CN104228014A - 注塑成型机的压力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注塑成型机的压力控制装置，其检测注射压力的峰值压力产生时刻和峰值压力值，在保压工序中从峰值压力产生时刻到峰值压力保持控制完成条件成立为止的期间，进行压力控制使注射压力保持所述检测出的峰值压力值。另外，在从峰值压力保持控制完成时刻到保压工序完成时刻为止的期间，根据保压工序的设定压力进行压力控制。

Description

注塑成型机的压力控制装置

技术领域

本发明涉及注塑成型机的压力控制装置。

背景技术

在同轴往复螺杆式(in-line screw)注塑成型机中，通过旋转加热汽缸内的螺杆的同时使螺杆后退，来进行将熔融树脂压送到加热汽缸的前端部的计量工序和之后的使螺杆前进从而在金属模具内填充熔融树脂的注射工序和保压工序。

在注射工序中，根据预先设定的注射冲程和注射速度使螺杆前进，由此向金属模具内填充加热汽缸内的熔融树脂。然后，当前进到注射/保压切换位置时，从注射工序切换成保压工序。在保压工序中，根据预先设定的保压压力和保压时间进行压力控制，由此使熔融树脂充分填充金属模具内，并且补缩由树脂的收缩引起的成型品的缩痕。

在日本特开2008-74114号公报中公开了通过使螺杆前进而开始向金属模具的腔内填充树脂，在所述腔内充满树脂前维持所述螺杆的螺杆位置，充满所述腔内后转移到保压工序的技术(参照图5)。

在日本特开平2-274522号公报中公开了如下技术：从注射压力达到预先设定的切换压力时刻起使充填(pack)压力控制用的定时器开始计时，同时使充填压力作用，并且根据该定时器的超时从充填压力控制切换成保压控制。

此外，在日本特开2010-721号公报中公开了如下技术：填充压力的检测值达到第一设定压力值之前通过速度控制进行填充，在上述填充压力的检测值达到上述第一设定压力值以上的时刻使控制从速度控制切换成通过上述第一设定压力值进行控制的压力控制，在通过该压力控制进行填充的状态下填充速度变成设定速度以下的时刻切换成通过第二设定压力值进行控制的保压控制(参照图6)。

在金属模具内的树脂流路狭窄或薄片成型等情况下，为了充分填充树脂有时在注射和保压工序中需要较大的峰值压。然而，当峰值压过大时，产生加热汽缸或金属模具受损或在成型品中发生毛刺的不良情况，因此正在寻求不产生过大峰值压力且使树脂充分填充到金属模具内的技术。

在此，将对金属模具的腔内的每单位注射压力的树脂填充性能称为“填充效率”。填充效率越高，越是能够以较低注射压力将树脂充分填充到金属模具内。为了得到较高的填充效率，理想的是在填充完成或到填充完成稍前为止没有变成过大的范围内进行维持较高压力的压力控制即进行峰值压力保持控制，之后切换到补缩成型品的缩痕的保压工序。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种注塑成型机的压力控制装置，其具备在保压工序中控制注射压力的压力控制部、峰值压力检测部以及峰值压力保持控制部，该峰值压力检测部检测注射压力的峰值压力产生时刻和峰值压力值，此外，该峰值压力保持控制部在保压工序中，在从峰值压力产生时刻到峰值压力保持控制完成条件成立为止的期间，进行压力控制使注射压力保持所述检测到的峰值压力值。

本发明的注塑成型机的压力控制装置，其具有驱动注射螺杆的注射螺杆驱动部、检测注射压力的注射压力检测部、在注射工序中控制所述注射螺杆的移动速度的螺杆速度控制部、在保压工序中控制注射压力的压力控制部、从注射工序切换到保压工序的注射保压切换部以及检测注射压力的峰值压力产生时刻和峰值压力值的峰值压力检测部。该压力控制装置还具备峰值压力保持控制部，其在保压工序中，在从峰值压力产生时刻到峰值压力保持控制完成条件成立的峰值压力保持控制完成时刻为止的期间，进行压力控制使注射压力保持所述检测到的峰值压力值。并且，在从所述峰值压力保持控制完成时刻到保压工序完成时刻为止的期间，所述压力控制部根据保压工序的设定压力来进行压力控制。

所述峰值压力保持控制完成条件是从峰值压力产生时刻起经过预定时间、从峰值压力产生时刻起螺杆仅前进预定螺杆前进量以及螺杆前进速度降低到预定速度为止中的至少一方。

所述峰值压力检测部能够检测每单位时间的压力变化量变成预定变化量以下的时刻或螺杆速度变成预定速度以下的时刻来作为峰值压力产生时刻，并检测该检测到的峰值压力产生时刻的注射压力来作为峰值压力值。

在从注射保压切换时刻到峰值压力产生时刻为止的期间，所述压力控制部能够根据保压工序的设定压力进行压力控制。

在从注射保压切换时刻到峰值压力产生时刻为止的期间，所述压力控制部进行控制使螺杆速度成为保压限制速度以下。

根据本发明的注塑成型机的压力控制装置，能够通过从检测到峰值压力的时刻开始保持峰值压力值，将压力值抑制到比产生毛刺更低的压力值的同时得到较高的填充效率，并且，在峰值压力保持控制完成条件成立后，切换到补缩成型品的缩痕的保压工序，因此能够通过长时间保持峰值压力来防止在成型品中产生变形的现象。

附图说明

图1是注塑成型机以及控制该注塑成型机的控制装置的概要结构图。

图2是表示本发明的压力控制装置的一实施方式的框图。

图3是用于说明通过具有本发明的压力控制装置的注塑成型机成型时的注射压力以及螺杆位置在一个成型周期期间的时间推移的图表。

图4是说明本发明的压力控制装置执行的压力控制的处理流程的图。

图5是用于说明通过现有技术(日本特开2008-74114号公报)的注射成型方法成型时的注射压力、螺杆位置与一个成型周期的时间经过的关系的图表。

图6是用于说明通过现有技术(日本特开平2-274522号公报、日本特开2010-721号公报)的注射成型方法成型的注射压力、螺杆位置与一个成型周期的时间经过的关系的图表。

具体实施方式

图1是注塑成型机以及控制该注塑成型机的控制装置的概要结构图。

在插入了注射螺杆3的汽缸1的前端安装有喷嘴2，在汽缸1的后端的侧部安装有将树脂颗粒供给汽缸1的料斗4。注射螺杆3被构成为通过将在注射螺杆3的轴向驱动注射螺杆3的驱动单元的注射用伺服电动机M1和传动装置以及滚珠丝杠/螺母等的旋转运动转换成直线运动的转换机构7，在注射螺杆3的轴向驱动注射螺杆3，来进行注射以及背压控制。此外，注射螺杆3通过作为用于使该注射螺杆3旋转的旋转驱动单元的伺服电动机M2和由传送带、滑轮等构成的传动装置6进行旋转驱动。

在注射用伺服电动机M1和螺杆旋转用伺服电动机M2上分别安装了检测它们的旋转位置/速度的位置/速度检测器Penc1、位置/速度检测器Penc2。通过这些位置/速度检测器Penc1、Penc2能够检测注射螺杆3的位置(注射螺杆轴向位置)、移动速度(注射速度)以及注射螺杆3的旋转速度。此外，设有负载传感器等压力传感器5，其检测来自熔融树脂对注射螺杆3施加的螺杆轴向的压力。

PMC-CPU17与存储了用于控制注塑成型机的顺序动作的顺序程序等的ROM18、用于临时存储运算数据等的RAM19连接。CNC-CPU20与存储了用于整体地控制注塑成型机的自动运转程序等的ROM21、用于临时存储运算数据等的RAM22连接。

伺服CPU15与存储了用于进行位置环、速循环以及电流环处理的伺服控制专用控制程序的ROM13、用于临时存储数据的RAM14连接。另外，该伺服CPU15与伺服放大器12、驱动注射用伺服电动机M1的伺服放大器11连接，其中，所述伺服放大器12根据来自该伺服CPU15的指令驱动螺杆旋转用伺服电动机M2。

如上所述，分别在各伺服电动机M1、M2上安装有位置/速度检测器Penc1、Penc2。将从这些位置/速度检测器Penc1、Penc2的输出反馈给伺服CPU15。伺服CPU15根据从CNC-CPU20指令的对各轴(注射用伺服电动机M1、或者螺杆旋转用伺服电动机M2)的移动指令和从位置/速度检测器Penc1、位置/速度检测器Penc2反馈的检测位置和检测速度来进行位置/速度的反馈控制，并执行电流反馈控制来驱动控制各伺服放大器11、12。

此外，设有当前位置寄存器，其根据来自位置/速度检测器Penc1的位置反馈信号求出注射螺杆3的前进位置(轴向位置)，并能够通过该当前位置寄存器检测螺杆位置。此外，向伺服CPU15输入通过A/D转换器16将压力传感器5中的检测信号(模拟信号)转换成数字信号的树脂压力(对螺杆施加的树脂压力)。

LCD/MDI(带液晶显示装置的手动输入装置)25经由LCD显示电路24与总线26连接。另外，通过非易失性存储器构成的成型数据保存用RAM23也与总线26连接。在该成型数据保存用RAM23中存储与注射成型作业相关的成型条件和各种设定值、参数、宏变量等。

通过以上的结构，PMC-CPU17控制注塑成型机整体的顺序动作，CNC-CPU20根据ROM21的运转程序和成型数据保存用RAM23存储的成型条件等来对各轴的伺服电动机M1、M2进行移动指令的分配。此外，伺服CPU15根据对各轴(注射用伺服电动机M1和螺杆旋转用伺服电动机M2)分配的移动指令和通过位置/速度检测器Penc1、Penc2检测到的位置以及速度的反馈信号等，与以往同样地进行位置环控制、速度环控制，还进行电流环控制的伺服控制，并进行所谓的数字伺服处理。

使用图2的框图对本发明的注塑成型机的压力控制装置的一实施方式进行说明。

注塑成型机的压力控制装置具备驱动注射螺杆3的注射螺杆驱动部30、检测注射压力的注射压力检测部40、在注射工序中控制注射螺杆3的移动速度的螺杆速度控制部31、在保压工序中控制注射压力的压力控制部32、从注射工序切换成保压工序的注射保压切换部50、检测注射压力的峰值压力产生时刻和峰值压力值的峰值压力检测部41以及峰值压力保持控制部42。

螺杆速度控制部31从峰值压力保持控制部42(接点A)或压力控制部32(接点B)的某一方接收速度指令，向注射螺杆驱动部30(伺服放大器11、12)发送扭矩指令，驱动注射用伺服电动机M1。

峰值压力检测部41根据由注射压力检测部40检测到的注射压力的变化值来检测峰值压力产生时刻和该峰值压力。将通过峰值压力检测部41检测到的峰值压力输出给峰值压力保持控制部42。

峰值压力保持控制部42在保压工序中，在从峰值压力产生时刻到峰值压力保持控制完成条件成立时刻为止的期间，通过将速度指令经由切换接点B提供给螺杆速度控制部31，操作注射螺杆驱动部30的驱动扭矩来进行压力控制，从而使注射压力保持通过峰值压力检测部41检测到的峰值压力值。

另一方面，压力控制部32从注射压力检测部40接收注射压力，在从通过注射保压切换部50的注射保压切换时刻到峰值压力产生时刻为止的期间、以及从峰值压力保持控制完成条件成立时刻到保压工序完成时刻为止的期间，通过将速度指令经由切换接点A提供给螺杆速度控制部31，根据保压工序的设定压力来进行压力控制。

接着，使用图3对通过本发明的注塑成型机的压力控制装置执行的注射压力的控制进行说明。

为了降低填充时的过大的峰值压力并在预定的注射压力以内得到较高填充效率，如上所述，理想的是进行维持注射保压切换时产生的峰值压力那样的压力控制(即，峰值压力保持控制)直到填充完成或填充完成稍早前为止，之后切换到补缩成型品的缩痕的保压工序。

图3是用于说明通过具有本发明的压力控制装置的注塑成型机进行成型时的注射压力以及螺杆位置在一个成型周期期间的时间推移的图表。

如图3所示，在本发明的压力控制装置的压力控制中，当从注射工序的速度控制切换成保压工序的压力控制，而输出压力成为峰值时，到峰值压力保持控制完成条件成立为止的期间保持该峰值压力，在从峰值压力保持控制完成时刻到保压工序完成时刻为止的期间，根据保压工序的设定压力，通过图1的控制装置10来进行压力控制。

如图3所示，在本发明的压力控制装置的压力控制装置中，通过从检测到峰值压力时刻开始保持该峰值压力值，能够将压力抑制成比毛刺产生更低的压力值的同时得到高的填充效果。峰值压力保持控制完成条件成立后，根据补缩成型品的缩痕的保压工序的设定压力进行压力控制，因此能够通过长时间保持峰值压力来防止成型品产生变形的现象。

<峰值压力检测部>

注射压力，可以通过使用负载传感器等力检测器检测螺杆在轴向受到的力来取得，也可以通过使用树脂压力传感器检测注射汽缸内的树脂压力来取得，还可以通过检测注射螺杆驱动部30的驱动扭矩来取得，在通过液压驱动注射螺杆的情况下还可以通过检测液压的压力来取得。

检测注射压力的峰值的峰值压力检测部41检测每单位时间的压力变化量，并检测该每单位时间的压力变化量从增加转变成减少的时刻(极大值的产生时刻)来作为峰值压力产生时刻。此时，检测到最大压力产生的时刻是每单位时间的压力变化量转变成减少的时刻，因此检测到最大压力产生的时刻比实际的峰值压力产生时刻晚一个采样时间，峰值压力检测时刻的压力值成为比实际的峰值压力小的值。然而，实际的峰值压力产生时刻与检测到峰值压力产生的时刻的时间差较小，且实际的峰值压力值与峰值压力检测时刻的压力值的差也较小，因此当保持检测到的峰值压力值时也可以保持检测到峰值压力产生时刻的压力值。

或者，峰值压力检测部41也可以在峰值压力产生时刻的近旁检测每单位时间的压力变化量成为预定变化量以下的时刻来作为峰值压力产生时刻。当预定变化量为正值时，峰值压力检测部41检测比压力的极大值产生时刻稍前的时刻作为峰值压力产生时刻，另一方面，当预定变化量为负值时，峰值压力检测部41检测比压力的极大值产生时刻稍后的时刻作为峰值压力产生时刻。

或者，峰值压力检测部41也可以检测螺杆速度成为预定速度以下的时刻作为峰值压力产生时刻。这是利用在树脂的填充完成附近，向腔内的树脂的流动减少，每单位时间的注射压力的上升量与螺杆速度大致成比例，因此在峰值压力的产生时刻与螺杆速度变成零的时刻大概一致。

此时，根据树脂的种类、成型品的形状，与峰值压力产生时刻对应的螺杆速度变化，因此可以根据树脂的种类、成型品的形状来预先决定所述预定速度，也可以由操作员设定。

<峰值压力保持控制部>

峰值压力保持控制部42可以操作螺杆速度来进行压力控制，也可以操作注射螺杆驱动部30的驱动扭矩来进行压力控制，从而使注射压力保持峰值压力。此外，在峰值压力保持控制中，有时螺杆不是在轴向完全停止而是为了保持压力而前进。此时的前进速度根据树脂的种类、成型品的形状或对金属模具的树脂的填充状态进行变化。另外，在从注射保压切换后到压力产生时刻为止的期间，可以根据保压工序的设定压力来进行压力控制，也可以控制成使螺杆停止，还可以控制成使螺杆速度成为预定速度。

作为峰值压力保持控制完成条件，可以设为从峰值压力产生时刻开始经过预定时间(图1所示的控制装置10具备计时单元)，或者也可以设为从峰值压力产生时刻开始螺杆仅前进预定螺杆前进量。注射螺杆3的前进量能够使用位置检测信号来进行测量，其中，所述位置检测信号是从安装在注射用伺服电动机M1上的位置/速度检测器Penc1向伺服CPU15反馈的信号。

或者，可以将峰值压力保持控制完成条件设成螺杆前进速度降低到预定速度为止。注射螺杆3的前进速度能够使用速度检测信号来进行测量，其中，所述速度检测信号是从安装在注射用伺服电动机M1上的位置/速度检测器Penc1向伺服CPU15反馈的信号。这是利用在填充未完成状态下树脂向金属模具的腔内流动，因此用于保持峰值压力的螺杆速度较快，但随着接近填充完成树脂向腔内的流动减少，从而用于保持峰值压力的螺杆速度变慢的情况。通过从螺杆前进速度降低到预定速度开始完成峰值压力保持控制，到填充完成附近之前保持峰值压力，之后根据补缩成型品的缩痕的保压工序的设定压力来进行压力控制。

图4是说明本发明的压力控制装置执行的压力控制的处理流程的图。以下，根据各步骤进行说明。

[步骤SA01]执行注射工序。

[步骤SA02]执行注射/保压工序的切换。

[步骤SA03]进行压力控制，以便成为设定压力。

[步骤SA04]判断是否产生了峰值压力，当产生时(是)转移到步骤SA05，当没有产生时(否)返回到步骤SA03。

[步骤SA05]执行控制，以保持峰值压力。

[步骤SA06]判断从峰值产生时刻开始是否经过了预定时间，当经过了预定时间时(是)转移到步骤SA07，当没有经过预定时间时(否)返回到步骤SA05。

[步骤SA07]执行压力控制，以便成为设定压力。

[步骤SA08]判断保压工序是否完成，当保压工序完成时(是)转移到步骤SA09，当保压工序没有完成时(否)返回到步骤SA07。

[步骤SA09]执行计量工序以及减压工序，结束处理。

Claims (5)

1.一种注塑成型机的压力控制装置，其特征在于，

该压力控制装置具备：

驱动注射螺杆的注射螺杆驱动部；

检测注射压力的注射压力检测部；

在注射工序中控制所述注射螺杆的移动速度的螺杆速度控制部；

在保压工序中控制注射压力的压力控制部；

从注射工序切换到保压工序的注射保压切换部；

检测注射压力的峰值压力产生时刻和峰值压力值的峰值压力检测部；以及

峰值压力保持控制部，其在保压工序中，在从峰值压力产生时刻到峰值压力保持控制完成条件成立的峰值压力保持控制完成时刻为止的期间，进行压力控制使注射压力保持所述检测到的峰值压力值，

在从所述峰值压力保持控制完成时刻到保压工序完成时刻为止的期间，所述压力控制部根据保压工序的设定压力来进行压力控制。

2.根据权利要求1所述的注塑成型机的压力控制装置，其特征在于，

所述峰值压力保持控制完成条件是从峰值压力产生时刻经过预定时间、从峰值压力产生时刻螺杆仅前进预定螺杆前进量以及螺杆前进速度降低到预定速度为止中的至少一方。

3.根据权利要求1所述的注塑成型机的压力控制装置，其特征在于，

所述峰值压力检测部检测每单位时间的压力变化量成为预定变化量以下的时刻或螺杆速度成为预定速度以下的时刻来作为峰值压力产生时刻，并检测检测到的该峰值压力产生时刻的注射压力来作为峰值压力值。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的注塑成型机的压力控制装置，其特征在于，

在从注射保压切换时刻到峰值压力产生时刻为止的期间，所述压力控制部根据保压工序的设定压力进行压力控制。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的注塑成型机的压力控制装置，其特征在于，

在从注射保压切换时刻到峰值压力产生时刻为止的期间，所述压力控制部进行控制使螺杆速度成为保压限制速度以下。