智能螺栓使模具安装更安全、更高效...

导读

作者：Matthew Naitove

来源：《现代塑料》2021年9月

摘要：采用一种替代不可靠扭矩测量的智能螺栓，就无需再猜测模具安装螺栓是否已被适当拧紧。

   机器越大，模具越重，则打 开闭合模具的开模力就越大—— 这些因素使注射加工商必须考虑 模具安装在机器压板上的安全性 问题。一些加工商通过添加更多 的螺栓或夹具来固定模具并进行 多余的螺栓拧紧检查来解决这个 问题，这可能导致浪费，在某些 情况下甚至可能使模具损坏。 

    著名的注射培训师和顾问 John Bozzelli（ 也 是《Plastics Technology》的长期撰稿人）说 ：“很多客户要求我举办一场关于如 何安装模具的研讨会。客户当然 不希望模具从压板上掉落。一旦 发生掉落，所带来的成本和安全 问题无法想象。显然，这已成为 我们行业的一个主要问题，需要 引起注意。” 

    位于美国马里兰州盖瑟斯堡 的 Industrial Indicators 公司对这一 问题给予了重点关注。20 多年前， 该公司开发了一种“直接张力指 示”（DTI）螺栓，它带有一个指 示器可根据张力导致螺栓“拉伸” 的程度来改变颜色。在过去 12 年 中，这家公司借助在大型注塑机 上进行的一些汽车部件成型试验， 完善了这项用于注塑机的技术。该 公司客户经理 Matthew Hallwig 说：“注射成型市场现在正迅速发展。”

为何不依靠扭矩扳手？ 

    据 Industrial Indicators 公司 称，如何正确固定注射模具目前 尚无明确的行业标准。Hallwig 指 出 ：“我们发现注射加工商在所用 螺栓和紧固工具的种类上存在着 令人难以置信的不同。” 

    据报道，一些加工商已经开 发了包含注释的复杂电子表格， 用来计算把各种模具固定到压板 上所需要的螺栓数量。另一些加 工商则努力控制操作人员所施加 的扭矩，随着螺栓尺寸变大以及 拧紧螺栓所需的扭矩成倍增加， 这会变得更加困难。 

    一些加工商使用可以设置施 加固定扭矩的扳手（扭矩扳手）， 把它作为充分拧紧螺栓的标准。但是 Industrial Indicators 公司的工 程师们指出，扭矩是一种旋转力， 而不是压力，因此对于螺栓接头 固定的测量通常是错误的。原因 之一是未知和可变的摩擦系数， 即使操作人员保持一致的扭矩大 小，摩擦系数也会改变螺栓接头 的夹紧力。当螺栓对于它所插入 的孔太长并且螺栓在其头部可以 夹紧表面之前到达末端（或到达 底部）时，“触底”现象更加严重。虽然螺栓看起来很紧，用扭矩扳 手检查也没有出现问题警示，但实际上螺栓张力不足无法实现夹 紧。Industrial Indicators 公司强调， 这是一个危险的欺骗性事件，除 非使用张力指示螺栓，否则很容 易被忽略。而且，对硬质螺栓施 加太大的扭矩会损坏较软的压板 钢中的螺纹。 

    据 Industrial Indicators 公司 称，一个更好的方案是使用其 DTI 智能螺栓 Smartbolt 系列，该 产品以独特的方式应用了应变 测量技术。每个智能螺栓的头端 都包含一个中心销，它带有一个 装有加压液体指示器的腔室。当 螺栓因拧紧而拉伸，进而减少了 液体上的压力，使颜色相应地发 生改变。根据预选螺栓的设计张 力，当智能螺栓松开时，其中心 会显示为鲜红色，当完全“拧紧” 时，其颜色会从棕色逐渐变为黑 色。客户可以在咨询 Industrial Indicators 公司后选择设计张力。根据 Hallwig 所说，用于注塑模 具的智能螺栓，其设计张力通常 设置为紧固件弹限强度的 35％ ~45％，个别的时候会达到 60％。Hallwig 指出，较低的设计张力可 延长螺栓寿命，并减少压板螺纹 的磨损。 

    DTI 智能螺栓可以使用常规 工具拧紧，有一年的质保期，并且指示器经认证可在 -20~75℃之 间工作。智能螺栓随附有一张检 验表，该表以 25％的间隔显示从 0％到 100％（完全紧绷）设计张 力时指示器的颜色。据报道，颜 色指示器在设计张力的 10％以内 是准确的。如果螺栓的拧紧度未 超出其弹性极限（标准载荷），则 指示器不会因为拧得过紧而受到 损坏。智 能 螺 栓 的 尺 寸 从 直 径 5/8 in（ 约 15.9 mm） 到 2 in（ 约 50.8 mm）不等。成本仅比标准 螺 栓 高 出 约 10%~15 ％， 但 是 Hallwig 说，这种差异通过增加的 安全性可得到弥补，它降低了工 人受伤或昂贵模具损坏的风险。 

    智能螺栓还通过减少模具更换和 安装过多螺栓，以及无需用扳手 确认螺栓紧固度来帮助用户提高 操作效率。另一个优点是减少了 因过度拧紧螺栓而对压板螺纹所 造成的损坏。

进入汽车领域 

    Hallwig 估计，大约有 15 家 注射加工商在不同程度上使用 了 DTI 智能螺栓，主要是拥有大 型机器的汽车塑料部件生产商。2018 年，一家拥有 36 台大型机器 （最大 4 000 t）的汽车塑料部件生 产商在其所有的注塑机上都安装 了智能螺栓。其每天平均要更换 十几副模具。在安装智能螺栓之 前，其几乎每周都要经历一次模 具滑移、发出警报的事件，螺栓 松动到足以使模具滑落到压板上 （尽管它仍然悬挂在适当位置上）， 甚至出现过模具完全掉落下来的 情况。据报道，在安装智能螺栓 之后的 6 个月内，该厂商的模具 滑移或跌落事件为零，并且 3 次 在螺栓连接处没有触底的情况下 识别出了螺栓“紧密”。该厂商的 一位从业 31 年的制造经理表示， Industrial Indicators 公司的智能螺 栓令他印象深刻，使他安装和更 换模具更有效率和更安全。 

现在比以往更有机会 

    塑 料 行 业 的 情 况 似 乎 有 利于推出智能螺栓等产品。正 如 顾 问 Bozzelli 对《Plastics Technology》所说的那样 ：“在 我进入注射车间的数十年中，我 看到一些模具松动了——没掉下但快要掉下来了。在最近几年 中，这一情况变得越来越糟，并 且已成为我在注塑机上开始工作 之前要检查的项目。早期大多数 的加工商都具有一些工具和机械 背景，比如我从事过汽车和农用 设备等方面的工作。而如今，具 有任何机械背景或经验的加工商 要少得多。他们认为每个人都懂 得如何使用螺栓，无需进行培训。然而，实际上他们对于拧紧螺栓 这样的简单操作无法正确完成。另外，由于扭距扳手有些贵，大 多数的注射车间通常不会为工人 配置这种工具。即使购买了，也 不会在车间中存留很长时间。有 时候，工人甚至不知道如何正确 使用它们。” 

    Industrial Indicators 公司正在 对注塑机用的智能螺栓新产品线 进行测试。Chroma 系列智能螺栓 就是其中之一，它将在“松”、“紧” 和“过紧”的状态下显示颜色。它还将提供数字远程负载监控和 闭环张力控制，并能把感测到的 负载转换为数字值。此外，在拧 紧模式下，该工具能在感测到正 确张力时切断拧紧模式。

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