注塑行业快速换模系统的发展历程及前景分析

一、SMED 的概念及起源  
SMED是指通过工业工程的手段将模具的换模时间、生产启动时间或调整时间等尽可能减少的一种过程改进方法,其可显著地缩短模具安装、设定换模所需的时间达到缩短产品切换时间的效应。其又被称单分钟快速换模法或10分钟内换模法,用来解决设备如何快速装换调整这一难点,将可能的换线时间缩到最短(即时换线),处于最小浪费的状态。
SMED起源于50年代初期的日本,由Shigeo Shingo(新乡重夫)在丰田企业发展起来,Single的意思是小于10分钟(Minute),最初使用在汽车行业,以达到快速的模具切换(Exchange of Die),它帮助丰田企业产品切换时间获得极大地缩短。
注:新乡重夫(Shigeo Shingo,1909年-1990年)——日本工业工程(IE)领域世界著名的品质管理专家,著名的丰田生产体系创始人之一。
二、SMED的实质
1、什么叫换模时间
理解SMED,首先要了解换模时间的概念。
在精益生产中,可以将换模时间定义为:从前一生产作业(Production Run)产出品种的最后一个合格产品,到下一生产作业产出品种的第—个合格产品(首件)之间的时间间隔。就成本而言,换模时间是无产出价值时间,是需要被尽可能地缩短用以减少浪费的。
换模时间主要由4部分组成:准备时间,换模操作时间,调整时间,整理时间,如下图所示。
 
  
换模时间按其前后工序分为“内换模时间”和“外换模时间”。
内换模时间:指必须将生产活动中断下来才可以完成的活动,主要包括模具拆卸、顶杆调整、模具对准、模具固定、首件检验等工作。
外换模时间:指那些不用使生产活动停止便可完成的活动,主要包括:寻找模具、吊取模具、吊取材料、成品转移、模具归位等工作内容。外换模又分为“前外换模”和“后外换模”。
2、SMED的原则
(1)区分内部作业转换与外部作业转换
(2)内部作业转换尽可能转换成外部作业
(3)排除一切调整过程
(4)完全取消作业转换操作
3、SMED的基本方法
(1)将内换模时间最大限度转换为外换模时间,缩短停机换模的间隔时间。
即指在没有停机的时候就做好前期换模准备,例如:如工装夹具准备;零部件准备;作业指导书准备;升降工具、作业台准备等。将取拿新模具,清洁新模具,取拿试产部件等活动在不需要停机时准备好。然后,进行一些与模具有关的预先工作,比如:预装配、预设定、预清洁、预热等等。 通过以上为内换模的高效率实现如下目标:
不寻找:物品、零部件、工具充分定置,不用寻找。
不移动:配置不需要两次以上搬动的放置台或者放置场所。
不多用:除了必要的工具以外,不多使用其它工具。
(2)提高内换模效率,缩短内换模时间。
原传统提高内换模效率的手法及原则有:
简化模具取按动作:减少卸下和安装模具过程中的”转身”动作;将多个拿放动作简化为一个动作;单个动作一次放好;使用装配架、模板等;使用标准工具、同型号同大小的螺丝和螺栓等。
安排多人并行作业:为了缩短停机换模时间,可以在停机换模过程中,多人同时开展换模工作,提前沟通、明确分工,以免产生多余动作,同时避免操作遗漏;这点可参考F1赛车过程中的换胎和检修操作。
缩短模具调整时间:首要明确需调整位置还是调整尺寸,分析调整原因是累积误差还是标准不统一,还是作业人员安装、调整的熟练程度,找到应对方法,改善调整动作,争取一次换模成功。
三、快速换模系统的发展历程
在注塑行业,由于市场竞争塑料制品更新换代非常快,多品种、中小批量、混流准时制生产成为了主流,尤其在汽车配套行业。对模具更换的的频次要求越来越高,相应的注塑机停机换模时间将大大增加,严重影响生产效率和机器使用率。在注塑加工自动化中如果不有效地解决快速换模问题,其它生产环节自动化程度再高也难以充分提高设备的使用率,整套设备也只能称得上是体格健壮、反应灵活的“瘸子”。
关于快速换模的效率的提高如果仍停留在如何改进流程、安排人力、检讨调整方案上根本不能满足实际应用需求,于是”快速换模系统”应运而生,在欧美工业发达国家得到了广泛的应用,也经历了从纯机械旋拉式到液压式再到电磁式的发展过程。
(1)机械旋拉式快速换模系统
早期的快速换模系统为机械旋拉式,这是较早期的快速换模系统,典型产品出自瑞士“STAUBLI”公司。该系统的特点是:模具背部中心夹紧,适用于中小型注塑机。其机械结构比较复杂,夹紧力在模具背板后部中心部位。
 
其优点:模具四周完全开放,无任何夹压元件,便于外部管路的插接。
其弱点:模具背板须加装统一的加紧机构,工作中模具变形及磨损较大,无夹压元件反馈信号供给主机,系统安装、维修难度较大,不适于现有设备的加装。
(2)液压式快速换模系统
这是采用的比较普遍的快速换模系统,早期的典型产品出自ENERPAC公司、美国AEROSTAR公司、日本PASCAL公司。
其优点是:适用性强,应用范围广,可用于各种规格的注塑机;气动多回路控制,与机台控制箱连接,如异常将强制停机,操作安全;各油压回路具有长时间保压功能,不受停电及空压消失的影响。
其缺点是:对模具的模板厚误差有要求,需统一模具背板尺寸。
 
 
(3)磁力吸盘式快速换模系统
这是近年来被欧美工业发达国家广为接受和采纳的快速换模系统,典型产品出自意大利TECNOMAGNETE(泰磁)公司。
其优点是:结构及控制简单,加装方便,适用于各种规格的注塑机,夹紧力来自永久磁性材料,夹紧状态有实时信号反馈给主机,保证夹紧安全;模具在工作中变形和磨损很小,注塑件精度及一致性好;该系统无机械动作、电控瞬间用电,在使用中无须维护,寿命长。
其缺点是:磁力模板的厚度(54mm+54mm)对小型机的开模行程有一定影响
 
 
 
四、快速换模系统在国内发展前景展望
我国从80年代开始研发注塑机快速换模系统,大量地借鉴了发达国家液压快速换模系统的经验,到现在已经经历了近40年的发展历程,属于非常成熟的产品,目前已经成功应用到所有液压锻造、液压冲压、射出成型等主要设备机型上。液压快速换模行业现在已进入了全自动时代,换模台车的配合、电子控制系统的介入以及智能模库等产品的出现,为国内企业进入智能制造时代提供了强有力的支撑。
而随着电永磁材料的更多应用,以及意大利泰磁进入国内市场,国内一大批做电永磁吊装服务的企业开始进入快速换模领域,形成了与液压快速换模系统双雄并立的格局。
伴随着中国模具行业与世界领先水平接轨的过程,快速换模作为模具产业的配套服务,也将借力于中国强大的工业制造能力进入国际先进行列。

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