[發明專利]一種塑料注射成型工藝注射速率的優化方法

有效

• 申請號: 201510980122.6
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105398013A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 張云;周華民;黃志高;梁軍杰;胥澤林;李德群;周循道;毛霆
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C45/77
• 分類號: B29C45/77
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于塑料注射成型技術領域，更具體地，涉及一種塑料成型工藝注射速率的優化方法。

背景技術

在注射成型過程中，熔體前沿的速度對塑件質量有著重要的影響。通常情況下，隨著熔體流動速度的增加，殘余應力、表面應力和分子取向度也會相應增加，熔體流動速度的變化造成分子取向不均，從而導致塑件產生翹曲變形。

在注射成型過程中，熔體前沿的流動速度與注射速率和流動前沿面積有關，其中，注射速率是注射機將物料注入模具的速度，也是注射成型工藝過程中的一個重要工藝參數。如果注射速率在整個充填過程中保持恒定，熔體流動前沿的速度勢必會隨著熔體前沿面積的變化而變化：熔體前沿面積增大時熔體流動速度減小，反之熔體流動速度則會增大。因此，在塑料制品的成型過程中，常常根據熔體前沿面積的變化調整注射速率。

試湊法是工業現場很常用的一種方法。注射速度參數的分段是可以根據操作者的經驗與多次試模操作來確定，但是，找出所有合理分段點，并給出各段速度值，使熔體流速為定值是很困難的。特別是對于形狀比較復雜的模具這點很難保證。Chen等研制出了熔料在模腔內填充位移的電容傳感器,它能有效地在線檢測出熔體在模腔內的填充位移和速度。但是,由于電容傳感器安裝較復雜、增加了模具生產成本,且檢測精度易受干擾,所提方法在生產實際中很難推廣。此外,還有通過數值模擬技術來獲取流前速度的方法,但這類方法都需要預先知道模腔的形狀,而且優化結果準確與否取決于所用機理模型的精確程度,然而建立一個精確的機理模型是非常困難的。

目前，在公開的專利中也涉及到注射速率分段優化的方法，如專利CN101028740A，該專利提出了一種對注射速度進行自動分段并優化的方法，但該專利假設噴嘴壓力曲線對充填行程的導數與熔體體積流速是線性關系，實際上，它們之間的關系是指數關系，而將其關系假設成線性關系會導致其速度優化結果的不準確。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于簡化數學模型的優化方法，即根據已建立的表征充填過程的簡化數學模型，檢測入口壓力隨注射時間的變化，反演熔體前沿面積變化，建立流動前沿面積與注射時間的關系，從而能更加準確地確定速度分段點并調整注射速率，使熔體流動前沿保持恒定的流動速度。同時，本發明中的優化算法能夠實現注射速度的自動優化分段，不需要人工參與，減少了工作量，提高了生產效率。

所述方法包括以下步驟：

(1)獲取所用塑料熔體在不同剪切速率下的粘度，然后對剪切速率和粘度數據進行擬合，求解出稠度系數和流變指數；

(2)測算塑料零件的平均厚度h；

(3)通過注塑機，以恒定的體積流率f₀對該制品的模具進行注射直至充滿，從注塑機上導出注射壓力—注射時間曲線p₀＝f(t)，根據步驟(1)中求解出的稠度系數和流變指數和步驟(2)測算的平均厚度，計算得到流動前沿面積—注射時間曲線，其示意圖如圖3所示；其中，p₀表示注射壓力，t代表注射時間；

(4)對流動前沿面積—注射時間曲線進行分段，使每段注射過程的熔體流動前沿面積保持相對穩定，確定分段數和分段點，并計算出各段的平均熔體流前面積，其流程如圖4所示，分段結果示意圖如圖5所示；

(5)設定熔體流動前沿速度為v，根據所得分段點，計算出注塑機螺桿的各段行程，調整每一段的體積流率f_j,j＝1、2、…K,使流動前沿的速度維持恒定。

進一步地，所述步驟(1)采用流變儀測得所用塑料熔體在不同剪切速率下的粘度。

進一步地，所述步驟(1)根據粘度冪律模型對剪切速率和粘度進行擬合，從而得到對應的m與n的值。其中，η為熔體粘度，m、n分別為稠度系數和流變指數，為剪切速率。

進一步地，所述步驟(3)中計算流動前沿面積—注射時間曲線包含如下子步驟：

(3.1)對p₀＝f(t)求導，得到注射壓力對時間的導數關系，即

(3.2)將m、n、h、f₀與代入下式，求得熔體流前面積—注射時間曲線s(t)：