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注塑成型加工过程中的压力调节问题


 无论是油压式还是电动式注塑机,所有注塑过程中的运动都会产生压力。适当控制所需压力,才能生产出质量合理的成品。压力调控及计量系统在油压式注塑机上,所有运动由负责以下操作的油路执行:
    1塑化阶段中的螺杆旋转。
    2滑座料道(注嘴靠近注口衬套)。
    3注射和保压期间射料螺杆的轴向运动。
    4将基材闭合於射料杆上,直到肘杆全部延伸或活塞合模行程已完成。
    5启动装配顶杆的顶出台以顶出部件。
    在全电压机上,所有运动由配有永久磁铁的无刷同步电动机执行。通过机床业中一直采用的滚珠轴承螺杆,将旋转运动变换为线性运动。整个流程的效率部分取决於塑化过程,其中,螺杆起十分关键的作用。三菱公司在生产全电机型的过程中最新推出的解决方案包括一根灌料螺杆(第二螺纹抱辊)和一根配有混炼元件的螺杆尖梢。这样,可最大限度增强塑化能力和混炼效果,缩短螺杆长度,实现高速运转。
    螺杆必须确保物料熔化和均化。这一过程可借助於反压调整,以避免过热。混炼元件不能产生过高的流速,否则,会导致聚合物降解。每一种聚合物具有不同的最大流速,如果超过这一极限,分子会拉伸,出现聚合物主链断裂现象。不过,重点仍然是在注射和保压过程中控制螺杆的向前轴向运动。後续的冷却过程,包括内在应力、公差和翘曲等方面,对於确保产品质量十分重要。这一切全由模具质量决定,对於优化冷却料道、确保有效的闭环温度调节时,尤其如此。该系统完全独立,不会干扰机械调节。闭模和顶出等模具运动必须精确高效。通常采用速度分布曲线,以确保活动部件准确靠近。接触维持力可调整。因此可断定,在不考虑能耗和机械可靠性、附加条件相同(如模具质量)的前提下,产品质量主要决定於控制螺杆向前运动阶段的系统。在油压式注塑机上,这一调节通过探测油压而实现。具体地说,油压通过控制板而激活一套阀门,流体通过操纵器而产生作用,并得到调节及释放。
    注射速度控制包括开环控制、半闭环控制和闭环控制等选择方案。开环系统依靠共用比例阀。比例张力施加於所需比例的流体上,从而使流体在注射机筒中产生压力,让注射螺杆以一定的前向速度运动。半闭环系统采用闭环比例阀。环路在闭合口所在的位置闭合,闭合口通过在阀门内的移动而控制油料的流量比例。闭环系统在螺杆平移速度时闭合。闭环系统中采用速度传感器(通常为电位计型),定时探测张力下降。比例阀流出的油料通过调节,可补偿出现的速度偏差。闭环控制依靠与机器整合一体的专用电子元件。闭环压力控制能在注射和保压阶段确保压力均匀一致,以及在各个循环中确保反压均匀。通过探测出的压力值对比例阀进行调节,根据设定压力值进行偏差补偿。一般来说,可对液压进行监控,但是,探测注嘴或模腔中的熔体压力也是另一有效方法。更加可靠的方案是通过阅读注嘴或模腔压力读数对比例阀进行管理。在压力探测的基础上增加温度探测,特别有利於流程管理。了解物料可承受的实际压力,还有助於根据设定压力和温度条件来预测模塑件的实际重量和尺寸。实际上,通过改变保压压力值,可将更多的物料引入模腔,以降低部件收缩,符合设计公差(其中包括预设注塑收缩)。
        接近熔化条件时,半晶体聚合物显示出极大的比容变化。对此,过充模不会阻碍部件顶出。
    油压设备与出料量及压力调节
    离心泵产生的平均液压压力可达140巴,这一压力值特别适合於注塑。在周期的其它各个阶段,要求明显较低,除了需要快速塑化的特定情形(例如:PET注拉吹一步法注塑机)要求较高。
    为降低能耗,在出料高峰期时可采用可变排量泵和储压缸。固定排量泵在每次旋转时移动等量油量,因此,油泵选型由特定时间内所需移动的油量而定。三相电动机转速一般为1440转/分,通常要求装配双泵。只有在塑化过程中(功率达100%),油泵的利用率才达到最大限度。在停顿过程中,机械不需要能耗,即使需要,也属功率损耗。
    所有注塑机均采用质量等级各异的比例伺服阀。两套或以上的比例阀安装於注射压机上,目的是对以下各个方面进行准确控制:
    开模速度(两级),闭模速度(两级),闭模安全性,注射(3-10级),加料(3-5级),吸入和顶杆(两级)。
    开模压力,闭模压力,模具安全性,机械夹具(料筒或肘杆),注射(充模阶段一次,後续阶段3-10次),吸入和反压(3-5级)。螺杆旋转速度(3-5级)。
    滑座靠近速度(机械注嘴靠近模具固定半模上注射衬垫的速度)以及顶杆的运动速度(顶出台速度)也可调整。辅助电动机通过微弱的输入信号,将放大的信号(输出信号)发送到阀门,使伺服阀执行调节功能。在伺服阀中,微弱的输入电信号被转化为液压输出信号,以压降的形式根据所需的出料要求进行改进。阀门必须对张力或通用指令做出快速、可重覆及低滞後的出料响应。实际上,当前研究的目的是改进频率响应,使运行於数千赫(kHz)频率的动力设备(液压边)和电子设备之间进行对话。由於有效出料取决於阀门上聚合度(DP)的作用,因此,液压线路中的油温必须保持在45-55℃的范围内(通常采用闭环调节系统),具体根据流体粘度和过渡口的几何形状而定。在阀内没有适当的调节系统,温度上升会导致溶体粘度下降;若配有均衡开阀值,则可提高出料量。增加传动系统的出料油量,意味注射速度随之加快。对高科技伺服传动阀进行精确控制,可基本消除滞後现象,增强所有功能的重复性。
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