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注塑加工成型過程中的壓力調(diào)節(jié)知識
無論是油壓式還是電動式注射機，所有注塑過程中的運動都會產(chǎn)生壓力。適當(dāng)控制所需壓力，才能生產(chǎn)出質(zhì)量合理的成品。
壓力調(diào)控及量度系統(tǒng)
在油壓式注壓機上，所有運動由負(fù)責(zé)以下操作的油路執(zhí)行：
1、塑化階段中的螺桿旋轉(zhuǎn)（可確定甚至控制反壓）。
2、滑座料道(注嘴靠近注口襯套)。
3、注射和保壓期間射料螺桿的軸向運動。
4、將基材閉合于射料桿上，直到肘桿全部延伸或活塞合模行程已完成
5、啟動裝配頂桿的頂出臺以頂出部件。
在全電壓機上，所有運動由配有永久磁鐵的無刷同步電動機執(zhí)行。通過機床業(yè)中一直采用的滾珠軸承螺桿，將旋轉(zhuǎn)運動變換為線性運動。整個流程的效應(yīng)部分取決于塑化過程，其中，螺桿起著十分關(guān)鍵的作用。三菱公司在生產(chǎn)全電機型的過程中最新推出的解決方案包括一根灌料螺桿佛二螺紋抱輥)和一根配有混煉元件的螺桿尖梢。這樣，可最大限度增強塑化能力和混煉效果，縮短螺桿長度，實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。
螺桿必須確保物料熔化和均化。這一過程可借助于反壓調(diào)整，以避免過熱?；鞜捲荒墚a(chǎn)生過高的流速，否則，會導(dǎo)致聚合物降解。每一種聚合物具有不同的最大流速，如果超過這一極限，分子會拉伸，出現(xiàn)聚合物主鏈斷裂現(xiàn)象。不過，重點仍然是在注射和保壓過程中控制螺桿的向前軸向運動。
后續(xù)的冷卻過程，包括內(nèi)在應(yīng)力、公差和翹曲等方面，對于確保產(chǎn)品質(zhì)量十分重要。這一切全山模具質(zhì)量決定，對于優(yōu)化冷卻料道、確保有效的閉環(huán)溫度調(diào)節(jié)時，尤其如此。該系統(tǒng)完全獨立，不會干擾機械調(diào)節(jié)。閉模和頂出等模具運動必須精確高效。通常采用速度分布曲線，以確保活動部件準(zhǔn)確靠近。接觸維持力可調(diào)整。因此可斷定，在不考慮能耗和機械可靠性、附加條件相同（如模具質(zhì)量）的前提下，產(chǎn)品質(zhì)量主要決定于控制螺桿向前運動階段的系統(tǒng)。在油壓式注塑機上，這一調(diào)節(jié)通過探測汕壓而實現(xiàn)。具體地說，油壓通過控制板而激活一套閥門，流體通過操縱器而產(chǎn)生作用，并得到調(diào)節(jié)及釋放。
注射速度控制包括開環(huán)控制、關(guān)閉環(huán)控制和閉環(huán)控制等選擇方案。開環(huán)系統(tǒng)依靠共用比例閥。比例張力施加于所需比例的流體上，從而使流體在注射機筒中產(chǎn)生壓力，讓注射螺桿以一定的前向速度運動。關(guān)閉環(huán)系統(tǒng)采用閉環(huán)比例閥。環(huán)路在閉合口所在的位置閉合，閉合口通過在閥門內(nèi)的移動而控制油料的流量比例。閉環(huán)系統(tǒng)在螺桿平移速度時閉合。閉環(huán)系統(tǒng)中采用速度傳感器(通常為電位計型)，定時探測張力下降。比例閥流出的汕料通過調(diào)節(jié)，可補償出現(xiàn)的速度偏差。閉環(huán)控制依靠與機器整合一體的專用電子元件。閉環(huán)壓力控制能在注射和保壓階段確保壓力均勻一致，以及在各個循環(huán)中確保反壓均勻。通過探測出的壓力值對比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)設(shè)定壓力值進(jìn)行偏差補償。一般來說，可對液壓進(jìn)行監(jiān)控，但是，探測注嘴或模腔中的熔體壓力也是另一有效方法。更加可靠的方案是通過閱讀注嘴或模腔壓力讀數(shù)對比例閥進(jìn)行管理。在壓力探測的基礎(chǔ)上增加溫度探測，特別有利于流程管理。了解物料可承受的實際壓力，還有助于根據(jù)設(shè)定壓力和溫度條件來預(yù)測模塑件的實際重量和尺寸。實際上，通過改變保壓壓力值，可將更多的物料引入模腔，以降低部件收縮，符合設(shè)計公差(其中包括預(yù)設(shè)注塑收縮)。接近熔化條件時，半晶體聚合物顯示出極大的比容變化。對此，過充模不會阻礙部件頂出。
油壓設(shè)備與出料量及壓力調(diào)節(jié)
離心泵產(chǎn)生的平均液壓壓力可達(dá)140巴，這—壓力值特別適合于注塑。在周期的其它各個階段，要求明顯較低，除了需要快速塑化的特定情形(例如：PET注拉吹一步法注塑機)要求較高。
為降低能耗，在出料高峰期時可采用可變排量泵和儲壓缸。固定排量泵在每次旋轉(zhuǎn)時移動等量油量，因此，油泵選型由特定時間內(nèi)所需移動的油量而定。三相電動機轉(zhuǎn)速一般為1440轉(zhuǎn)／分，通常要求裝配雙泵。只有在塑化過程中(功率達(dá)100％)，油泵的利用率才達(dá)到最大限度。在停頓過程中，機械不需要能耗，即使需要，也屬功率損耗。
所有注塑機均采用質(zhì)量等級各異的比例伺服閥。兩套或以上的比例閥安裝于注射壓機上，目的是對以下各個方面進(jìn)行準(zhǔn)確控制：
開模速度(兩級)，閉模速度(兩級)，閉模安全性，注射(3—10級)，加料(3—5級)，吸人和頂桿(兩級)。
開模壓力，閉模壓力，模具安全性，機械夾具(料筒或肘桿)，注射(充模階段一次，后續(xù)階段3-10次)，吸人和反壓(3—5級)
螺桿旋轉(zhuǎn)速度(3—5級)。
滑座靠近速度(機械注嘴靠近模具固定半模上注射襯墊的速度)以及頂桿的運動速度(頂出臺速度)也可調(diào)整。輔助電動機通過微弱的輸入信號，將放大的信號(輸出信號)發(fā)送到閥門，使伺服閥執(zhí)行調(diào)節(jié)功能。在伺服閥中，微弱的輸入電信號被轉(zhuǎn)化為液壓輸出信號，以壓降的形式根據(jù)所需的出料要求進(jìn)行改進(jìn)。閥門必須對張力或通用指令做出快速、可重復(fù)及低滯后的出料響應(yīng)。實際上，當(dāng)前研究的目的是改進(jìn)頻率響應(yīng)，使運行于數(shù)千赫(kHz)頻率的動力設(shè)備(液壓邊)和電子設(shè)備之間進(jìn)行對話。由于有效出料取決于閥門上聚合度(DP)的作用，因此，液壓線路中的油溫必須保持在45—55℃的范圍內(nèi)(通常采用閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng))，具體根據(jù)流體粘度和過渡口的幾何形狀而定。在閥內(nèi)沒有適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)，溫度上升會導(dǎo)致溶體粘度下降；若配有均衡開閥值，則可提高出料量。增加傳動系統(tǒng)的出料油量，意味著注射速度隨之加快。對高科技伺服傳動閥進(jìn)行精確控制，可基本消除滯后現(xiàn)象，增強所有功能的重復(fù)性。
全電動壓機的力度測定
由于全電動注塑機上不存在引發(fā)運動的矢量流體，因此，不能進(jìn)行液壓壓力探測。因此，通常采用載荷傳感器，利用伸縮儀測量彈性變形，從而直接測定其力度。全電動注塑機制造商開發(fā)了多種彈性部件，并裝配廠相應(yīng)的伸縮儀。另一區(qū)別在于反壓及其控制，可通過向注射電動機產(chǎn)生的軸向移動增加阻力而實現(xiàn)，而另一電動機致使螺桿旋轉(zhuǎn)和后續(xù)物料塑化。以前，有些機械制造商采用安裝在注嘴內(nèi)換能器的測量系統(tǒng)，后來因為“功能性和可靠性不足”而放棄了該系統(tǒng)。
注嘴壓力測定的優(yōu)點
以上已證明了壓力調(diào)節(jié)在注射和保壓過程中的重要性。因此，壓力探測的準(zhǔn)確性和重復(fù)性是十分關(guān)鍵的因素。在閉環(huán)系統(tǒng)中，壓力探測十分重要，只有確保準(zhǔn)確的壓力探測，調(diào)節(jié)器才能使實際壓力接近于或等于設(shè)定值。
在開環(huán)系統(tǒng)中，由于直接與傳動系統(tǒng)相連接，因此壓力探測的準(zhǔn)確性和重復(fù)性更加重要?，F(xiàn)在，開環(huán)系統(tǒng)仍在使用，在高噸位機型中的應(yīng)用更加廣泛。
一般來說，基于設(shè)定值的速度控制在注射過程中進(jìn)行(也就是說，速度變化由電位計或磁致收縮傳感器測定)，測定后轉(zhuǎn)換為壓力調(diào)節(jié)。通路可根據(jù)配額(配額通路)或壓力予以啟動。無論如何，當(dāng)壓力啟動通路同時也作為“截口”以限制充模壓力、防止溢料形成及模具受損時，均必須采用壓力啟動通路。一旦形成通路，后續(xù)的保壓過程即由壓力調(diào)節(jié)(型材亦不例外)。液壓機的壓力一般在液壓線路中探測，很少在模具注嘴中進(jìn)行對于注塑而言，必須盡量將探測點靠近模腔。因此，模具壓力測定最好在注嘴處進(jìn)行，即使不太直接，也可在液壓線路內(nèi)進(jìn)行壓力測定。
與模具壓力探測不同的是，注嘴內(nèi)探測還能通過調(diào)節(jié)反壓而控制塑化過程。當(dāng)接近注射的壓力實際達(dá)到設(shè)定值并在材料注塑所需的時間內(nèi)保持這一壓力時，模具壓力探測可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。測定可直接進(jìn)行，也可通過探針進(jìn)行(如：壓電傳感器)。在模具內(nèi)進(jìn)行直接探測十分有效，唯一的局限性是會在模塑件下留下痕跡。間接探測往往受探針結(jié)構(gòu)和間隙的影響，例如，公差過大會導(dǎo)致材料傾瀉，致使探測準(zhǔn)確性不足。
注嘴壓力探測比模腔壓力探測的有效性較低，因為材料還得經(jīng)過一段流道路線(或冷或熱)。但是，注嘴壓力探測具有某些優(yōu)點，主要包括：探測在材料上進(jìn)行；不需要對模具進(jìn)行改造；模塑件上不留下任何痕跡。通過熔體壓力控制(最好在模腔內(nèi)進(jìn)行)，可避免在初始壓力下造成充模過量(隨后形成溢料)的風(fēng)險。由此，可提高控制的有效性，避免材料燒焦，防止充模不足，縮短周期時間，增強重復(fù)性。
生產(chǎn)能確保系統(tǒng)可靠性且使用方便的傳感器確實存在一些技術(shù)問題。如果要求均勻凋節(jié)反壓，流程相關(guān)的難度確實不小。
注嘴壓力探測所用的傳感器必須符合以下要求：
1、不能干擾模塑過程。
2、能在高壓(2500巴)及高溫(350—400)下確保探測精確度。
3、體積小巧，結(jié)構(gòu)堅實，在發(fā)生故障時便于更換。
4、與充模料接觸時，具有優(yōu)良的耐磨性。
5、能長期保證探測有效性(長時間使用后出現(xiàn)磨擦、污染時，能確保測量無偏差、無誤差、無滯后)。
6、提供高速取樣(2—5微秒)和標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，如：CAN開放式版本CANbus或DeviceNet。
因此，問題較為復(fù)雜。不難理解的是，迄今為止，液壓機仍然將傳感器配置于液壓線路內(nèi)，全電動機則采用力度探測，兩者均未采用熔體傳感器。多年米，熔體傳感器廣泛用于擠塑機上，但是，擠塑機對探測范圍、精確度、響應(yīng)時間和結(jié)構(gòu)堅實度等方面的要求較低(與擠塑機上的靜態(tài)應(yīng)力相比，安裝于注射機上時，傳感器薄膜上承受的機械疲勞應(yīng)力要大得多)。
