CN104626494B - 一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法，包括：在正式加工之前，执行至少一个模次的塑料注射成型加工工艺并获得多个采样点，其中包括注射压力由波动转为稳定时所对应的开始点以及保压切换位置所对应的切换点，同时记录相应的注射螺杆位置和注射压力；计算出制品充填指数FI；启动正常加工并实时采集多个采样点，其中包括螺杆位置与开始点相对应的采样点，然后计算出当前充填指数FI^*；将制品充填指数FI作为保压切换指标与当前充填指数进行比较，由此执行保压切换的动态调整。通过本发明，能够在无需增加额外设备的情况下，显著改善因生产因素波动而导致的塑料制品重量波动问题，同时具备便于操控、精度高和稳定性好等优点。

Description

一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法

技术领域

本发明属于注射成型控制相关领域，更具体地，涉及一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法。

背景技术

塑料产品主要采用注射成型工艺进行生产，注塑机是主要的生产装备。注塑成型包括合模、射胶、保压、冷却、熔胶、开模和顶出六个工序，其中保压切换是指当模具型腔快要充满时，注塑机由注射阶段的速度控制切换到保压阶段的压力控制，螺杆的运动从速度控制切换到压力控制，这个切换点即所谓的保压切换点(V/P切换点)，并构成整个注塑工艺中非常重要的过程参数之一。

保压切换点对注塑产品质量有重要影响，目前一般采用固定式控制，判断方法包括位置切换、时间切换和压力切换等。位置切换指的是当螺杆位置达到设定位置时进行保压切换，时间切换指的是由注射开始经过设定的时间进行保压切换，压力切换指的是当注射压力达到设定压力时进行保压切换。然而，在实际生产中，环境、材料以及机器等多个复杂因素均会发生各类波动，上述提到的三种保压切换方法无法有效调节这种波动，因此单纯使用上述三种切换方法无法减小由于环境、材料以及机器等因素的波动而导致的塑料制品质量的波动。

现有技术中已经提出了少量的动态切换控制方案，例如，董召然提出了一种基于注射速度和保压压力控制来执行保压切换的方式(参见“注塑机注射速度和保压压力控制及注射保压切换方法研究”，2008,东北大学，硕士论文)；此外，李闯等提出了采用小波变换的方式进行保压切换控制的方式(参见“注塑成型中注射保压切换点的小波检测方法”，“化工学报”，2009(05)：第1214-1218页)。然而，进一步的研究表明，上述现有技术都是基于型腔压力信息来执行控制的，相应需要在注塑机或模具上安装型腔压力传感器，这样不仅增加了设备成本，而且安装型腔压力传感器也对模具及制件本身提出了较高的要求，因而极大制约了这类方法的在实际生产中的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法，其中通过结合注塑成型工艺的自身特点来设计制品填充指数作为保压切换指标，并对其计算方式和动态调整工艺进行改进，测试表明能够在无需增加额外设备的情况下，显著改善因生产因素波动而导致的塑料制品重量波动问题，同时具备便于操控、精度高和稳定性好等优点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在正式加工之前，在获得合格塑料制品的情况下执行至少一个模次的塑料注射成型加工工艺，并获得包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置这些工艺参数在内的生产曲线；

(b)针对步骤(a)所获得的生产曲线，获得编号依次为1～n的采样点，其中将注射压力由波动转为稳定这一加工时刻所对应的采样点编号为开始点S_start，并将保压切换位置所对应的采样点编号为切换点S_switch，同时记录从开始点S_start到切换点S_switch之间的多个采样点各自所对应的注射螺杆位置和注射压力；

然后，基于以下公式(一)来计算制品充填指数FI：

$FI=\left|\underset{i=S_{start}+1}{\overset{S_{switch}}{\Σ}}\frac{p_i+p_{i-1}}{2}(x_i-x_{i-1})\right|$   (一)

其中，i、i-1分别表示采样点的编号并且i∈[S_start，S_switch]，p_i、p_i-1分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射压力；x_i、x_i-1则分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射螺杆位置；||表示取绝对值的计算；

(c)启动正常加工，实时获取包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置这些工艺参数在内的生产曲线，并针对该生产曲线执行实时采样以获得多个采样点；从所获得的采样点中选择其螺杆位置与所述开始点S_start相对应的点然后基于以下公式(二)来计算当前充填指数FI^*：

${\mathrm{FI}}^{*}=\left|\underset{j=S_{start}^{*}+1}{\overset{S_{current}}{\Σ}}\frac{p_j+p_{j-1}}{2}(x_j-x_{j-1})\right|$   (二)

其中，S_current表示针对生产曲线所实时获取的当前采样点，也即上述实时获得的多个采样点中的最后一个；j、j-1分别表示采样点的编号并且p_j、p_j-1分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射压力；x_j、x_j-1则分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射螺杆位置；||表示取绝对值的计算；

(d)将步骤(b)所计算出的制品充填指数FI作为保压切换指标，并与通过步骤(c)所实时计算的当前充填指数FI^*进行比较，其中当后者小于前者时，返回至步骤(c)继续执行注塑加工；而当后者等于或大于前者时，则在此加工时刻执行保压切换操作。

作为进一步优选地，所述注射压力通过采集自注射机系统油压或者喷嘴压力而获得；所述注射螺杆位置通过自注射机螺杆位置传感设备来执行采集。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过结合注塑成型工艺的自身特点来设计制品填充指数并将其作为保压切换指标，与现有技术的切换指标相比，能够更为综合有效地避免注塑工艺中因环境、材料以及工艺等各种复杂因素而导致的波动影响，相应显著提高制品的精度并达到稳定生产的效果；特别是，通过对其计算方式和动态调整工艺进行改进，能够在不需要增加额外设备的情况下即可实现对保压切换的在线动态调整，因而具备便于操控、适应性广等优点。

附图说明

图1是按照本发明的注塑成型保压切换动态调整工艺的流程图；

图2是用于解释说明图1的工艺流程的盒形塑料制品的模型图；

图3是按照图2中的实施例所获得的生产曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1，显示了按照本发明的注塑成型保压切换动态调整工艺的主要流程，其中通过提出制品填充指数作为保压切换指标，并对其计算方式和动态调整工艺进行改进，测试表明能够在无需增加额外设备的情况下，显著改善因生产因素波动而导致的塑料制品重量波动问题。

具体而言，首先，在正式加工之前，在获得合格塑料制品的情况下执行至少一个模次的塑料注射成型加工工艺，并获得包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置等工艺参数在内的生产曲线，由此完成注射信号的预采集准备工作。

譬如，对于液压型注射机而言，注射压力信号可以采集自注射机系统油压或者是喷嘴压力；对于全电动注塑机，注射压力信号可以采集自系统压力。注射螺杆位置信号x采集自注射机螺杆位置传感设备等。

在步骤二中，针对以上所获得的生产曲线，获得编号依次为1～n的采样点，并根据该半自动或全自动生产的注射压力-时间曲线和注射螺杆位置-时间曲线，将注射压力由波动转为稳定这一加工时刻所对应的采样点编号为开始点S_start，并将保压切换位置所对应的采样点编号为切换点S_switch，同时记录从开始点S_start到切换点S_switch之间的多个采样点各自所对应的注射螺杆位置和注射压力；

然后，基于以下公式(一)来计算制品充填指数FI：

$FI=\left|{\∫}_{S_{Start}}^{S_{Switch}}pdx\right|=\left|\underset{i=S_{start}+1}{\overset{S_{switch}}{\Σ}}\frac{p_i+p_{i-1}}{2}(x_i-x_{i-1})\right|$   (一)

其中，i、i-1分别表示采样点的编号并且i∈[S_start，S_switch]，p_i、p_i-1分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射压力；x_i、x_i-1则分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射螺杆位置。

当然，需要指出的是，若注射过程中，螺杆速度为定值，同时信号采集设备的采样时间间隔为dt，则也可以采用下式作为制品充填指数：

$FI=\left|{\∫}_{t(S=S_{Start})}^{t(S=S_{Switch})}pdt\right|$

接着，在步骤三中，启动正常加工，实时获取包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置等工艺参数在内的生产曲线，并针对该生产曲线执行实时采样以获得多个采样点；从所获得的采样点中选择其螺杆位置与所述开始点S_start相对应的点然后基于以下公式(二)来计算当前充填指数FI^*：

${\mathrm{FI}}^{*}=\left|\underset{j=S_{start}^{*}+1}{\overset{S_{current}}{\Σ}}\frac{p_j+p_{j-1}}{2}(x_j-x_{j-1})\right|$   (二)

其中，S_current表示针对生产曲线所实时获取的当前采样点，也即上述实时获得的多个采样点中的最后一个；j、j-1分别表示采样点的编号并且p_j、p_j-1分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射压力；x_j、x_j-1则分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射螺杆位置。如同以上说明地，若注射过程中，螺杆速度为定值，同样可以基于对采样时间间隔的积分来计算上述当前充填指数。

最后，在步骤四中，将计算出的制品充填指数FI作为保压切换指标，并与实时计算的当前充填指数FI^*进行比较，其中当后者小于前者时，返回继续执行注塑加工，直至实时计算出的当前充填指数不再小于制品充填指数位置；而当后者等于或大于前者时，则在此加工时刻立即执行保压切换操作。

下面将参照一个具体实施例来对本发明的上述动态调整方法予以更具体的解释说明。

参见图2，采用PP(聚丙烯)作为原料，制品几何模型如图所示，其中Gate表示浇口位置，模型的单位采用mm。

首先，是注射信号预采集准备的操作。在此之前，需要确保可以从注塑机中实时采集注射压力信号和注射螺杆位置信号，然后找出能够生产出合格塑料制品的工艺参数组合，并进行n(n≥1)次半自动或者全自动生产，所获得的生产曲线及其部分工艺参数可如下表1所示：

表1

接着，根据上述一个模次的生产曲线，获得编号依次为1～n的采样点，并确定开始点和切换点。具体可参照如图3所示，开始注射之后的短时间内，注射压力不稳定，出现大幅波动，一段时间后注射压力逐渐稳定下来，因此将此加工时刻所对应的采样点编号为S_start，并将保压切换位置所对应的采样点编号为切换点S_switch，同时记录这两个点以及它们之间所有采样点各自所对应的螺杆位置和注射压力等。例如，参见图3，可以得知开始点S_start等于65，所对应的螺纹位置x为80.7mm；此外，在采样点311进行了保压切换。其余的采样点及其相关参数具体如以下的表2所示：

表2

由此，本发明中建立了以下公式(一)来计算制品充填指数FI，并且经实际测试表明可以较好地反映注塑加工的波动状况：

$FI=\left|{\∫}_{x_{Start}}^{x_{SwitcfOver}}pdx\right|=\left|\underset{i=65+1}{\overset{311}{\Σ}}\frac{p_i+p_{i-1}}{2}(x_i-x_{i-1})\right|$

由此计算得到该盒形制品的充填指数为FI＝1584.44bar·mm。

接着，启动正常加工，实时获取包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置等工艺参数在内的生产曲线，并针对该生产曲线执行实时采样以获得多个采样点；相应所获得的实时信息如下表3所示，采集到的注射信息如表3所示，包括注射螺杆位置和注射压力等，下标表示采样点的编号：

表3

然后，同样通过积分的方式来计算当前充填指数。对于该组注射信息，可知当螺杆位置为80.7mm时，此时所对应的采样点编号为65。设采样点编号为65，螺杆位置为80.7mm，则当前充填指数FI^*可以表示为：

${\mathrm{FI}}^{*}=\left|{\∫}_{x_{Start}}^{x_{Current}}pdx\right|=\left|\underset{j=60+1}{\overset{b}{\Σ}}\frac{p_j+p_{j-1}}{2}(x_j-x_{j-1})\right|$

例如当当前采样点b＝215时，根据上式计算得到当前充填指数为876.23bar·mm。

最后，将计算得到的制品充填指数作为保压切换指标，进行注塑机保压切换控制。具体而言，比较当前充填指数与制品充填指数FI大小，若FI^*<FI，则返回加工和实时采集步骤并继续注射过程；否则，则在此加工时刻立即执行保压切换操作。例如，根据表3的注射信息，当进行到采样点307时，当前充填指数FI^*＝1577.35bar·mm，小于制品充填指数FI＝1584.44bar·mm，因此返回继续注射过程并实时采集注射信息；而当进行到采样点308时，当前充填指数FI^*＝1588.73bar·mm，大于制品充填指数FI＝1584.44bar·mm，因此在此时刻立即执行保压切换，即执行动态调整保压切换点。以此方式，按照上述不断动态调整后的保压切换及的工艺参数组合进行半自动或全自动生产，相应可制得质量更为精准的塑料制品，并显著改善因生产因素波动而导致的塑料制品重量波动问题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种塑料注射成型保压切换的动态调整方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在正式加工之前，在获得合格塑料制品的情况下执行至少一个模次的塑料注射成型加工工艺，并获得包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置这些工艺参数在内的生产曲线；

(b)针对步骤(a)所获得的生产曲线，获得编号依次为1～n的采样点，其中将注射压力由波动转为稳定这一加工时刻所对应的采样点编号为开始点S_start，并将保压切换位置所对应的采样点编号为切换点S_switch，同时记录从开始点S_start到切换点S_switch之间的多个采样点各自所对应的注射螺杆位置和注射压力；

然后，基于以下公式(一)来计算制品充填指数FI：

    (一)

其中，i、i-1分别表示采样点的编号并且i∈[S_start，S_switch]，p_i、p_i-1分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射压力；x_i、x_i-1则分别表示编号为i、i-1的采样点所对应的注射螺杆位置；||表示取绝对值的计算

(c)启动正常加工，实时获取包括注射压力、加工时刻、保压切换位置和注射螺杆位置这些工艺参数在内的生产曲线，并针对该生产曲线执行实时采样以获得多个采样点；从所获得的采样点中选择其螺杆位置与所述开始点S_start相对应的点然后基于以下公式(二)来计算当前充填指数FI^*：

      (二)

其中，S_current表示针对生产曲线所实时获取的当前采样点，也即上述实时获得的多个采样点中的最后一个；j、j-1分别表示采样点的编号并且p_j、p_j-1分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射压力；x_j、x_j-1则分别表示编号为j、j-1的采样点所对应的注射螺杆位置；||表示取绝对值的计算

(d)将步骤(b)所计算出的制品充填指数FI作为保压切换指标，并与通过步骤(c)所实时计算的当前充填指数FI^*进行比较，其中当后者小于前者时，返回至步骤(c)继续执行注塑加工；而当后者等于或大于前者时，则在此加工时刻执行保压切换操作。

2.如权利要求1所述的动态调整方法，其特征在于，所述注射压力通过采集自注射机系统油压或者喷嘴压力而获得；所述注射螺杆位置通过自注射机螺杆位置传感设备来执行采集。