CS256507B1

CS256507B1 - Solution fAse filling at thermoplastic injection

Info

Publication number: CS256507B1
Application number: CS864364A
Authority: CS
Inventors: Alois Vasicek; Emil Neuhaeusl; Ladislav Rybnicek
Original assignee: Alois Vasicek; Emil Neuhaeusl; Ladislav Rybnicek
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1986-06-12
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS436486A1

Abstract

Při řísení fáee plnění při vetřlkování termoplastů do tvarová dutiny formy ee v urSitýoh čaeovýoh intervgleoh snímají hodnoty vetřikovaoího tlaku a střední teploty v dutině formy, přičemž podle vynáleeu ee eoučaeně ee snímán?1* vetřlkovmíhc tlaku sleduje poloha vetřikovaoího pietu nebo ěneku a eleduje ee velikost odporu toku taveniny vtokovou soustavou. Při překročení meiní hodnoty odporu, která je naetavena taká e ohledem na objemová kontrakoe termoplastu v dutině formy, ee vetřikovaoí tlak přepne na dotlak.When solving the filling phase when injecting thermoplastics into the mold cavity, the values of the injection pressure and the average temperature in the mold cavity are sensed at certain time intervals, and according to the invention, the sensing device of the injection pressure monitors the position of the injection pin or nozzle and determines the magnitude of the resistance to the flow of the melt through the gate system. When the resistance value, which is set with respect to the volumetric resistance of the thermoplastic in the mold cavity, is exceeded, the injection pressure switches to the down pressure.

Description

Vynález se týká způsobu řízení fáze plnění formy při vstřikování termoplastů a stanovení času přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for controlling the mold filling phase in thermoplastic injection molding and determining the time of injection pressure switching to pressure.

Řízení fáze plnění při vstřikování termoplastů a stanovení okamžiku přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak se dosud provádí několika způsoby, které je možno rozdělit do dvou skupin. První skupina’ zahrnuje způsoby, při kterých je fáze plnění při vstřikováni termoplastů řízena podle před.em stanovených časových průběhů stavových veličin tlaku a objemu vstřikované taveniny. Optimalizace průběhu jednotlivých veličin je v tomto případě prováděna empiricky pomocí získaných závislostí, popisujících vliv technologických parametrů, zejména vstřikovacích tlaků a rychlostí vstřikování taveniny, na kvalitativní ukazatele stavu výstřiku, jako jsou například lesk, vnitřní pnutí, orientace a podobně. Okamžik přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak je v tomto případě zpravidla řízen hodnotou tlaku, na . kterou vzroste tato veličina v okamžiku naplnění formy taveninou termoplastu, popřípadě je tento okamžik stanoven z hodno·» ty rychlosti axiálního pohybu šneku, na kterou poklesne tato veličina v okamžiku naplnění formy. Nevýhodou těchto metod je nerespektování změn, ke kterým dochází vlivem rozptylu hodnot technologických parametrů nebo jejich Časových průběhů, zejmé- * na. teploty taveniny, distribuce teplot taveniny podél dráhy toku a podobně. Může například nastat takový případ, že při po256507 klesu teploty vzroste tlak nad mezní hodnotu, při které dojde k přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak, aniž by forma byla »So far, the control of the filling phase during thermoplastic injection and the determination of the moment when the injection pressure is switched to the pressure is carried out in several ways, which can be divided into two groups. The first group comprises methods in which the filling stage in thermoplastic injection is controlled according to predetermined time courses of pressure and volume melt injection quantities. In this case, the optimization of individual variables is carried out empirically by means of obtained dependencies describing the influence of technological parameters, especially injection pressures and melt injection rates, on qualitative indicators of the injection state, such as gloss, internal stress, orientation and the like. In this case, the instant of switching the injection pressure to the pressure is usually controlled by the pressure value, to. This value is increased by the value of the axial movement speed of the worm to which this quantity drops when the mold is filled. The disadvantage of these methods is the non-respect of changes that occur due to the dispersion of values of technological parameters or their time courses, especially *. melt temperatures, melt temperature distribution along the flow path, and the like. For example, when the temperature drops after 2565507, the pressure rises above the limit at which the injection pressure is switched to the pressure without the mold being »

zcela naplněna taveninou. Stejně tak může dojít k poklesu rychlosti plnění pod určitou konkrétní mez vlivem zvýšené viskozity tuhnoucí taveniny a v případě, že je tento parametr z hlediska přepínání řídicím parametrem, dojde k předčasnému přepnutí. V opačném případě, kdy je teplota taveniny vyšší oproti reprodukovatelně stanoveným hodnotám, dochází k přeplnění formy. Při těchto známých způsobech řízení se může negativně projevit i teplota formy, jejíž regulace je velmi obtížná, protože forma má vysokou hmotnost a její teplota se mění v důsledku diskontinuálního ohřevu vstřikovanou taveninou termoplastu v průběhu vstřikovacího cyklu.completely filled with melt. Likewise, the fill rate may fall below a certain limit due to the increased viscosity of the solidifying melt, and if this parameter is a control parameter for switching, premature switching occurs. Otherwise, when the melt temperature is higher than the reproducibly determined values, the mold is overfilled. In these known methods of control, the mold temperature can also be negatively affected, the control of which is very difficult because the mold has a high weight and its temperature changes due to discontinuous heating of the injected melt of the thermoplastic during the injection cycle.

Druhá známá skupina metod využívá pro řízení technologické fáze plnění formy a pro stanovování okamžiku přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak hodnot energie, kterou je nutno vynaložit k naplnění formy taveninou termoplastu. Tento způsob před pokládá, že technologická fáze plnění probíhá za reprodukovatelných termodynamických podmínek. Okamžik přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak je odvozen z hodnoty mezní energie, která je pro danou formu i dané technologické podmínky předem empiricky stanovena. Tento způsob využívá k řízení rychlosti plnění předem stanovený optimální průběh, který respektuje směrnici k časovému průběhu změny tlaku taveniny. Tento způsob řízení vychází z předpokladu, že hodnota rychlosti plnění je konstantní, což nelze prakticky v žádném případě na stá256507A second known group of methods utilizes the thermoplastic melt to control the technological phase of the mold filling and to determine the moment when the injection pressure is switched to the pressure pressure. This method assumes that the technological phase of the filling takes place under reproducible thermodynamic conditions. The moment of switching the injection pressure to the pressure is derived from the limit energy value, which is empirically determined in advance for the given form and given technological conditions. This method uses a predetermined optimum course to control the filling rate, which respects the slope of the melt pressure change over time. This method of control is based on the assumption that the value of the filling speed is constant, which is practically impossible in any case.

- 3 vajících vstřikovacích strojích zaručit. Tento způsob také nerespektuje odchylky od reprodukovatelně stanovených hodnot technologických parametrů.- 3 injection molding machines guaranteed. Also, this method does not respect deviations from the reproducibly determined values of the technological parameters.

Společnou nevýhodou obou druhů těchto známých způsobů řízení technologické fáze plnění je, že vycházejí z předpokladu dokonalé reprodukovatelnosti jednotlivých technologických operací-. Tento předpoklad věak není možno v reálném procesu bezezbytku splnit a dochází proto při výrobě výstřiků k nahodilým odchylkám od standardní jakosti výrobků.A common disadvantage of both types of these known methods of controlling the technological stage of filling is that they are based on the assumption of perfect reproducibility of the individual technological operations. However, this assumption cannot be fully met in the real process and, therefore, accidental deviations from the standard product quality occur in the injection molding process.

Tyto nedostatky jsou odstraněny způsobem řízení.fáze plnění tvarové dutiny formy taveninou při vstřikování termoplastů podle vynálezu, při němžse v časových intervalech probíhajícího technologického cyklu snímají hodnoty vstřikovacího tlaku, polohy pístu nebo šneku za současného stanoveni střední teploty taveniny termoplastické látky v tvarové dutině formyj podstata . vynálezu spočívá v tom, že se sleduje velikost odporu toku ta„ veniny vtokovou soustavou a tvarovou; dutinou formy, který je poměrem tlaku taveniny ve vstřikovacím válci a objemové vstřikovací rychlosti, a při překročení mezní hodnoty se přepne vstřikovací tlak na do tlak.These drawbacks are overcome by the method of controlling the melt molding cavity of the thermoplastic molding process of the present invention in which the values of injection pressure, piston or screw position are measured at time intervals of the technological cycle while determining the mean melt temperature of the thermoplastic material in the mold cavity. The invention consists in monitoring the magnitude of the flow resistance of the gating system and the shape; the mold cavity, which is the ratio of the melt pressure in the injection cylinder to the volumetric injection rate, and when the limit value is exceeded, the injection pressure is switched to pressure.

Výhodou způsobu podle vynálezu je především ta skutečnost, že se při jeho provádění sleduje průběh plnění formy pomocí přesně sledovatelných hodnot, takže je možno přihlížet k nahodilým odchylkám od průběhu technologických operací.The advantage of the method according to the invention is, in particular, the fact that the process of filling the mold is monitored by means of precisely traceable values, so that accidental deviations from the process operations can be taken into account.

Odpor tvářecí soustavy má charakter intenzívní veličiny, . _t- v jeho hodnotě jsou zahrnuty i případné anomálie, plynoucí z odchylek od reprodukovatelných průběhů jednotlivých vstřikovacích operací a cyklů, například v důsledku změn teploty formyThe resistance of the forming system has the character of an intense quantity,. _t - the value includes possible anomalies resulting from deviations from reproducible courses of individual injection operations and cycles, eg due to changes in mold temperature

- 4 i taveniny.- 4 melt.

Časová ^áyislost změn odporu tvářecí soustavy má monotónní průběh s mešní hodnotou v okamžiku naplnění formy. Hodnota mezního stavu určuje okamžik přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak tak, že v tpmto okamžiku dosahuje maximální hodnoty. V případě newtongkých kapalin se hodnota mezního odporu blíží nekonečnu, avšak v případě taveniny polymeru, která je stlačitelná a jejíž chování pe odlišuje od newtonské kapaliny^ vyplývá mezní hodnota odporu ze stavové charakteristiky polymeru v uvažovaném rozsahu teplot. V okamžiku naplnění formy poklesne sice rychlost plnění k nule, avšak v důsledku ochlazování taveniny v tvarové ‘dutině formy v době plnění, při němž dochází k objemovým kontrakcím materiálu, je tvarová dutina formy dále doplňována taveninou za účelem potlačení objemových kontrakcí. Mezní odpor v případě reálných tavenih se neblíží nekonečnu, ale ' má konkrétní hodnotu, která je pro přepnutí vstřikovacího tlaku na do tlak určující.The temporal variation in the resistance of the molding system has a monotonous course with a mass value at the time of mold filling. The limit value determines the moment when the injection pressure is switched to the pressure so that it reaches the maximum value at that moment. In the case of Newtonian fluids, the limit resistance value is close to infinity, but in the case of a polymer melt which is compressible and whose behavior pe different from the Newtonian liquid, the limit resistance value results from the state characteristics of the polymer over the temperature range considered. At the time of filling the mold, the filling rate drops to zero, but due to cooling of the melt in the mold ině cavity of the mold at the time of filling in which the material contractions occur, the mold cavity is further replenished by the melt to suppress volume contractions. The limit resistance in the case of real melts does not approach infinity, but has a specific value which is decisive for switching the injection pressure to.

Způsob řízení fáze dotlaku, ukončující fá2i plnění formy při vstřikování termoplastu do formy, je objasněn pomocí následujícího příkladu provedení.The method of controlling the pressure phase that terminates the mold filling phase when the thermoplastic is injected into the mold is illustrated by the following example.

Vtoková soustava a tvarová dutina formy byly opatřeny soustavou snímačů pro snímání hodnoty vstřikovacího tlaku, polohy vstřikovacího pístu nebo Šneku a současně střední teploty taveniny, přičemž odezvy těchto snímačů byly sledovány v určitých časových Intervalech probíhajícího technologického cyklu. Snímané hodnoty byly přiváděny na vyhodnocovací a řídicí ústrojí, kterým byl v příkladu provedení řídicí počítač, a z těchto hodnot byla průběžně určována hodnota odporu, který klade tavedíneThe inlet system and the mold cavity were provided with a set of sensors for sensing the injection pressure value, the position of the injection piston or the screw, and the mean melt temperatures, and the responses of these sensors were monitored at certain time intervals of the ongoing technological cycle. The sensed values were fed to the evaluation and control device, which in the exemplary embodiment was a control computer, and from these values the value of the resistance that the meltedin puts was continuously determined.

- 5vtoková soustava a tvarová dutina formy, přičemž hodnota odporu je vytvořena podílem tlaku taveniny ve vstřikovacím válci a rychlosti plnění formy taveninou- 5 inlet system and mold cavity, the resistance value being formed by dividing the melt pressure in the injection cylinder by the melt filling speed

R « p^V kde p . . . tlak taveniny ve vstřikovacím válci /MPa/R p p ^ V where p. . . melt pressure in the injection cylinder (MPa)

V . . . objemová rychlost plnění /cnr/s/.V. . . filling rate / cnr / s /.

Po zahájení fáze plnění formy taveninou se v čase tj., který je větší než nula, odečtou hodnoty tlaku p^ taveniny ve vstřikovacím válci a hodnoty polohy šneku nebo pístu vstřikovací jednotky. Zároveň se stanoví střední průměrná teplota taveniny v‘ tvarový dutině formy. Objemová vstřikovací rychlost ee vypočte ze vztahuAfter the start of the melt-filling phase, the melt pressure values in the injection cylinder and the position of the screw or piston of the injection unit are read at a time, i.e., greater than zero. At the same time, the average mean temperature of the melt in the mold cavity of the mold is determined. The volumetric injection rate ee is calculated from the relation

Ví = /Si - Si.^Z/ti - ^/.7^/4 kde V_£ . . . objemová rychlost v okamžiku^Vi = / Si - Si. ^ Z / ti - ^ /. ^ 7/4 where V _£. . . volumetric velocity at instant ^

Sp Si_-| · · poloha šneku v okamžiku t* resp.ti^ d .....průměr šneku nebo pístu vstřikovací jednotky.Sp Si_- | Position of the screw at time t * or td d ..... the diameter of the screw or piston of the injection unit.

Ze snímaných hodnot se určuje okamžitá hodnota odporu ^Ri - pAThe instantaneous resistance value ^R i - pA is determined from the sensed values

V tomto okamžiku se také stanoví hodnota měrné objemové kontrakce VÍ z pVT diagramu vstřikovaného polymeru. Pro výpočet se použije střední průměrné hodnoty teploty taveniny ve formě, kterou je teplota Tp a okamžité hodnoty tlaku Pí podle vztahu • Ví = v/Ti.Pj./ - v-ZTi.v Pi.,/, kde VVTpPj/» resp.V^w/®j_i »Pi-i/ jsou funkční hodnoty, představující konkrétní měrný objem taveniny ve formě v daném, respektive předcházejícím časovém okamžiku. Převedením hodnoty objemové kontrakce V^ na objem Ví pomocí vztahuAt this point, the volume specific contraction value VI from the pVT plot of the injected polymer is also determined. For the calculation, the mean average value of the melt temperature in the form Tp and the instantaneous pressure value P 1 according to the formula Ví V 1 = v / Ti.Pj / - v-ZTi.v Pi. In ^w (Pi-i) there are functional values representing a specific specific volume of the melt in the mold at a given and previous time point respectively. Converting the value of the volume contraction V1 to the volume V1 by means of a relation

- 6 ^Vi ' ^Vi · '^Vi' - * ^Ví-l//2 .- 6 ^V i ' ^V i ·' ^V i '- * ^V i-l // 2.

♦ jsou získány údaje pro vyhodnocení stavu probíhající fáze. V případě, kdy je reálný odpor = Pj/^Vi ^roven nebo větší než poměr Ρ|/Τρ nastává okamžik přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak.Údaje data are obtained to evaluate the status of the ongoing phase. In the case where the real resistance = Pj / ^V i ^{is equal to} or greater than the ratio Ρ | / Τρ, the moment the injection pressure is switched to pressure.

Způsob podle vynálezu byl odzkoušen při vstřikování výstřiku ve tvaru krabice z polystyrénu. Vstřikování probíhalo na vstřikovacím stroji, opatřeném proporcionálním ventilem a soustavou snímačů tlaku, teploty a polohy šneku, přičemž vstři kovací stroj byl napojen na řídicí a vyhodnocovací ústrojí, tvořené řídicím počítačem. Při provádění způsobu podle vynálezu byly úmyslně měněny některé podstatné technologické parametry, jako jsou teplota formy, teplota taveniny, vstřikovací rychlost. Zároveň byla sledována kvalita hotových výstřiků z hlediska anizotropie rozměrů, povrchového lesku a molekulární orientace. Hodnoty těchto kvalitativních ukazatelů vykazovaly rozptyl maximálně 2% od hodnot aritmetických průměrů měřených veličin, přestože byly hodnoty technologických parametrů udržovány v rozsahu až 15 relativních procent od standardních podmínek.The process according to the invention has been tested in the injection molding of a polystyrene box. The injection was carried out on an injection machine equipped with a proportional valve and a set of pressure, temperature and screw position sensors, and the injection machine was connected to a control and evaluation device formed by a control computer. In carrying out the process of the invention, some essential technological parameters were deliberately changed, such as mold temperature, melt temperature, injection rate. Simultaneously, the quality of finished sprays was monitored in terms of dimensional anisotropy, surface gloss and molecular orientation. The values of these qualitative indicators showed a variation of maximum 2% from the values of the arithmetic means of measured quantities, although the values of technological parameters were kept within the range of up to 15 relative percent from standard conditions.

PŘEDMĚT V ΪΝ Á 1 E Z VSUBJECT MATTER 1

Claims

SUBJECT MATTER 1

What is claimed is: 1. A method for controlling the filling phase when injecting thermoplastics into a mold cavity in which the mold is molded. at the time intervals of the technological cycle, the values of injection pressure and mean melt temperature are measured in the mold cavity, characterized in that simultaneously with the injection pressure sensing the position of the injection piston or screw is monitored and the magnitude of the melt flow resistance which is the ratio of the melt pressure in the injection cylinder to the volumetric injection rate, and if the melt flow resistance limit is exceeded, the injection pressure is switched to pressure.

2. Method according to claim 1, characterized in that the instantaneous resistance values corresponding to the real values of the melt pressures and its volumetric velocity and the resistance values corresponding to the volumetric contractions in the mold cavity are monitored and the resistance values corresponding to the By contraction, the pressure switches to pressure.

Uzgorodskey production-poligraficky podnik, Proektnaja 4, Uzgorod R 5995, Price 2,40 Kca