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1、摘要 从监测参数和测量、 参数值的分布状态确定、 过程能力的计算、 控制 图的建立几个方面探讨了在注塑成型中进行统计过程控制的特殊性和解决办法。关键词 SPC 注塑成型 参数 分布状态 过程能力 控制图SPC 从问世以来，得到很大的推广。汽车行业的 ISO/TS16949： 2000 技术规范把 SPC作为一项工具要求在产品开发和生产中进行使 用。对 SPC 在生产过程中运用所带来的好处就是预防控制、获得改 进机会，但在与具体的生产结合过程中，就会碰到这些问题，如何选 择监控参数并进行测量， 这些参数的分布模式是什么样的， 如何计算 过程能力， 如何建立控制图等。 下面就开始探讨在注塑成型过程
2、中这 些问题该如何解决。一、监测参数和测量 注塑成型过程的控制水平在很大程度上取绝于测量系统的完善 程度。这就意味着不仅需要合理地选择所要测量的过程参数， 而且要 正确的使用传感器、转换器，并将其置于正确的位置。通过对所选的 参数进行在线监测， 在理想的资源配备状态下， 把这些参数值输入计 算机，就可以计算出极差、控制限、标准偏差等并得到控制图。以此 为基础的实时 SPC 对于过程的精密监控是非常有用的。1、注塑制品的质量参数反映产品质量的参数有尺寸、重量、外观、性能1.1 尺寸的定义是容易的，在开发产品中，对重要的尺寸基本上 需要进行过程能力计算。根据测量方法，可获得计量型数据，也可转 化为
3、计数型数据。1.2 单个外观缺陷及其优劣的定义对外观缺陷分两类，一类是难以明确测量的缺陷如：烧焦、分层 剥离、油渍、溢料飞边、蛇形、空洞和熔接痕等，这些缺陷很难给予 度的量测，但通过观察可以给出以下区分其优劣的定义Yi= 0 （ 合 格 ） 如 果 缺 陷 已消除Yi= 1 （ 不 合 格 ） 如 果 缺 陷未消除共 16 页第 1 页-1 缺陷改进 Yi= 0 缺陷没有变化(式 2)+1 缺陷恶化式中 Yi第 i 种缺陷， I=1，2，3,m 种缺陷； Yi 定性质量的改变。可以明确测量的缺陷如： 色泽、波流痕、光泽不良、 萎缩、欠注、 凹陷和翘曲变形等。 对这类数据有两种处理办法， 一是直
4、接用计量型数据进行统计，二是转化为二元判断后的计数型数据，如下转化：Yi =0 如 果 y i bi1 如 果 y i bi式 3)Yi =-1 如果 yi0式 4)式中 yi 第 i 种缺陷的测量值； bi无缺陷的上限值。式 1、 2 中假设， Yi 减小则制品缺陷改进。1.2.1 多缺陷及其优劣的定义当有多个缺陷同时出现时， 就成为多目标优化的问题。 通常各个 目标在问题中并不处于同等重要的地位， 可以将各种缺陷按重要程度 分出优先次序，则总的制品缺陷程度可定义为如下：RnkF（x）=Pk Ykj （x）k=1 j=1式 5)式中， Pk R个优先级因子； nk按优先级排列的缺陷个数Ykj
5、 第 k 种缺陷的度量值 考虑到当一种缺陷有所改进而同时另一种却恶化时， 有可能出现 模棱两可的结果， 即在某些情况下， 总的缺陷是改善了还是恶化了由 式 5 确定的度量可能引起混淆。 为了消除这种情况， 一种有效的办法 是每一级中只有一种缺陷，因此可将式 5 修正并简化为RF（x） =Pk Yk（x）（式 6）k=1F（ x）=Pk Yk（x） （式 7）在式 6、式 7 描述缺陷及改善程度的情况下，只要优先级高的缺 陷有所改善，则认为总的缺陷有所改善。1.3 性能参数 性能，包括燃烧性、机械性能、化学性能等，有可以获取计量型 数据的，也有制作二元判断的，如耐腐蚀性能。由于是破坏性的，基 本
6、上没有纳入统计控制中。 这些质量特征的控制， 一般是分解到过程 参数中进行控制， 能支持该性能在生产中得到保证即可。 半年或一年 进行验证。1.4 重量产品重量是很容易进行测量和纳入统计分析的， 另一方面， 在过 程开发初期对过程能力研究之后， 在较低的开发成本和一般的质量控 制水平下， 仅用重量这个参数进行过程监控是很不错的选择。 通过注 塑成型分析，当注塑过程不稳定时，重量不发生变化的概率很低，所 以误判的可能性不大。如果再配以外观 100%的检验，这种监控就很 可靠了。2、过程参数2.1 注塑机的控制系统与过程参数统计注塑机的控制系统有温控系统、液压控制系统、移动距离控制系统、 时间控制
7、系统等，为了反映这些系统的好坏，都应该进行统计分析， 并以此来评定注塑机的性能。如下表所示， 1 级注塑机保压时间变动 小于 0.02s，9级注塑机保压时间变动小于 0.04s，相当于 1 级的两倍。 一些注塑机的生产厂商已经根据上述方法对机器能力进行分级， 保证 了机器性能， 在对注塑机进行预防性维修时也可采用这个方法。 随着 注塑机的不断改进，不同级别的各值也将随着时间的推移而变化 表 1：参数等级123456789注射时间 / s0.040.050.060.070.080.100.120.140.17保压时间 / s0.020.020.030.030.040.050.060.070.09
8、保压压力/ psi4.004.805.766.918.299.09511.9414.3317.20模腔压力/ psi15.0018.0021.6025.9231.1037.3244.7953.7564.50油温/3.003.604.325.186.227.468.9610.7512.90温度/2.002.402.883.464.154.985.977.178.602.2 正加入统计控制更直接反映过程性能的参数 注塑过程的可控参数是通过成形参数如模具中的型腔压力、 熔体 温度等作用于材料的方向性、 降解等来影响产品的质量特征的， 因此， 对成形参数的变化进行统计控制，更能实现预防。2.2.1 模
9、腔压力众多研究表明 ,模腔压力与零件质量密切相关，可以作为过程特 征记录。所有其它的过程参数并非在注塑件附近测量所得,因而存在一定的不确定性误差。采用这种办法，当零件优化后，相应的模腔压 力曲线被存储起来。 当需要重新设置设备时， 存储的模腔压力 “指纹” 作为参考曲线，优化加工过程，使其与参考曲线对应的过程相同，确 保零件质量一致。 这种方法的另一重要优点是不依赖于设备。与注 塑机设置参数方法不同， 不同注塑设备厂家生产的注塑机可以使用相 同的参考曲线作为设备的操作标准。此外 ,即使同一型号的注塑机由 于磨损不同， 表现出的性能会有差异。 而在模腔中直接监测模腔压力 与设备无关，因此可以消除
10、设置错误 ,减少次品。 切换点的自动识 别 从注射阶段到保压阶段的切换点是重要的过程参数，对零件质量 和生产成本起关键作用。 当模腔内部完全充满时需要从注射阶段切换 到保持压力阶段。传统的方式中采用注射时间，螺杆位置 ,液压或模 腔压力作为切换参数。 这些方法的共同特征是规定一个阈值， 当参数 达到阈值时，控制切换。 自动平衡 近年来多腔模具已变得越来越重 要。过程控制需要适应这一发展潮流。 主要切入点是每一个单腔的填 充方式。均衡填充，亦即良好平衡 ,可以确保通过模具的整个零件性 能一致。所以 ,可以通过先进的模腔压力测量技术和一系列智能控制系 统，将模腔压力测量与现代控制仪器和软件结合在一
11、起， 组成功能强 大的注塑质量控制系统。2.2.2 熔体温度 塑件什么时候脱模是由脱模温度决定的。通过测量塑件表面温 度、模腔压力和模具表面温度， 在工艺中逐个周期地确定出塑件的热 学状态，冷却时间被自动地计算出来， 并被直接传送给机器控制装置。 此工艺具有重要的优势：（1）因为冷却时间及周期时间被尽可能地保持短暂， 所以经济性 方面有了显著的改进；（2）因为脱模温度稳定，所以塑件质量尽可能地维持稳定。 这可解决这样一个问题： 把冷却时间作为固定值被输入， 无法弥 补生产过程中偶尔发生的干扰，例如工艺、机器控制和材料的波动。3 测量系统的分析在把 SPC 引进注塑过程控制中，对测量系统应做必要
12、的分析， 而且应该知道传感器的类型及其安装位置。 如果不知道这些信息， 则 会导致错误的结论。3.1 尺寸的测量系统对一些小尺寸， 会采用象卡尺一般性的测量工具， 对型面测量和 形状，就需要专用的检测用具了，如检具、试装车辆、定位夹具。因 注塑制品的刚性强度不高， 在装配过程中会随外力变形， 所以一定要 在模拟装车状态下进行， 保证控制的质量和最终的使用要求一致。 当 选用试装的办法对尺寸进行测量时，应注意两点： （1）对试装车辆的 生产过程稳定性进行评估，并获取该车梁的三维数据（ 2）在线上采 用一个制品试装多台，取平均值，并对数据的分布状况进行分析，查 看离散状况。如果离散很大，这种方法就
13、有有很大的出错风险。最终 的产品质量一定是在装车状态下体现。 还要注意的问题是多模腔的产 品，应进行区分，对各个模腔分别进行测量并进行统计分析。产品的尺寸往往是过程最主要的测量量。 所以，必须对测量系统 的重复性和重现性（ R R）进行分析，以保证所选定的测量器具能 够胜任测量要求。3.2 压力的测量系统 对压力测量都会采用压力传感器，但传感器的灵敏度是不一样 的，各种压力传感器的对比见表 2。这些误差都须进行关注，否则会 影响到统计控制的有效性。表 2： 压力传感器的性能对比压力测量可靠性/ 耐用性温度范围/温度敏感性动态响应总误差 /%布尔登式（管式）差200差差35气动式良好400差差1
14、.5毛细管应变式正常400正常正常0.53推杆应变式正常400差正常3压电式良好120正常极佳0.51.5压阻式良好400良好良好0.20.5光学式良好600良好良好13.3 温度的测量系统通常在螺杆端部通过装在熔体中的温度传感器来测量熔体温度为了保证测量效果，必须确保温度传感器与熔体接触良好。所以，压 力/温度传感器不适于熔体温度的测量，嵌入安装的温度传感器不适 于熔体温度的测量，因为此时测量的温度主要反映了金属壁面的温 度。机筒和模具温度对注射成型过程也非常重要。 其测量通常采用刺 刀型热电偶。 采用普通热电偶进行温度测量， 会因为如下原因产生显 著的误差：环绕塑化单元的空气流会引起高达
15、50的误差；热电偶安装深度不够，将引起高达 10的误差，深度应不小于25mm。在测量机筒温度时， 由于我们关心的是聚合物的温度， 所以就要 尽可能靠近聚合物进行测温和控温， 要使热电偶尽可能地接近机筒内 径。还可以采用红外（ IR ）探头进行熔体温度测量。红外法测量熔体 温度的优点是可以快速测量到熔体温度的变化，典型的响应时间为 10us 左右。同时，机筒的内部温度可能会在较宽的范围内波动， 导致过程发 生较大的波动。 最好同时采用深孔和浅孔进行温度测量， 被控温度为 深孔温度。这样， 就可以确定径向温度梯度，以及过程导入或导出的 热量。深孔温度为被控温度， 而浅孔则是通过多级电路参与温度的控 制。3.3 转速的测量分析由于注射机的回复速率直接由螺杆转速确定， 所以精
