注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析.pdf

收稿日期 2002206210 作者简介 许忠斌 1969 男 浙江宁波人 博士 副教授 现为中国管理科学院研究员 华南理工大学材料加工博士后 发表 论文20余篇 许忠斌等 注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析综述 专论 文章编号 100522895 2003 0120001205 注 塑 加 工 企 业 获取经济效益的有效途径分析 许忠斌 吴舜英 华南理工大学工业装备与控制工程系 广东 广州510640 摘 要 从原料 机器设备 模具 注塑机结构特性及注塑过程节能等方面 分析了注塑加工企业获取经济效益 提高利润 率的有效途径 指出投资设备时购买高效率 高新技术水平的注塑机是一个十分重要的环节 关 键 词 注塑加工企业 经济效益 注塑机 途径 中图分类号 TQ 320 5 F406 7 文献标识码 A 1 前 言 注射成型是塑料加工的一种重要方法 可成型各种各样的制品 它的特点是生产周期短 适应性强 生产率 高 易自动化等 目前 注塑制品量已占塑料制品生产的20 30 注塑加工在全世界工业中的重要性正在不 断增加 1 在国外 塑料加工设备接近一半是注塑机 但传统的塑料厂注塑生产的利润普遍很低 有些塑料厂事先 1 轻工机械 2003年 第1期 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 许忠斌等 注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析综述 专论 详细规划好某一制品用什么材料 什么设备 怎么加工 一天注塑多少个 投资下去后 结果却不能赢利 本想获得 高利润 最后的利润率却很低 甚至亏本 造成这种现象究竟有哪些原因 针对此问题 本文提出塑料厂赢利的捷 径和提高利润率的办法 指出投资设备时购买高效率 高新技术水平的注塑机是一个十分重要的环节 2 原材料选择 塑料厂任何制品的设计在加工之前都要事先考虑原料的选择 注塑制品要采用的材质内涵包括 塑料的物理 化学性能 加工性能 优缺点 价格等方面 在选择材质时应考虑塑料的经济性 即成本低 重量轻 外观质量高 必要的尺寸精度和尺寸稳定性 成型加工温度 使用安全性 包括食品卫生安全 耐腐蚀 耐老化性能 以及原料 来源的稳定性等设计依据 以聚丙烯PP和高密度聚乙烯HDPE为例 两者价格相差无几 但PP较轻 而且PP 制品表面质量较高 尺寸较稳定 从成型角度衡量 注塑制品应优先选用PP 因此 日用品 医疗器具 容器和洗涤 瓶等常用PP作原料 对于任何制品和任何型号的原材料 材料的选择主要根据对制品功能的要求进行 功能要求是指那些如果没 有这些功能 制品就不能工作或不能长久工作的项目 2 3 但是塑料厂所关心的是在达到这些功能的前提下 选用 原料成本和加工成本低的材料 纯粹为了制品的某一性能或要求 选用最好的原料 不仅原料成本升高了 而且加 工过程产生的废料和不合格件 导致的浪费将是十分可观的 除合理选用原材料外 降低成本的办法还有 1 采 用塑料改性的办法 使聚合物合金化 如PVC ABS PA PPO等 基体塑料的性能得到了提高 2 将制品设计成 多层复合结构 例如二层结构 表层用较好的材料 芯层用一般的填充料 整个制品表现出较高的性能 这样相当 于提高了材料的整体性能 使原料成本大大降低 3 采用气体辅助注射成型等新的加工方法 例如 气体辅助注 射成型使制品内部产生中空截面 可减少用料 降低能耗 消除表面缩痕 提高成品率 如同许多设计问题一样 选 择原材料要根据制品功能要求和上述各方面设计依据 在作出市场能够接受的综合评定之后 选定塑料的品种 牌号和配方 3 购买机器设备的投资分析 制品生产设备和生产技术的关系十分密切 没有先进的技术就开发不出先进的设备 没有先进的设备就生产 不出高质量的产品 此二者相互依存 缺一不可 因此在选择注塑设备时 必须和制品生产技术的选择联系起来 考虑 即 1 注塑设备的选择必须根据生产能力和所选制品生产技术确定 例如深腔薄壁类制品 要求注塑机注 射速度快 开合模行程长 动模板运动平稳等技术 2 所选设备必须是通过某种制品生产技术 达到某种最佳生 产能力的机械组合 3 从技术经济角度考虑 对设备规格和设备的费用都要控制到最低的限度 在经过对设备 的了解和比较之后 需对制品生产所需的注塑机和配套设备作出选择 列出设备清单 详细说明类型 规格 来源 性能尺寸和数量 同时对所需设备的投资作出估计 4 机器设备的状况如何 对企业生产的产量 质量 成本 效率均有极其重要的影响 为此要根据所生产塑料制 品的要求 选择最适宜的机器设备 选择机器设备的总的原则是 首先技术上要达到制品生产所需的技术要求 其 次考虑经济上要合理 并对市场上塑料加工设备价格的高低要作客观的分析 当今 塑料加工行业存在的一种现 象是 某些塑料加工厂为求一本万利 热衷于购买低档机 甚至旧机 结果非但没有赚钱 反而亏本多多 事实上 市场上质量可靠的中高档机 虽然价格相对高些 但中高档机不仅生产的产品质量要高 而且在使用过程中维修 保养费用较低 中高档机在生产过程中对原料的浪费少 如废品率低 漏料 溢料等极少 耗能也少 而且其精度保 持性较好 此外 中高档机使用寿命长 设备利用率高 综合效能亦高 这里就个别塑料厂为节约设备投资而购买低档注塑机以及旧机问题 再作简单的经济分析 加工设备的性能 是否稳定可靠 直接影响到产品的质量和生产过程的原料损耗量 例如 塑料厂购买了旧机或低档注塑机 可能经 常出现故障 因故障停机后 机筒螺杆需要清理干净 如80吨机每次清料时 浪费原料约1公斤左右 一台机一 个操作工因故障空闲 按日常要支付工资 还有机器故障维修费及更换损坏零件购买费用 如一月发生故障数次 则一年可达数十次 每年损失费可达数千甚至上万元 另一方面 旧机或低档机性能不好 重复精度差 例如低档机机筒温度波动大 注塑压力和速度不稳定 螺杆 复位不稳定 熔体粘度与温度分布不均匀 每次射胶量误差大 导致制品重量及尺寸的差异 制品壁厚不均 单单 2 L ight Industry M achinery 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 许忠斌等 注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析综述 专论 从制品壁厚的角度看 为此要增加制品的设计壁厚 如果每100克射胶量 误差2 80克机一天产量按500公斤 计 每天将多消耗原料10公斤以上 原料按每公斤6元计算 一年要多损耗掉原料2万元左右 又如塑料制品飞边问题 它主要是由旧机或低档机锁模机构受力不均 两块模板平行度差 锁模力不足引起 的 在生产中 塑料制品若有飞边 需要多一个操作工每次用刀刮一下修整 这一方面浪费原料 即使每件制品刮 掉1克 一天损耗多少 还要多付一个操作工工资 另一方面 用刀刮后 制品表面不好看 还要再作表面处理 而 对于性能较好的高档机 飞边可以做到最少甚至消除 制品无需修整 因此 塑料加工企业在购置设备时 要全面 慎重考虑 权衡得失利弊 确定最优方案 选好设备是获取经济效益的一个重要环节 4 模具成本 模具的价格有时超过注塑机本身 而且模具若出现问题 会直接影响到交货时间 塑料厂为了降低模具成本 若采用差一点的钢材或降低加工精度 虽然投资减少了 但因模具钢材强度不足 刚性不够或模具配合精度低 模 腔内承受较高的压力 模具受力后变形大 不仅会导致制品壁厚不均或产生熔接痕及尺寸偏差等 而且可能导致 模具严重损坏 故对于塑料厂用户来说 了解影响模具寿命的主要原因十分重要 模具寿命与模具的设计 选材 加工 装配等有关 但是质量好的模具也未必使用寿命长 这是因为它还与所选用的注塑机的锁模结构及工艺有 关 同样的模具在全液压注塑机上的使用寿命比在肘杆机上要长 这是因为 1 在快速合模过程中 动模板的运 动平稳性影响到模具导柱与导套的相对运动 对于肘杆机来说 由于导向套太短 如果两边肘杆长短不一 会使模 板左右摆动 加速模具导柱的磨损 而对于全液压式注塑机 从机构动作到合模力的产生及保持均有液压传动来 完成 在整个移模行程中速度容易调节控制 动模板的运动平稳性较好 特别是秦川恒利生产的四缸直锁二板式 注塑机 四个油缸各有多点定位 大大增加了导向长度 使动模板运动平稳 从而有利于模具寿命的延长 2 在模 具夹紧时 夹到浇口料 嵌件等物是模具损坏的主要原因之一 肘杆机的低压护模实际上起不了多少作用 而液压 机的低压护模效果较好 3 在高压锁模过程中 肘杆机模具受力不均 两边的变形量不同 易导致模具导柱弯曲 及模腔变形 另外 模具超载使模具和拉杆变形量增加 引起开模困难 机器震动 严重时会开不了模 4 注射过 程中 全液压注塑机不能在超载下工作 当锁模力低于胀模力时 动模板会后退 模具拉杆变形量不再增加 不易 损坏 起到保护模具的作用 而肘杆机在超载下成型制品时 必然导致铰边 拉杆损坏 从而影响模具使用寿命 5 此外 在熔胶冷却阶段和开模过程 肘杆机也存在一些影响模具寿命的弱点 因此 全液压式注塑机在延长模 具寿命方面比肘杆机好许多 而四缸直锁二板式注塑机由于其独特的锁模机构受力平衡性 在延长模具寿命方面 又优于传统的全液压机 6 在精密注塑中模具价格更是十分昂贵 有时价格高于工作母机 生产节奏快 加上分散加工装配 万一模具出 问题 会造成 连锁反应 厂商损失惨重 许多产品模具中设有嵌件 如果嵌件放置不当而低压护模失效会造成模 具严重损坏 8 因此 精密注塑成型更加要求锁模机构精度高 受力均衡 具有低压护模效果等特点 从而延长昂 贵的模具寿命 产生良好的经济效益 5 注塑机结构参数的影响 传统的注塑制品生产企业的利润率普遍很低 提高利润率的一个办法是承接质量要求较高 毛利也高的业 务 这就要求注塑机具有高效率和高技术水平 高效率直接取决于注塑机的结构特性 注塑机的主要性能参数有 注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 锁模装置的基本结构尺寸等 注射量是注塑机的一个重要参数 它反映注塑机的加工能力 标志着机器所能生产的塑料制品的最大重量 每次注射量大小的不稳定性和精度误差 将会影响到制品的质量 特别是精密注塑成型 在注塑成型时 注射压力的选取是十分重要的 但对于一台注塑机来说 能达到的最高注射压力是一定的 注 射压力不足 会造成熔料难以充满模腔而不能成型 对于精密制品的注射成型一般要求有较高的稳定的注射压 力 但注射压力高 与油泵配套的电机功率要大 耗能增多 成本上升 注射速度是指注塑时螺杆或活塞的移动速 度 注射速度的大小 直接影响到生产效率和制品的质量 注射速度慢 即注射时间长 模腔内熔体的压力梯度大 造成制品重量增加和能量浪费 而且制品易产生冷接缝 密度不均和内应力大等弊病 这就导致生产效率降低 生 3 轻工机械 2003年 第1期 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 许忠斌等 注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析综述 专论 产成本上升 对于要求密度均匀和精度高的制品 例如一些薄壁 流程较长的制品 注射速度显得尤为重要 塑化能力是衡量注塑机性能优劣的另一重要参数 注塑机的塑化装置应该在规定时间内 保证提供足够量的 塑化均匀的物料 物料的塑化质量主要与注塑机塑化单元的结构 温控系统及塑料的性能等参数有关 其中 注 塑螺杆参数是影响效益的一项重要指标 设计不合理的螺杆可能造成下料困难 物料的过度剪切和塑化不均等 由此需要提高注射温度 对于某些热敏性塑料 容易导致物料局部焦化 严重影响制品的质量 并造成大批废品 经济损失大 因此 用户要根据塑料的物理性能 热性能和流变性能等参数 选择合理结构的螺杆机筒及加热器温 控仪表等 对于要求高的产品 最好采用P I D温度控制 锁模装置的基本结构参数包括 模板尺寸 拉杆间距 模板最大开距 动模板行程 模具尺寸范围 定位要求及 安装条件等 也是衡量锁模装置好坏的依据 拿动模板行程来说 对于肘杆式锁模装置 动模板行程是限定的 而 直压式锁模装置的动模板行程可变量大 它与所安装的模具厚度有关 由于动模板行程大 相对而言 小机可以做 大的产品 这是十分有利的 启闭模速度也是注塑机的经济指标参数之一 它不但影响注射成型周期 而且涉及到动模板的运动平稳性 移模速度快 则启闭模时间短 成型周期短 生产效率也就高 启闭模运动的平稳性要求在开模瞬间动模板运动不 能太快 更不能有振动 以防止模内嵌件的松动 脱落 在顶出制品时顶出力要大 速度可调 防止顶出力太小而速 度大时 拉伤或损坏制品 开合模精度主要指位置 合模力的重复精度及均衡受力等 全液压式注塑机 在整个行程范围内移模力和锁 模力均可通过电脑设定 由比例阀或伺服阀精确控制 位移精度 重复精度较高 以四缸直锁二板式锁模装置为 例 其锁模力仅作用于前模板与动模板之间 四根拉杆每个承受单个油缸的锁模力 这些油缸力作用在模板的四 个角 由于四个油缸的油路是连通的 因此 锁模时模板四个角上受力均衡 此外 该类注塑机利用锁模力与注射 压力的自适应及模具位置的自适应原理 达到位置 锁模力良好的重复性和精度 7 而肘杆式注塑机的锁模结构 是靠整个系统的刚性变形产生锁模力的 受肘杆本身的制造精度的限制及磨损后的尺寸变化必然导致受力的不 均衡 这也是肘杆式锁模装置的模板比较容易断裂的重要原因 通过注塑机各性能参数简要分析可知 注塑机的结构性能对塑料制品的生产效率 能耗有着重要的影响 从 而进 步影响到企业的经济效益 因此 高效率 高技术水平的注塑机是注塑加工企业利润率的必要保障 6 塑注加工过程的节能 除了上述注塑机的各个结构性能参数与制品质量有关而直接影响到生产成本和经济效益外 注塑加工过程 的总能耗也是塑料厂必须仔细考虑的问题 塑料制品生产企业普遍重视液压系统的节能 对于小型注塑机 目前 较多的是用变量泵 当注射压力及注射速度大时 如采用油泵 电机功率大 耗能高 冷却时间长 成本高 在保压 阶段 不需要大的速度 若采用蓄能器 电机功率小 耗能少 冷却时间短 成本低 除了采用蓄能器保压可有效节 能外 蓄能器还可减少循环时间 各个动作的转换时间短 成型周期缩短 也有利于压力系统的减震 吸音等 因 此 中型和大型注塑机可采用蓄能器来提高注塑速度 液压系统的节能还可采用组合式液压系统及变频器等方 式 注射单元的节能则主要考虑螺杆机筒的结构设计及所用加热器的加热效率 采用热流道模具也是常见的一种节能方式 近几年随着热流道价格的大幅下降 在国外热流道模具的实际使 用量已占全部模具用量的30 以上 1 热流道模具的优点在于不产生浇注系统料把 可省去浇口料把切除工序 省去料把的回收能耗 对回收料进行破碎和熔化冷却消耗的能量 并节省工时 相当于注塑量得到有效地增加 而所需开模行程则可相应减少 热流道模具充模快 熔体容易平衡地流入模腔 可缩短成型周期 降低注塑压力 减少废品率 生产率得到提高 而由于没有回收料 制品的光学和电气性能好 这样 采用热流道增加的额外费用 可以被抵消 7 结 论 1 注塑加工原料选择主要根据对制品功能的要求考虑材质的各方面因素 然后选用原料成本和加工成本低 的材料 2 没有先进的技术就开发不出先进的设备 没有先进的设备就生产不出高质量的产品 在选择注塑设备时 4 L ight Industry M achinery 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 许忠斌等 注塑加工企业获取经济效益的有效途径分析综述 专论 必须和制品生产技术的选择联系起来考虑 机器设备的状况如何 对企业生产的产量 质量 成本 效率均有极其 重要的影响 因此 塑料加工企业在购置设备时 要全面慎重考虑 权衡得失利弊 确定最优方案 选好设备是获取 经济效益的一个重要环节 3 模具价格昂贵 模具寿命长短与经济效益密切相关 有时 质量好的模具也未必使用寿命长 这是因为它 还与所选用的注塑机的锁模结构及工艺有关 精密注塑成型更加要求注塑机锁模机构精度高 受力均衡 具有低 压护模效果等特点 以延长昂贵的模具寿命 产生良好的经济效益 4 提高利润率的一个办法是承接质量要求较高 毛利也高的业务 这就要求注塑机具有高效率和高技术水 平 高效率直接取决于注塑机的结构特性 因此 高效率 高技术水平的注塑机是注塑加工企业利润率的必要保 障 5 注塑加工过程的总能耗也是塑料厂必须仔细考虑的问题 液压系统的节能主要有采用变量泵 蓄能器 变 频器及组合式液压系统等方式 热流道模具也是常见的一种节能方式