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注塑成型中的“蝴蝶效应”——一个连接的过程

在注射成型过程中,设定点的微小变化可能会对零件质量、工艺的坚固性和可重复性产生重大影响。这就是为什么科学成型注重过程输出,而不是设定。
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我最近写的一篇专栏文章讨论了是否存在是否有一个过程参数比其他参数更重要.这是因为在注塑过程中,所有的参数都是相互关联的。

连接过程是其中多个参数对多个输出产生影响的过程。这使得难以提出一个参数或设定值,这不会对注塑过程的多个过程输出产生一些影响。这是科学成型背后的原因 - 它在处理输出而不是设定点上的优先级。即使是对设定值的最小良好的良好的变化也可以在输出或多个输出上具有“蝴蝶效应”。

首先:螺丝恢复时间

假设我审查了目前正在运行可接受的产品的过程,但我注意到螺丝在冷却时间完成前几秒钟恢复完整镜头,并且模具开始打开。思考我正在优化减少材料的停留时间的过程,我降低了螺丝RPM,这会使恢复在我的模具打开之前,看起来是一个更理想的时间 - 只是时刻。我不倡导更高的住宿时间;我只是用它作为一个与连接过程中的输出发生的例子。所以,让我们继续这个思想的实验,并开始指出我们刚刚在这个过程中影响的东西。

首先,我绝对降低了材料的熔融温度。较低的rpms意味着较少的摩擦力,导致较少的热量。此外,对于该材料的桶中的时间较少也降低了熔体温度。较低的熔体温度导致更高的注射压力要求以维持填充时间。较低的熔体温度导致更高的粘度,这意味着需要更多的力来填充模具。如果该过程已经靠近受压限制,则这种螺丝RPM变化可能足以将我们放在边缘上。现在,我们在填充过程中失去了速度控制。

让我们继续:较低的熔体温度意味着零件冷却得更快——更少的热量进入,更少的时间取出。然而,我们的冷却时间没有改变,所以现在我们的冷却塑料收缩到核心,在脱模(弹射)后收缩减少,潜在地导致更大的零件尺寸。

说到零件尺寸,大多数成型机运行的过程是在速度控制下填充零件,在压力控制下包装零件。无腔压控制的速度控制过程无法实时控制保压。如果我的机器需要更多的注射压力来填充零件,因为较冷的材料粘度更高,那么我的保持压力将需要上升,以保持相同的注射重量和尺寸。由于保持压力是一个不自我调整的设定值,除了少数例外,我的零件不再是相同的包装,这可能导致零件尺寸问题。

较低RPM的另一副作用可能不那么物质混合和不均匀的熔体。如果我使用盐和胡椒混合物,则越高的RPM可能是提供均匀的颜色分散体,或者添加额外的热量,以确保在材料中没有脱落。

我们可以继续这个实验,但我想重点很清楚。我并不是说,如果在流程开发过程中遗漏了什么,我们就不想优化流程。我们只需要知道什么会受到影响,并确保挑战我们的更改,以验证我们在尝试前进时没有后退五步。以上原因和结果并不局限于思维实验;根据我们做出的预测,我们知道这些关系是真实的,然后通过我们在流程开发协议中进行的实验来证实。

限制过程调整

这就是我仍然觉得注塑过程令人惊讶的地方:看起来一个微小的变化可以对零件质量、工艺的稳稳性和可重复性产生重大影响。这种连接过程和设定值相互作用的想法是关注产出而不是设定值的起源。

这一概念是科学塑造的基础。让我烦恼的是,我们很多人都知道流程更改对输出的影响——甚至是它们可能对外围输出造成的不那么明显的意外影响——但我们仍然坚持对流程进行限制。

工艺设定值限制允许技术人员在整个运行过程中对工艺进行更改,这对定义良好的工艺适得其反。注塑过程是一个过程交互的网络,几乎不可能挑战其中的每一个。

当我参观具有熟悉的过程开发协议的注塑模具时,但随后具有生产的过程限制,我忍不住觉得时间已经浪费了。所有时间都花费建立可重复的过程 - 运行实验,以识别填充时间,保持时间,保持压力,冷却时间,熔体温度,以及更多(通常对这些过程输出中的每一个的多个实验) - 然后让它们在期间改变奔跑令我想到的。

科学塑造的关键不在于你是否进行了正确的实验;这与你是否有流变曲线或充填平衡研究无关。它是关于确保输出保持不变,从一个镜头到另一个镜头,从一个镜头到另一个镜头。如果输出不保持不变,那么你就无法预测最终过程输出的结果:零件质量。

我曾在多年上讨论了许多模板的过程限制,我收到的推动仍然是惊人的。我花了一部分职业生涯,试图消除医疗注塑机的某种过程限制。我正在参考的限制是大设定点或输出限制,允许改变过程,我呼叫缺陷阈值限制。

我经常听到,“很好,如果我在运行期间无法调整这个设置,当我的部件开始显示___时会发生什么(在此插入缺陷)。曾经有人告诉我,“如果没有工艺限制,当我接触到湿材料时该怎么办?”那一刻我几乎说不出话来。这是生命中你不知道该说什么的时刻,但你确定如果你不想被赶出大楼,你就不应该说任何话。

一个完善的流程并不能消除问题或部分缺陷——没有什么能够阻止这些问题或部分缺陷的发生。我们并不是生活在一个完美的世界里:钢铁会磨损;物料粘度变化很大;设备开始出现故障;瓣膜不再像以前那样工作;模具弄脏;是的,材料会变湿。但是进行流程更改并不能长期修复或解决这些问题。

通常,因为我们的过程是相互关联的,我们为解决一个问题而做出的改变就会产生我们上面提到的蝴蝶效应,我们造成的危害大于好处。顺便说一句,回到我被吓得说不出话来的问题:我最后告诉铸工,在继续运行之前,他们应该停止机器和干燥材料。

识别正常变化水平

由于我们知道在注塑机上仅改变一个设定值的效果类型,因此可以确保您的输出是至关重要的。一旦我们确定了一个具有低变化的输出数据的强大进程,并且机器实际上可以实现的输出,我们需要在该过程中准确地记录该机器,模具和材料的正常变化。

识别什么是正常变化允许我们建立输出的控制限制。通过这些控制限制,我们可以在外面的零件隔离以进行进一步检查或排斥。过程控制限制的点不是建立允许我们调整流程的限制 - 它们应该建立,以确保我们的进程在其验证的相同输出处运行。

有如此多的关于注塑过程,是相当困难的,如果不是不可能,控制。这就是为什么密切监测我们所做的是至关重要的能够控制。我经常认为我们中的许多人混淆了缺陷阈值限制和过程控制限制,但是它们之间有一个显著的区别。一个是缺陷产生的阈值,另一个是为防止失去过程控制而建立的限制——因此术语“控制限制”。

通过强大的过程开发实现有效的过程监测。过程控制限制应该足够大以补偿正常的过程变化,但足够紧,以防止过程变化并分离可疑部件。

什么构成过程变化?

了解我们连接的成型过程中的相互作用有几个好处。我们甚至可以将其利于我们的进程中的一些更困难的监视输出来实现优势。最突出的人最融化的是融化温度。它是迄今为止最困难的衡量输出 - 我们可以使用Tberytes的储存来构建智能手机,但我们无法准确地测量桶内的熔体温度。

有几种不同的方法,其中大多数都是零重复性的。超声波技术的一些进展可能会在未来为我们提供一种经济上可行的选择。在此之前,我们可以使用机器的输出来帮助我们确定熔化温度与验证运行时相似。

首先,没有进行流程更改是非常关键的。确认你的补弹时间、弹丸大小和转移位置没有改变。现在我们需要做的就是确保我们的注入压力仍然在工艺开发过程中建立的正常变化范围内。

所以,如果我在相同的时间内将相同数量的塑料填充到模具中,并且所需要的力在可接受的水平内,那么材料的粘度必须是相似的。我们可以有把握地说,熔体温度必须在与验证运行时相同的范围内。

这是一个完美的解决方案吗?不可以。它没有让我们阅读实际熔体温度的读数,而是通过了解其他过程输出落入我们的控制限制内,我们可以使用数据来支持粘度等同的假设。

当然,我们还需要定义构成过程变更的内容。启动期间对保持压力设定值的修改,以使镜头重量在验证过程拍摄重量范围内改变进程。调整夹具打开或关闭设置,改变模具的输出打开或关闭时间过程变化。前者是调整以重现一个验证的过程和转换后启动的典型部分。后者是影响输出的变化 - 而不仅仅是模具开放时间。

让我们考虑前面讨论的互动:增加的模具 - 开放时间使我的模具更加冷却,这意味着当塑料开始流入模具时,我的钢温将是不同的。这可能导致我的部件在模具内部缩小,并且在被喷射后少,这可能导致较大的部件。

更有可能的是模具开放时间对我的材料的停留时间 - 材料在桶中保持更长,导致更高的熔体温度。在这里,我的观点是我们必须定义我们的过程是什么,完全了解在我们的所连接过程中的设定值和输出相互作用会发生什么。

短篇小说:虽然我是医疗制霉商的过程工程经理,但我们在生产中的最大优先级部分之一的生产中发现了一个问题。这项工作有一个专门的螺丝和桶,应该在跑步时与模具一起改变,但这一步错过了这一步。那么,我们有几十万件塑造和顾客需要零件 - 但他们可以使用我们拥有的零件吗?

由于我们是从流程的角度来看输出驱动的,所以我决定查看运行中的数据,并注意到所有输出都在经过验证的流程限制内。即使使用更大的螺杆和桶,设置的设定值也是为了实现我们在工艺开发期间确定的工艺输出。在运行过程中,零件被测量和目视检查,它们不仅是可接受的,尺寸分布达到了CpK和PpK分别1.33和1.67的要求。有了所有的数据,就提交了一份风险分析,并由客户批准。我们最终证明,即使使用不同的螺杆和桶,过程也没有改变。

我相信我们很多人都知道塑料的四个变量是什么:时间、温度、压力和速度。当我讨论注塑机连接过程的相互作用时,我最终指的是时间、温度、压力和速度之间的联系。这四个变量相互作用形成注射成型过程,我们的控制限度确保它们在注射到注射到运行的过程中始终相互影响。注塑机中的每一个参数都是设置这四个变量之一的方法。从表面上看,注塑过程对外界的观察者来说似乎没有那么复杂——“加热、挤压和喷射”是我有时听到的一个短语。

但我们的过程与众所周知的冰山相似,我们只能看到10%的质量在水面上,剩下的90%需要我们看得更深,才能完全了解它的大小。在注塑过程的表面之下有很多东西在发生——成千上万的相互作用影响着我们的零件质量。我们越深入研究,就越能开始理解为什么这么多年来,加工被认为是一门艺术,而不是一门科学。

关于作者Robert Gattshall在注塑工业中拥有超过22年的经验,并拥有科学注塑成型和瘦六西格玛的工具。他有贡献的文章塑料技术和其他杂志上的多主题,如科学过程开发,过程监测和变异的影响。Gattshall在整个行业中担任了多种管理和工程职位,在汽车,医疗,电气和包装生产中。2018年1月,他加入了注塑模板IPL塑料作为过程工程经理。联系人:rgattshall@gmail.com;262-909-5648。

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