溫度控制保壓過程對(duì)制件質(zhì)量重復(fù)精度的影響

吳 廷,安 瑛,謝鵬程,譚 晶,楊衛(wèi)民＊

(1.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,北京100029;2.北京五洲燕陽(yáng)特種紡織品有限公司,北京100076)

0 前言

注射成型過程分為充模階段、壓實(shí)階段、保壓階段和冷卻階段。由于保壓冷卻在很大程度上決定著制件的品質(zhì)和收縮,同時(shí)對(duì)結(jié)品、取向等也有一定的影響,所以保壓冷卻又是最終決定注塑件品質(zhì)的重要階段[1]。控制保壓階段即控制保壓壓力和保壓時(shí)間。好的保壓過程可以使制件獲得較高的表面品質(zhì),并且使質(zhì)量趨于穩(wěn)定。邱斌[2]和陳曦[3]證明了先恒壓后線性遞減的保壓曲線能使制件獲得較高的表面品質(zhì)。但在具體操作中,由于注塑機(jī)不能很好地實(shí)現(xiàn)保壓壓力線性遞減,為了保證制件的品質(zhì),考慮采用階梯降壓保壓曲線。本文中各階梯的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)都由近澆口的型腔溫度控制,并將這種保壓方法與傳統(tǒng)的恒定壓力保壓方式進(jìn)行比較,以證實(shí)采用這種優(yōu)異的過程控制技術(shù)可以獲得高品質(zhì)的制件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚丙烯(PP),粒料,F280Z,中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

壓力溫度傳感器,Kistler p-T-Sensor 6190,瑞士奇石樂儀器股份公司;

新型溫度傳感器、PT控制模塊,自制;

注塑機(jī),HTK200,寧波海天集團(tuán);

電子天平,FA(N)/JA(N),上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;

注塑機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集分析系統(tǒng),HR,上海好耐電子科技有限公司;

模溫機(jī),KC0-200 3L-KS,川田機(jī)械制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

基本參數(shù)設(shè)置:熔體溫度為210℃,注射壓力為8.2 MPa,注射螺桿注射起始位置為30.0 mm,模溫機(jī)溫度為55℃。

注射時(shí)間控制轉(zhuǎn)壓點(diǎn),在恒壓控制下生產(chǎn)一組制件,保持其他工藝參數(shù)不變,在 PT控制條件下再生產(chǎn)一組制件作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。當(dāng)模具溫度在模溫機(jī)控制下上升到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),先生產(chǎn)50模制件使型腔溫度穩(wěn)定,然后在每一種控制條件下生產(chǎn)50模制件,最后用電子天平對(duì)制件進(jìn)行稱量。

螺桿位置控制和型腔壓力控制類似,各控制方式以及轉(zhuǎn)壓點(diǎn)的數(shù)值如表1所示。恒壓保壓壓力為50 MPa,PT控制的保壓過程參數(shù)設(shè)置如表2所示。制件的形狀及尺寸如圖1所示。

表1 3種不同的轉(zhuǎn)壓方式實(shí)驗(yàn)值和觸發(fā)值Tab.1 Experimental and trigger results for the three different filling-to-packing switchover modes

表2 保壓過程工藝參數(shù)Tab.2 Processing parameters during packing

圖1 制件形狀及尺寸Fig.1 Schematic diagram of the coil sample

2 結(jié)果與討論

采用恒壓保壓生產(chǎn)的制件都會(huì)產(chǎn)生一定的翹曲變形,尤其是采用壓力轉(zhuǎn)壓時(shí),翹曲變形非常明顯。而采用PT控制保壓過程時(shí),制件的翹曲變形都很小。因此可以看出,采用PT控制保壓過程可以使成型制件獲得較高的表面品質(zhì)。

2.1 控制方式對(duì)制件質(zhì)量重復(fù)性的影響

稱量每個(gè)制件的質(zhì)量,按式(1)計(jì)算制件的質(zhì)量重復(fù)精度,結(jié)果如表3所示。

式中δm——制件質(zhì)量重復(fù)精度,%

mi——第i個(gè)制件的質(zhì)量,g

——制件質(zhì)量的算術(shù)平均值,g

n——制件個(gè)數(shù)

表3 不同控制方式下制件質(zhì)量重復(fù)精度的比較Tab.3 Comparison of the accuracy of parts′mass uniformity with different control methods

由于制件的質(zhì)量主要受保壓階段的影響,因此用制件的質(zhì)量重復(fù)精度作為評(píng)定控制精度的標(biāo)準(zhǔn)。從表3和圖2、3中可以看出,無論采用哪種轉(zhuǎn)壓方式,保壓過程用PT控制都比恒壓控制獲得的制件質(zhì)量波動(dòng)小,因此其重復(fù)精度高。這是由于采用恒壓進(jìn)行保壓,型腔中的壓力沿流動(dòng)方向存在一定的壓力梯度,壓力分布不均勻,從而導(dǎo)致質(zhì)量分布不均勻;而采用 PT控制保壓過程,即過程控制采用階梯降保壓曲線,使得膜腔內(nèi)部壓力分布更加均勻,也比較符合型腔壓力變化曲線,因此使得保壓補(bǔ)塑的可重復(fù)性更高,使制件質(zhì)量重復(fù)精度比恒壓控制時(shí)要高。

圖2 不同控制方式下制件質(zhì)量重復(fù)精度的比較Fig.2 Comparison of the accuracy of parts′mass uniformity under different control methods

在注射成型過程中,模具溫度會(huì)隨著制件數(shù)量的增加而逐漸升高,即使在模溫機(jī)控制的情況下,型腔溫度也會(huì)有略微提高,從圖2、3可以看出,采用注射時(shí)間控制轉(zhuǎn)壓時(shí),無論保壓過程采取恒壓控制還是 PT控制,制件質(zhì)量都沒有明顯的變化趨勢(shì);采用螺桿位置控制轉(zhuǎn)壓時(shí),2種控制方式生產(chǎn)的制件質(zhì)量呈上升趨勢(shì),即模具溫度越高,制件質(zhì)量越高,但質(zhì)量變化不明顯;采用型腔壓力轉(zhuǎn)壓時(shí),如果保壓過程采用恒壓控制,則制件質(zhì)量呈小幅下降趨勢(shì),采用PT控制保壓時(shí)制件質(zhì)量無明顯變化。

可以看出,在相同轉(zhuǎn)壓條件下,采用新的保壓控制方式(PT控制)比恒壓保壓的控制方式具有更高的精度,尤其是采用型腔壓力控制轉(zhuǎn)壓時(shí),PT控制保壓過程的精度可以達(dá)到0.07%以內(nèi),滿足精密成型的要求。由此可看出,采用型腔壓力作為信號(hào)進(jìn)行控制是可行的。但壓力傳感器采集到的信號(hào)會(huì)有一定的波動(dòng),對(duì)控制造成了一定的影響,如果能采用更高精度的壓力傳感器,就可以進(jìn)一步提高這種控制方式的精度。

3 結(jié)論

(1)采用PT控制保壓過程與恒壓保壓相比,無論制件表面品質(zhì)還是質(zhì)量重復(fù)精度,都更加優(yōu)越;

(2)采用型腔溫度作為控制信號(hào)的控制方法可行;

(3)采用型腔壓力轉(zhuǎn)壓與PT控制保壓過程結(jié)合的方式生產(chǎn)的制件質(zhì)量重復(fù)精度最高,可達(dá)0.0665%,在控制制件質(zhì)量精度方面,比傳統(tǒng)的注射時(shí)間轉(zhuǎn)壓和螺桿位置轉(zhuǎn)壓更好。

圖3 采用不同保壓方式和不同轉(zhuǎn)壓方式時(shí)制件的質(zhì)量變化比較Fig.3 Comparison of mass variations under various packing conditions with different switchover modes

[1] 陳 峰.塑料注射成型的PVT狀態(tài)曲線及其應(yīng)用[J].輕工機(jī)械,2000,(4):5-10.

[2] 邱 斌,劉贛華,李 偉.注射成型中保壓曲線對(duì)制品表面質(zhì)量的影響[J].工程塑料應(yīng)用,2007,35(1):37-39.

[3] 陳 曦,高福榮,錢積新.基于質(zhì)量的注塑保壓過程建模方法研究:最優(yōu)保壓壓力曲線設(shè)定[J].中國(guó)塑料,2002,16(4):51-54.