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注塑機壓力調節對產品的影響

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專注注塑工廠降本增效改善:楊建宏

無論是油壓式還是電動式注塑機,所有注塑過程中的運動都會產生壓力。適當控制所需壓力,才能生產出質量合理的成品。壓力調控及計量系統在油壓式注塑機上,所有運動由負責以下操作的油路執行:

  • 塑化階段中的螺桿旋轉。
  • 滑座料道(注嘴靠近注口襯套)。
  • 注射和保壓期間射料螺桿的軸向運動。
  • 將基材閉合于射料桿上,直到肘桿全部延伸或活塞合模行程已完成。
  • 啟動裝配頂桿的頂出臺以頂出部件。

在全電壓機上,所有運動由配有永久磁鐵的無刷同步電動機執行。通過機床中一直采用的滾珠軸承螺桿,將旋轉運動變換為線性運動。整個流程的效率部分取決于塑化過程,其中,螺桿起十分關鍵的作用。

螺桿必須確保物料熔化和均化。這一過程可借助于背壓調整,以避免過熱?;鞜捲荒墚a生過高的轉速,否則會導致聚合物降解。每一種聚合物具有不同的最大轉速,如果超過這一極限,分子會拉伸,出現聚合物主鏈斷裂現象。不過,重點仍然是在注射和保壓過程中控制螺桿的向前軸向運動。

后續的冷卻過程,包括內在應力、公差和翹曲等方面,對于確保產品質量十分重要。這一切全由模具質量決定,對于優化冷卻料道、確保有效的閉環溫度調節時,尤其如此。該系統完全獨立,不會干擾機械調節。閉模和頂出等模具運動必須精確高效。通常采用速度分布曲線,以確?;顒硬考蚀_靠近。接觸維持力可調整。

因此可斷定,在不考慮能耗和機械可靠性、附加條件相同(如模具質量)的前提下,產品質量主要決定於控制螺桿向前運動階段的系統。在油壓式注塑機上,這一調節通過探測油壓而實現。具體地說,油壓通過控制板而激活一套閥門,流體通過操縱器而產生作用,并得到調節及釋放。

注射速度控制包括開環控制、半閉環控制和閉環控制等選擇方案。開環系統依靠共用比例閥。比例張力施加于所需比例的流體上,從而使流體在注射機筒中產生壓力,讓注射螺桿以一定的前向速度運動。半閉環系統采用閉環比例閥。

環路在閉合口所在的位置閉合,閉合口通過在閥門內的移動而控制油料的流量比例。閉環系統在螺桿平移速度時閉合。閉環系統中采用速度傳感器(通常為電位計型),定時探測張力下降。比例閥流出的油料通過調節,可補償出現的速度偏差。閉環控制依靠與機器整合一體的專用電子元件。閉環壓力控制能在注射和保壓階段確保壓力均勻一致,以及在各個循環中確保反壓均勻。

通過探測出的壓力值對比例閥進行調節,根據設定壓力值進行偏差補償。一般來說,可對液壓進行監控,但是探測注嘴或模腔中的熔體壓力也是另一有效方法。更加可靠的方案是通過閱讀注嘴或模腔壓力讀數對比例閥進行管理。在壓力探測的基礎上增加溫度探測,特別有利于流程管理。

了解物料可承受的實際壓力,還有助于根據設定壓力和溫度條件來預測模塑件的實際重量和尺寸。實際上,通過改變保壓壓力值,可將更多的物料引入模腔,以降低部件收縮,符合設計公差(其中包括預設注塑收縮)。接近熔化條件時,半晶體聚合物顯示出極大的比容變化。對此,過充模不會阻礙部件頂出。

油壓設備與出料量及壓力調節

離心泵產生的平均液壓壓力可達140bar,這一壓力值特別適合注塑。在周期的其它各個階段,要求明顯較低,除了需要快速塑化的特定情形(例如:PET注拉吹一步法注塑機)要求較高。

為降低能耗,在出料高峰期時可采用可變排量泵和儲壓缸。固定排量泵在每次旋轉時移動等量油量,因此,油泵選型由特定時間內所需移動的油量而定。三相電動機轉速一般為1440轉/分,通常要求裝配雙泵。只有在塑化過程中(功率達100%),油泵的利用率才達到最大限度。在停頓過程中,機械不需要能耗,即使需要,也屬功率損耗。

所有注塑機均采用質量等級各異的比例伺服閥。兩套或以上的比例閥安裝于注射壓機上,目的是對以下各個方面進行準確控制:

  • 開模速度(兩級),閉模速度(兩級),閉模安全性,注射(3-10級),加料(3-5級),吸入和頂桿(兩級)。
  • 開模壓力,閉模壓力,模具安全性,機械夾具(料筒或肘桿),注射(充模階段一次,后續階段3-10次),螺桿旋轉速度(3-5級)。

滑座靠近速度(機械注嘴靠近模具固定半模上注射襯墊的速度)以及頂桿的運動速度(頂出臺速度)也可調整。輔助電動機通過微弱的輸入信號,將放大的信號(輸出信號)發送到閥門,使伺服閥執行調節功能。

在伺服閥中,微弱的輸入電信號被轉化為液壓輸出信號,以壓降的形式根據所需的出料要求進行改進。閥門必須對張力或通用指令做出快速、可重覆及低滯后的出料響應。實際上,當前研究的目的是改進頻率響應,使運行於數千赫(kHz)頻率的動力設備(液壓邊)和電子設備之間進行對話。

由于有效出料取決于閥門上聚合度(DP)的作用,因此,液壓線路中的油溫必須保持在45-55℃的范圍內(通常采用閉環調節系統),具體根據流體粘度和過渡口的幾何形狀而定。

在閥內沒有適當的調節系統,溫度上升會導致體粘度下降;若配有均衡開閥值,則可提高出料量。增加傳動系統的出料油量,意味注射速度隨之加快。對高科技伺服傳動閥進行精確控制,可基本消除滯后現象,增強所有功能的重復性。

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