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注塑成型加工過程中的壓力調節問題


 無論是油壓式還是電動式注塑機,所有注塑過程中的運動都會產生壓力。適當控制所需壓力,才能生產出質量合理的成品。壓力調控及計量系統在油壓式注塑機上,所有運動由負責以下操作的油路執行:
    1塑化階段中的螺桿旋轉。
    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將基材閉合於射料桿上,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行。通過機床業中一直采用的滾珠軸承螺桿,將旋轉運動變換為線性運動。整個流程的效率部分取決於塑化過程,其中,螺桿起十分關鍵的作用。三菱公司在生產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(第二螺紋抱輥)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,實現高速運轉。
    螺桿必須確保物料熔化和均化。這一過程可借助於反壓調整,以避免過熱。混煉元件不能產生過高的流速,否則,會導致聚合物降解。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,出現聚合物主鏈斷裂現象。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。後續的冷卻過程,包括內在應力、公差和翹曲等方面,對於確保產品質量十分重要。這一切全由模具質量決定,對於優化冷卻料道、確保有效的閉環溫度調節時,尤其如此。該系統完全獨立,不會干擾機械調節。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,以確保活動部件準確靠近。接觸維持力可調整。因此可斷定,在不考慮能耗和機械可靠性、附加條件相同(如模具質量)的前提下,產品質量主要決定於控制螺桿向前運動階段的系統。在油壓式注塑機上,這一調節通過探測油壓而實現。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生作用,并得到調節及釋放。
    注射速度控制包括開環控制、半閉環控制和閉環控制等選擇方案。開環系統依靠共用比例閥。比例張力施加於所需比例的流體上,從而使流體在注射機筒中產生壓力,讓注射螺桿以一定的前向速度運動。半閉環系統采用閉環比例閥。環路在閉合口所在的位置閉合,閉合口通過在閥門內的移動而控制油料的流量比例。閉環系統在螺桿平移速度時閉合。閉環系統中采用速度傳感器(通常為電位計型),定時探測張力下降。比例閥流出的油料通過調節,可補償出現的速度偏差。閉環控制依靠與機器整合一體的專用電子元件。閉環壓力控制能在注射和保壓階段確保壓力均勻一致,以及在各個循環中確保反壓均勻。通過探測出的壓力值對比例閥進行調節,根據設定壓力值進行偏差補償。一般來說,可對液壓進行監控,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對比例閥進行管理。在壓力探測的基礎上增加溫度探測,特別有利於流程管理。了解物料可承受的實際壓力,還有助於根據設定壓力和溫度條件來預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,符合設計公差(其中包括預設注塑收縮)。
        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。
    油壓設備與出料量及壓力調節
    離心泵產生的平均液壓壓力可達140巴,這一壓力值特別適合於注塑。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時移動等量油量,因此,油泵選型由特定時間內所需移動的油量而定。三相電動機轉速一般為1440轉/分,通常要求裝配雙泵。只有在塑化過程中(功率達100%),油泵的利用率才達到最大限度。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量等級各異的比例伺服閥。兩套或以上的比例閥安裝於注射壓機上,目的是對以下各個方面進行準確控制:
    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),吸入和頂桿(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,後續階段3-10次),吸入和反壓(3-5級)。螺桿旋轉速度(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)發送到閥門,使伺服閥執行調節功能。在伺服閥中,微弱的輸入電信號被轉化為液壓輸出信號,以壓降的形式根據所需的出料要求進行改進。閥門必須對張力或通用指令做出快速、可重覆及低滯後的出料響應。實際上,當前研究的目的是改進頻率響應,使運行於數千赫(kHz)頻率的動力設備(液壓邊)和電子設備之間進行對話。由於有效出料取決於閥門上聚合度(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(通常采用閉環調節系統),具體根據流體粘度和過渡口的幾何形狀而定。在閥內沒有適當的調節系統,溫度上升會導致溶體粘度下降;若配有均衡開閥值,則可提高出料量。增加傳動系統的出料油量,意味注射速度隨之加快。對高科技伺服傳動閥進行精確控制,可基本消除滯後現象,增強所有功能的重復性。
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