汽車產品注塑件生產技術淺談
已有人閱讀此文 - -中國有著很多完整而龐大的汽車整車生產基地,隨之相應的汽車零部件客供鏈也日益壯大,越來越多的工廠對各類汽車零部件的加工制造充滿興趣,而隨著生產技術的成熟,生產過程也已經不再神秘。在市場激烈競爭的影響下,汽車件生產工廠的更多精力已經由客戶端轉移到生產過程的管控中去,用品質滿足客戶需求,“把品質生產出來”。
先說說汽車復雜塑料零部件的優勢:
1. 塑料可以一次加工成型,加工時間短,精度有保證;實驗允許和客戶許可的情況下可以回收做二次成型,同時廢品回收利用也非常高。
2. 塑料制品本身較輕,同時具有良好的彈性變形性,能吸收大量的碰撞能量,對強烈撞擊的緩沖作用明顯優于其他材料,這樣就會對車輛和乘員起到更好的保護作用。
很多汽車的前后保險杠都采用塑料材質,以減輕車外物體對車身的沖擊力。塑料還具有吸收和衰減振動和噪聲的作用,可以提高乘坐的舒適性。很多模具廠早就接到了來自福特、廣汽、甚至路虎的保險杠訂單,并且在制造技術方面已經很成熟。
3. 塑料耐腐蝕性強,局部受損不會腐蝕。汽車空調制冷系統幾乎很難找到非塑膠的零部件。
4. 通過添加不同的填料、增塑劑和硬化劑還有彈性體做成改性料,以適應車上不同部件的用途和要求。BYD集團的18事業部更是早在多年前就已經可以自行改造相應原料,以完全適應自身的產品需求。更方便的是塑料顏色可以通過色母以及色粉進行調整,省去噴漆的麻煩,塑料的電鍍性能優于其他材料。
如何用管理的手段達成客戶需求的技術要求。對生產基層而言技術這種很講究經驗的事情是無法用管理的手段來達成的,我現在用一個產品的完整流程來說說個人看法:
一、汽車件的項目管理
1. 新產品的導入
這個階段的技術以及管理手法都應該基于客戶的顯性和隱性需求,這些需求都可以在客戶的信息資料中看出端倪,內部傳遞的源頭就是項目經理,而項目經理及時、有效、準確的傳遞這些信息并能很好的將信息在開發過程中實現,這才是生產的正確開始。
項目導入不僅僅是項目經理以及項目工程師的事,他的實現必須以最終能形成有效物流并得到認可、回款,才算是結案。所以這需要一個小的核心團隊并聯系大量的生產資源才能達成。
我們簡單闡述一下基本的項目團隊成員及職責:
項目經理(PM)
接收、保存、發放及管理客戶的需求信息;組織相關人員對客戶需求進行評審;針對不明確或不清楚的客戶 信息應及時與客戶溝通
項目工程師(PE)
確保客戶的要求有效轉化為項目開發的要求,并及時傳達到各相關單位保證在后續項目開發過程中實現
品質工程師
評審客戶需求中涉及品質方面的內容;將客戶的品質標準轉化為內部的品質要求;將客戶的品質標準在項目開發過程中得以實現,并監督及控制
新項目的團隊很小也很簡單,最大職責只是在分析客戶 信息并實現資料中的顯性需求,每個人都希望一開始投產就有好結果,而任何新產品都是經過詳細策劃才會產生好的結果。所以我們說項目也是技術,而怎么發揮技術就是管理手段的高明之處。
2. 項目過程中的技術
很多人都認為此階段不涉及到任何技術,因為大家都忽略了此階段中信息轉化為現實的關鍵――文件的實現,很多人認為文件只是在電腦前打幾個字而已,這種想法只是忽視了文件的基礎來源于生產現實,比如FMEA、APQP等,我們現在看一下幾個技術關系:
信息轉化為生產能力的主要手段就是就是用各類文件的執行性來管控進程,所以才有了所謂的“五大工具”。目標是促進與其涉及的每一個人的聯系,并確保所要求的步驟按時完成,一個人或者一個部門不可能完成所有的工作,必須是跨部門合作。
事先做好詳盡的策劃,將人、機、料、法、環、測等風險做出識別并有應對措施,那怕犧牲短期的經濟目標也盡量確保產品一次就做好,要做到這些任何一個再優秀的項目經理都無法解決,只有各個部門以專業的技術人員做為輔助共同完成。
項目進行的第一階段,從團隊的建立到立項只需要簡單的一個項目經理就可以完成全部的工作,這個時候的主要任務在于接收和消化信息,建立一個適合的團隊后項目經理需要將這些消化后的信息交付給相關負責工程師分類實現。
二、生產車間的技術管理
1. 原料
塑料在汽車中的應用范圍由內部裝飾擴展到外部結構,除聚烯烴材料近年來在汽車領域中用量大增外,聚氨酯、增強復合材料等在汽車產品的運用也日益增加。注塑產品在汽車零部件中所占的比例越來越高。
原料在成型前必須考慮除濕干燥系統的運用。對吸濕性較強的原材料在成型前必須充分干燥,而除濕干燥機是進行原料烘干的第一首選設備,相對于注塑機臺配備的熱風式烘干機來說烘干效果更好,而烘干溫度的設定務必以物性表為準。我們在這里重點講一個體系審核中經常提到的情況。
當注塑機的烘料斗可以烘烤50KG原料,烘料時間4H時,往往面臨兩個問題:
如果在3H內就可以生產完50KG原料,那就意味著新添入的原料根本達不到烘料的要求,那是否意味著原料未烘烤徹底,產品是否可以視為不良;
如果生產完50KG原料需要用時30H,那就意味著不能在幾小時內生產完的原料需要經受超出規定幾倍時間的溫度烘烤,這是否會對原料造成不良。
處理這種問題一般常用的辦法就是告訴客戶,我們可以向原材料的供應商索要材質證明,證明原料在這個時間范圍內不會有任何異常。這種方式在審核無望的情況下雙方都會接受,但問題的癥結卻并沒有得到最終解決,所以我們必須要求做原料的極限測試。用實驗數據來證明生產過程的可行性和可靠性,只有將數據引入每一個技術環節,工作內容數據量化才是合理的。
2. 注塑設備
由于汽車零部件與常規手機殼、家用電器等塑膠產品有很大的不同,相當一部分產品自身尺寸較大,型腔面十分復雜,結構位在塑膠過程中受力不等、應力分布自然也很難均衡,在設計時重點考慮的就是它所需的加工能力。
一般來說一臺注塑機的加工能力體現在合模力和注塑能力(以最大理論注射容積來表示)兩方面。注塑機在成型制品時,合模力必須大于模具型腔壓力產生的開模力,否則模具分型面會產生溢料。
確定注塑機合模力的公式:P合模≥P型腔×F/100
式中:
P合模 為注塑機的合模力(或稱鎖模力)KN;
P型腔 為模腔平均壓力;
MPa,與制品結構形狀、精度要求和每模型腔數等有關,取值范圍一般在25-40MPa之間;
F為模具型腔,澆道和進料口的水平重疊投影面積CM3。
為保證可靠的鎖模,注塑成型時的工藝鎖模力必須小于注塑機的額定鎖模力。一般取70%左右值,當然,同理,一套模具在注塑過程中注塑壓力也不要高設備額定的70%比較好。
汽車大型復雜塑料零部件的成型復合面精度給予充分保證。但不管我們怎么去講這些理論知識,大家肯定仍然對制品在制造過程中的精度存在很大的疑問。
這張表來源于美國MP公司,是該公司內部以及針對全球合作商、供應商培訓技術人員的專業性資料,任何一家公司都可以做一張類似的表單,在額定壓力的情況下檢視設備油壓變化,測量出變化曲線圖,設備是否能在正常狀態下工作自然一目了然。
3. 注塑過程
自從科學注塑出現以來,在注塑行業中一時盛名大噪。對于生產現場的技工來說,科學注塑是否能帶來多大的革命性技術變化都是個疑問,但不得不說,他對生產現場的精細化生產提高程度帶來的影響不是一點半點,凡是任何一個利用科學注塑法的人都會深刻的明白這一點。
相比于復雜的技術講座,“科學注塑法”可以簡單的分為六個環節:
膠口凍結測試
流動平衡測試
粘度測試
水流測試
最佳冷卻時間測試
模具空運行測試
以上六節我認為可以簡單的概括完這種目前最新的技術,當然了,現在很多國外企業已經開始通過模腔內埋入感應設備來進行模腔分析技術對產品進行調整。
我們今天只是針對汽車件中的厚壁產品來進行簡單的技術陳述,而厚壁產品中我們用導光體的生產來進行分析。
導光體類產品的成本一直都是很高的,透明塑膠材質的厚壁光學產品的注塑需要的不僅僅只是技術上的挑戰。而一般情況下,汽車行業所接觸到的類似產品壁厚從10---30mm,不光尺寸方面的精度要求高,而且生產周期相當長,出模后冷卻時間仍然需要5-20分鐘甚至更長,效率低下。同時麻煩的是產品整體往往會存在較大的壁厚差。較厚的注塑區域,凝固速度會明顯慢于較薄區域,過早凝固會影響熔體的壓力轉移,從而影響注塑生產的精確性。
除了生產周期時間和成型精確度,這些都可以通過注塑機的曲線界面直觀的看到,但成品元件的黏合強度也至關重要,多級注塑中不同透明塑料的黏合強度也大不一樣,即便采用相同的塑料,在溫度更高的情況下,會產生壓力,從而生產出的冷卻預制件會呈現更大的收縮量。因此,壁厚分布處水路的選擇、加工參數和溫度控制都極其重要。
在大部分情況下,普通模具一旦成型,很難有公司會愿意花更大的代價去開新的模具,而普通的多級注塑如何滿足這種產品的成型呢?
1)很多調機的過程都是基于個人經驗或者固有參數,但出現異常問題后往往手足無措,所以開始的準備資料中關于溫度設定務必要有供應商提供的原料物性表,在此數據的基礎上制定正確的料溫和模溫。原則上來說,初始調機我們必須按照兩種方式進行,那就是對原料溫度做上下限調試,在確保產品質量的情況下,溫度越低越好。
2)速度是由壓力產生的,我們往往可以看到一種情況,注塑壓力高達90%,而速度只有10%,那我們有沒有觀察一下油壓表,實際的壓力是多少。同樣,速度90%,而壓力卻只有30%,這樣子的情況下,你確定速度可以達到90%嗎?所以這就是多級注塑開始前要求技術員務必要打缺膠樣板觀察的理由,也只有在這種沒有異常情況下制定的參數才能更合理,才能更好的實現互換式生產。
3)保壓只是以產品肉眼觀察無缺陷為準,這當然也是錯的,產品的塑膠封口時間很主要的影響因素就是保壓以及保壓時間,一般來說,當保壓能夠足以使產品成型時保存數據,從這個階段開始不斷的以1秒的時間累增保壓時間,直至產品的單重完全穩定為止,這個時候產品的單重最穩定,尺寸也最穩定。
4)熔膠以及背壓,這兩點因素往往是技術人員最容易忽略的,這兩點直接影響到熔膠進入模腔的狀態,背壓過小,實際計量將大大高于需求計量,同時由于熔膠狀態不佳,產品出會現銀絲,汽泡,縮水等不良。
曾經有位同事在調機的時候發生縮水及缺膠不良情況,溫度已經超出極限,壓力及速度也很大,但問題沒有得到最終解決,后來經過分析,熔膠在炮筒中停留時間太少,未完全熔融,只要簡單的調整一下讓熔膠在炮筒內停留時間稍長所有異常全部解決。
厚壁產品并沒有我們想像中的那么難,關鍵在于對設備的熟悉程度、技術細節方面的操作是否能做到位。
所以我們回過頭來檢討一下本節開始的時候說的“科學注塑法”,當然我并不是說要做好產品就必須要用這種方法,只是在向大家灌輸一個理論,用數據和點檢的方式來約束調機這個純技術過程,收獲大不一樣。從T0開始完成一個參數過程,這個時間可能會很長,但當參數徹底穩定后不再進行任何調整,只對包括模具、注塑機臺在內的因素進行修正,生產自然可以順暢進行。
4. 品質的管控
不是專業的品質管理人員,很難深入的了解品質工作。配合品質絕不是盲從,也不是一昧的滯料等待判決。生產最直接的配合方式就是“前三項不良管理”。
以定時或不定時的巡查為生產日報表的監督手段,當班整理出每一款產品生產過程中的不良比率,以車間內部的技術團隊針對產品的前三項不良進行統計、檢討,并對不良現象進行不斷改善,這個改善始終不要停頓。
在很多工廠品質無論給予什么樣的高層重視但與生產都存在著種種矛盾,究其原因,任何超出本部門工作范圍外的配合事項,如果高層領導總是置身事外以只要結果不管過程的方式來對待,肯定的說品質將陷入完全的停頓。
其實生產過程中的很多東西都是可以提前預防的:
當產品在初始階段連續發生某種異常的時候,改善手法如果沒有形成履歷,生產過程出現同樣異常時候履歷報表將是改善的第一依據。這份履歷將是生產檢討的重要參考。
建立模具履歷檔案,評估可能發生的一切異常做出基本的易損配件。在體系中都有類似的要求,生產發生的很多異常都可以在相應的預防措施中得到解決。
生產工程師的職責重心在于預防和改善,而不是簡單的現場技術輔助。異常發生時工程師盡量做出兩種對策,應急措施和長期改善措施,并跟進結果。
任何表面看起來是技術方面的問題,在最終檢討的結果中都可以通過管理手段協調解決,而同樣的,很多大家都認為屬于管理范疇的事項,卻可以通過一些隱性的技術手法得到處理。
其實每家公司的內部都有一群熟悉生產管理手段以及過程技術的強者,他們的經驗足以撐起一片天空,希望能企業能合理利用他們的技能,把工廠做強做大,不再是加工廠,而是能夠獨立完成設計開發,獨立工程的技術型公司。