

  当注塑机闲置时间 = 0时,从公式①,冷却时间 = 塑化时间。比较公式②及⑥,标准周期时间 = T-模周期时间/2。从公式⑦, T-模生产效率 = 100%。见图8。

  其實, 更普及一點, 当冷却时间 ≤ 塑化时间, 注塑机闲置时间也是零,T-模生产效率還是100%。

  100%是最低的T-模生产效率。它代表就算多花了兩倍以上的費用製造了雙倍腔數的T-模,生产率與标准模具相同。

  就算生产效率是100%,T-模還有额外冷却时间的好处。
 

图8 注塑机闲置时间=0

最高生产效率

  如注塑机闲置时间能容纳另一个分模面的四个注塑动作时间 (= T4),T-模效率便是200%。见图9。由於T-模只有雙倍的腔數,200%是最高生产效率。

  图9 注塑机闲置时间= T4=塑化B时间+机动B时间+注射B时间+保压B时间

  T-模生产效率是在100% 至200%之间。T-模生产效率越接近200%,其经济效益便越高。

生产效率計算

  设T = 标准周期时间

  Tc = 冷却时间

  Tp = 塑化时间

  Tt = T-模周期时间

  从图1,注射时间 + 保压时间 + 塑化时间 + 机动时间 = T - Tc + Tp

  当A=B时,代入公式⑥,

  Tt = 2 (T - Tc + Tp)

  = 2 (T - (Tc - Tp) ) --------------------------------------------------------------⑧

  代入公式⑦

T-模生产效率 = T/[T-(Tc- Tp)] = 1/[1-(Tc- Tp)/T] = 1/(1-x)----------⑨

如x = (Tc- Tp)/T。

  当x = 0.0时,T-模生产效率是100%。

  当x = 0.5时,T-模生产效率达到200%。

  T-模生产效率表列及图示于后。

表 1 T-模生产效率與注塑机闲置时间/T的關係

图10 T-模生产效率與注塑机闲置时间/T的關係

快速注塑机

  快速注塑机定义为能边开模边机动的注塑机。这能用双泵来达到。一台油泵驱动射台,另一台油泵驱动开锁模及顶出。T-模在快速注塑机上生产能将图5的螺杆闲置时间降为零。  这是假设了机动时间Tm≤塑化时间Tp。此时,T-模的周期如图11示。

T-模周期时间 =(注射A时间 + 保压A时间 + 塑化A时间)

+(注射B时间 + 保压B时间 + 塑化B时间),当Tm≤Tp-----------------------⑩

  边开模边顶出有助于达到这个条件。相反,当配有机械手取出时,机动时间便会加长。若机动时间Tm>塑化时间Tp,螺杆还是有闲置时间的。见图12。

T-模周期时间 =(注射A时间 + 保压A时间 + 机动A时间)

+(注射B时间 + 保压B时间 + 机动B时间),当Tm>Tp ----------------------⑾

公式⑩、⑾与公式④比较,快速注塑机节省了塑化时间Tp或机动时间Tm,看哪一个较短。
 

图11 T-模在快速注塑机上,机动时间Tm≤塑化时间Tp

  图12 T-模在快速注塑机上,机动时间Tm>塑化时间Tp

终极创意

  读者可能提出以下问题。将机动移到保压结束时开始,在标准模具或叠层模具亦能做到吗?答案是否定的,只有T-模才能做到。

  回到图1,如机动能移到保压结束时开始,产品就跟本没有冷却时间。保压完便开模了。为何T-模可以呢?

  原因就在T-锁。机动B只是打开了B分模面。由于T-锁锁住了A分模面,在保压A后,成品还在T-锁锁住的A分模面内繼續冷却,直至机动A为止。

快速注塑机上的T-模生产效率

机动时间>塑化时间

  假设机动时间Tm>塑化时间Tp。

  当A=B时,从图12,

  Tt = 2 (注射时间 + 保压时间 + 机动时间)

  = 2 (T - Tc),如以公式②代入。

  代入公式⑦

  T-模生产效率 = T/(T - Tc) = 1/[1-Tc/T] = 1/(1-y)---------------------------⑿

  如y = Tc/T。

  当y = 0.0时,T-模生产效率是100%。

  当y = 0.5时,T-模生产效率达到200%。由于塑化时间隐藏在机动时间内,塑化时间不影响T-模生产效率。这与公式⑨不同。

  T-模生产效率表列及图示于后。如以y代x,表 2是相當於表 1,而图13是相當於图12的。

表 2 T-模生产效率與冷却时间Tc /T的關係 (快速注塑机当Tm>Tp)

图13 T-模生产效率與冷却时间Tc /T的關係 (快速注塑机当Tm>Tp)

机动时间≤塑化时间

  假设机动时间Tm≤塑化时间Tp。

  从图11,Tt = 2 (注射时间 + 保压时间 + 塑化时间)

  = 2 (T - Tc - Tm+ Tp),如以公式②代入。

     =2 (T - (Tc - Tp)- Tm) 

  代入公式⑦

  T-模生产效率 = T/[T - (Tc - Tp) - Tm]

  = 1/[1-(Tc - Tp )/T - Tm/T]

  = 1/[1-(x+z)]-------------------------------------------------------⒀

  如/T。

  当x+z = 0.0时,T-模生产效率是100%。

  当x+z = 0.5时,T-模生产效率达到200%。x及z对T-模生产效率的影响是相同的。就算x = 0 (没有注塑机闲置时间),z亦能提高T-模生产效率。故T-模在薄壁注塑上是有经济效益的。見薄壁飯盒例子。

  T-模生产效率表列及图示于后。如以x+z代x,表 3是相當於表 1,而图14是相當於图12的。



  表 3 T-模生产效率與(注塑机闲置时间+Tm)/T的關係 (快速注塑机当Tm≤Tp)

图14 T-模生产效率與(注塑机闲置时间+Tm)/T的關係 (快速注塑机当Tm≤Tp)

注塑例子  

包裝盒子

标准周期參數
 

計算數據

無量綱計算
 



T-模生产效率

  额外冷却时间計算只適用於标准注塑机,有6.85 s 長,與9 s 冷却时间比,甚為可觀。T-模生产效率151%,值得採用。在快速注塑机上,更達175%,但额外冷却时间會相對降低。

 

  勺子


标准周期參數


計算數據


無量綱計算


T-模生产效率

  由於 x+z = 0.571 > 0.5,快速注塑机的T-模生产效率計算只能達到極限200%,不能超越。採用快速注塑机來生產餐具是有经济效益的。

 

薄壁飯盒

标准周期參數

計算數據


無量綱計算

T-模生产效率

  由於冷却时间是零,不用計算已知T-模生产效率是100%,亦知到额外冷却时间等於标准周期时间 = 5 s。但在快速注塑机上,T-模生产效率達到167%,證明用T-模做薄壁注塑是有效益的。

 

总 结

  T-模利用了注塑机闲置时间来处理另一个错开的注塑过程,它是从串行注塑发展出来的。两个过程如何错开,及T-锁何时锁住哪一面都是关键技术。壁厚的成品有長的注塑机闲置时间。

  就算注塑机闲置时间不长,T-模亦提供额外冷却时间的好处。用在快速注塑机上,T-模更能节省塑化或机动时间(但标准及叠层模具在Tc > Tp時不能),看哪一个较短,故T-模亦可用来生产薄壁成品。

  只要知道冷却时间Tc、塑化时间Tp及标准模具周期时间T,在标准注塑机上的T-模的生产效率是能够从1/(1-x)計算出来,而x = (Tc - Tp )/T。

  只要知道冷却时间Tc及标准模具周期时间T,在快速注塑机 (Tm>Tp) 上的T-模的生产效率是能够从1/(1-y)計算出来,而y = Tc/T。当y = 0.5时,就是冷却时间是周期时间的一半时,T-模生产效率达200%。这是一个简单衡量T-模经济效益的指引。

  只要知道冷却时间Tc、塑化时间Tp、机动时间Tm及标准模具周期时间T,在快速注塑机 (Tm≤Tp) 上的T-模的生产效率是能够从1/(1-(x+z)) 計算出来,而x = (Tc - Tp )/T,z = Tm/T。

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