本刊曾介紹過T模與雙模機(jī)均能提高注射的生產(chǎn)效率（請參考1，2）。生產(chǎn)效率η 定義為T/(Tn/2)，其中T是標(biāo)準(zhǔn)模具在標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)的周期時(shí)間，Tn是T模在快速機(jī)、保壓裝置機(jī)等的周期時(shí)間。Tn除以2是為了對等比較，讓η 定義的分子與分母都是每個(gè)分模面所需的時(shí)間。

η 的范圍從100% 到200%。其中，100% 代表T模的生產(chǎn)效率等于標(biāo)準(zhǔn)模具在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的，用了T模沒有好處。200% 代表T模的生產(chǎn)效率是雙倍標(biāo)準(zhǔn)模具在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的，是理論上的最高效率。當(dāng)η > 167% 時(shí)，推薦采用T模來生產(chǎn)。本文列出η 的方程式以便讀者清楚T模采用哪種注塑機(jī)來生產(chǎn)才劃算。

雙模機(jī)能容納兩套標(biāo)準(zhǔn)模具。他們經(jīng)歷的過程類似T模的A與B分模面。我們討論兩種雙模機(jī)：單泵雙模機(jī)（標(biāo)準(zhǔn)機(jī))與雙泵雙模機(jī)（快速機(jī))。

 

圖 1：在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的 T 模周期

 

T模在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上

參考圖1。我們用符號代表動(dòng)作時(shí)間：注射 = I，保壓 = H，冷卻 = C，加料= P，機(jī)動(dòng) = M，電機(jī)閑置時(shí)間是X = C – P。

 

表 1：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)與快速機(jī)的 4 個(gè)象限 1 到 4

標(biāo)準(zhǔn)周期時(shí)間是T，T模周期時(shí)間是Tt。當(dāng)A = B，X ≥ 0 時(shí)，你能看出來T = I + H + C + M，與Tt/2 = I + H + P + M = T – X 嗎？從Tt/2 = T – X，可以看出Tt/2從T節(jié)省了X，并能導(dǎo)出 ηt = T/(Tt/2) = 1/(1 – x), 其中x = X/T 是電機(jī)閑置時(shí)間的無量綱，是一個(gè)沒有單位的數(shù)字。

 

圖2：ηt = 1/(1 – x)

圖2將 ηt 對x畫了出來。在 0≤x≤0.5 的范圍里，100%≤ ηt ≤200%。因?yàn)?ηt 不能超過200%，更大的x 也只有200% 的效率。這個(gè)函數(shù)的特點(diǎn)是x越接近0.5，ηt增加得越快。x = 0.337是來自包裝盒子的例子，ηt = 151% 不算高。X ≤ 0時(shí)，T = I + H + P + M = Tt/2，故 ηt =100%。

 

T模在快速機(jī)上

參考圖3。注塑參數(shù)是X ≥ 0，M ≤ P。當(dāng) A = B，你能看出來T = I + H + C + M，與T2/2 = I + H + P = T – X – M 嗎？請你導(dǎo)出 η2 = T/(T2/2）= 1/[1 – (x + m)], 其中m = M/T 是機(jī)動(dòng)時(shí)間的無量綱。這個(gè)函數(shù)與 ηt 的類似，只不過用了x + m 代替x作為獨(dú)立變量 (水平軸)。在 0≤x+m≤0.5 的范圍里，100%≤ η2 ≤200%。

 

圖 3：在快速機(jī)上的 T 模周期

其實(shí)快速機(jī)還有三個(gè)范圍，我們稱每個(gè)范圍為象限n，每個(gè)象限都有其ηn的方程式。他們都是 ηt模樣的，請見表1。c = C/T, p = P/T 分別是冷卻時(shí)間與加料時(shí)間的無量綱。在X≥0與M ≤ P的象限2里，η2就是剛剛推導(dǎo)出來的生產(chǎn)效率方程式。

表1也包含了T模在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的 ηt以作比較。負(fù)的電機(jī)閑置時(shí)間就是沒有閑置時(shí)間，故采用T模沒有好處。
比較ηt 與η2 后發(fā)現(xiàn)η2 ≥ηt 。留意η2有M ≤ P的條件，ηt 則沒有。

你能證明η2 ≥η4, η1 ≥η3嗎？這說明了正數(shù)的電機(jī)閑置時(shí)間有助于提高效率。負(fù)數(shù)的X在快速機(jī)上還能提高效率，但在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的T模則不能 (ηt =100%)。

 

T模在保壓裝置機(jī)上

T模在保壓裝置機(jī)上的過程示于圖4，其參數(shù)范圍是X ≥ 0，也兼顧了H > P (點(diǎn)線) 與H < P (虛線)。留意機(jī)動(dòng)B永遠(yuǎn)跟著保壓A (T模原理)。由于只有一個(gè)泵，機(jī)動(dòng)B不能與加料B重疊。H = P用實(shí)線表示。

 

圖4： T模在保壓裝置注塑機(jī)上， X ≥ 0

以H < P為例，注塑參數(shù)是在象限6，n = 6，見表2。

你能看出來T = I + H + C + M，與T6/2 = I + P + M = T – (X + H) 嗎？請你導(dǎo)出η6 = T/(T6/2) = 1/[1 – (x + h)], 其中h = H/T 是保壓時(shí)間的無量綱。

用無量綱的好處是讓快速機(jī)與保壓裝置各自能提高效率多少做出對比。請對比η2 與η6 。在符合在快速機(jī)時(shí)的M ≤ P條件與在保壓裝置機(jī)時(shí)的H ≤ P條件下，可以比較兩個(gè)效率。按有關(guān)的ηn方程式，對比m 與h 便可。同樣，η4 與η8也可以這樣對比。

 

圖 5：在加了保壓裝置的快速機(jī)上的 T 模周期

 

T模在含保壓裝置的快速機(jī)上

參考圖5。注塑參數(shù)的范圍是X ≤ 0，H + M ≤ P。在表3，這是象限12。
你能看出T = I + H + P + M 與 T12/2 = T – H – M 嗎？你能導(dǎo)出η12 = 1/[1 – (h + m)] 嗎？
你能證明η10 ≥η6，η10 ≥η2 嗎？你能證明η12 ≥η8, η12 ≥η4 嗎？

 

5個(gè)例子

上文1的5個(gè)例子，我們再列出來，見表4。
我們用分象限與該象限的效率公式再算一次。藍(lán)字是原始數(shù)據(jù)，其他是計(jì)算數(shù)據(jù)。超過167%的效率用紅字表示。此表可用試算表計(jì)算出來。

表2：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)與保壓裝置機(jī)的4個(gè)象限5 到8

 

表3：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)與含保壓裝置的快速機(jī)的4個(gè)象限9 到12

表4：5個(gè)例子

從表5可以看出快速機(jī)上的ηn都比ηt高，也可以看出壁厚的制品用保壓裝置比較有效，因?yàn)閔 > m (制品1、2)。反之亦然，因?yàn)閙 > h，如制品4、5。制品3的兩個(gè)ηn都是1/(1 – c)，故效率都是174%。

 

單泵的雙模機(jī)

上文2的五加侖瓶坯專用注塑機(jī)是針對壁厚超過6 mm的PET瓶坯生產(chǎn)。此產(chǎn)品的保壓時(shí)間是冷卻時(shí)間的73%，故在A模的保壓與冷卻時(shí)間里能完成B模的加料、機(jī)動(dòng)與注射，見圖6。用單泵來驅(qū)動(dòng)這三個(gè)串聯(lián)動(dòng)作還有時(shí)間剩余的。

 

表5：T模在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、快速機(jī)、保壓裝置機(jī)的效率

表6：雙泵的雙模機(jī)的4個(gè)象限13 到16

表7：T模在含保壓裝置的快速機(jī)與在雙泵的雙模機(jī)的效率

圖6：雙五加侖瓶坯模具在單泵雙模注塑機(jī)上，X ≥

圖6與圖3的分別在于T模限制了機(jī)動(dòng)B在保壓A完成后才能開始，雙模機(jī)則沒有這個(gè)限制。

你能看出來T = I + H + C + M，與T50/2 = I + P + M = T – (X + H) 嗎？請你導(dǎo)出η50 = T/(T50/2）= 1/[1 – (x + h)]。這個(gè)生產(chǎn)效率是與η6 一樣的，象限是6。生產(chǎn)一次性的五加侖瓶坯 (6.36 mm 厚) 時(shí)，X = 4.7秒，H = 28.7秒, T = 76秒, 故x+h = 0.4395，η50 = 178%。更厚的瓶坯效率能達(dá)到200%。

雙泵的雙模機(jī)

雙泵的雙模機(jī)讓圖3的機(jī)動(dòng)B往前移到注射A的開端。

如果M ≥ I + P，X ≥ 0，注塑參數(shù)是在象限13，請見表6。

你能看出T = I + H + C + M 與 T13/2 = T – I – H – C 嗎？你能導(dǎo)出η13 = 1/[1 – (i + h + c)] 嗎？其中i = I/T 是注射時(shí)間的無量綱。

在他們各自的象限里，η1 = η5 = η9 = 1/(1 – c) 讓在不同機(jī)種的T模效率都一樣，但雙泵雙模機(jī)的η13 = 1/[1 – (i + h + c)] 就明顯高了。同樣，η3 =η7 = η11 = 1/(1 – p) 讓在不同機(jī)種的T模效率都一樣，但雙泵雙模機(jī)的 η15 = 1/[1 – (i + h + p)] 就明顯高了。雙泵的雙模機(jī)適合生產(chǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)間長 (M ≥ I + P) 的制品。下一節(jié)談的制品3便是這個(gè)例子。

在他們各自的象限里，η14 = η10，η16 = η12，雙泵的雙模機(jī)就沒有比含保壓裝置的快速機(jī)更有效率。

 

再看5個(gè)例子

從表7可以看出雙泵的雙模機(jī)效率比T模的高。以制品2為例，η9 = 1/(1 – c) = 178%, 而η14 = 1/[1 – (h + m + x)] = 189%。他們的無量綱完全不同，只能用數(shù)值來分高低。制品3則不一樣。η9 = 1/(1 – c) = 174%，而η13 = 1/[1 – (i + h + c)] 只能比1/(1 – c) 高，達(dá)到了200%。

 

圖 7：鎖模力 123 噸的雙泵雙模機(jī)注塑兩種不同的 PET 瓶坯

以下比較制品5在三種機(jī)器上的效率。在快速機(jī)上，表1給出η3 =1/(1 – p) = η4 = 1/(1 – m) = 167%。加了保壓裝置后，表3 給出η11 = 1/(1 – p) = 167%，沒有增加。雙泵雙模機(jī) (表6) 的η16 = 1/[1 – (h + m)] = 200% 則比快速機(jī)的η4 = 1/(1 – m) 高，這是由于有個(gè)雖然不高的h幫忙。

圖7的雙泵雙模機(jī)在生產(chǎn)制品1與2。

 

總結(jié)

無量綱讓我們能比較快速機(jī)與保壓裝置對效率的貢獻(xiàn)。已知厚壁制品宜用保壓裝置，薄壁制品宜用快速機(jī)，但m 與h 就用方程式來量化效率，協(xié)助我們做出選擇。

雙泵的雙模機(jī)在機(jī)動(dòng)時(shí)間 (M) 長的時(shí)候比T模更高效。

從薄壁飯盒到厚壁的五加侖瓶坯生產(chǎn)都有合適的T模機(jī)或雙泵雙模機(jī)給你“雙倍”效率。

(參考1，本刊2024.7，《注塑生產(chǎn)力加倍——T模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)》 )
(參考2，本刊2024.9，《雙模如何實(shí)現(xiàn)五加侖瓶坯的高效生產(chǎn)？》)

本文由達(dá)明科技有限公司供稿

 

來源：榮格-《國際塑料商情》

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