汽车塑料件注塑成型车间的规划设计.docx

汽车塑料件注塑成型车间的规划设计奇瑞汽车股份有限公司 李晓磊 于 娈1 注塑成型车 间的总体布置1.1 注塑成型车间 的厂房结构、布局 及车间物流（ 1 ）注塑成型 车间的厂房结构和目前，国内外汽车用塑料件常 见的成型加工方法有注塑（或称 注射）成型、吹塑成型、反应注 布局大型塑料件注塑成型车间的厂 房一般与塑料件涂装车间建成一体塑机外型长度多在1622 m之间，所 以主跨跨距多设为24 m或30 m。为 了合理利用车间面积，多采用注塑射成型和团状/片状模塑料（BMC/式的联合厂房，联合厂房划分为涂机长度方向与跨距方向平行的布置SMC）等。包括汽车保险杠、仪表装车间、贮存区和注塑成型车间，方式，将注塑机单排逐个摆开或两板和车门内护板在内的大部分大型贮存区为涂装车间和注塑车间的共台一组背靠背放置。根据注塑模具塑料件普遍采用注塑成型工艺，该用区域，联合厂房的区间布置见图的重量，主跨区域一般设置两台主工艺的主要优点是可成型形状比较 复杂的产品、生产效率较高、制品1。注塑成型车间的厂房主要有全钩32 t、副钩8 t的地面操纵桥式起重 机，以用于更换及维修模具。第二刚性好等；缺点是要求制品原材料封闭和非全封闭两种形式：全封闭跨一般设置打磨修饰区、总成件装熔融后的流动性好、小批量生产成车间采用空调及风机进行机械送、配线、超声波焊机和检具，第三跨本高。目前，国内汽车塑料件的注排风；非全封闭式厂房通过轴流式则设置为塑料件存放区等。另外，塑成型及其涂装有两种生产模式： 一种是由专业的塑料零部件生产企屋顶通风机和车间门窗进行自然通 风换气。全封闭厂房有利于提高车多在车间内/外侧套建12层办公生 活间和库房。业在自己的注塑/ 涂装车间完成汽 车塑料件的注塑成型、总成件装配间洁净度和产品成型合格率。注塑成型车间一般为单层厂 （2）注塑成型车间的物流注塑成型车间的主要物流过程和涂装，再对口供应给整车制造企房，主要划分为注塑成型区、模具为：注塑成品件由人工通过转运挂业；另一种情况是整车制造企业自存放/维修区、塑料件打磨修饰区、具运送到贮存区，需进行涂装的经己建有塑料件的注塑/涂装生产线，总成件装配流水线和辅房（原材料贮存区运送到涂装车间进行涂装，塑料件注塑成型、装配并涂装后直/成品件库房及转运、配电间等）。涂装后再经贮存区运送至总装；不接送入总装车间。以下介绍作者在厂房总体规划一般设置23跨，主跨需要涂装的经中间贮存区直接运送保险杠、仪表板等汽车用大型塑料区域放置注塑机和模具，因大型注至总装车间。件注塑成型车间规 划设计及设备选型 方面的一些经验总 结，供同行业人员 参考。图1 塑料件注塑、涂装联合厂房示例为保证车间物流畅通及转运工 装（挂具）周转方便，相邻两台注 塑机的间距不应太小，用来成型保 险杠、仪表板的相邻两台注塑机的 中心距多为 911 m，以便留出塑 料件转运挂具的停放位置、转运通 道及方便更换模具。在车间主跨区 域内的注塑机两端应留出足够宽度 的物流及转运挂具通道，在打磨修 饰、半成品存放及总成装配、成品 件储存等区域也都应充分考虑物流 通道及转运工装的停放位置。图2为 52.5万件产能的汽车保险杠、仪表 板等大型塑料件注塑车间的平面布 置图例。1.2 注塑成型车间的土建和公用设 施注塑成型车间大多采用钢结构厂 房，其土建和公用设施要求如下。汽车塑化（1）设备的地面基础应按注塑 机及辅机厂家的要求进行设计和施 工，大型注塑机一般要求地面的承或混凝土水泥地面，建议采用地坪 涂料地面，以减少灰尘的产生，同 时方便地面清洁。（4）注塑成型车间的送/排风有 自然通风和机械通风两种形式，一 般通风换气频率为2次/h。（5）注塑成型车间的电力、循 环水和压缩空气等公用主管道一般 沿垂直于厂房柱子的方向布置；支 管沿立柱通到车间地面，并通过地 沟或埋管的方式铺设到每台注塑机 及其辅机设备的各个使用点的接口 处。（6）注塑成型车间需配置冷却 水塔和循环水池，以便给注塑机的 模温机提供循环水。（7）建议车间地面的公用支管 采取地面下埋管的方式，不仅使地 面美观、整洁，而且减少了很多清 洁工作量。但预留的各公用支管的接口位置要准确，否则后期注塑机 和各辅机设备进厂安装时，会遇到 很多不便。2 汽车塑料件常用的树脂种 类国内大型汽车塑料件的常用树 脂种类见表1。3 注塑成型工艺简介3.1 注塑机的工作过程注塑成型是一种注射兼模塑的 成型方法，又称注射成型。成型方 法是将树脂粒料或粉料加入注塑机 的料筒内，经过加热、压缩、剪切 和混合作用，使物料均化和熔融， 然后在螺杆的推动下，使高温熔体 通过料筒前面的喷嘴、模具的浇口 和流道注入预先闭合好的低温模腔 中，再经冷却定型就可开启模具、表1 主要大型汽车塑料件常用树脂种类载力为1520 t/m2。（2）注塑机地面基础周围应设 置环形储油槽及导流槽，以方便积 存并排放注塑机液压系统和液压夹 具的漏油，避免污染车间地面。图2 汽车保险杠、仪表板注塑成型车间平面布置图例（3）注塑成型车间地面多采用 细石混凝土-环氧工业地坪涂料地面大型汽车塑料件树脂种类前/后保险杠、前/后保险杠吸能器PP+EPDM、PP、EPP等 仪表板、仪表板中间面板PP+EPDM、PC+ABS等门护板、立柱护板PP、PP+EPDM等 前保中部进气格栅、散热器格栅PC+ABS、ASA等塑料翼子板PPO+PA等顶出制品，得到具有一定几何形状 和精度的塑料制品。注塑机的工作 过程一般可分为6段程序：闭模注 射座前进注射充模增密与保压下一生产周期预塑计量倒流与 冷却定型。一般，注塑成型前/后保险杠、 仪表板等大型汽车塑料件的成型节拍为 60110 s不等，采用制作精 表2 注塑工艺控制参数注塑参数合模参数温控参数注射量计量行程（预塑行程） 余料量塑化量 预塑背压注射压力与保压压力 注射速率合模力顶出力烘料温度（干燥温度）料筒与喷嘴温度 模具温度注塑成型过程中，各注塑参数、合良、冷却系统好的注塑模具以及配 合取件机械手会缩短成型周期、提 高生产效率。模参数和温控参数需根据注塑机的 执行程序要求、制品要求、树脂原 料特性、成型要求和生产经验等做4 注塑设备及其选型4.1 注塑机目前，国内汽车用塑料件基本各个控制参数。在树脂原料、注塑 机合模力和注塑模具确定后，注塑 工艺参数的选择和调整将直接影响 制品质量，注塑工艺参数见表2。在在总成件装配线进行装配。最后经 检验人员检验合格后，将塑料制品 包裹好布质保护罩运送至成品件库 房储存。P合模P型腔3.2 注塑成型工艺的生产流程注塑成型的生产流程一般为：具体调整。（3）取件、即时修边、火焰预为无玻璃纤维增强的塑料制品。与 使用含有短切玻璃纤维增强的树脂树脂原料上料原料干燥预塑计处理原料相比，成型无玻璃纤维增强塑量注射充模保压冷却定型开模顶出制品后，由人工或取料件所用注塑机的螺杆的材质和结开模顶出制品取件即时修 件机械手将制品取出并放置在注 构有较大的不同。另外，目前注塑边、火焰预处理打磨修饰、修边塑机旁边的工作台上。注塑操作 机有液压、电动等不同类型，液压总成件装配（含超声波焊接）人员及辅助人员负责去除注塑件 注塑机按合模机构特征又分为全液检测合格品入库。下面分别介绍的各浇口料、即时修边及火焰预 压式和液压机械式等，国内汽车塑注塑成型生产的主要工序。处理，并及时清除掉注塑件的毛 料零部件生产企业通常采用液压曲（1）树脂原料上料及干燥处理刺等缺陷。肘式、中心部直压式合模机构的液汽车保险杠、仪表板等塑料件常 用的树脂原料为改性PP和改性ABS 等改性树脂。树脂原料有不同程度（4）打磨修饰、修边 待注塑件转运至打磨-修饰工位时，操作人员把制品件放置在专用压注塑机。注塑机按合模力（合模力由合模机构所能产生的最大模具 闭紧力来决定）一般分为大型注塑的吸湿性，为满足成型时的水分含 量要求（一般要求0.2%），树脂 原料在进入注塑机螺杆预塑计量之 前，都要经过热风干燥或除湿干燥处工装上进行打磨、修饰作业。用细 砂纸打磨去除或磨平注塑件表面的 细小颗粒、凹坑和划痕等缺陷，并用专门工具刀割除制品周边的多余机（1 4004 000 t）和中、小型注 塑机（800 t及以下）。注塑机的选型主要考虑以下3个 方面的因素。理。改性PP（PP+EPDM）树脂的 吸湿性较小，一般采用热风干燥机 在80100 的条件下干燥23 h即边角。（5）总成件装配（或超声波焊 接）及检测、入库a.首先确定注塑机的加工能力。 注塑机的加工能力体现在合模力和 注塑能力（以最大理论注射容积来可；改性ABS（PC+ABS）的吸湿性打磨、修饰后，需内衬缓冲块表示）两方面。注塑机在成型制品较强，在成型干燥前，应使用除湿干或吸能块的大型塑料件（如保险杠时，其合模力必须大于模具型腔压燥机进行除湿干燥处理。等）应转运至超声波焊接区进行超力产生的开模力，否则模具分型面（2）注塑成型工艺控制参数声波焊接处理，焊接组合后及时进将会分开而产生溢料，确定注塑机注塑成型过程在3.1节中已做过行修饰处理。需装配组合的塑料件合模力的公式如下：介绍，在此仅说明一下注塑工艺的（如仪表板、地板和门护板等）应F1 000式中，P合模为注塑机的合模力（或称 锁模力），kN；P型腔为模腔平均压 力，MPa，与制品结构形状、精度要求和每模型腔数等有关，取值范 围一般在2540 MPa之间；F为模具 型腔、浇道和进料口的水平重叠投 影面积，cm2。为保证可靠的锁模，注塑成 型时的工艺锁模力必须小于注塑 机的额定合模力，一般取 P 合模 （0.80.9）PH，PH为注塑机的额定 合模力。注塑机的最大理论注射容积 （注塑能力）与注塑机合模力吨位 相匹配，是注塑机在出厂前以聚苯 乙烯（PS）为基准树脂标称出来的 注射容量。b.选择注塑机的驱动形式和合模 机构，国内目前使用较多的为液压 机械式或全液压式的液压曲肘、中 心部直压合模机构的注塑机。汽车塑化c.确定注塑机的功能程序。注塑 机厂家一般提供注塑机的标准配置 清单，但有时成型生产中可能会用 到一些特殊的功能程序（如较多组 抽芯机构、时序控制、是否附带注 塑机配套换模装置、是否配套取件 机械手等），注塑机功能程序及可 选配置应该在招标技术协议中逐项 明确提出具体要求。4.2 模具注塑模具的设计和制造应与注 塑机和换模装置相配套，汽车保险 杠、仪表板等大型注塑模具的设计 保固期限一般为10万15万模次， 模具型腔、型芯一般使用 P20 、 2738、55等不锈钢材质，模具方面 的具体细节可参考模具标准应用 手册中的塑料注射模模架标准及 应用等专业资料，模具的极限开关 和热流道等部件可参考模具制作厂 家的推荐加以选用。在此需要说明 的是，模具中冷却部位的温度控制 应均匀、模具冷却系统的冷却效率 要高，不然即使选用功能程序十分完善、空循环周期很短的注塑机， 在实际生产中也会因模具冷却系统 效果不好而拖慢成型节拍。4.3 上料机（即吸料机）、热风/除 湿干燥机、模温机（或冷水机）等 辅机设备上料机的作用是把树脂原料由 放置在车间地面的料桶中吸至注塑 机的热风干燥机或除湿干燥机中。热风/除湿干燥机是对树脂原料 进行干燥处理的设备。为避免塑料 件在成型时产生凹陷、气孔和银纹 等缺陷，使原料充分干燥是十分必 要的。模温机或冷水机主要用于为注 塑模具冷却系统及注塑机系统提供 冷却水，冰热两用模温机在冬季时 也可为模具提供热水，用来在刚开 始生产时加热模具，模具型腔平均 温度一般应控制在4055 之间， 模温机及冷水机的选用对生产节拍 和成型制品的品质有直接影响，应 认真选型。图 3 为注塑设备配置实 例。4.4 取件机械手、快速换模装置等 设备除上述辅机设备外，注塑成型 过程中还用到快速换模装置、取件 机械手、板式输送带、集中/ 随机 粉碎机和切割机等辅助生产设备。 目前，国内注塑生产过程中的快速 换模装置一般多采用液压夹具的形 式，液压夹具装置价格较经济，但 存在易漏液压油、检修频率高等潜在缺点。最近两、三年有部分塑料 零部件企业采用磁力模板的换模方 式，这种装置是通过安装在注塑机 动/定模板上的、内含线圈的磁力模 板来固定模具，换模方便快捷，不 会产生油污。客户可根据自身条件 选择适合的换模装置，图4为两种换 模装置（夹具）的实际使用状况。图3 注塑设备配置实例图4 两种不同的快速换模装置在保险杠成型过程中，为了缩 短生产节拍、提高生产效率，可通 过取件机械手取出模具开模顶出后 的制品件。目前国内企业使用的多 为3轴取件机械手，个别企业使用6 轴取件机械手。机械手的端部安装 有成型不同产品专用的卡具，夹具 上装有喇叭状的吸口，可以将塑料 件吸附在卡具上，进而将制品件取 出来，取件机械手一般为压缩空气驱动。图3所示为每台注塑 机单独供料时的情况，也 是目前国内多数汽车塑料 零部件成型企业普遍采用 的生产方式。某些注塑成 型企业在成型单一或较少 车型的保险杠、仪表板等大件塑料制品时，采用集中供料 方式（或称中央供料方式），这样 能达到节省部分辅机设备投资、节 约劳动力和减少生产成本的目的， 集中供料方式较适合于生产制品品 种较少而产量较大、所用树脂原料 种类较单一的场合。4.5 生产用转运工装（挂具）、工 位器具注塑成型车间使用的转运工 装、挂具和工位器具的种类较多， 应精心设计制作。结构设计合理、 制造精良的转运工装（挂具）能够 节省装卸及周转时间、提高生产效 率。不同种类的塑料件所用的转运 工装（挂具）的结构各不相同，但同类转运工装应尽量能够兼 容不同车型的塑料件，以便 节省制造费用并方便生产。 工位器具主要包括注塑机及 其他设备的辅助工作台、踏 板、打磨修饰工作台等，也 应充分考虑其结构设计以方 便生产。表3 某注塑成型车间的主要技术经济指标名称单位数据（1）主要数据年产量套t525 0006 584年总劳动量台时63 000工时141 750人员总数人95其中：工程技术人员人6管理及服务人员人8辅助工人人15基本操作工人人66电力安装容量kW4 940（2）技术经济指标每工人年产量套t6 17377.4每一基本工人年产量套t7 57695每套产品劳动量台时0