汽车产品注塑件生产技术浅谈

2021年5月6日
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中国有着很多完整而庞大的汽车整车生产基地,随之相应的汽车零部件客供链也日益壮大,越来越多的工厂对各类汽车零部件的加工制造充满兴趣,而随着生产技术的成熟,生产过程也已经不再神秘。在市场激烈竞争的影响下,汽车件生产工厂的更多精力已经由客户端转移到生产过程的管控中去,用品质满足客户需求,“把品质生产出来”。

 

先说说汽车复杂塑料零部件的优势: 

 

1. 塑料可以一次加工成型,加工时间短,精度有保证;实验允许和客户许可的情况下可以回收做二次成型,同时废品回收利用也非常高。 

 

2. 塑料制品本身较轻,同时具有良好的弹性变形性,能吸收大量的碰撞能量,对强烈撞击的缓冲作用明显优于其他材料,这样就会对车辆和乘员起到更好的保护作用。

 

很多汽车的前后保险杠都采用塑料材质,以减轻车外物体对车身的冲击力。塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用,可以提高乘坐的舒适性。很多模具厂早就接到了来自福特、广汽、甚至路虎的保险杠订单,并且在制造技术方面已经很成熟。

 

3. 塑料耐腐蚀性强,局部受损不会腐蚀。汽车空调制冷系统几乎很难找到非塑胶的零部件。

 

4. 通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂还有弹性体做成改性料,以适应车上不同部件的用途和要求。BYD集团的18事业部更是早在多年前就已经可以自行改造相应原料,以完全适应自身的产品需求。更方便的是塑料颜色可以通过色母以及色粉进行调整,省去喷漆的麻烦,塑料的电镀性能优于其他材料。

 

如何用管理的手段达成客户需求的技术要求。对生产基层而言技术这种很讲究经验的事情是无法用管理的手段来达成的,我现在用一个产品的完整流程来说说个人看法:

 

一、汽车件的项目管理

 

1. 新产品的导入

 

这个阶段的技术以及管理手法都应该基于客户的显性和隐性需求,这些需求都可以在客户的信息资料中看出端倪,内部传递的源头就是项目经理,而项目经理及时、有效、准确的传递这些信息并能很好的将信息在开发过程中实现,这才是生产的正确开始。

 

项目导入不仅仅是项目经理以及项目工程师的事,他的实现必须以最终能形成有效物流并得到认可、回款,才算是结案。所以这需要一个小的核心团队并联系大量的生产资源才能达成。

 

我们简单阐述一下基本的项目团队成员及职责:

 

  • 项目经理(PM)

接收、保存、发放及管理客户的需求信息;组织相关人员对客户需求进行评审;针对不明确或不清楚的客户信息应及时与客户沟通

 

  • 项目工程师(PE) 

确保客户的要求有效转化为项目开发的要求,并及时传达到各相关单位保证在后续项目开发过程中实现

 

  • 品质工程师

评审客户需求中涉及品质方面的内容;将客户的品质标准转化为内部的品质要求;将客户的品质标准在项目开发过程中得以实现,并监督及控制

 

新项目的团队很小也很简单,最大职责只是在分析客户信息并实现资料中的显性需求,每个人都希望一开始投产就有好结果,而任何新产品都是经过详细策划才会产生好的结果。所以我们说项目也是技术,而怎么发挥技术就是管理手段的高明之处。

 

2. 项目过程中的技术

 

很多人都认为此阶段不涉及到任何技术,因为大家都忽略了此阶段中信息转化为现实的关键――文件的实现,很多人认为文件只是在电脑前打几个字而已,这种想法只是忽视了文件的基础来源于生产现实,比如FMEA、APQP等,我们现在看一下几个技术关系:

 

汽车产品注塑件生产技术浅谈

 

信息转化为生产能力的主要手段就是就是用各类文件的执行性来管控进程,所以才有了所谓的“五大工具”。目标是促进与其涉及的每一个人的联系,并确保所要求的步骤按时完成,一个人或者一个部门不可能完成所有的工作,必须是跨部门合作。

 

事先做好详尽的策划,将人、机、料、法、环、测等风险做出识别并有应对措施,那怕牺牲短期的经济目标也尽量确保产品一次就做好,要做到这些任何一个再优秀的项目经理都无法解决,只有各个部门以专业的技术人员做为辅助共同完成。

 

项目进行的第一阶段,从团队的建立到立项只需要简单的一个项目经理就可以完成全部的工作,这个时候的主要任务在于接收和消化信息,建立一个适合的团队后项目经理需要将这些消化后的信息交付给相关负责工程师分类实现。

 

二、生产车间的技术管理

 

1. 原料

 

塑料在汽车中的应用范围由内部装饰扩展到外部结构,除聚烯烃材料近年来在汽车领域中用量大增外,聚氨酯、增强复合材料等在汽车产品的运用也日益增加。注塑产品在汽车零部件中所占的比例越来越高。

 

原料在成型前必须考虑除湿干燥系统的运用。对吸湿性较强的原材料在成型前必须充分干燥,而除湿干燥机是进行原料烘干的第一首选设备,相对于注塑机台配备的热风式烘干机来说烘干效果更好,而烘干温度的设定务必以物性表为准。我们在这里重点讲一个体系审核中经常提到的情况。

 

当注塑机的烘料斗可以烘烤50KG原料,烘料时间4H时,往往面临两个问题:

 

  • 如果在3H内就可以生产完50KG原料,那就意味着新添入的原料根本达不到烘料的要求,那是否意味着原料未烘烤彻底,产品是否可以视为不良;

 

  • 如果生产完50KG原料需要用时30H,那就意味着不能在几小时内生产完的原料需要经受超出规定几倍时间的温度烘烤,这是否会对原料造成不良。

 

处理这种问题一般常用的办法就是告诉客户,我们可以向原材料的供应商索要材质证明,证明原料在这个时间范围内不会有任何异常。这种方式在审核无望的情况下双方都会接受,但问题的症结却并没有得到最终解决,所以我们必须要求做原料的极限测试。用实验数据来证明生产过程的可行性和可靠性,只有将数据引入每一个技术环节,工作内容数据量化才是合理的。

 

2. 注塑设备

 

由于汽车零部件与常规手机壳、家用电器等塑胶产品有很大的不同,相当一部分产品自身尺寸较大,型腔面十分复杂,结构位在塑胶过程中受力不等、应力分布自然也很难均衡,在设计时重点考虑的就是它所需的加工能力。

 

一般来说一台注塑机的加工能力体现在合模力和注塑能力(以最大理论注射容积来表示)两方面。注塑机在成型制品时,合模力必须大于模具型腔压力产生的开模力,否则模具分型面会产生溢料。

 

确定注塑机合模力的公式:P合模≥P型腔×F/100

 

式中:

P合模 为注塑机的合模力(或称锁模力)KN;

P型腔 为模腔平均压力;

MPa,与制品结构形状、精度要求和每模型腔数等有关,取值范围一般在25-40MPa之间;

F为模具型腔,浇道和进料口的水平重叠投影面积CM3。

 

为保证可靠的锁模,注塑成型时的工艺锁模力必须小于注塑机的额定锁模力。一般取70%左右值,当然,同理,一套模具在注塑过程中注塑压力也不要高设备额定的70%比较好。

 

汽车大型复杂塑料零部件的成型复合面精度给予充分保证。但不管我们怎么去讲这些理论知识,大家肯定仍然对制品在制造过程中的精度存在很大的疑问。

 

汽车产品注塑件生产技术浅谈

这张表来源于美国MP公司,是该公司内部以及针对全球合作商、供应商培训技术人员的专业性资料,任何一家公司都可以做一张类似的表单,在额定压力的情况下检视设备油压变化,测量出变化曲线图,设备是否能在正常状态下工作自然一目了然。

 

3. 注塑过程

 

自从科学注塑出现以来,在注塑行业中一时盛名大噪。对于生产现场的技工来说,科学注塑是否能带来多大的革命性技术变化都是个疑问,但不得不说,他对生产现场的精细化生产提高程度带来的影响不是一点半点,凡是任何一个利用科学注塑法的人都会深刻的明白这一点。

 

相比于复杂的技术讲座,“科学注塑法”可以简单的分为六个环节:

 

  • 胶口冻结测试

  • 流动平衡测试

  • 粘度测试

  • 水流测试

  • 最佳冷却时间测试

  • 模具空运行测试

 

以上六节我认为可以简单的概括完这种目前最新的技术,当然了,现在很多国外企业已经开始通过模腔内埋入感应设备来进行模腔分析技术对产品进行调整。 

 

我们今天只是针对汽车件中的厚壁产品来进行简单的技术陈述,而厚壁产品中我们用导光体的生产来进行分析。

 

汽车产品注塑件生产技术浅谈

 

导光体类产品的成本一直都是很高的,透明塑胶材质的厚壁光学产品的注塑需要的不仅仅只是技术上的挑战。而一般情况下,汽车行业所接触到的类似产品壁厚从10---30mm,不光尺寸方面的精度要求高,而且生产周期相当长,出模后冷却时间仍然需要5-20分钟甚至更长,效率低下。同时麻烦的是产品整体往往会存在较大的壁厚差。较厚的注塑区域,凝固速度会明显慢于较薄区域,过早凝固会影响熔体的压力转移,从而影响注塑生产的精确性。

 

除了生产周期时间和成型精确度,这些都可以通过注塑机的曲线界面直观的看到,但成品元件的黏合强度也至关重要,多级注塑中不同透明塑料的黏合强度也大不一样,即便采用相同的塑料,在温度更高的情况下,会产生压力,从而生产出的冷却预制件会呈现更大的收缩量。因此,壁厚分布处水路的选择、加工参数和温度控制都极其重要。

 

在大部分情况下,普通模具一旦成型,很难有公司会愿意花更大的代价去开新的模具,而普通的多级注塑如何满足这种产品的成型呢?

 

1)很多调机的过程都是基于个人经验或者固有参数,但出现异常问题后往往手足无措,所以开始的准备资料中关于温度设定务必要有供应商提供的原料物性表,在此数据的基础上制定正确的料温和模温。原则上来说,初始调机我们必须按照两种方式进行,那就是对原料温度做上下限调试,在确保产品质量的情况下,温度越低越好。

 

2)速度是由压力产生的,我们往往可以看到一种情况,注塑压力高达90%,而速度只有10%,那我们有没有观察一下油压表,实际的压力是多少。同样,速度90%,而压力却只有30%,这样子的情况下,你确定速度可以达到90%吗?所以这就是多级注塑开始前要求技术员务必要打缺胶样板观察的理由,也只有在这种没有异常情况下制定的参数才能更合理,才能更好的实现互换式生产。

 

3)保压只是以产品肉眼观察无缺陷为准,这当然也是错的,产品的塑胶封口时间很主要的影响因素就是保压以及保压时间,一般来说,当保压能够足以使产品成型时保存数据,从这个阶段开始不断的以1秒的时间累增保压时间,直至产品的单重完全稳定为止,这个时候产品的单重最稳定,尺寸也最稳定。

 

4)熔胶以及背压,这两点因素往往是技术人员最容易忽略的,这两点直接影响到熔胶进入模腔的状态,背压过小,实际计量将大大高于需求计量,同时由于熔胶状态不佳,产品出会现银丝,汽泡,缩水等不良。

 

曾经有位同事在调机的时候发生缩水及缺胶不良情况,温度已经超出极限,压力及速度也很大,但问题没有得到最终解决,后来经过分析,熔胶在炮筒中停留时间太少,未完全熔融,只要简单的调整一下让熔胶在炮筒内停留时间稍长所有异常全部解决。

 

厚壁产品并没有我们想像中的那么难,关键在于对设备的熟悉程度、技术细节方面的操作是否能做到位。

 

所以我们回过头来检讨一下本节开始的时候说的“科学注塑法”,当然我并不是说要做好产品就必须要用这种方法,只是在向大家灌输一个理论,用数据和点检的方式来约束调机这个纯技术过程,收获大不一样。从T0开始完成一个参数过程,这个时间可能会很长,但当参数彻底稳定后不再进行任何调整,只对包括模具、注塑机台在内的因素进行修正,生产自然可以顺畅进行。

 

4. 品质的管控

 

不是专业的品质管理人员,很难深入的了解品质工作。配合品质绝不是盲从,也不是一昧的滞料等待判决。生产最直接的配合方式就是“前三项不良管理”。

 

以定时或不定时的巡查为生产日报表的监督手段,当班整理出每一款产品生产过程中的不良比率,以车间内部的技术团队针对产品的前三项不良进行统计、检讨,并对不良现象进行不断改善,这个改善始终不要停顿。

 

在很多工厂品质无论给予什么样的高层重视但与生产都存在着种种矛盾,究其原因,任何超出本部门工作范围外的配合事项,如果高层领导总是置身事外以只要结果不管过程的方式来对待,肯定的说品质将陷入完全的停顿。

 

其实生产过程中的很多东西都是可以提前预防的:

 

  • 当产品在初始阶段连续发生某种异常的时候,改善手法如果没有形成履历,生产过程出现同样异常时候履历报表将是改善的第一依据。这份履历将是生产检讨的重要参考。

     

  • 建立模具履历档案,评估可能发生的一切异常做出基本的易损配件。在体系中都有类似的要求,生产发生的很多异常都可以在相应的预防措施中得到解决。

     

  • 生产工程师的职责重心在于预防和改善,而不是简单的现场技术辅助。异常发生时工程师尽量做出两种对策,应急措施和长期改善措施,并跟进结果。

 

任何表面看起来是技术方面的问题,在最终检讨的结果中都可以通过管理手段协调解决,而同样的,很多大家都认为属于管理范畴的事项,却可以通过一些隐性的技术手法得到处理。

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