CN109878045B - 智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，包括控制模具型腔气体进出的外部气体连接系统、阀门管路系统、程序控制系统和智能调节装置，智能调节装置读取包括注塑机螺杆直径、注塑速度、注射位移、注射时间和模腔压力等参数，程序控制系统与所有智能调节装置进行通讯，根据智能调节装置读取的相关参数控制阀门管路系统和智能调节装置工作改变注射过程中智能调节装置的内部容积，实现注射过程中模具型腔与智能调节装置总容积的恒定，实现模腔内压力的稳定与精确控制。

Description

智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置

技术领域

本发明属于塑料注塑成型领域，具体涉及智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置。

背景技术

微发泡是塑料制件轻量化的一个重要途径，但是微发泡制品表面质量差，一般不能直接用于外观件，限制了微发泡技术的大规模应用。针对表面质量问题，国内外进行了大量的研究，最有效的方法就是气体反压技术、动态模温技术。

目前，ZL201010278060.1将气体反压与动态模温系统相结合，包含两套独立的气体反压供给单元和高温气体供给单元，高温气体供给单元主要为模穴表面进行加热，反压气体供给单元为射出成型时提供反压，使注塑成型制品具有较佳的表面品质与适当的泡孔大小及均匀性。高温供给单元的气体进入模穴后由射料道排除，未考虑气体回收利用，加热效率低下，且存在安全隐患；反压气体供给单元的气体经过加热器加热后进入封闭的模腔，仅是高温反压充满型腔，对模具表面加热效果的极其有限；排气只是由压力泄压阀来控制，未涉及到精确快速排气问题，产品容易产生凹坑等单一反压气体带来的制品表面缺陷。专利号：ZL201210517381.1提供了一种注塑模具压力控制系统和方法，该技术中气体排出动力来源于型腔与大气压力差，系统只是简单的打开排气阀，气体排出效率低、速度慢，不能定速控制气体排出速率。专利号：ZL201420217881.8中在泄压管路末端添加真空泵加速泄压，但该技术依然不能定速控制气体排出速率，且不能完全将复杂制品各部分气体快速排出。专利号：ZL201610270758.6虽然改善了气体排出速率控制精度和充气压力分布的均匀性，但该技术只是采用两个不同速率的真空泵排气，依然没有实现定速控制气体排出速率，也没有解决排气速率与注塑压力和速度等注射工艺匹配性，产品同样存在凹坑等反压气体带来的制品表面缺陷。同时上述专利也没有涉及到高压下气体温度的控制问题以及与模具温度的匹配性问题，也未解决模具型腔体积瞬时变化时型腔内气体压力的稳定性问题。

发明内容

本发明的目的在于：解决目前塑料制品注塑成型系统中因为模具型腔体积瞬时变化时型腔内气体压力的稳定性差，且不能精确定速控制气体排出速率，排气速率与注塑压力难以匹配，造成发泡注塑工艺中发泡过程和泡孔结构难以控制，模具容易产生凹坑等反压气体带来的制品表面缺陷的问题，提出了智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置。

本发明采用的技术方案如下：

智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，如图1所示，包括控制模具型腔气体进出的外部气体连接系统和阀门管路系统，

外部气体连接系统：包括供气接口、排气接口、模具型腔进气接口和模具型腔排气接口；

阀门管路系统：包括一端与供气接口连接的第一进气阀，一端与模具型腔进气接口连接的第二进气阀、一端与模具型腔排气接口连接的恒压阀、一端与模具型腔排气接口连接的第一排气阀、一端与排气接口连接的第二排气阀和和一端与模具型腔进气接口连接且另一端与恒压阀另一端连接的第一阀门；装置还包括：

程序控制系统：包括与阀门管路系统和热交换系统连接的控制器；

第一进气阀与第二进气阀之间设有第一智能调节装置，恒压阀另一端连接有第二智能调节装置，第一排气阀与第二排气阀之间设有第三智能调节装置，智能调节装置读取包括注塑机螺杆直径、注塑速度、注射位移、注射时间和模腔压力的参数，控制器与所有智能调节装置进行通讯，根据智能调节装置读取的相关参数控制阀门管路系统，并改变智能调节装置内部容积，保证注射过程中模具型腔剩余容积与智能调节装置内部的总容积不变。

进一步，所述智能调节装置包括：与控制器进行通讯的驱动模块、位移监测模块W1，速度监测模块S1、时间监测模块T1和压力监测模块PT1。

进一步，所述模具型腔进气接口与第一阀门之间设有第一压力温度测量模块，模具型腔排气接口与恒压阀之间设有第二压力温度测量模块，第一压力温度测量模块和第二压力温度测量模块与控制器相连进行通讯。

进一步，所述程序控制系统还包括人机界面。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过相互独立的模具进气与排气接口，控制气体进出模具型腔，可以实现注塑过程中填充前沿模腔压力恒定的同时，进行已填充局部的定速排气，满足实际注塑工艺的不同技术需求，智能调节装置的应用，智能改变智能调节装置内部容积，实现注射过程中模腔与智能调节装置总容积的恒定，实现模腔内压力的稳定与精确控制。可以精确控制注射过程中模腔的压力，并能实现排气阶段的定速排气，不仅可以实现快速稳定模具型腔压力的精准控制，并进行定速排气，制备高表面质量的发泡产品。

2、本发明中，第一压力温度测量模块431和第二压力温度测量模块432与控制器41相连进行通讯，进一步帮助控制器41实时调控系统压力与温度。

3、本发明中，程序控制系统还包括人机界面，实现工作参数的人为调整及状态监控，使用更加方便，应用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明实施例1中系统结构示意图；

图中标记：11-供气接口，12-排气接口，13-模具型腔进气接口，14-模具型腔排气接口，E21-加热器，E22-冷却器，V311-第一进气阀，V312-第二进气阀，V321-恒压阀，V331-第一排气阀，V332-第二排气阀，41-控制器，42-人机界面，431-第一压力温度测量模块，432-第二压力温度测量模块，44-通讯接口，D1-第一智能调节装置，D2-第二智能调节装置，D3-第三智能调节装置。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，包括控制模具型腔气体进出的外部气体连接系统和阀门管路系统。

外部气体连接系统：包括供气接口11、排气接口12、模具型腔进气接口13和模具型腔排气接口14。接口形式可以为螺纹连接、法兰连接、快速插拔中的一种或者组合。

阀门管路系统：包括一端与供气接口11连接的第一进气阀V311，一端与模具型腔进气接口13连接的第二进气阀V312、一端与模具型腔排气接口14连接的恒压阀V321、一端与模具型腔排气接口14连接的第一排气阀V331、一端与排气接口12连接的第二排气阀V332、一端与模具型腔进气接口13连接且另一端与恒压阀V321另一端连接的第一阀门V341。各接口和阀门通过管路连接。

装置还包括：

程序控制系统：包括与阀门管路系统连接的控制器41。控制器41与阀门V311、V312、V321、V331、V332分别相连进行通讯，控制阀门启闭。控制器41上设有与注塑机通讯的通讯接口44，通讯信号可以为开关量、模拟量的一种或者组合，其中模拟量可为电流、电压的一种或者组合。控制器41可以为PLC、单片机或者工控机，优选PLC。

第一进气阀V311与第二进气阀V312之间设有第一智能调节装置D1，恒压阀V321另一端连接有第二智能调节装置D2，第一排气阀V331与第二排气阀V332之间设有第三智能调节装置D3，智能调节装置读取包括注塑机螺杆直径、注塑速度、注射位移、注射时间和模腔压力的参数(读取数据的目的是获取单位时间内注塑到模具型腔内熔体的体积，即模具型腔体积的瞬间改变量，进而调节智能调节装置容积的改变量。还可以读取温度等其它参数，控制器根据温度参数进一步实现加热和冷却温度的精确控制)，控制器41与所有智能调节装置进行通讯，根据智能调节装置读取的相关参数控制阀门管路系统，改变智能调节装置内部容积，保证注射过程中模具型腔剩余容积与智能调节装置内部的总容积不变。通过V341和V321的开关，可以是D1、D2并用，也可以使D3、D2并用，提高装置的实用性，满足不同大小模具的需求。

进一步，所述智能调节装置包括：与控制器41进行通讯的驱动模块Q1、位移监测模块W1，速度监测模块S1、时间监测模块T1和压力监测模块PT1(PT1可以为压力温度监测模块，同时通过智能调节装置读取温度参数，同时实现高压下气体温度的良好控制以及与模具型腔温度的匹配性)。智能调节装置的驱动模块就是动力源，可以为气动、液压、电力中的一种或者组合，可以是电机、液压油缸、气缸等(通过动力源推动其活塞杆向前和向后运动，达到改变驱动模块内部与阀门管路系统连接的管道的空间大小，进而改变驱动模块气体容积和气压的大小。注射过程中模具型腔剩余容积减小时，通过动力源推动其活塞杆向后运动，增大驱动模块内部容积，使得模具型腔剩余容积与智能调节装置内部的总容积不变。模具型腔容积恢复原大小时，动力源推动其活塞杆向前运动，恢复原始容积大小，模具型腔剩余体积与智能调节装置内部的总容积保持不变)；位移监测模块测量距离，优选电子尺；时间监测模块为计时器，速度监测模块为位移和时间监测模块的组合体，压力监测模块优选压力变送器/传感器。

进一步，所述模具型腔进气接口13与第一阀门V341之间设有第一压力温度测量模块431，模具型腔排气接口14与恒压阀V321之间设有第二压力温度测量模块432，第一压力温度测量模块431和第二压力温度测量模块432与控制器41相连进行通讯，进一步帮助控制器41实时调控系统压力。压力温度测量模块优选压力温度传感器和/或变送器。

进一步，所述程序控制系统还包括人机界面42，实现工作参数的人为调整及状态监控。人机界面42上设有模具型腔压力、模具型腔温度、注塑机螺杆直径、加热器温度、模腔气体循环时间、D3真空度等工艺参数设定值输入。设有模具型腔实时压力、模具型腔实时温度等实时显示。设有总启停、手动调试模式、自动运行模式等软按钮。

本发明通过相互独立的模具进气与排气接口，控制气体进出模具型腔，可以实现注塑过程中填充前沿模腔压力恒定的同时，进行已填充局部的定速排气，满足实际注塑工艺的不同技术需求，智能调节装置的应用，智能改变模具型腔内部容积，实现注射过程中模具型腔与智能调节装置总容积的恒定，实现模腔内压力的稳定与精确控制。可以精确控制注射过程中模腔的压力，并能实现排期阶段的定速排气，不仅可以实现快速稳定模具型腔压力的精准控制，并进行定速排气，制备高表面质量的发泡产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，本控制装置应用在塑料制品注塑成型系统中，配合注塑系统的热交换系统进行使用，完成系统温度和压力的控制，如图2所示，系统包括：

外部气体连接系统：包括供气接口11、排气接口12、模具型腔进气接口13和模具型腔排气接口14。

热交换系统包括：对要输入模具型腔进气接口13的气体进行加热的加热器E21，和对模具型腔排气接口14排出气体进行冷却的冷却器E22。加热器E21设在第一进气阀V311与智能调节装置D1之间，冷却器E22设在模具型腔排气接口14与泄压的第一排气阀V331之间。

阀门管路系统：包括一端与供气接口11连接的第一进气阀V311，一端与模具型腔进气接口13连接的第二进气阀V312、一端与模具型腔排气接口14连接的恒压阀V321、一端与模具型腔排气接口14连接的第一排气阀V331、一端与排气接口12连接的第二排气阀V332、一端与模具型腔进气接口13连接且另一端与恒压阀V321另一端连接的第一阀门V341。

程序控制系统：包括与阀门管路系统和热交换系统连接的控制器41。控制器41与阀门V311、V312、V321、V331、V332分别相连进行通讯，控制阀门启闭，控制器41控制热交换系统的加热器或冷却器的工作状态。控制器41上设有与注塑机通讯的通讯接口44，控制器41为PLC。

第一进气阀V311与第二进气阀V312之间设有第一智能调节装置D1，恒压阀V321另一端连接有第二智能调节装置D2，第一排气阀V331与第二排气阀V332之间设有第三智能调节装置D3，智能调节装置读取包括注塑机螺杆直径、注塑速度、注射位移、注射时间和模腔压力的参数，控制器41与所有智能调节装置进行通讯，根据智能调节装置读取的相关参数控制阀门管路系统，改变智能调节装置内部容积，保证注射过程中模具型腔剩余容积与智能调节装置内部的总容积不变。

进一步，所述智能调节装置包括：与控制器41进行通讯的驱动模块Q1、位移监测模块W1，速度监测模块S1、时间监测模块T1和压力监测模块PT1(PT1可以为压力温度监测模块)。

系统工作步骤如下：

步骤1、控制器41的通讯接口44通过数据线与注塑机控制系统连接进行通讯；供气接口11与外部供气气源进行连接；排气接口12与真空泵进行连接；模具型腔进气接口13与模具型腔进气端口连接；模具型腔排气接口14与模具型腔排气端口连接。

步骤2、依据模具型腔体积及产品控制要求，对控制器41设置模具型腔压力、模具型腔温度、注塑机螺杆直径、加热器温度、D3真空度等工艺参数(也可以通过人机界面进行设置)，控制器41控制智能调节装置D1，D2，D3初始化，即预留合适的容积；控制加热器E21开启。初始状态下，阀门都为关闭状态，即阀门为常闭。

步骤3、控制器41接收注塑机合模完成信号，控制阀门V311、V312、V341、V321开启；控制器41控制阀门V332开启，同时启动外部真空泵，D3内形成真空。

步骤4、模具型腔压力达到设定值时，控制器41控制阀门V311关闭；

步骤5、控制器41向注塑机发出允许注射信号，注塑机延时时间T1后开始注射，控制器控制阀门V321关闭，同时控制D1、D2同步动作，保持模具型腔熔体前沿气体容积不变，模具型腔压力保持恒定。

步骤6、注射开始延时时间T2后，控制器41控制阀门V331开启，控制D3动作，保持真空度不变，实现在注射过程中已填充的局部开始定速排气，避免反压带来的凹坑等缺陷。

步骤7、控制器41接收注塑机注射完成信号，控制器控制阀门V312、V341关闭，注射完毕延时时间T3后，控制阀门V331关闭。

步骤8、控制器41向注塑机发出允许开模信号，开始下一个循环周期。

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 (3)

1.一种智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，包括控制模具型腔气体进出的外部气体连接系统和阀门管路系统，其特征在于：

外部气体连接系统：包括供气接口(11)、排气接口(12)、模具型腔进气接口(13)和模具型腔排气接口(14)；

阀门管路系统：包括一端与供气接口(11)连接的第一进气阀(V311)，一端与模具型腔进气接口(13)连接的第二进气阀(V312)，第一进气阀(V311)另一端与第二进气阀(V312)另一端连接，还包括一端与模具型腔排气接口(14)连接的恒压阀(V321)、一端与模具型腔排气接口(14)连接的第一排气阀(V331)、一端与排气接口(12)连接的第二排气阀(V332)和一端与模具型腔进气接口(13)连接且另一端与恒压阀(V321)另一端连接的第一阀门(V341)，各接口和阀门通过管路连接；装置还包括：

程序控制系统：包括与阀门管路系统和热交换系统连接的控制器(41)；

第一进气阀(V311)与第二进气阀(V312)之间设有第一智能调节装置(D1)，恒压阀(V321)另一端连接有第二智能调节装置(D2)，第一排气阀(V331)与第二排气阀(V332)之间设有第三智能调节装置(D3)，智能调节装置读取包括注塑机螺杆直径、注塑速度、注射位移、注射时间和模腔压力的参数，控制器(41)与所有智能调节装置进行通讯，根据智能调节装置读取的相关参数控制阀门管路系统，并改变智能调节装置内部容积，保证注射过程中模具型腔剩余容积与智能调节装置内部的总容积不变。

2.根据权利要求1所述的智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，其特征在于：所述智能调节装置包括：与控制器(41)进行通讯的驱动模块Q1、位移监测模块W1，速度监测模块S1、时间监测模块T1和压力监测模块PT1。

3.根据权利要求1所述的智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，其特征在于：所述模具型腔进气接口(13)与第一阀门(V341)之间设有第一压力温度测量模块(431)，模具型腔排气接口(14)与恒压阀(V321)之间设有第二压力温度测量模块(432)，第一压力温度测量模块(431)和第二压力温度测量模块(432)与控制器(41)相连进行通讯。根据权利要求1所述的智能调节模具型腔压力恒定与精准控制的控制装置，其特征在于：所述程序控制系统还包括人机界面(42)。

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