[發明專利]一種注塑機螺桿注射速度控制方法

無效

• 申請號: 201010151611.8
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN101830059A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 王喆;李華銀;趙均;徐祖華;陳曦;孔祥松
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C45/77
• 分類號: B29C45/77;B29C45/58
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明屬于注塑成型工程技術領域，具體涉及注射過程中的螺桿速度控制方法。

背景技術

注塑成型在聚合物過程工業中是一個重要的技術，該過程能夠經濟高效的成產出許多塑料制品，這些制品在工業，農業，電子還有家居等場合有著廣泛的應用。一臺注塑機通常包括注射單元，開關模單元，液壓動力單元，還有控制單元。

塑料聚合物是在注射單元中被融化，加熱以及攪拌。然后熔融的聚合物在注射壓力的作用下被擠入到屬于開關模單元的模具模腔中。通過冷卻，熔融的聚合物固化成為具有模腔形狀的制品。液壓動力單元用于對注射單元的操控，控制單元通過給機器提整個控制指令信號及控制序列，負責對整個注塑過程的監控。

注塑過程階段：

注塑過程是一個典型的周期重復過程。每一個注射周期都包含三個獨立的階段：

注射階段，保壓階段、預塑及冷卻階段，其具體的過程簡圖如圖2所示。

(1)注射階段

首先應閉合模具，接著噴嘴向前移動并且與模具的澆道口緊密連接，最后在給定的注射速度下，螺桿以一定的速度向前運動開始注射。在該過程中，對螺桿位置的控制將確保產生正確的熔體填充速度和填充量。當模具模腔被聚合物填充滿以后，注塑螺桿將在聚合物上保持一定的壓力，注射過程結束，切換到保壓階段。

(2)保壓階段

在該階段模腔壓力被控在一個較高的壓力水平，作為壓力補償，防止制品的收縮。這樣做是為了在冷卻過程當中保證正確的產品重量。為了防止過保壓，保證產品的質量，一般將保壓分為幾個階段，在最后一個(或幾個)階段壓力保持在一個較低的水平，一直到澆口凍結。過程便進入塑化冷卻階段。

(3)塑化冷卻階段

在這個階段中熔融的聚合物已經在模腔中冷卻成型，注射單元的螺桿通過一段時間的旋轉后退之后，將固態的聚合物和料筒中已有熔融態的聚合物混合，被塑化的聚合物將會在下一次注射中用到。當制品達到一定的剛性之后，該過程結束，模具打開，制品被頂出。

在實際工業生產過程中，以上幾個階段不斷的重復進行。

需要控制的過程參數：

在注塑循環過程的幾個階段中，為了獲得所需產品的精準幾何形狀，微觀結構，密度等，我們必須對幾個關鍵的過程參數進行有效的控制。這些過程參數主要包括：聚合物融化溫度，聚合物填充率和模腔壓力。

以上提到的過程參數將直接影響到制品質量。不同的溫度會明顯地改變聚合物粘度；在澆道口凍結以前，注射速率決定了注入模具內的聚合物的量的多少；模腔壓力決定了注射動作所要克服的粘性摩擦力的大小，同時也決定了注入模具中聚合物的量。對產品質量產生影響的一個因素是聚合物的熔融粘度，如果粘度太低，在同樣的壓力下熔融態的聚合物將會在模腔中經歷更長的距離，便會引起過保壓，增加制品的重量，同時也會產生更多的余壓。另一方面，過高的注射速率也會引起過保壓并且影響到注塑產品的分子取向。

概括的說，注塑機變量控制主要包括以下幾個層面：

第一層：機器變量。主要包括

溫度：料筒溫度、噴嘴溫度和冷凝溫度；

壓力：保壓壓力、背壓、最大注射壓力；

邏輯序列和運動：開模、鎖模、填充、保壓、預塑，頂出等的位置切換點，螺桿注射速度，注射容量等。

第二層：過程(獨立)變量。主要包括熔體溫度、熔體壓力(噴嘴和模腔壓力)、最大剪切力、熱量流失和冷凝速度等。

第三層：質量變量。主要包括制品重量和厚度、收縮和曲翹、凹痕、凝結處的制品外觀和強度等。

在以上所述的變量當中，我們選擇第一層的注射速度為被控變量，因為它在影響產品質量方面扮演著一個至關重要的角色。它表征了在注射階段，熔融的聚合物進入模腔的速率。注射速度能夠很大在很大程度上影響模腔內壓和最終的制品質量，主要表現在以下幾個方面：余壓，收縮，沖擊強度，產品形態還有表面特征。產量也是與注射速度設定值直接相關聯的。所以一種能夠精確跟蹤設定速值，響應快速的閉環控制算法，對于最終產品的質量有起著至關重要的作用。在本次實驗中，我們主要對第一層中的螺桿注射速度進行控制，也即注射速度。