模流分析与工业4.0智慧制造: 智慧射出机与其调机原理

■科盛科技/孙士博博士

前言

我们借由工业4.0里虚实集成的概念,理解在射出成型制程中,机台的作动与产品品质息息相关。準确的模流分析必须考量机台作动,包含射出时螺杆的加减速、转保压时的机台响应、以及机台避免射压过高时的保护行为等。

目前射出成型设备以射出机为核心,因此工业4.0中的智慧机械多应用在射出机的设计,包含:一、射出机回传各类生管讯息;二、射出机及周边辅机间的信息交换;三、制程工艺上的智慧调适。

其中工艺的智慧调适,更是左右著射出加工业的未来发展,因为直到现在,这个产业仍旧极度依赖人为经验,不论是模流分析或是智慧机械,仍无法取代经验。但随着生产资讯的收集与数据的归纳处理,我们离自动化试模成型的未来应该不会太远。本篇将简介目前各射出机厂商如何应用射出过程中收集到的资讯,来提升产品品质稳定性。

为提升产品品质稳定性,可借由适当调整成型参数,来抵消环境变异造成的品质不稳定。根据经验,成型师傅早知在夏季冬季、早班晚班时,有时须调整成型参数来抵消环境温度的影响。智慧机械则是利用科学性的方法,做到每一模次在成型当下直接改变成型条件。

目前较主流的技术

Engel(iQflowcontrol)、WittmannBattenfeld(HiQFlow)、以及KraussMaffei(APC)。以WittmannBattenfeld的HiQFlow为例,借由监测射压,也就是以一良品的射压曲线为基準,订定良品范围的射压变异上下限。如果模具、塑料黏度与射速都不变,射压不会改变。但若模具环境(多模穴流道平衡性、模温)、塑料黏度(料温均匀性、降解、批次不同)改变,即便是在相同的射速设定下,也会导致射压曲线落在良品范围之外,造成品质不稳定。

射压是剪切速率与黏度的乘积,若观察到射压降低,但机台射速维持不变时,代表的就是熔胶黏度下降,多半是因为温度升高导致。这时由于熔胶密度也因高温而下降,因此若要产品重量不变,射出行程需增加,也就是VP切换点延后。至於延后多少,则是看该模次压力偏移良品基準线多少而决定。

各家射出机有不同的方法,Battenfeld是利用压力─位置下面积总和相等,也就是注射时的做功(Workofinjection)相等修正。而KraussMaffei则是根据PVT特性补偿来调整,也就是若射压差异是由于温度改变,该温度下的材料密度(比容)也因此改变。若材料密度改变,必须借由改变VP切换点及保压压力大小,来达到产品重量不变;由于各种材料PVT特性皆不同,因此需输入材料种类。下表是主流厂商截至2018年,所提出的工艺调适技术整理(图表)

图表: 工艺调适技术整理

总结

我们可以了解到,射出机台在工业4.0的应用已经从 单纯的熔胶动能提供者,扩展到肩负传感器的任务; 能够理解其将熔胶注入到模具时的状况,更进一步对 熔胶在温度、压力下的状态改变,采取相应的工艺调 适,达到智慧机械的目标。在制程当下调适便是预测 性制造,再度引用李杰教授的看法:预测性制造便是 除了打造制造本身的价值,还要使制造过程具备自省 能力,也就是整个系统,包括设备本身,在制造过程中,要能根据实际变化的情形,及时作出反应及调整。 甫接任富士康工业互联网(工业富联;FII)副董事长的 李杰教授,日前在两岸企业家峰会上表示,智慧制造 不是为解决问题而生,而是为了提前感知、预测问题 发生,解决过往不能解决的问题为主,所以工业4.0 时代可以说就是预测制造的时代。■

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