胡美珠 沈志林 劉興海 沈華權(quán)

摘要：隨著高分子聚合材料在醫(yī)療、食品、電子電器、儀器儀表等各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品的品質(zhì)對注塑成型工藝的依賴程度越來越高，但隨著原材料價格的上漲用工成本的增加，市場的激烈競爭，為了保住市場份額，迫使生產(chǎn)企業(yè)不得不挖掘潛力降成本，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式通過實行自動化改造改變傳統(tǒng)人工密集、環(huán)境臟亂型生產(chǎn)模式，采用集中供料系統(tǒng)、機(jī)械手、模具監(jiān)視器，配以傳送機(jī)構(gòu)等，以提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，從而增強(qiáng)企業(yè)的競爭力，同時為企業(yè)樹立現(xiàn)代化工廠的形象，從“制造”逐步向“智造”轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：注塑成型;供料系統(tǒng);機(jī)械手;模具監(jiān)視器

中圖分類號：TP2? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）02-0046-02

Abstract： with the polymer materials in medical treatment， food， electronic appliances， instruments and meters and other fields are widely used， its product quality more and more dependent on plastic injection molding process is high， but with the increase of raw material prices rising labor costs， to the fierce competition in the market， in order to retain market share， forced production enterprises to explore potential cost reduction， change the traditional mode of production by implement automation transformation to change traditional labor intensive， filthy environment， production mode， adopt centralized feeding system， manipulator， mold monitor， with the transmission mechanism， etc.， in order to improve the production efficiency and product quality， So as to enhance the competitiveness of enterprises， at the same time for enterprises to establish the image of modern factories， from "manufacturing" gradually to "intelligent manufacturing" change.

Key words： injection molding; Feeding system; Manipulator; Mold monitor

1? 概述

注塑成型工藝是高分子材料制品加工中非常重要的成型工藝，所涉及的行業(yè)及領(lǐng)域甚廣，如醫(yī)療、食品、化工、電子電器、儀器儀表。注塑成型必須借助注塑機(jī)和模具才能完成。注塑成型工藝原理是：將經(jīng)加熱處于熔融狀態(tài)的高分子聚合材料以一定壓力快速噴注入閉合的模具型腔內(nèi)，再經(jīng)冷卻固化定型即得到成型制品的工藝過程。注塑成型適用于全部熱塑性材料和部分熱固性高分子材料，塑膠產(chǎn)品的大部分成品或零部件都是注塑成型制造的。注塑成型工藝的優(yōu)點是制品花色多，制品尺寸精確，尺寸可由大到小，形狀可以由簡單到復(fù)雜、產(chǎn)品造型美觀，通過更換模具產(chǎn)品容易更新?lián)Q代，根據(jù)產(chǎn)品大小、產(chǎn)量需求估算，結(jié)合注塑機(jī)配置設(shè)計一模出數(shù)，操作可實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率高、適合大批量高分子材料產(chǎn)品加工領(lǐng)域。不利的一面是設(shè)備與模具成本高、成型工藝技術(shù)專業(yè)性極強(qiáng)，使用維護(hù)不當(dāng)，易導(dǎo)致制品質(zhì)量問題及設(shè)備和模具損傷。

2? 注塑成型生產(chǎn)的發(fā)展趨勢

注塑成型生產(chǎn)包含以下步驟：一、準(zhǔn)備材料：一種情況是采用全新的塑膠原料，另一種是將全新塑膠原料與回收的水口等二次料按適當(dāng)?shù)谋壤ㄟ^混料機(jī)混合;二、配料著色：根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，對于需要著色的零件，則注塑前先在塑膠原料里添加相應(yīng)的著色劑或色母料，充分混合均勻;三、原料干燥：因大多數(shù)高分子聚合材料具有一定吸濕性，原料中或多或少含有一些水分，水分對注塑制品的外觀及性能有不良影響，因此，在注塑成型前需通過干燥機(jī)對原料進(jìn)行烘干處理;四、注塑成型：對塑膠原料進(jìn)行前處理后，利用注塑機(jī)和模具按評定的合適的工藝參數(shù)進(jìn)行加工生產(chǎn)，一個完整的成型過程通常包含合模、注射、保壓、冷卻固化、開模等動作過程[1];五、取成型制品、檢查、去水口;六、制品傳送、廢料回收。

注塑成型工藝從設(shè)計到生產(chǎn)管理是一個系統(tǒng)工程，涉及的知識面極廣;首先產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，要考慮高分子材料的特性，避免壁厚、圓角不合理導(dǎo)致的縮水、應(yīng)力集中開裂問題，避免脫模不暢，拉傷頂裂產(chǎn)品;要保障注塑機(jī)性能，設(shè)定適宜的注塑工藝參數(shù)，不同顏色產(chǎn)品色粉或色母粒的配比使用，成型制品的外觀、性能測試，質(zhì)量評判;車間現(xiàn)場保持整潔有序、設(shè)備人員安全等。注塑成型工藝設(shè)計不當(dāng)或生產(chǎn)管理工作不到位，就會出現(xiàn)如一模出數(shù)少，生產(chǎn)效率低;水口多，原材料損耗大，脫模不暢，產(chǎn)品拉傷、頂裂，導(dǎo)致不良率高，甚至出現(xiàn)一些應(yīng)力集中，短期問題不顯現(xiàn)，庫存一段時間后或已發(fā)到客戶手中才暴露，導(dǎo)致產(chǎn)品批量報廢或客戶退貨;模具使用不當(dāng)損傷問題導(dǎo)致生產(chǎn)受到影響、不能按期交貨及發(fā)生安全生產(chǎn)事故等問題。我國不少注塑加工制造企業(yè)仍舊依靠廉價勞動力做些重復(fù)勞動工作，停留在“劣質(zhì)、低效、高耗”的作坊式生產(chǎn)管理模式，如今原材料價格飛漲，但產(chǎn)品的價格卻因為競爭激烈并未跟著上漲甚至降低，另外隨著社會的發(fā)展，人們經(jīng)濟(jì)條件的好轉(zhuǎn)，人們不再只關(guān)注薪資的高低，就業(yè)環(huán)境的好壞也是擇業(yè)重點考慮的選項;目前全國制造業(yè)面臨人力缺乏、人工成本持續(xù)高漲，企業(yè)面臨越來越多的挑戰(zhàn)，針對上述問題，采用自動化系統(tǒng)以節(jié)能、環(huán)保、減少人工，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率來提高企業(yè)競爭力，已經(jīng)成為業(yè)界的共識。

3? 供料系統(tǒng)改造

注塑車間采用集中供料系統(tǒng)可實現(xiàn)將多種原料自動供給不同的注塑機(jī)使用，其中包括原料從烘干、配色到水口料的粉碎并按比例回收利用，能夠?qū)崿F(xiàn)這些過程自動化控制及監(jiān)測，能保障24小時連續(xù)生產(chǎn)需要。集中供料系統(tǒng)集成度高，操作簡易人性化，只需少數(shù)幾個人即可控制整個注塑生產(chǎn)的供料需求，從而大大減少了人力成本。其次，減少了在注塑機(jī)旁堆放原料及配置上料、回料粉碎等輔助設(shè)備，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場空間的利用率。集中供料系統(tǒng)可以根據(jù)產(chǎn)品要求、原料使用要求、車間布局設(shè)計出最優(yōu)的方案，將使原料及粉塵對注塑生產(chǎn)的污染減至最低的程度，可以保持潔凈的車間環(huán)境，降低噪音，實現(xiàn)無人化的自動化生產(chǎn)車間，樹立現(xiàn)代化工廠管理的形象。綜上所述，注塑車間采用集中供料系統(tǒng)，具有高效、節(jié)能、個性化優(yōu)點及現(xiàn)代化工廠的形象。

4? 機(jī)械手的應(yīng)用

對于注塑成型加工制造商而言，時間就是金錢，想要提高生產(chǎn)效率就需要爭分奪秒，使用更高速、更靈活、更大負(fù)載的注塑機(jī)機(jī)械手設(shè)備，是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率實現(xiàn)成倍增長的利器。注塑成型生產(chǎn)實現(xiàn)自動化是企業(yè)發(fā)展的趨勢，也是企業(yè)提高市場競爭力的主要手段。所謂“工欲善其事，必先利其器”，注塑機(jī)械手是為實現(xiàn)注塑生產(chǎn)自動化配備的專業(yè)智能集成機(jī)械裝備，它可以替代人完成簡單、重復(fù)的體力勞動，提高了安全生產(chǎn)保障;機(jī)械手是通過可編程控制的，能夠模仿人體上肢的部分功能，使其按照設(shè)定要求輸送制品或進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備[2]。它能夠提高注塑成型的生產(chǎn)效率、保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、降低產(chǎn)品不良率，從而降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力。因此，機(jī)械手在注塑成型生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。機(jī)械手取出產(chǎn)品放置在輸送帶上輸送至指定位置使無人全自動化操作變?yōu)榭赡?，自動流水線更能夠節(jié)省場地，使得整個廠規(guī)劃更小，規(guī)劃布局更加緊湊、管理更方便。

5? 模具監(jiān)視器的應(yīng)用

模具作為注塑生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，在整個注塑生產(chǎn)過程中，如因為不合理使用、不合規(guī)定的操作，會導(dǎo)致模具損傷，從而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，交期延誤、材料浪費，注塑機(jī)運行時，每個周期內(nèi)因為成型塑件殘留或滑塊錯位模具都有損壞的風(fēng)險，給企業(yè)造成不可挽回的重大損失，另外，模具在注塑生產(chǎn)成本中占據(jù)較大的比例，其使用壽命也直接影響企業(yè)的生產(chǎn)硬件成本。實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)經(jīng)常碰到以下問題：1、注塑過程經(jīng)常出現(xiàn)頂針卡死或粘模等現(xiàn)象，影響生產(chǎn)效率;2、模具故障頻繁，需要專人來維護(hù)和檢修，增加人工成本;3、停機(jī)修模，維修時間2-3天甚至更長時間，維修費用高達(dá)幾千元到幾萬元甚至到幾十萬元;4、交貨期延長，面臨賠償違約金的風(fēng)險，最高達(dá)30%;5、不良品流出，客戶投訴，產(chǎn)品退貨，影響企業(yè)信用;因此，對注塑生產(chǎn)過程中的模具運行動作狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)視，通過視覺系統(tǒng)的CPU對反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，當(dāng)出現(xiàn)異常時發(fā)出信號引導(dǎo)注塑設(shè)備自動停機(jī)是極其必要的！

機(jī)械手在注塑生產(chǎn)過程的應(yīng)用，極大提高了生產(chǎn)效率、提高了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性;但機(jī)械手只是替代人工，沒有視覺的功能，機(jī)械手的主要作用是把產(chǎn)品或水口取出;以及把植入鑲件埋入;簡單來說就是把已經(jīng)成型的塑料制品搬運出來，或者把外部的鑲件搬到模具內(nèi)部進(jìn)行鑲嵌注塑，是點到點的搬運;機(jī)械手的動作是通過液壓或氣壓驅(qū)動的，液壓或氣壓回路是通過電磁閥的動作切換的，假如控制電磁閥的電路、電磁閥出現(xiàn)異常，或液壓、氣壓調(diào)節(jié)不當(dāng)，都可能導(dǎo)致機(jī)械手夾取物品失敗;或者在放東西的時候東西沒有放掉就回到了原點，這種現(xiàn)象沒法避免;為了檢測機(jī)械手是否夾到物品，通常會給機(jī)械手裝上夾檢測/真空負(fù)壓檢測/抱具檢測。檢測原理一般使用磁性開關(guān)或微動開關(guān)判斷夾治具氣缸的活塞位置而判斷夾治具的狀態(tài)，比如說夾水口時我們需要知道夾子有沒有夾到產(chǎn)品，需要把感應(yīng)器調(diào)到一個夾住水口亮燈有信號，夾不到和打開的時候都是沒有信號的狀態(tài)，從而完成夾具檢測。當(dāng)有多個夾具時，把信號進(jìn)行串聯(lián)實現(xiàn)檢測。但是在實際應(yīng)用中，有很多模具機(jī)構(gòu)使用機(jī)械手有時候會單獨取出水口而產(chǎn)品自然脫落，或者單獨取出產(chǎn)品而水口自然脫落，或者在植入鑲件時我們只能保證機(jī)械手已經(jīng)放置但是無法確認(rèn)放置是否正確到位，所以機(jī)械手只是提高了生產(chǎn)自動化，并不能保證模具安全。這樣就有必要增加視覺系統(tǒng)[3]，對注塑機(jī)運行情況進(jìn)行實時監(jiān)視、分析判斷、輸出控制，發(fā)現(xiàn)異常情況時，鎖定注塑機(jī)，起到保護(hù)模具，防止壓模，以免造成模具損壞導(dǎo)致的重大損失及停產(chǎn)風(fēng)險。

模具監(jiān)視器，又稱模具保護(hù)器、模具電子眼，可對各類型的注塑機(jī)在進(jìn)行模具開模、脫模、合模的運行過程中，進(jìn)行實時監(jiān)視、控制，以保護(hù)模具避免非正常損壞。模具監(jiān)視器由高分辨率的工業(yè)相機(jī)（或機(jī)器視覺系統(tǒng)）、CPU系統(tǒng)、外設(shè)端口控制系統(tǒng)等組成。通過工業(yè)相機(jī)對運行過程中的模具在開模、脫模、合模時抓拍圖像，通過CPU對圖像進(jìn)行灰度等級處理以及特定的算法處理，有效判斷當(dāng)前產(chǎn)品是否存在異常，當(dāng)前模具運行是否存在隱患，如發(fā)現(xiàn)異常或分析存在安全隱患，模具保護(hù)器則發(fā)出異常信號，停止注塑機(jī)動作并報警提醒現(xiàn)場作業(yè)人員來確認(rèn)警報情況并進(jìn)行下階段處理。

6? 輸送帶的應(yīng)用

輸送帶是自動化生產(chǎn)改造不可或缺的一部分，若機(jī)械手把注塑產(chǎn)品從注塑機(jī)模具取出來并放入中轉(zhuǎn)箱內(nèi)，然后通過相關(guān)物流運輸?shù)较乱还ば蚧蜍囬g進(jìn)行下一工序作業(yè)，這樣不光會增加物流成本，而且在運輸過程容易把產(chǎn)品擦花，影響產(chǎn)品質(zhì)量，尤其不適合高端產(chǎn)品。另外也容易使生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)分散凌亂的現(xiàn)象，不利于生產(chǎn)現(xiàn)場管理。同時，注塑機(jī)在生產(chǎn)過程中，塑料粒子熔融需要加熱，加熱會使周邊溫度升高，材料高溫裂解也會排放出有毒的氣體，影響車間的作業(yè)環(huán)境及危害作業(yè)人員的身體健康，使作業(yè)人員流動性較大。如輔以輸送技術(shù)讓所有的注塑產(chǎn)品輸送到環(huán)境舒適的作業(yè)區(qū)域，原來車間繁忙的物流會變得順暢，員工的工作環(huán)境也會得到改善。

7? 總結(jié)

注塑車間通過改造，采用集中供料系統(tǒng)、機(jī)械手、模具監(jiān)視器，配以輸送傳遞機(jī)構(gòu)，能極大改善車間環(huán)境，提高生產(chǎn)效率、降低人力成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，特別是在生物醫(yī)藥制造領(lǐng)域，更是可以通過自動化改造減少產(chǎn)品的直接接觸，降低初始微生物負(fù)載，對于保證產(chǎn)品的最終滅菌效果至關(guān)重要，通過改造也極大增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力，引領(lǐng)制造業(yè)向“智造”轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁明昌，注塑成型工藝技術(shù)與生產(chǎn)管理，化學(xué)工業(yè)出版社，2014-01.

[2]滕宏春，皺華東，張驚雷，錢軍，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手，電子工業(yè)出版社，2015-02

[3]呂景泉，蔣正炎，陳永平，湯曉華，工業(yè)機(jī)械手與智能視覺系統(tǒng)應(yīng)用，中國鐵道出版社，2014-04

作者簡介：胡美珠（1969-）通信工程專業(yè)本科長期在企業(yè)和事業(yè)單位從事信號處理和自動控制儀器設(shè)備的研發(fā)。

沈志林（1971-）浙江省杭州市人。大學(xué)本科學(xué)歷，職務(wù)：總經(jīng)理。研究方向為食品、藥品微生物檢測與控制技術(shù)。

劉興海（1979-）機(jī)械制造及自動化專業(yè)大學(xué)本科學(xué)歷，長期在生物醫(yī)療領(lǐng)域從事高分子聚合材料類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計研發(fā)。

沈華權(quán)（1982-）電子電氣技術(shù)專業(yè)大學(xué)?？茖W(xué)歷，長期從事儀器設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)工作。