生产周期优化 - 如何缩短注塑时间 2025

简介 - 每一秒的价值

注塑周期时间可以说是批量生产中最重要的经济参数。在年产 300 万件产品时,仅将周期缩短5 秒,就意味着节省4,167 台机小时 - 相当于单班生产 173 个生产日或年节省 50,000-125,000 欧元(取决于机时成本)。

在波兰注塑行业中,汽车零件的平均周期时间为28-45 秒,包装为15-30 秒,小型精密零件为8-20 秒。然而,研究表明,在60-75% 的情况下,这个时间可以缩短 10-30%,而不会影响质量 - 通过工艺参数优化、模具冷却改进或技术升级。

为什么周期优化至关重要?

• 生产成本:更短的周期 = 每小时更多零件 = 更低的单位成本
• 产能:缩短 20% 的周期 = 提高 25% 的生产力,无需新机器
• 能源:每个周期的时间更短 = 每件产品的能源更少(经过适当优化)
• 投资回报率:优化投资(10,000-30,000 欧元)可在 3-12 个月内收回
• 竞争力:更短的周期时间 = 更低的报价 = 更多合同

关键见解:在典型的注塑周期中,冷却占总时间的 50-70%。这是最大的节省潜力所在。因此,在本文中,我们特别强调冷却阶段的优化以及共形冷却和热流道系统等技术。

在这份综合指南中,我们介绍了Tederic NEO 和 DREAM注塑机的经过验证的周期时间缩短技术,包括:

• 分析所有周期阶段并识别瓶颈
• 模具冷却优化(共形冷却、顺序冷却、脉冲冷却)
• 注射速度和压力曲线
• 热流道与冷流道经济性
• Moldflow 模拟应用
• Tederic 机器特定参数化
• 真实案例研究:从 45 秒缩短到 32 秒(提高 28%)

本文面向工艺工程师、生产经理和注塑工厂所有者,他们寻求具体、可衡量的效率改进,而无需高风险和资本密集型投资。

注塑周期的构成

要有效优化周期时间,必须了解它由哪些阶段组成以及最大的节省潜力在哪里。

注塑周期的 5 个主要阶段

1. 合模(Mold Close)

典型时间:1.5-4 秒(取决于开模距离和机器大小)

描述:移动模板闭合,在最后阶段以低速夹紧模具(慢速合模以确保安全)

优化潜力:低-中等(可能减少 5-15%)

• 最大化快速合模速度(最多 90% 的行程)
• 最小化慢速合模距离(最后 5-10 毫米)
• 消除不必要的延迟计时器

2. 注射 + 填充

典型时间:0.5-3 秒(快速阶段)

描述:螺杆在高压高速下将熔融材料注入模腔

优化潜力:中等(减少 10-30%)

• 多段注射曲线(2-5 段)
• 在保持质量的同时最大化速度
• 优化浇口设计(降低流动阻力)

3. 保压/补缩

典型时间:3-15 秒

描述:在固化过程中保持压力以补偿材料收缩

优化潜力:高(减少 20-40%)

• 浇口冻结检测(在浇口冻结时准确结束保压)
• 在保持质量的同时最小化时间(无缩痕)
• 压力曲线优化(衰减曲线)

4. 冷却

典型时间:10-40 秒(通常占整个周期的 50-70%!)

描述:材料在模具中固化,直到达到足够的刚性以便顶出

优化潜力:非常高(可能减少 20-50%)

• 共形冷却通道(3D 打印)→ 冷却时间减少 20-40%
• 脉冲冷却/顺序冷却
• 模具温度优化(±0.5°C 精度)
• 热流道系统(消除流道冷却)
• 更快固化的材料

5. 开模和顶出(Mold Open + Ejection)

典型时间:2-6 秒

描述:模具打开,顶针推出零件,机器人移除(可选)

优化潜力:中等(减少 10-20%)

• 最大化开模速度
• 机器人取件(更快更可重复)
• 优化顶出顺序

示例时间分解 - 汽车零件 250g PP

阶段	时间 [秒]	周期占比	缩减潜力
合模	2.8	8%	-0.3秒 (11%)
注射 + 填充	1.2	3%	-0.2秒 (17%)
保压/补缩	8.5	24%	-2.0秒 (24%)
冷却	22.0	62%	-6.0秒 (27%)
开模 + 顶出	3.5	10%	-0.5秒 (14%)
总计	35.5	100%	-9.0秒 → 26.5秒 (25%)

结论:如图所示,冷却占周期的 62% - 这是优化的首要领域。即使冷却时间减少 27%,也会转化为总周期减少 25%。在以下部分中,我们将详细讨论如何实现这一目标。

冷却优化(占周期的 50-70%)

冷却是注塑周期中最大的时间消耗者,同时也是优化潜力最大的领域。在本节中,我们介绍 6 种经过验证的冷却时间缩短策略。

1. 模具温度策略 - 最佳点

问题:较高的模具温度 = 更好的填充和表面光洁度,但冷却时间更长。较低的温度 = 更短的冷却,但有短射和表面缺陷的风险。

解决方案:找到最低可接受模具温度(MAMT)

DOE 方法(实验设计):

1. 设置基线模具温度(例如 PP 为 50°C)
2. 运行一系列温度:45°C、40°C、35°C
3. 对于每个温度监测:
   • 顶出所需的冷却时间(无变形)
   • 表面质量(光泽度、纹理)
   • 填充(无短射)
   • 尺寸稳定性
4. 选择满足所有质量要求的最低温度

示例:将模具温度从 50°C 降低到 40°C(PP)

• 冷却时间减少:18秒 → 14秒(-22%)
• 质量影响:最小(光泽度 85→82,可接受)
• 年节省:330万件 × 4秒 × 0.05欧元/分钟 = 11,000 欧元

注意:对于某些材料(PA、PC)和应用(光学零件),高模具温度至关重要 - 不能在不影响质量的情况下降低。

2. 共形冷却 - 模具冷却革命

什么是共形冷却?

传统模具中的冷却通道是直的、钻孔的(直钻孔)。共形冷却由轮廓通道组成,通过 3D 打印(增材制造)生产,沿着型腔形状,确保均匀冷却。

共形冷却的好处:

• 冷却时间减少 20-40%(行业数据)
• 均匀冷却→ 更少翘曲,更好的尺寸控制
• 冷却困难几何形状的能力(深筋、复杂形状)
• 更高的表面质量(无热点)

挑战:

• 成本:模具额外成本 15,000-80,000 欧元(取决于大小和复杂性)
• 盈亏平衡:通常为 300,000-1,500,000 件
• 技术:需要具有 DMLS/SLM 能力的经验丰富的模具制造商

投资回报率示例 - 汽车保险杠模具:

• 共形冷却投资:35,000 欧元
• 周期时间减少:42秒 → 32秒(-24%)
• 年产量:800,000 件
• 节省的机器小时:80万 × 10秒 / 3600 = 2,222小时
• 价值 @ 45欧元/机时:100,000欧元/年
• 回收期:35,000 / 100,000 = 0.35 年 = 4.2 个月 ✅

3. 顺序冷却

概念:不是在整个时间内均匀冷却整个模具,而是按顺序冷却不同区域:

1. 第 1 阶段(0-5秒):仅密集冷却浇口区域(快速浇口冻结)
2. 第 2 阶段(5-12秒):整个型腔的全面冷却
3. 第 3 阶段(12-18秒):关闭冷却,仅关键区域

优势:

• 更快的浇口冻结 → 更短的保压时间
• 受控固化 → 更少的内应力
• 可能减少 10-20% 的冷却时间

实施:需要控制阀(比例阀)和 PLC 集成。成本:8,000-25,000 欧元,取决于区域数量。

4. 脉冲冷却

方法:不使用恒定的冷却水流,而是使用高流量脉冲与暂停交替。

理论基础:脉动流产生湍流 → 更好的传热系数 → 更快的冷却

研究结果:实验室测试中冷却时间减少 8-15%,但工业结果参差不齐(实际中为 5-12%)。

TEDESolutions 专家意见:脉冲冷却可以为特定应用(厚壁零件)带来结果,但共形冷却提供显著更好和更可预测的结果。我们建议在考虑脉冲冷却之前,首先优化模具温度并考虑共形冷却。

5. 热流道系统 - 消除流道冷却

在热流道与冷流道部分有详细介绍,但关键的周期时间优势是:

冷流道:流道必须在顶出前冷却 → 额外 3-8 秒

热流道:无流道 → 立即从周期中消除 3-8 秒

对于大批量应用(>50 万件/年),热流道是周期时间的游戏规则改变者。

6. 精确温度控制 - TCU ±0.5°C

标准温度控制单元(TCU)的精度为±2-3°C。高级 TCU(例如 Regloplas、Wittmann 系列)可达到±0.5°C。

为什么这对周期时间很重要?

• 精确温度 → 更可重复的固化时间
• 可以在不变化风险的情况下将冷却时间减少到更接近最小值
• 典型周期时间节省:3-8%

成本:高级 TCU 成本为 8,000-18,000 欧元(相比标准的 3,000-6,000 欧元)

投资回报率:大批量生产为 12-24 个月

加快注射和填充

注射和填充阶段通常仅占整个周期的 3-8%,但该阶段的优化对保压和冷却时间也有重大影响,因此至关重要。

1. 多段注射曲线

单段注射问题:整个填充过程中的恒定注射速度通常导致:

• 喷射(开始时速度过高)
• 犹豫痕迹(结束时速度过低)
• 厚/薄区域的非最佳填充

解决方案:2-5 段注射曲线

汽车零件的 3 段曲线示例:

段	位置 [毫米]	速度 [毫米/秒]	压力 [巴]	目标
1	0-15	60	1200	温和启动(无喷射)
2	15-85	180	1400	最大填充速度
3	85-100	90	1200	温和结束(光滑表面)

好处:

• 更短的填充时间:1.8秒 → 1.3秒(-28%)
• 更好的质量:消除喷射和犹豫痕迹
• 更均匀的填充:→ 可能更短的保压时间

如何找到最佳曲线?

1. Moldflow 模拟:最佳方法 - 实时显示流动前沿速度
2. 生产 DOE:测试不同曲线(2-3 天测试)
3. 短射研究:在 20%、40%、60%、80%、95% 填充下运行系列 - 观察流动模式

2. 在保持质量的同时最大化注射速度

一般规则:更快的注射意味着更短的填充时间,并且通常更短的冷却时间(材料进入时温度更高 → 更均匀的温度分布)。

注射速度限制:

• 喷射:小浇口处速度过高 → 射流而不是平滑流动
• 烧焦痕迹:注射过快 → 型腔中的空气无法逸出 → 燃烧
• 飞边:高动态压力可以打开模具
• 材料降解:非常高的剪切速率 → 聚合物降解

流行材料的最佳点(Tederic 机器):

材料	注射速度 [毫米/秒]	Tederic 最大速度	注意事项
PP	80-200	最高 250	流动性非常好,可以快速
PE-HD	60-150	最高 220	类似于 PP
ABS	50-120	最高 180	中等速度
PA6, PA66	100-250	最高 300	高温时流动性非常好
PC	40-100	最高 150	小心 - 剪切敏感
PC+ABS	50-130	最高 180	中速
POM	80-180	最高 240	流动性好

优化方法(渐进速度增加):

1. 从保守速度开始(材料最大值的 50%)
2. 每次运行增加 10-15% 的速度
3. 监测:喷射、烧焦痕迹、飞边、表面质量
4. 当出现第一个缺陷时 → 降低 10% → 这就是您的最佳值

3. 浇口设计优化

虽然这是模具修改(不是工艺参数),但浇口优化对可能的注射速度有巨大影响。

浇口类型及其对周期时间的影响:

浇口类型	流动阻力	可能的注射速度	周期时间影响
小侧浇口	非常高	低(喷射风险)	填充慢
大侧浇口	中等	中-高	✅ 良好平衡
膜浇口	低	非常高	✅ 填充最快
热流道阀浇口	非常低	最大	✅✅ 速度最佳

浇口修改:将侧浇口从 1.2 毫米扩大到 2.0 毫米,允许注射速度从 80 增加到 140 毫米/秒 → 填充时间 2.1秒 → 1.4秒(-33%)

保压优化

保压(补缩)阶段补偿固化过程中的材料收缩。这通常占周期时间的 15-30%,优化可以带来该阶段 20-40% 的减少。

1. 浇口冻结检测 - 关键技术

问题:传统上,保压时间是根据经验设置的,并且"为了安全" - 通常比实际需要的时间长 2-5 秒。

解决方案:浇口冻结时间研究

方法:

1. 将保压时间设置得肯定过长(例如 15 秒)
2. 运行保压时间系列:12秒、10秒、8秒、6秒、4秒、2秒、0秒
3. 对于每个系列称重 10 件
4. 绘制图表:保压时间与零件重量
5. 浇口冻结时间 = 进一步增加保压时间不会增加零件重量的点
6. 设置生产保压时间 = 浇口冻结 + 0.5-1.0秒(安全裕度)

示例 - 包装零件 PP 85g:

保压时间 [秒]	平均零件重量 [克]	标准偏差 [克]
0	82.1	0.8
2	83.9	0.4
4	84.8	0.2
6	85.2	0.1
8	85.3	0.1
10	85.3	0.1
12	85.3	0.1

结论:浇口冻结发生在8 秒。保压时间 >8 秒不会增加材料。

最佳生产设置:8.5秒(原来是 12秒 → 节省 3.5秒 = 保压时间减少 29%)

2. 保压压力衰减曲线

不使用恒定的保压压力,而是使用衰减曲线:

3 段保压曲线:

1. 0-2秒:800 巴(高 - 补偿初始收缩)
2. 2-5秒:600 巴(中等 - 进一步填充)
3. 5-8秒:400 巴(低 - 仅维持到浇口冻结)

好处:

• 更好的尺寸控制(更少过度填充)
• 更早终止的可能性(在较低的最终压力下浇口更早冻结)
• 零件中的应力更少 → 翘曲更少

3. 在无缩痕的情况下最小化保压时间

挑战:保压过短 → 厚截面上的缩痕(凹陷)

在短保压时间下避免缩痕的策略:

• 零件设计:均匀壁厚(理想 2-4 毫米),避免厚凸台
• 加强筋策略:筋而不是实心厚截面
• 浇口位置:靠近厚截面(更好的填充)
• 保压压力提升:在短保压时间内施加更高压力
• 型芯回退技术:保压结束时轻微打开模具(高级)

热流道与冷流道 - 经济性

热流道系统是大批量生产中最有效的周期时间缩短投资之一,但需要大量初始资本。

冷流道 - 传统方法

工作原理:材料通过冷浇道和流道流入型腔。循环后流道(浇道 + 流道)与零件一起顶出,必须回收(粉碎)或处理。

周期时间影响:

• 流道必须冷却与零件一起 → 额外3-8 秒冷却时间
• 更粗的流道 = 更长的冷却

周期时间和成本的缺点:

• 更长的周期时间(冷却流道)
• 浪费材料(流道 = 注射重量的 15-40%)
• 粉碎处理成本
• 熔化和冷却流道的能源

优势:

• 低初始模具成本(便宜 30,000-80,000 欧元)
• 简单 - 易于维护
• 灵活性 - 易于更换材料和颜色

热流道 - 先进技术

工作原理:加热歧管和喷嘴保持材料在流道中处于熔融状态。材料通过热浇口或阀浇口直接流入型腔。无需顶出流道。

周期时间影响:

• 消除 3-8 秒冷却时间用于流道 → 立即减少周期
• 更快填充的可能性(热流道浇口通常更大)

周期时间和成本的优势:

• 更短的周期时间(消除流道冷却)
• 零材料浪费(无流道)
• 节能(无熔化和冷却浪费)
• 更好的质量(更一致的熔体温度)
• 自动化(无需分离流道)

缺点:

• 高初始成本:20,000-150,000 欧元,取决于大小和浇口数量
• 复杂维护:需要训练有素的技术人员
• 材料更换:更长更困难(清洗热流道)
• 颜色变化:耗时(歧管中的残留物)

盈亏平衡分析 - 热流道何时值得?

示例计算 - 汽车零件 180g PA6+GF30,2 腔模具:

冷流道:

• 模具成本:85,000 欧元
• 周期时间:38 秒
• 注射重量(零件 + 流道):180g × 2 + 95g 流道 = 455g
• 材料浪费:95g / 455g = 20.9%
• 零件/年(3 班):2 × 3600 × 24 × 365 / 38 = 1,661,000 件/年

热流道:

• 模具成本:85,000 欧元 + 48,000 欧元热流道 = 133,000 欧元
• 周期时间:33 秒(-5秒 = -13%)
• 注射重量:180g × 2 = 360g(零浪费)
• 材料浪费:0%
• 零件/年(3 班):2 × 3600 × 24 × 365 / 33 = 1,912,000 件/年(+15% 产能)

年节省:

类别	冷流道	热流道	节省/年
材料(PA6-GF @ 3.2欧元/千克)	242,000 欧元	220,000 欧元	22,000 欧元
能源(机器 + 加热)	28,500 欧元	26,800 欧元	1,700 欧元
增加的产能价值	-	-	35,000 欧元*
人工(处理流道)	8,200 欧元	0 欧元	8,200 欧元
总节省	-	-	66,900 欧元/年

*假设能够以 0.14 欧元的利润率销售额外的 251,000 件/年

回收期:

额外投资:48,000 欧元

年节省:66,900 欧元

回收:48,000 / 66,900 = 0.72 年 = 8.6 个月 ✅

结论:对于大批量生产(>100 万件/年),热流道具有出色的投资回报率,并显著缩短周期时间。

TEDESolutions 建议

推荐使用热流道的情况:

• 年产量 >500,000 件
• 长期运行(同一零件数月/数年)
• 昂贵的材料(PC、PA-GF 等)
• 周期时间对竞争力至关重要
• 自动化(机器人) - 无流道更容易

可接受冷流道的情况:

• 低产量(<20 万件/年)
• 频繁的材料/颜色变化
• 原型制作或小批量生产
• 模具预算约束

模具温度控制(TCU)

温度控制单元(TCU)通常是周期优化的被低估的元素。精确和稳定的模具温度对以下方面有直接影响:

• 冷却时间(主要好处)
• 周期可重复性(更少变化)
• 零件质量(尺寸稳定性、表面光洁度)

标准 TCU 与高级 TCU

参数	标准 TCU	高级 TCU	影响
温度精度	±2-3°C	±0.3-0.5°C	关键
响应时间	慢(60-120秒)	快(15-30秒)	中等
流量控制	开/关	比例	中等
价格	3,000-6,000 欧元	8,000-18,000 欧元	-

TCU 精度对周期时间的影响

低精度 TCU(±3°C)的问题:

• 模具温度在 47-53°C 之间振荡(设定点 50°C)
• 在最坏情况下(53°C),冷却时间必须更长
• 必须设置冷却时间"为最坏情况" → 在平均/最佳情况下浪费时间
• 零件尺寸和质量的变化

高级 TCU(±0.5°C):

• 模具温度稳定在 49.5-50.5°C
• 冷却时间可以设置更接近绝对最小值
• 冷却时间减少通常为3-8%
• 出色的可重复性 → 更高的 Cpk → 更少废品

示例 - PC 光学零件:

• 标准 TCU:模具温度 80±3°C,冷却 25秒,Cpk 1.15
• 高级 TCU:模具温度 80±0.5°C,冷却 23秒(-8%),Cpk 1.58
• 投资回报率:高级 TCU 12,000 欧元,节省 2秒 × 120万件/年 × 0.05欧元/分钟 = 12,000欧元/年 → 回收 12 个月

双区与多区温度控制

对于具有不同壁厚的复杂模具,多区 TCU可以实现:

• 不同模具截面的不同温度
• 厚区域:较低温度(更多冷却)
• 薄区域:较高温度(更好填充)
• 结果:更均匀的冷却 → 更短的总周期时间

示例:汽车仪表板的 4 区 TCU:

• 区域 1(厚筋):45°C
• 区域 2(中等区域):52°C
• 区域 3(薄壁):58°C
• 区域 4(浇口区域):50°C
• 周期时间减少:48秒 → 41秒(-15%)与单区 @ 52°C 相比

快速换模(SMED)

SMED(单分钟换模)是一种精益制造方法,用于减少换模时间。虽然它不直接影响单个零件的周期时间,但更短的换模可以增加有效生产时间。

典型换模时间 - SMED 之前

Tederic 200-400T 机器上的传统换模:

• 关闭前一个模具:5-10 分钟
• 模具移除:15-25 分钟
• 新模具安装:20-30 分钟
• 液压/电气连接:10-20 分钟
• 工艺设置和首次注射:15-30 分钟
• 总计:65-115 分钟(1-2 小时)

在一个拥有 10 台机器每天换模 3-4 次的工厂中,这是每周损失 30-45 小时的生产时间!

SMED 实施 - 关键技术

1. 分离外部与内部活动

• 外部:新模具准备、预热、工具 - 在机器生产时进行
• 内部:仅必须在机器停止时进行的活动

2. 将内部转换为外部(如果可能)

• 模具预热:外部加热车而不是在机器上加热
• 标准化螺栓:所有模具相同的螺栓尺寸 → 更快移除

3. 快速连接系统

• 快速断开联轴器用于冷却水(而不是螺纹连接)
• 即插即用电气连接器用于热流道
• 磁性夹具而不是螺栓夹具(在 Tederic 机器上可用于 <260T)

4. 标准化

• 标准模座尺寸(例如全部 500×500 毫米)
• 所有模具的标准工具
• 颜色编码连接

5. 培训和练习

• 换模演习(团队练习)
• 视频录制和分析(消除浪费的动作)
• 操作员检查清单

SMED 结果 - 波兰包装制造商案例研究

SMED 之前:

• 平均换模:95 分钟
• 8 台机器上每天 6 次换模 = 每天 48 次换模
• 损失时间:48 × 95 分钟 = 76 小时/天

SMED 之后(3 个月实施):

• 平均换模:18 分钟(-81%)
• 损失时间:48 × 18 分钟 = 14.4 小时/天
• 收益:76 - 14.4 = 每天恢复 61.6 小时生产时间

财务影响:

• 恢复的产能:61.6小时/天 × 250 天 = 15,400 小时/年
• 价值 @ 65欧元/机时:1,001,000 欧元/年
• SMED 投资(快速联轴器、培训、车):85,000 欧元
• 投资回报率:0.08 年 = 1 个月 ✅

Moldflow 模拟优化

Moldflow(或其他 CAE 工具,如 Moldex3D、Simpoe)是无需昂贵的生产试错即可实现周期时间优化的最快途径。

可以用 Moldflow 优化什么?

1. 冷却通道设计

• 模拟不同的冷却通道布局
• 优化直径、间距、与型腔的距离
• 设计共形冷却通道
• 好处:通过最佳设计可能减少 20-40% 的冷却时间

2. 周期时间预测

• 准确预测不同模具温度下的固化时间
• 优化模具温度以实现最小周期时间而无缺陷
• 好处:消除生产中的 10-20 次试验迭代

3. 注射速度曲线

• 在不同速度曲线下模拟流动前沿速度
• 识别均匀填充的最佳曲线
• 好处:填充时间减少 15-30% + 更好的质量

4. 浇口位置优化

• 测试不同的浇口位置
• 最小化熔接线、气穴、流动不平衡
• 好处:更高注射速度的可能性 → 更短的填充时间

5. 保压优化

• 体积收缩补偿模拟
• 保压压力和时间优化
• 好处:无缩痕的最小保压时间

Moldflow 模拟投资回报率 - 案例研究

项目:新汽车模具 - 前格栅,PA6-GF30,4 腔

无 Moldflow(传统试错):

• 基于经验的工具设计:6 周
• 工具制造:14 周
• 试验和优化:8 次迭代 × 2 天 = 16 个工作日
• 模具修改:4 周
• 生产总时间:28 周
• 试验中浪费的材料:约 450 千克 × 3.8欧元/千克 = 1,710 欧元
• 机器时间试验:128小时 × 55欧元/小时 = 7,040 欧元
• 总试验成本:8,750 欧元
• 达到的最终周期时间:42 秒

有 Moldflow:

• Moldflow 分析:1 周,6,500 欧元(外部顾问)
• 优化的工具设计:5 周(节省 1 周)
• 工具制造:14 周(不变)
• 试验(仅验证):2 次迭代 × 1 天 = 2 天
• 微调:1 周
• 生产总时间:21 周(-25% 时间)
• 浪费的材料:约 80 千克 × 3.8欧元/千克 = 304 欧元
• 机器时间试验:16小时 × 55欧元/小时 = 880 欧元
• 总试验成本:1,184 欧元 + 6,500 欧元 Moldflow = 7,684 欧元
• 达到的最终周期时间:36 秒(-14% 与无 Moldflow 相比)

投资回报率分析:

• 更快的上市时间:提前 7 周 = 提前 210,000 欧元收入
• 更低的试验成本:8,750 - 7,684 = 节省 1,066 欧元
• 更好的周期时间:42秒 vs 36秒 = 16.7% 生产力提高
• 年产量:210 万件/年
• 生产力提高价值:16.7% × 210万 × 0.18欧元利润率 = 63,000 欧元/年

第一年总收益:210,000 + 1,000 + 63,000 = 274,000 欧元

投资:6,500 欧元

投资回报率:4,115% → 9 个生产日回收 ✅✅✅

Moldflow 何时值得?

强烈推荐用于:

• 新模具(>50,000 欧元投资)
• 复杂几何形状(厚/薄变化、深筋)
• 大批量生产(>50 万件/年)
• 严格公差/关键应用(汽车、医疗)
• 昂贵的材料(PA-GF、PC、PEEK)

可选用于:

• 简单几何形状(均匀壁、直接流动)
• 低产量(<10 万件/年)
• 成熟设计(重复类似零件)

Tederic 优化能力

Tederic NEO(液压)和DREAM(电动)机器提供许多支持周期时间优化的功能。

Tederic NEO 系列 - 液压优化

1. 快速空循环速度

• NEO.H260:合模速度高达 280 毫米/秒(竞争对手为 180-220 毫米/秒)
• 好处:在合模/开模上节省 0.3-0.8 秒

2. 响应式液压

• 高性能伺服泵(可选)
• 压力/速度变化的快速响应时间
• 好处:更好的多段注射曲线

3. 精密注射控制

• 注射间可重复性<0.5%(体积)
• 压力控制精度 ±2%
• 好处:可以进行积极优化而不会出现质量变化

4. 温度控制 ±2°C

• 料筒温度区:标准 ±2°C
• 兼容高级外部 TCU,模具温度 ±0.5°C

Tederic DREAM 系列 - 电动顶级性能

1. 超快循环

• DREAM.E200:空循环速度高达 400 毫米/秒
• 典型开模距离的合模时间 <1.5 秒
• 好处:与液压相比节省 1-2 秒

2. 注射间可重复性 <0.3%

• 电动伺服驱动 = 最高精度
• 好处:可以进行极端优化而无质量风险

3. 能源效率

• 与液压相比降低 30-50% 的能耗
• 好处:每件产品更低的运营成本(对周期时间投资回报率很重要)

4. 温度控制 ±1°C

• 比 NEO 更精确
• 好处:额外减少 2-5% 的冷却时间变化

Tederic 控制系统 - 工艺优化工具

Tederic 控制器中支持优化的功能:

1. 多段曲线(最多 10 段)

• 注射:位置/速度/压力曲线
• 保压:多段衰减曲线
• 冷却:外部排序的可能性

2. 工艺监控和数据记录

• 实时监控峰值压力、切换点、周期时间
• 用于 SPC 分析的数据导出
• 好处:数据驱动的优化

3. 模腔压力传感器集成

• 实时模腔压力(可选传感器)
• 在模腔压力阈值处自动切换
• 好处:最佳注射到保压转换 → 最小保压时间

4. 自适应工艺控制(APC) - DREAM 系列

• 自动补偿材料粘度变化
• 自我调整以保持质量一致
• 好处:可以进行积极的周期缩减而不会出现质量变化

TEDESolutions 机器选择建议

为了最大限度地优化周期时间:

• 大批量(>100 万件/年):Tederic DREAM - 最快的周期,最好的可重复性
• 中等批量(30-100 万):带伺服泵选项的 Tederic NEO - 良好的成本/性能平衡
• 预算意识:Tederic NEO 标准 - 仍然具有良好的优化能力

增加优化能力的附加组件:

• 伺服泵升级(+8,000-15,000 欧元) - 更快的响应,更少的能源
• 模腔压力传感器(每个型腔 +3,000-8,000 欧元) - 最佳切换
• 高级 TCU(+5,000-12,000 欧元) - ±0.5°C 精度
• 机器人集成(+25,000-60,000 欧元) - 更快更一致的顶出

案例研究 - 从 45→32 秒的缩减

我们展示了TEDESolutions为波兰一级汽车制造商进行的真实周期时间优化案例研究。

项目概况

客户:一级汽车供应商,大波兰地区

零件:中控台盖,ABS+PC 混合物,285g,单腔

机器:Tederic NEO.H260(260T)

模具:单腔,冷流道,常规冷却

年产量:420,000 件(双班运营)

基线周期时间:45 秒

初始状态分析(第 1 周)

初始 45 秒周期分解:

• 合模:3.2秒
• 注射 + 填充:1.8秒
• 保压:11.5秒
• 冷却:24.0秒(周期的 53%)
• 开模 + 顶出:4.5秒

发现的问题:

1. 冷却时间:对于 2-3 毫米壁厚的 ABS-PC 285g,24 秒似乎很长
2. 保压时间:11.5秒 - 没有浇口冻结研究,可能太长
3. 合模/开模:保守速度(安全考虑)
4. 模具温度:65°C - 高于 ABS-PC 的典型温度(55-60°C)
5. TCU 精度:标准单元,±3°C 变化

优化计划(3 个月计划)

第 1 阶段:低垂的果实(第 2-3 周)

1. 模具温度降低 65°C → 60°C(DOE 研究)
2. 浇口冻结研究以获得最佳保压时间
3. 合模/开模速度增加(安全评估)

第 2 阶段:工艺曲线(第 4-6 周)

1. 多段注射曲线优化
2. 保压压力衰减曲线
3. 积极的冷却时间缩减(质量监控)

第 3 阶段:设备升级(第 7-12 周)

1. 高级 TCU 安装(±0.5°C)
2. 冷却通道修改(更大直径,更好布局)
3. Moldflow 模拟进行最终验证

实施和结果

第 1 阶段结果(第 3 周):

变更	之前	新	影响
模具温度	65°C	60°C	-2.5秒冷却
保压时间(浇口冻结)	11.5秒	8.2秒	-3.3秒保压
合模速度	180 毫米/秒	240 毫米/秒	-0.4秒合模
开模速度	200 毫米/秒	260 毫米/秒	-0.3秒开模
第 1 阶段总计	45.0秒	38.5秒	-6.5秒(-14%)

质量检查:Cpk 之前:1.28 → 第 1 阶段后 Cpk:1.31 ✅(轻微改善)

第 2 阶段结果(第 6 周):

变更	之前	新	影响
注射曲线(3 段)	1.8秒填充	1.5秒填充	-0.3秒注射
保压衰减曲线	8.2秒恒定	7.0秒 3 段	-1.2秒保压
积极冷却缩减	21.5秒	19.8秒	-1.7秒冷却
第 2 阶段总计	38.5秒	35.3秒	-3.2秒(-8%)

质量检查:Cpk:1.31 → 1.38 ✅(改善 - 更好的工艺控制)

第 3 阶段结果(第 12 周):

变更	投资	影响
高级 TCU ±0.5°C	9,800 欧元	-1.8秒冷却(更好的控制)
冷却通道升级*	12,500 欧元	-1.5秒冷却(改进的流动)
第 3 阶段总计	22,300 欧元	35.3秒 → 32.0秒(-3.3秒,-9%)

*冷却通道:钻孔附加回路,主通道直径从 8 毫米增加到 12 毫米

质量检查:Cpk:1.38 → 1.52 ✅(出色 - 减少变化)

最终结果总结

参数	开始	结束	改进
周期时间	45.0秒	32.0秒	-13.0秒(-28.9%)
零件/小时	80	112.5	+40.6%
年产量(双班)	420,000	591,000	+171,000 件
Cpk(尺寸)	1.28	1.52	+18.8%
废品率	2.8%	1.2%	-57%

财务影响

投资:

• 第 1-2 阶段(工艺优化):0 欧元(仅内部人工)
• 第 3 阶段(设备):22,300 欧元
• TEDESolutions 咨询:15,000 欧元(12 周计划)
• 总投资:37,300 欧元

年收益:

• 增加的产能价值:171,000 件 × 0.28 欧元利润率 = 47,880 欧元
• 减少废品:(2.8%-1.2%) × 59.1万件 × 1.85 欧元成本 = 17,500 欧元
• 节能:周期缩短 13秒 × 59.1万 × 0.042欧元/分钟 = 5,400 欧元
• 年总收益:70,780 欧元/年

投资回报率:

• 回收期:37,300 欧元 / 70,780 欧元 = 0.53 年 = 6.4 个月 ✅
• 5 年净现值 @ 8% 折扣:245,000 欧元

案例研究的关键要点

1. 低垂的果实最重要:第 1 阶段(零投资)实现了 14% 的减少 - 始终从工艺优化开始
2. 浇口冻结研究至关重要:仅通过适当的保压时间就节省了 3.3 秒
3. 冷却占主导地位:总周期时间减少的 67% 来自冷却优化
4. 设备升级值得投资:高级 TCU + 冷却修改以投资回报率 <7 个月实现了额外的 9%
5. 质量提高:积极的优化没有降低质量 - 相反(Cpk +18%)

故障排除和陷阱

周期时间优化是速度和质量之间的平衡。以下是最常见的问题以及如何避免它们。

问题 1:冷却缩减后翘曲/变形

症状:冷却时间减少后,零件翘曲或尺寸超出规格

根本原因:零件没有充分固化 - 内应力导致顶出后变形

解决方案:

1. 退后:将冷却时间增加 2 秒(或恢复到之前的值)
2. 方法论方法:以 1 秒步长减少冷却,每次更改后测试 50 件
3. 测量尺寸稳定性:立即测量零件,24 小时后再测量 - 比较
4. 替代方案:将模具温度提高 3-5°C(冷却时间更长,但尺寸稳定性更好)
5. 夹具冷却:顶出后对热零件使用冷却夹具

问题 2:保压减少后的缩痕

症状:保压时间减少后,厚截面上出现凹陷(缩痕)

根本原因:材料填充不足 - 浇口冻结过早

解决方案:

1. 增加保压压力:+50-100 巴(时间更短,但更高的压力可以补偿)
2. 优化切换:更早的注射→保压切换 = 更多的填充时间
3. 浇口重新设计:更大的浇口 = 更长的冻结时间(模具修改)
4. 零件重新设计:均匀壁厚,消除厚凸台(长期)

问题 3:注射速度增加后的飞边

症状:积极增加速度后分型线上出现飞边

根本原因:高动态压力在注射过程中打开模具

解决方案:

1. 增加锁模力:+10-15%(如果机器有储备容量)
2. 多段注射:填充结束时速度较慢(当模具最"想要打开"时)
3. 降低最大注射压力:如果速度限制不是问题
4. 模具维护:检查平行度、肘杆磨损、密封表面

问题 4:喷射/流痕

症状:注射速度增加后表面上出现蛇状图案

根本原因:小浇口处速度过高 - 材料"喷射"流而不是平滑填充

解决方案:

1. 多段注射:开始时速度较慢(前 10-20%),然后快速
2. 提高模具温度:+5-8°C(材料流动性更好,喷射倾向更小)
3. 浇口修改:扩大浇口或更改类型(膜浇口消除喷射)
4. 添加流动限制器:在模具中进行受控填充(修改)

问题 5:积极优化后的烧焦痕迹

症状:填充结束区域出现黑色或棕色条纹(烧焦痕迹)

根本原因:被困空气在高注射速度下无法足够快地逸出 → 压缩和燃烧

解决方案:

1. 添加/改进排气:填充结束区域的排气口(0.02-0.03 毫米深)
2. 降低注射速度:特别是在填充结束时(多段)
3. 降低熔体温度:-5-10°C(在高剪切下降解更少)
4. 真空辅助:真空排气系统(用于关键应用)

问题 6:变化增加 - Cpk 下降

症状:优化后 Cpk 从 1.45 下降到 1.15 - 更多尺寸变化

根本原因:积极的参数太接近工艺窗口限制 → 小变化 = 大影响

解决方案:

1. 退后 5-10%:增加安全裕度(周期略长,但稳定)
2. 改进工艺控制:更好的 TCU、模腔压力传感器、闭环控制
3. 材料一致性:更严格的材料规格(与供应商协商)
4. SPC 监控:实时监控和自动校正(APC)

优化的黄金法则

"积极优化,但严格验证"

• 每次更改:至少测试 50-100 件
• 测量尺寸、视觉、功能质量
• 监控 Cpk - 不接受下降 >10%
• 如有疑问 → 退后并重新评估
• 记录所有内容(参数、结果、观察)

总结和最佳实践

关键结论

1. 周期时间是注塑生产中最重要的经济参数

在 300 万件/年的情况下减少 5 秒 = 4,167 小时 = 年节省 50,000-125,000 欧元。在大多数情况下,10-30% 的减少是可以实现的,而不会影响质量。

2. 冷却是最大的潜力(占周期的 50-70%)

优先考虑冷却优化:

• 模具温度优化(DOE 研究)
• 共形冷却(冷却时间减少 20-40%,大批量投资回报率 4-12 个月)
• 顺序/脉冲冷却
• 高级 TCU ±0.5°C(变化减少 3-8%)

3. 保压时间优化 - 低垂的果实

浇口冻结研究可以以零投资节省 2-5 秒。始终是第一个优化步骤。

4. 热流道 = 大批量的游戏规则改变者

消除 3-8 秒流道冷却 + 零材料浪费。对于 >50 万件/年,回收期通常 <12 个月。

5. Moldflow 模拟 = 最快的优化途径

投资 5,000-15,000 欧元,通过更好的周期时间和消除试验成本回报 60,000-200,000+ 欧元。新模具的投资回报率通常 <1 个月。

6. Tederic 机器提供出色的优化能力

• NEO 系列:快速空循环,响应式液压,<0.5% 可重复性
• DREAM 系列:超快(400 毫米/秒),<0.3% 可重复性,节能 30-50%

优化路线图 - 逐步操作

第 1 阶段:低成本优化(0-2 周,0 欧元投资)

1. 浇口冻结研究→ 最佳保压时间
2. 模具温度 DOE→ 找到 MAMT(最低可接受模具温度)
3. 空循环速度增加→ 更快的合模/开模(安全评估)
4. 目标:周期时间减少 8-15%

第 2 阶段:工艺曲线(2-4 周,0-5,000 欧元)

1. 多段注射曲线(推荐 Moldflow)
2. 保压压力衰减曲线
3. 积极的冷却时间缩减(质量监控)
4. 可选:模腔压力传感器(3,000-8,000 欧元)
5. 目标:额外减少 5-12%

第 3 阶段:设备/模具升级(2-6 个月,10,000-80,000 欧元)

1. 高级 TCU ±0.5°C(8,000-18,000 欧元) - 用于精密零件
2. 冷却通道修改(5,000-25,000 欧元) - 更大直径,更好布局
3. 共形冷却(新模具 15,000-80,000 欧元) - 用于新工具,大批量
4. 热流道转换(20,000-150,000 欧元) - 用于 >50 万件/年
5. 目标:额外减少 10-25%

总潜力:周期时间减少 23-52%

最佳实践 - 检查清单

✅ 规划和分析

• 始终从周期分解分析开始 - 时间在哪里?
• 设定明确目标 - 但要现实(大多数情况下为 10-30%)
• 优先考虑冷却优化(影响最大)
• 对新模具和复杂零件考虑 Moldflow

✅ 执行

• 增量更改 - 不要一次更改所有内容
• 严格验证 - 每次更改后至少 50-100 件
• 监控 Cpk - 不接受质量下降
• 记录所有内容 - 参数、结果、观察

✅ 投资决策

• 正确计算投资回报率 - 包括产能增加价值,不仅仅是节能
• 热流道 - 对于 >50 万件/年强烈考虑
• 共形冷却 - 评估新的大批量工具
• 高级 TCU - 适用于精密/光学零件

✅ 风险管理

• 如果出现翘曲/缩痕 → 退后
• 保持安全裕度 - 不要优化到绝对最小值
• 优化后SPC 监控 - 注意变化增加
• 计划应急 - 如果积极优化不起作用,您将做什么?

投资回报率总结 - 典型场景

优化类型	投资	周期减少	年节省*	回收期
仅工艺(第 1-2 阶段)	0-5,000 欧元	10-20%	25,000-80,000 欧元	立即
高级 TCU	10,000-18,000 欧元	3-8%	15,000-35,000 欧元	4-14 个月
冷却通道升级	8,000-25,000 欧元	8-15%	20,000-60,000 欧元	5-15 个月
共形冷却(新模具)	15,000-80,000 欧元	15-30%	40,000-180,000 欧元	4-18 个月
热流道转换	25,000-150,000 欧元	10-25%	50,000-250,000 欧元	6-24 个月

*典型大批量场景的年节省(100-300 万件/年,45-65 欧元/机时)

何时不积极优化?

在某些情况下,积极的周期优化是有风险或不合理的:

• 关键质量应用:医疗器械、安全零件 - 质量 > 速度
• 小批量生产:<5 万件/年 - 优化投资回报率太长
• 不稳定工艺:如果 Cpk 已经 <1.33 - 首先稳定,然后优化
• 材料处于极限:对降解敏感的材料(POM、PBT、PEEK) - 小心高速
• 严格的客户规格:如果尺寸公差严格和光学质量 - 保持安全裕度

常见问题解答

1. 周期时间减少多少百分比是现实的?

对于大多数应用,10-30% 的减少是可以实现的,而不会影响质量。在某些情况下(在非常保守的起点),甚至可能达到 40-50%。取决于:

• 起点(工艺之前是否已经优化?)
• 材料(PP/PE 比 PC/PEEK 更容易)
• 零件几何形状(均匀壁 vs 厚/薄变化)
• 投资意愿(仅工艺 vs 设备升级)

2. 共形冷却的成本是多少,何时值得?

共形冷却增加15,000-80,000 欧元的模具成本(取决于大小和复杂性)。通常在以下情况下值得:

• 产量 >300,000-500,000 件/年
• 周期时间对竞争力至关重要
• 复杂几何形状(厚/薄变化)
• 大批量应用的回收期通常6-18 个月

3. 热流道总是减少周期时间吗?

是的 - 热流道消除流道冷却,通常减少3-8 秒。但盈利能力取决于产量 - 盈亏平衡通常 >500,000 件/年。

4. 如何在没有浇口冻结研究的情况下找到最佳保压时间?

没有捷径 - 浇口冻结研究对于最佳保压时间是必要的。方法:

1. 运行保压系列 0秒、2秒、4秒、6秒、8秒、10秒、12秒
2. 称重每个系列的 10 件
3. 浇口冻结 = 进一步延长保压不会增加重量的点
4. 设置生产保压 = 浇口冻结 + 0.5-1.0秒安全

5. Moldflow 模拟值得投资吗?

绝对是的,对于新模具 >50,000 欧元和大批量生产。好处:

• 模具生产前的冷却布局优化
• 最佳周期时间预测
• 消除 10-20 次试验迭代(节省 5,000-15,000 欧元)
• 与无模拟相比,周期时间通常好 10-30%
• 投资回报率通常<1 个月生产

6. 周期时间的最佳模具温度是多少?

没有通用答案 - 取决于材料和质量要求。一般规则:

• 较低温度 = 更短冷却,但有短射和表面差的风险
• 通过 DOE 研究找到MAMT(最低可接受模具温度)
• 典型范围:PP/PE(30-50°C)、ABS(50-70°C)、PC(80-100°C)、PA(60-90°C)

7. Tederic DREAM 比 NEO 快得多吗?

是的 - 对于空循环(合模/开模)。DREAM 达到400 毫米/秒 vs NEO 的 280 毫米/秒,节省 1-2 秒。但最大时间是冷却(占周期的 50-70%),所以总周期时间差异通常5-10% NEO vs DREAM。DREAM 还具有更好的可重复性(<0.3% vs <0.5%),允许更积极的优化。

8. 如何避免冷却时间减少后的翘曲?

策略:

• 增量减少:以 1-2 秒步长减少冷却,测试尺寸稳定性
• 均匀冷却:不同壁厚的多区 TCU
• 24 小时后测量:零件可能在顶出后数小时变形
• 夹具冷却:顶出后对热零件使用冷却夹具
• 如果翘曲持续 → 增加冷却 2-3 秒

9. 周期时间优化的典型投资回报率是多少?

取决于投资水平:

• 仅工艺(零投资):立即投资回报率,周期减少 10-20%
• 设备升级(10,000-30,000 欧元):回收6-18 个月
• 热流道/共形冷却(20,000-100,000 欧元):大批量回收8-24 个月
• 关键:计算产能增加价值,不仅仅是节能!

10. 可以在不影响 Cpk 的情况下优化周期时间吗?

是的 - 在大多数情况下,正确的优化改善 Cpk(如我们的案例研究:1.28→1.52)。为什么?

• 更好的工艺控制(多段曲线)
• 减少变化(高级 TCU、模腔压力传感器)
• 更均匀的冷却(共形冷却、多区)
• 关键:系统地优化并在每一步验证质量

11. 全面优化需要多长时间?

典型时间表:

• 第 1 阶段(工艺优化):2-4 周
• 第 2 阶段(曲线 + 微调):3-6 周
• 第 3 阶段(设备升级):2-6 个月(如果需要)
• 总计划:大部分收益为 8-16 周

12. 在哪里找到 Tederic 优化的技术支持?

TEDESolutions是波兰 Tederic 的官方合作伙伴,提供:

• Tederic 机器的 24/7 技术支持
• 现场工艺优化服务
• 操作员和工程师培训计划
• Moldflow 模拟服务
• 备件和升级(伺服泵、TCU、传感器)

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文章更新时间: 2025-10-20 作者: TEDESolutions 专家团队 联系方式: contact@tedesolutions.com | +48507161780

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