塑胶模具在日常生产中的维护管理分析

优胜编程龚老师

塑胶模具在日常生产中的维护管理分析



模具大型化、数字化及生态节能化一直是重要发展趋势，而技术的落后，是我国压铸模具产业的发展受到了非常大的阻碍，国内模具产品整体水平不高。处于全球产业链分工的中、低端状态短期内还难以改变，高投入、高消耗、高污染、低效率、低效益的粗放发展方式凸显，产业基础依然脆弱，我国想要成为制造强国任重道远。
　　模具维护管理的必要性及重点

　　即使变动成形品的尺寸等，调整成形条件，在现场仍然经常可以发现「毛边和短射不断出现」的情形，而这正是影响成形品品质的要因(成形压力、热、模具的损耗等)的话，又是暂时可以变更的成形条件时，而无法有所改进。
　　维护的原文是「maintain」，(是为维持在最初设定状态下而采取的手段)之意思。
　　因此，必须是能考虑到预防维护的设计，而模具虽然是这种设计，但若末进行掌握重点的维护时，自然无法得到当初之效果。
　　主要的维护位置及项目为:
　　模具PL面
　　模具的摺动部
　　模穴、蕊面
　　螺栓的松弛
　　冷却水孔
　　防电热器的断线等
　　而维护的频度及处理方法，会随树脂的种类、循环周期、模具构造、模具材质、模具温度、制品精度等而有所改变。
　　例如，POM(聚醛树脂(polyacetal))般容易产生气体的材料，若不进行PL面气体排沟、模穴蕊的清扫，气体的排出就会较差，成形品就会产生毛边、短射、熔痕、糊斑并产生尺寸变化。

　　而，PC(聚碳酸脂(Polycarbonate)般硬而脆的材料，容易发生浇口的切断废料，废料会附着在模穴面或PL面上，而成为表面缺陷。
　　摺动部(例如引导梢及引导衬套等)若没有油膜，就会产生烧附(毛边)，所以必须涂润滑剂，但润滑剂太多又会飞散，反而对制品品质产生不良影响，应特别注意。
　　含难燃材料等级则易产生腐蚀性气体(卤气、氯气)，若不管模穴蕊的腐蚀，就会形成尺寸缺陷及表面缺陷。
　　所以，模具的维护程度，通常都会直接影响到成形品的品质，而因为每个制品的重点都不相同，依每一个类似品来建立体制化并进行管理是非常重要的。
　　连续生产品应定期进行维护，断续生产品则在一个批量生产後一定要进行维护，使其在下一个生产开始时为可使用的初期状态。
　　制造现场之模具维护管理概念
　　本公司的模具，几乎都是7~40吨等的树脂、淬火模具。因为经常进行淬火，流道有时会挟住制品，但PL面及模穴蕊却不易破损，咬切部份的损耗也就较少。
　　维护有日常进行及定期进行，都依照「模具维护作业顺序表」进行，并以「模具检查表」确认并作业後，再将每一个制品项目记载於记录表上。
　　这个记录是模具的记录，在以後的检查上有很大的帮助。维护上的要点在於，在固定的必要频率及时间下，认真执行。

　　1·因维护而能安定成形的实例
　　齿轮振动精度±0.0O5mm的齿轮，发生振动、受损、毛边等不良，一模4穴成形的模具，持续只有1个或2个的成形。起初，是以在现场改变成形条件来处理，问题仍然存在，货仍然交不出去，顾客要求尽快解决问题。当初，由熟练者调整模具，也能顺利进行制品成形，但连续生产後，就陆续重复发生各种问题。
　　所以，将模具分解清扫，改善决定位置构造後，决定维护项目中的日常点检项目如下:
　　分模(parting)面、流道(runner)面清扫→每日两次。
　　引导梢、衬套、位置决定梢的给油→每日一次。
　　温调机、乾燥机、制品取出机的点检→每日一次。
　　成形机上放着检查表，进行维护的维持管理。结果，4个成形的二套模具全部都是良品，一个月的时间就将末交的货全部交情，而且还有充分的库存。
　　维护的重点在於，「并非发生事故後立即修护，而是要预防事故的发生」的预防概念。但模具的情形有点不同，有许多事情都是做了以後才会知道。所以在设计阶段时，应针对前述主要项目在设计、尺寸、材质、加工刀法、热处理、表曲处理上多加注意。并依现场回馈的资料来进行修正及规格化。

　　2·利用设计及热处理变更来延长寿命的实例
　　直径6的POM凸轮(cam)零件成形中，在约一万个成形时，小型(core)破损了，数度重做後，仍有许多货无法交出。破损部位是心型咬切部厚度约lmm的地方，在公差范围内附设R也没有什麽效果。每天进行分解清扫等维护工作，也没有什麽效果。
　　因为推定破损的原因在於树脂内压肢咬切时的冲击，所以进行
　　位置决定构造的改良
　　模具板构造的改良
　　热处理方法的改善
　　决定分解清扫等维护项目，定期进行维护的结果，实现了超过30万个仍末破损的安定成形。
　　对类似的凸轮模具也进行同样的设计变更，已经是以後接单的设计基准了。事故通常是重复发生相同的问题。因为，交货期很短，而且是在期间内发生事故，所以没有办法做太大的改善而重新制作的情形较多。但在这种情形下，重新检讨根本的设计，除了改良构造以外，对该模具指示维护重点等，也是很重要的事。
　　而事故发生时，相当多的情况是和强度及摺动部的运动有关。因为模具设计的情况是一品一样，所以设计通常必须仰赖个人的经验及技术，同时机械设计的理论尚未顺利推展开来，所以要制定设计基准是很困难的。

　　3·以设计变更来对应破损事故的事例
　　交货期并不十分充裕的模具，也曾发生在试作阶段就发生心型破损的事故。在交货期十分紧迫的情形下，完成模具是第一优先的问题，所以受到的冲击也很大。
　　推定原因可能在於树脂内压而形成变形。在设计经验守则中有「破损时，强度应增加为2倍」的说法。但强度增加为2倍，虽然只要将厚度增加为1.25倍，但模具板就必须重做，所以以材质的变更及在转à处附与R来对应。
　　重试的结果，虽然延长了若干的寿命，但仍从相同的部位发生心型破断。所以下定决心，从根本重新检讨设计，将心型的厚度增为1.25倍，模具板也重做，同时对摺动等不安定的部份指定实施日常维护，结果，小型未再破损。

　　4·改善摺动部毛边的实例
　　特殊构造的成形模具，进行半天的成形後，摺动部就产生毛边，发生无法正常成形的问题。因为模具构造特殊，所以要以过去的事例来处理是很困难的。将模具分解并对摺动部进行观察後，进行
　　摺动部的润滑改善。
　　引导的改良。
　　摺动部本来有油沟的设计，因为没有什麽效果，所以改用有固态润滑剂的滑轴承，效果却非常好。而因为引导部引导梢的强度不足，所以将直径加大，同时也将滑轴承改为转轴承。
　　结果，模具的运动变得很圆滑，在定期的维护下，就可以进行安定的成形。
　　进行维护管理的技能人员必须为
　　了解模具构造并能进行分解组立。
　　具有研磨组合等技能。
　　能控制研磨、车床(lathe)、铣床等手动机械。
　　观察模具就能判断那个部份有问题。
　　在分解清扫方面，在市面贩卖一种使用硷性液的洗净机，可以在不分解模具的情形来进行洗净，但其他刀面，仍有许多部份要仰赖负责人员的技能。特别是在模具的诊断上，不了解成形技术及模具技术(从构造到工作)两方面，是无法进行适切的诊断。
　　本公司是将具有成形现场经验的作业员配置在模具的最终工程，进行维护技能人员的培育。
　　容易维护之模具设计
　　在最前面就曾提及，完全要仰赖维护的设计，不是一个好的设计，设计上，应该考虑
　　注意免维护及安全装置构造
　　容易组立及分解
　　容易加工
　　强度、磨损等不安定的部位采用入子构造
　　在机械加工可能的情况下要求精度，以零件更换的方式来处置
　　配合制品要求事项规格来选择材料、热处理
　　冷却管的配管等容具，标示明确
　　能反映现场意见之作业性的良好设计是非常重要的。
　　因为版面的缘故，无法讨论设计基准的相关事项，所以仅特别对强度面及引导进行讨论。
　　模具的强度通常是依设计者的感觉及经验来设定的情形为多，等到破损时再来进行计算，就有点太慢了，所以最好要进行计算。

　　基本上，强度计算适用材料力学的公式。举例说明的话，如图1单月构造的心型，可以下列公式计算。
　　δ=P.a4/8E.I
　　P:内压kg/cm2
　　E:yield率(降伏率)
　　I:断面2次转矩
　　以上式计算，挠曲量最少在0.O2mm以下。若超过时，要增加心型的厚度或为两片构造。
　　其次是引导，此项通常会因为设计者不同而相异。引导方式有宽引导(wideguide)方式(引导的幅度较大)及空引导(narrowguide)方式(引导幅度较小)。例如，若假设滑动心型(图2)驱动力P、摺动抗阻Q、指引面所承受之转矩所产生的压力R、摩擦系数μ，
　　R=XQ/L
　　P=(1+2μx/L)Q

　　由此式可知，引导的幅度和扭曲无关。但，引导长度是愈长愈好，而指引面的摩擦系数就是愈小愈好。
　　而实际上，因为指引的幅度愈宽，愈容易受到温度差等的影响，特别是PPS等高温成形的情形，最好采用窄引导。
　　其次，从侧面来看滑动心型时(图3)，因为指引的外侧有驱动力，没有扭曲的条件如下式所示。
　　μ(b+2d)/B<1
　　此时，仍是引导长度愈长愈好，而指引面的摩擦系数就愈小愈好。
　　而b也是愈长愈好，本公司的b尺寸通常定为4mm，有时，若不取长一点，滑动心型会扭曲，而使摺动恶化。这种情形时，即使进行维护、挖掘油沟并进行润滑，也不见得会改善。
　　以上，设计及维护就好像车轴的两个轮子，若双方不好时，模具就无法发挥其制造物品之道具的能力。