CN103192508A - 基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及注塑机注塑成型过程控制系统及方法,旨在提供一种基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统及方法。该注塑重复精度控制系统包括注塑工艺参数给定模块、熔体温度和注射螺杆位置检测模块、注塑液压系统模块和注塑成型重复精度控制模块;该注塑重复精度控制方法利用所述注塑重复精度控制系统进行控制。本发明按照上述计算保压过程停止位置及保压停止控制方法实现的注塑成型过程将能保证高精度的重复控制精度,而且控制和计算方法简单,与现有的控制方法相比没有增加硬件设备而能大大提高重复控制精度。
Description
技术领域
本发明是关于注塑机注塑成型过程控制系统及方法,特别涉及一种基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统及方法。
背景技术
注塑成型是最重要的高分子成型方式之一,每年加工的高分子量占总重量的三分之一以上。注塑机是实现注塑成型的机械,它包括模具和注塑机械两部分,注塑机械则可以划分为合模机构、注射机构、液压系统和控制系统几个部分。一个典型的注塑成型过程包括合模、注射、保压、预塑和冷却、开模和顶出几个步骤。注塑成型首先利用料筒和螺杆将高分子原料加热到熔融态,然后通过注射螺杆注射到封闭的模腔内,经过保压过程及冷却过程形成所需要的产品,其中最直接影响产品质量的过程是注射保压过程,直接关系到最终产品的质量,因此需要进行精确的控制。保压参数设置不合理、保压过程控制精度不高将直接导致溢边、曲翘等注塑缺陷,注塑精度无法保证。
由于注塑过程非常复杂,注塑产品精度一般分为外观质量和内部质量,外观质量包括尺寸精度、光滑度等,而内部质量包括强度、韧性、内应力分布、分子取向力等。而不同产品外观形状、尺寸大小、高分子原料不同等等,因此外观尺寸等外观质量指标难以适用于所有注塑产品,因此目前注塑行业普遍采用注塑重复精度来描述注塑产品质量,即多次重复注塑成型产品的重量重复精度来描述注塑质量,因此如何实现注塑成型的高重复精度控制就是注塑成型控制的一个关键问题。
注塑成型的关键过程就是注射和保压,因此只有精确的控制了注射和保压过程,才可以实现高精度注塑重复精度。为了实现注塑重复精度控制,除了要从工艺参数的控制精度上实现,如注射和保压过程的速度、压力、位置控制精度要高,还需要从注塑工艺角度考虑实现高可重复的注塑成型过程。一个需要精确控制的环节是注射到保压过程的精确控制,目前注射过程转到保压过程的方式主要有位置控制方法、时间控制方法、压力控制方法以及温度控制方法等,只有实现合适了精确平稳的注射转保压过程控制才能够防止模腔压力超调过大,压力过高。
注射过程是将熔融态的高分原料充填进模腔,而保压过程则是实现高分子原料在一定压力和温度下冷却成型,并实现冷却补缩保证产品的一致性,因此保压过程对注塑成型过程的质量影响更加直接,而目前保压过程的控制基本上采用时间控制方式,保压过程根据压力变化分为几个保压阶段,每个阶段的转化都采用时间控制方式,即时间达到则转下一保压阶段,最终保压过程结束也是采用时间控制方式,这种保压控制方法本质上是一种近似的控制方法,模拟高分子原料在模腔内成型压力和温度变化过程。但是这种控制方法无法从本质上保证注塑过程的高可重复控制精度,因为每循环注塑成型过程受到很多外部干扰因素的影响,熔体温度、注射量都可能不精确,因此固定的保压控制难以保证高可重复精度。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足,提供一种可实现对注塑成型过程的精确可重复控制的注塑重复精度控制系统及方法。为解决上述技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统,用于注塑机,该注塑重复精度控制系统包括注塑工艺参数给定模块、熔体温度和注射螺杆位置检测模块、注塑液压系统模块和注塑成型重复精度控制模块,所述注塑工艺参数给定模块连接到注塑成型重复精度控制模块,熔体温度和注射螺杆位置检测模块连接到注塑成型重复精度控制模块,注塑液压系统模块安装在注塑机上,并与注塑成型重复精度控制模块相连接;
所述注塑工艺参数给定模块用于将注塑工艺参数传送到注塑成型重复精度控制模块;
所述熔体温度和注射螺杆位置检测模块包括安装在注塑机注射螺杆处的位置传感器和安装在注塑机料筒上的温度传感器,用于将检测到的数据传送到注塑成型重复精度控制模块;
所述注塑成型重复精度控制模块用于通过对传送来的数据进行控制计算,实现对注塑液压系统模块的控制;
所述注塑液压系统模块用于实现注塑机各部分的运动控制。
提供一种利用所述注塑重复精度控制系统的注塑重复精度控制方法,所述注塑重复精度控制方法的具体步骤如下:
A、熔体温度和注射螺杆位置检测模块通过安装在注塑机注射螺杆处的位置传感器实时检测螺杆位置p,并记录下注塑机熔胶过程停止时的位置X1以及保压结束时螺杆位置X2,同时通过安装在注塑机料筒上的温度传感器检测料筒温度t,并将螺杆位置p、熔胶停止位置X1、和料筒温度t传送到注塑成型重复精度控制模块;
B、注塑成型重复精度控制模块实时记录熔体温度和注射螺杆位置检测模块传送来的螺杆位置p和料筒温度t,记录每个注塑循环熔胶停止时螺杆位置X1(k),并通过下面公式(1)计算当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k):
T(k)=t+273 (1)
其中k表示当前是第k次注塑循环,t为保压过程中料筒温度;
C、经过试验测试,不断调整保压停止时螺杆位置X2以及其他注塑工艺参数,使注塑成型出来的产品达到用户满意,此时保压停止时螺杆位置X2即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时螺杆位置X2(k),其中括号中1表示第1个注塑循环,此次循环熔胶停止时螺杆位置X1即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置X1(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,此时熔体温度和注射螺杆位置检测模块记录此时循环料筒温度t并传送到注塑成型重复精度控制模块;注塑成型重复精度控制模块根据公式(1)计算出的料筒绝对温度T,即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环料筒绝对温度T(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,注塑工艺参数给定模块将注塑循环熔胶停止位置X1(1)传送到注塑成型重复精度控制模块作为后面控制计算使用;
D、注塑成型重复精度控制模块通过控制使得下面公式(2)的比值相等,即每次注塑成型过程中注射保压过程螺杆前进距离和料筒绝对温度的比值相等来控制注塑的保压过程,所述注射保压过程螺杆前进距离即为熔胶停止时螺杆位置和保压停止时螺杆位置的差值,
其中k表示当前为第k次注塑循环,L(k)为当前第k次注塑循环注射保压过程螺杆前进的距离,按照下式计算:
L(k)=X1(k)-X2(k) (3)
T(k)为经过公式(1)计算得来的当前第k次注塑循环料筒绝对温度值,k表示当前是第k次注塑循环,X1(k)为当前第k次循环熔胶停止时螺杆位置,X2(k)为当前第k次循环保压过程结束时螺杆位置;
E、按照步骤D的原理,注塑成型重复精度控制模块按照如下公式(4)来计算当前注塑循环中保压的停止位置:
其中k表示当前为第k次注塑循环,X2(k)为当前第k次注塑循环保压的停止位置,X1(k)为当前第k次注塑循环熔胶停止时螺杆位置,T(k)为按照公式(1)当前第k次注塑循环料筒绝对温度,X1(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置,X2(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时位置,T(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环时料筒绝对温度;
F、设第一个注塑循环时保压停止时螺杆位置为X2(1),第一个注塑循环熔胶停止时螺杆位置为X1(1),注塑成型重复精度控制模块利用公式(1)计算得到的当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k)及上面公式(4)计算得到的当前注塑循环保压停止位置X2(k),以及熔体温度和注射螺杆位置检测模块实时采集的检测螺杆当前位置p按照下面给定方式控制保压过程:
如果p>X2(k)则继续保压过程,如果p≤X2(k)则停止保压过程;
之后的注塑循环时,重复该给定方式控制保压过程,注塑成型重复精度控制模块根据上述判断的结果来控制注塑液压系统模块。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
按照上述计算保压过程停止位置及保压停止控制方法实现的注塑成型过程将能保证高精度的重复控制精度,而且控制和计算方法简单,与现有的控制方法相比没有增加硬件设备而能大大提高重复控制精度。
附图说明
图1为本发明的的注塑重复精度控制系统结构框图。
图中的附图标记为:101注塑工艺参数给定模块;102注塑成型重复精度控制模块;103注塑液压系统模块;104注塑机;105熔体温度和注射螺杆位置检测模块。
具体实施方式
首先需要说明的是,本发明涉及工业控制技术的应用。在本发明的实现过程中,会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为,如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后,在结合现有公知技术的情况下,本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。前述软件功能模块包括但不限于:注塑工艺参数给定模块101、注塑成型重复精度控制模块102、注塑液压系统模块103、熔体温度和注射螺杆位置检测模块105等,凡本发明申请文件提及的均属此范畴,申请人不再一一列举。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
图1中的基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统,包括注塑工艺参数给定模块101、注塑成型重复精度控制模块102、注塑液压系统模块103、熔体温度和注射螺杆位置检测模块105。注塑工艺参数给定模块101连接到注塑成型重复精度控制模块102,将注塑工艺参数如液压系统压力、速度、设定熔体温度、注射位置等参数传送到注塑成型重复精度控制模块102。熔体温度和注射螺杆位置检测模块105连接到注塑成型重复精度控制模块102,并通过安装在注塑机104注射螺杆处的位置传感器检测螺杆位置p,以及通过安装在注塑机104料筒上的温度传感器检测料筒温度t,并将螺杆位置P和料筒温度T传送到注塑成型重复精度控制模块102。注塑成型重复精度控制模块102利用设置的工艺参数、熔体温度和注射螺杆位置检测模块105检测的螺杆位置p和料筒温度t进行控制计算,实现对注塑液压系统模块103的控制。注塑液压系统模块103安装在注塑机104上,并与注塑成型重复精度控制模块102相连接,具体实现注塑机104各部分的运动控制。
注塑成型过程中,注塑机104首先通过熔胶或者称为储料过程驱动螺杆向后旋转后退将注塑机104料斗中的高分子原料压入注塑机104料筒中,熔胶停止时螺杆的位置称为熔胶位置。进入注塑机104料筒的高分子原料经过加热达到注塑成型温度,然后注塑机104经过注射和保压过程,注塑螺杆向前运动,将料筒中熔融态的高分子原料注入封闭的模腔,经过冷却成型,注射停止时的位置称为注射位置,保压过程停止时的位置称为保压位置。
一种利用所述注塑重复精度控制系统的注塑重复精度控制方法,具体步骤如下:
A、熔体温度和注射螺杆位置检测模块105通过安装在注塑机104注射螺杆处的位置传感器实时检测螺杆位置p,并记录下注塑机104熔胶过程停止时的位置X1以及保压结束时螺杆位置X2,同时通过安装在注塑机104料筒上的温度传感器检测料筒温度t,并将螺杆位置p、熔胶停止位置X1、和料筒温度t传送到注塑成型重复精度控制模块102。
B、注塑成型重复精度控制模块102实时记录熔体温度和注射螺杆位置检测模块105传送来的螺杆位置p和料筒温度t,记录每个注塑循环熔胶停止时螺杆位置X1(k),并通过下面公式(1)计算当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k):
T(k)=t+243 (1)
其中k表示当前是第k次注塑循环,t为保压过程中料筒温度。
C、经过试验测试,不断调整保压停止时螺杆位置X2以及其他注塑工艺参数,使注塑成型出来的产品达到用户满意,此时保压停止时螺杆位置X2即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时螺杆位置X2(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,此次循环熔胶停止时螺杆位置X1即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置X1(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,此时熔体温度和注射螺杆位置检测模块105记录此时循环料筒温度t并传送到注塑成型重复精度控制模块102;注塑成型重复精度控制模块102根据公式(1)计算出的料筒绝对温度T,即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环料筒绝对温度T(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,注塑工艺参数给定模块101将注塑循环熔胶停止位置X1(1)传送到注塑成型重复精度控制模块102作为后面控制计算使用。
D、注塑成型重复精度控制模块102通过控制使得下面公式(2)的比值相等,即每次注塑成型过程中注射保压过程螺杆前进距离和料筒绝对温度的比值相等来控制注塑的保压过程,所述注射保压过程螺杆前进距离即为熔胶停止时螺杆位置和保压停止时螺杆位置的差值,
其中k表示当前为第k次注塑循环,L(k)为当前第k次注塑循环注射保压过程螺杆前进的距离,按照下式计算:
L(k)=X1(k)-X2(k) (3)
T(k)为经过公式(1)计算得来的当前第k次注塑循环料筒绝对温度值,k表示当前是第k次注塑循环,X1(k)为当前第k次循环熔胶停止时螺杆位置,X2(k)为当前第k次循环保压过程结束时螺杆位置。
E、按照步骤D的原理,注塑成型重复精度控制模块102按照如下公式(4)来计算当前注塑循环中保压的停止位置:
其中k表示当前为第k次注塑循环,X2(k)为当前第k次注塑循环保压的停止位置,X1(k)为当前第k次注塑循环熔胶停止时螺杆位置,T(k)为按照公式(1)当前第k次注塑循环料筒绝对温度,X1(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置,X2(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时位置,T(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环时料筒绝对温度。
F、设第一个注塑循环时保压停止时螺杆位置为X2(1),第一个注塑循环熔胶停止时螺杆位置为X1(1),注塑成型重复精度控制模块102利用公式(1)计算得到的当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k)及上面公式(4)计算得到的当前注塑循环保压停止位置X2(k),以及熔体温度和注射螺杆位置检测模块105实时采集的检测螺杆当前位置p按照下面给定方式控制保压过程:
如果p>X2(k)则继续保压过程,如果p≤X2(k)则停止保压过程;
之后的注塑循环时,重复该给定方式控制保压过程,注塑成型重复精度控制模块102根据上述判断的结果来控制注塑液压系统模块103。
在实际工作过程中,以一个60吨液压注塑机104,采用聚丙烯为注塑高分子原料,注塑重复精度控制方法的具体实施步骤如下:
A、熔体温度和注射螺杆位置检测模块105通过安装在注塑机104注射螺杆处的位置传感器实时检测螺杆位置p,并记录下注塑机104熔胶过程停止时的位置X1以及保压结束时螺杆位置X2,同时通过安装在注塑机104料筒上的温度传感器检测料筒温度t,并将螺杆位置p、熔胶停止位置X1、和料筒温度t传送到注塑成型重复精度控制模块102。
B、注塑成型重复精度控制模块102实时记录熔体温度和注射螺杆位置检测模块105传送来的螺杆位置p和料筒温度t,记录每个注塑循环熔胶停止时螺杆位置X1(k),并通过下面公式(1)计算当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k):
T(k)=t+273 (1)
C、经过试验测试,不断调整保压停止时螺杆位置X2以及其他注塑工艺参数,使注塑成型出来的产品达到用户满意,此时设置的保压停止位置为10mm,则X2(1) =10mm;此循环检测到的熔胶停止位置为120mm,则X1(1) =120mm;此时熔体温度和注射螺杆位置检测模块105记录此时循环料筒温度t为210℃,则注塑成型重复精度控制模块102根据公式(1)可以计算得到T(1) =210+273=483℃;注塑工艺参数给定模块101将此时注塑循环保压停止位置X2(1)传送到注塑成型重复精度控制模块102作为后面控制计算使用。
D、在其他以后注塑循环中,熔体温度和注射螺杆位置检测模块105通过安装在注塑机104注射螺杆处的位置传感器实时检测螺杆位置p,并记录下注塑机104熔胶过程停止时的位置X1(k)传送到注塑成型重复精度控制模块102,取当前循环X1(k) =119mm,当前循环检测到的料筒温度t为214℃,则注塑成型重复精度控制模块102根据公式(1)计算得到T(k) =214+273=487℃。
E、在此循环中,注塑成型重复精度控制模块102按照如下公式(4)来计算当前注塑循环中保压的停止位置:
得到 mm。
F、注塑成型重复精度控制模块102利用上面公式(4)计算得到的当前注塑循环保压停止位置X2(k),以及熔体温度和注射螺杆位置检测模块105实时采集的检测螺杆当前位置p按照下面给方式控制保压过程:
如果p>8.089mm则继续保压过程,如果p≤8.089mm则停止保压过程。
注塑成型重复精度控制模块102根据上述判断的结果来控制注塑液压系统模块103的动作。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于熔体温度和保压位置的注塑重复精度控制系统,用于注塑机,其特征在于,该注塑重复精度控制系统包括注塑工艺参数给定模块、熔体温度和注射螺杆位置检测模块、注塑液压系统模块和注塑成型重复精度控制模块,所述注塑工艺参数给定模块连接到注塑成型重复精度控制模块,熔体温度和注射螺杆位置检测模块连接到注塑成型重复精度控制模块,注塑液压系统模块安装在注塑机上,并与注塑成型重复精度控制模块相连接;
所述注塑工艺参数给定模块用于将注塑工艺参数传送到注塑成型重复精度控制模块;
所述熔体温度和注射螺杆位置检测模块包括安装在注塑机注射螺杆处的位置传感器和安装在注塑机料筒上的温度传感器,用于将检测到的数据传送到注塑成型重复精度控制模块;
所述注塑成型重复精度控制模块用于通过对传送来的数据进行控制计算,实现对注塑液压系统模块的控制;
所述注塑液压系统模块用于实现注塑机各部分的运动控制。
2.一种利用权利要求1所述的注塑重复精度控制系统的注塑重复精度控制方法,其特征在于,所述注塑重复精度控制方法的具体步骤如下:
A、熔体温度和注射螺杆位置检测模块通过安装在注塑机注射螺杆处的位置传感器实时检测螺杆位置p,并记录下注塑机熔胶过程停止时的位置X1以及保压结束时螺杆位置X2,同时通过安装在注塑机料筒上的温度传感器检测料筒温度t,并将螺杆位置p、熔胶停止位置X1、和料筒温度t传送到注塑成型重复精度控制模块;
B、注塑成型重复精度控制模块实时记录熔体温度和注射螺杆位置检测模块传送来的螺杆位置p和料筒温度t,记录每个注塑循环熔胶停止时螺杆位置X1(k),并通过下面公式(1)计算当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k):
T(k)=t+273 (1)
其中k表示当前是第k次注塑循环,t为保压过程中料筒温度;
C、经过试验测试,不断调整保压停止时螺杆位置X2以及其他注塑工艺参数,使注塑成型出来的产品达到用户满意,此时保压停止时螺杆位置X2即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时螺杆位置X2(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,此次循环熔胶停止时螺杆位置X1即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置X1(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,此时熔体温度和注射螺杆位置检测模块记录此时循环料筒温度t并传送到注塑成型重复精度控制模块;注塑成型重复精度控制模块根据公式(1)计算出的料筒绝对温度T,即为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环料筒绝对温度T(1),其中括号中1表示第1个注塑循环,注塑工艺参数给定模块将注塑循环熔胶停止位置X1(1)传送到注塑成型重复精度控制模块作为后面控制计算使用;
D、注塑成型重复精度控制模块通过控制使得下面公式(2)的比值相等,即每次注塑成型过程中注射保压过程螺杆前进距离和料筒绝对温度的比值相等来控制注塑的保压过程,所述注射保压过程螺杆前进距离即为熔胶停止时螺杆位置和保压停止时螺杆位置的差值,
其中k表示当前为第k次注塑循环,L(k)为当前第k次注塑循环注射保压过程螺杆前进的距离,按照下式计算:
L(k)=X1(k)-X2(k) (3)
T(k)为经过公式(1)计算得来的当前第k次注塑循环料筒绝对温度值,k表示当前是第k次注塑循环,X1(k)为当前第k次循环熔胶停止时螺杆位置,X2(k)为当前第k次循环保压过程结束时螺杆位置;
E、按照步骤D的原理,注塑成型重复精度控制模块按照如下公式(4)来计算当前注塑循环中保压的停止位置:
其中k表示当前为第k次注塑循环,X2(k)为当前第k次注塑循环保压的停止位置,X1(k)为当前第k次注塑循环熔胶停止时螺杆位置,T(k)为按照公式(1)当前第k次注塑循环料筒绝对温度,X1(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环熔胶停止时螺杆位置,X2(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环保压停止时位置,T(1)为正常工作第一个循环或者第一个注塑质量满意的循环时料筒绝对温度;
F、设第一个注塑循环时保压停止时螺杆位置为X2(1),第一个注塑循环熔胶停止时螺杆位置为X1(1),注塑成型重复精度控制模块利用公式(1)计算得到的当前注塑循环保压过程中料筒绝对温度T(k)及上面公式(4)计算得到的当前注塑循环保压停止位置X2(k),以及熔体温度和注射螺杆位置检测模块实时采集的检测螺杆当前位置p按照下面给定方式控制保压过程:
如果p>X2(k)则继续保压过程,如果p≤X2(k)则停止保压过程;
之后的注塑循环时,重复该给定方式控制保压过程,注塑成型重复精度控制模块根据上述判断的结果来控制注塑液压系统模块。
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