——通往免看守注塑工艺的道路由数据铺就，并可通过遵循特定步骤找到。

（作者：Suhas Kulkarni, Fimmtech Inc.）

几年前，洛杉矶地区的一家公司请我演示我的工艺开发软件 Nautilus。该公司的所有者/总裁接到其客户的要求，让他考虑使用这个程序来辅

助其工艺开发。他非常不高兴！我走进会议室，他说的第一句话——甚至在任何问候之前——是："我不用任何工具开发工艺多年，生意也一直

很成功，凭什么要买你的软件？"

我平静地回答："您说得完全正确！您的生意确实很成功，但您本可以让它更成功、利润更高。" 这话又惹恼了他。我一向喜欢以身作则，所以，

尽管原计划只待一小时左右，我却（免费）待了一整天，拿了他一个正在生产的四腔模具，将周期时间从 32 秒降到 26 秒——减少了 16%——

同时还降低了检验频率，并开发了一个"无需调整"的稳健工艺，他们可以"永远"运行下去而无需更改工艺设置。

尽管对我们行业所有的工艺人员深表敬意，但我所见过的最大错误是，在模具厂或模具制造商处的首次试模时，就试图注塑出符合规格的零件。

首次运行应关注两个主要方面。

首先，模具的设计和制造是否能够实现"无需调整、无需看守"的工艺？一旦模具进入注塑机并开始生产，在运行结束之前，应该完全不需要工

艺技术员的干预。第二方面是检查产品质量是否远在规格限之内，以及工艺是否需要不断调整来维持产品质量。例如，从白班转到夜班时，或

者车间大门敞开时，是否需要调整工艺？

稳健的工艺是指，在整个生产运行及未来的运行中，无需更改任何工艺参数，就能持续生产出符合所需质量规格的零件。实现这样的工艺应是

工艺开发的目标。我在研讨会开始时通常会问学员："如果我要求您以 80 英里/小时的定速巡航连续开车 5 小时不停，您会选择哪条路——悬

崖边上的路，还是宽阔笔直的高速公路？" 学员们总觉得答案显而易见。

在悬崖边的路上，稍一分心或微小的失误就可能让您失控坠落；但如果您行驶在宽阔的道路上，您就可以短暂地分散注意力去调节车内温度、

选个电台或者喝口水。简单来说，这就是稳健性。工艺应当能够缓冲任何自然波动，并且仍然生产出符合规格的零件。每个过程中都始终存在

自然波动，无论是您从家开车上班的过程、注塑过程，还是冰晶的形成过程。目标应该是尽量减少波动，因为它永远无法完全消除。注塑工艺

必须能够实现"定速巡航"，并且必须是稳健的。

注塑产品的波动从何而来？从广义上讲，波动可能来自机器、塑料、环境、测量系统、人员和注塑工艺。可能还有其他一些来源，但这些是主

要的贡献者。在模具已经装在注塑设备的情况下，作为流程工艺师的我们，开发与制定注塑工艺流程需要关注注塑工艺本身。当然，在此之前，

我们需要了解和评估机器、材料及其他输入条件，确保它们都表现良好且波动最小。这些就是我所说的注塑机上影响零件质量的 *11+2* 个工

艺参数（图 1）。如果注料与保压阶段是分开的，那么就有 13 个参数，但在某些情况下它们不分开，所以我们有 11 个参数。

这些参数现在成为零件质量波动的来源，因此我们需要找到它们的最佳设定点，使工艺能够稳健。我们需要为每个参数找到一个"宽阔的车道"，

这样我们最终将获得一个也能在"宽阔高速公路"上注塑零件的工艺。工艺工程师通常使用科学注塑的技术进行工艺开发。

我更喜欢使用"科学加工"这个术语，因为工艺从塑料颗粒进入注塑车间开始，然后储存、干燥、加工成零件，经历模后收缩，最后打包运出

大门。我认为工艺是塑料颗粒的完整旅程，我们需要关注每一个环节。科学注塑是注塑过程中的工艺流程开发活动（图 2）。

我将我的工艺开发活动分为两个阶段（图 3）。在第一阶段，我探索 11+2 个参数中的每一个，并找到能够注塑出外观合格零件的设定范围。

这些被称为*外观工艺窗口（CPW）*。您可以将 CPW 理解为寻找您可以行驶汽车的公路车道宽度。最重要的是，在*第一阶段我不查看任何

尺寸*。第一阶段全部目标是确定："在不考虑尺寸受到影响的情况下，我能否获得一个稳健的工艺？"

尺寸必须在*第二阶段*查看。一旦我知道了能够获得外观合格零件的范围（工艺窗口），我将进行*实验设计（DOE）* 来评估尺寸与每个设定

范围之间的关系。例如，我们假设在 4000 psi 的保压压力以下，零件会射不满，而在 9000 psi 以上，零件会有飞边。因此，在 4000 和 9000

 psi 之间注塑的零件外观都是合格的，工艺窗口的宽度就是 5000 psi。

DOE 意味着在 4000 和 9000 psi 的保压压力下测量尺寸，然后在 4000 和 9000 psi 之间选择一个压力以达到所需的尺寸。实际上，这可以是

一个压力范围，而不仅仅是一个压力值。例如，我们可能在 5500 到 6500 psi 之间实现目标尺寸。这个范围现在被称为*尺寸工艺窗口

（DPW）*。这个窗口越宽，您的工艺就越稳健。

对于 4000 到 9000 psi 的 CPW，如果满足所需尺寸所需的最小注塑压力是4100 psi，那么该工艺现在就处于悬崖边缘（图 4）。如果压力增加，

零件将超出规格；如果压力降低到 4000 以下，零件将会射不满。只有压力始终精确保持在 4100 psi 且绝对没有波动，您才能注塑出合格的零

件。但我们知道这在生产中是不切实际的，因此存在射不满和/或超规零件混入合格零件的风险。显而易见，我们应始终避免处于悬崖边缘的工

艺。这里还值得记住的是，质量检验员首先要看的是零件外观是否合格。只有在没有外观缺陷的情况下，他们才会检查尺寸。

如果尺寸窗口很小怎么办？比如，我们能注塑出符合要求尺寸零件的唯一压力是 4100 psi，那么，如果您想要一个稳健的工艺，只有两种选择。

我会选择压力范围的中心点作为首选工艺设定。在这个例子中，那就是 6500 psi。这两种选择是：改变模腔钢材的尺寸，或者改变产品尺寸的

规格。您也可以将两者结合。在大多数情况下，改变产品规格是不可行的，因此我们需要关注模腔钢材。（模具工程师，请在形成任何意见之前

继续阅读。）

DOE 将不仅仅使用一个工艺参数，而是使用 11+2 个参数中对零件质量影响最大的至少三到五个参数。在选择这些因素时，请考虑压力-体积-

温度 关系图。所有钢材尺寸和/或产品规格的更改都必须由数据驱动，并应基于 DOE。应向模具工程师提供基于实验数据的、有说服力的数值

信息，以便他们更改模腔钢件尺寸。缺乏基于实验设计的数值信息一直是模具工程师的困扰。在进行任何钢材修改之前，必须进行全面的研究。

去掉钢材容易；再加回去，可就没那么简单了。

分两阶段建立注塑工艺将帮助您做出数据驱动的决策，从而引导您建立一个能够持续生产合格零件的"定速巡航"式工艺。尺寸工艺窗口始终是

外观工艺窗口的子集，因此，外观工艺窗口越宽，获得更宽尺寸工艺窗口和更平稳"巡航控制"的机会就越大。在过去的 24 年里，我在几家公司

成功使用了这种技术。数据驱动的决策是关键。

**关于作者**：Suhas Kulkarni 是位于圣地亚哥的 Fimmtech 公司的创始人兼总裁，该公司是一家专注于科学注塑的注塑服务公司。Fimmtech 

已开发出多种定制工具，帮助注塑商开发稳健的工艺，其研讨会已培训了数百人。Kulkarni 是畅销书《稳健工艺开发与科学注塑》（由 Hanser

Publications 出版）的作者。联系方式：(760) 525-9053；suhas@fimmtech.com；fimmtech.com。