設(shè)備控制器或更高級(jí)的開(kāi)路或閉路控制系統(tǒng)的質(zhì)量， 最終是根據(jù)開(kāi)關(guān)過(guò)程能夠以多快的速度、多可靠的運(yùn)行，以及多高的重復(fù)精度來(lái)確定的。以下范例說(shuō)明不同開(kāi)關(guān)切換過(guò)程的行為，解釋其對(duì)熔體流動(dòng)性能、模塑特性以及過(guò)程控制的影響。

　　反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短

　　開(kāi)關(guān)切換信號(hào)的時(shí)間延遲影響熔體的有效流動(dòng)距離，特別是在注塑過(guò)程中更是如此。根據(jù)切換方法之不同，從信號(hào)發(fā)生時(shí)刻到最終產(chǎn)生作用之間，存在一定反應(yīng)時(shí)間。例如，在注塑過(guò)程中，為了開(kāi)啟一個(gè)截流噴嘴，根據(jù)壓力之不同，模腔壓力信號(hào)的切換閾值可以通過(guò)程序設(shè)計(jì)設(shè)置為例如100巴大小。如果由于延遲時(shí)間長(zhǎng)，切換系統(tǒng)速度慢，則在信號(hào)發(fā)生作用之前，相對(duì)長(zhǎng)的一段時(shí)間已經(jīng)過(guò)去，而在這段時(shí)間里，熔體在繼續(xù)移動(dòng)。另外一方面，如果使用高速動(dòng)態(tài)切換系統(tǒng)，則延遲時(shí)間相對(duì)短暫，熔體在模腔內(nèi)幾乎沒(méi)有向前移動(dòng)任何距離。

　　為了能夠控制注塑過(guò)程，了解所有時(shí)間和所有狀態(tài)下的熔體所在位置極其關(guān)鍵，以影響結(jié)合線位置和熔體前沿的匯合以及一般而言零件的填充等。為此，非常值得注意去確保開(kāi)關(guān)切換過(guò)程能夠快速反應(yīng)并具備高重復(fù)精度。在市場(chǎng)上，一般我們可以看到反映速度快與慢的各種開(kāi)關(guān)切換系統(tǒng)（圖1）。對(duì)不同零件幾何形狀的影響，反映在同樣容積的注塑熔體是如何影響不同零件截面方面。

圖1：注塑過(guò)程中，不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的流動(dòng)距離。
根據(jù)模腔截面和切換系統(tǒng)時(shí)間延遲的情況，熔體流動(dòng)不同的距離。

　　在反應(yīng)時(shí)間為0.5毫秒的高速系統(tǒng)上，不同注塑速率對(duì)熔體流動(dòng)距離幾乎沒(méi)有產(chǎn)生什么差異；而在反應(yīng)時(shí)間為25毫秒的慢速系統(tǒng)上，熔體流動(dòng)距離就要大得多。因此，開(kāi)關(guān)切換信號(hào)的反應(yīng)越慢，熔體位置就越難于掌握和控制。來(lái)自實(shí)踐中的這兩個(gè)例子說(shuō)明：開(kāi)關(guān)切換系統(tǒng)的反應(yīng)速度，對(duì)于熔體前沿高重復(fù)精度的可靠控制是何等重要。

　　不同開(kāi)關(guān)切換方法

　　不僅僅時(shí)間延遲會(huì)影響熔體流動(dòng)距離和工藝過(guò)程的可靠性，而且開(kāi)關(guān)切換方法也會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。因此，多年以來(lái)，在不少機(jī)器控制器上，均用圖解方式顯示保持壓力的開(kāi)關(guān)切換閾值。把螺桿位置閾值的精確度，以及切換的穩(wěn)定度用作注塑機(jī)賣點(diǎn)，是人們通常使用的方法。但是人們經(jīng)常忘記，即使機(jī)器工藝過(guò)程保持恒定，注塑填充仍然受到許多波動(dòng)因素的影響。這從日本Koyo Kasei公司生產(chǎn)的汽車通風(fēng)系統(tǒng)零部件（圖）這個(gè)實(shí)例中可以看到，在這個(gè)例子中用模具壁溫度傳感器檢測(cè)填充是否完整。如果熔體達(dá)到安裝于流道末端的傳感器，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行切換至保壓狀態(tài)，并發(fā)出零件為良品的信號(hào)。如果沒(méi)有達(dá)到傳感器位置，零件沒(méi)有完全注塑，該壞零件將作為不良品而被摒棄。

　　當(dāng)今常見(jiàn)的切換工藝方法有：

　　■ 以螺桿行程位置作為切換依據(jù)的方法；
　　■ 以模腔壓力閾值作為切換依據(jù)的方法；
　　■ 檢測(cè)模腔壓力上升起始點(diǎn)(熔體前沿檢測(cè))作為自動(dòng)切換依據(jù)的方法；
　　■ 檢測(cè)模腔溫度上升起始點(diǎn)(熔體前沿檢測(cè))作為自動(dòng)切換依據(jù)的方法。

　　這些方法對(duì)工藝及其穩(wěn)定性影響的差異非常大。前兩種方法與自動(dòng)切換方法在許多方面都有著根本性的差別。根據(jù)螺桿行程進(jìn)行切換和根據(jù)壓力進(jìn)行切換的這兩種方法都必須始終根據(jù)具體機(jī)器的整定值和材料的選擇，進(jìn)行人工調(diào)整工作點(diǎn)或進(jìn)行填充分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。如果機(jī)器整定值或材料性質(zhì)發(fā)生變化，這種優(yōu)化必須重新進(jìn)行。

　　另外一方面，自動(dòng)切換工藝則可自動(dòng)適應(yīng)工藝條件，并提供精確切換信號(hào)，而與整定值無(wú)關(guān)。這樣做，不僅不必尋找有效基礎(chǔ)整定值，也不必在注塑過(guò)程中，進(jìn)行費(fèi)時(shí)耗力的重復(fù)試驗(yàn)。但是，更為重要的是工藝條件變化時(shí)所產(chǎn)生的后果，在實(shí)際情況中，工藝條件容易發(fā)生變化。

　　在一個(gè)比較研究分析中（注塑機(jī)：320A Alldrive 600-170，生產(chǎn)廠家：Arburg GmbH + Co KG；材料類型：聚苯烯，495F，生產(chǎn)廠家：BASF SE），熔體溫度變化跨越盡可能最大的注塑范圍。對(duì)于僅部分充填測(cè)試棒的小劑量注塑，以及電動(dòng)注塑機(jī)行為比較穩(wěn)定的情況而言，流動(dòng)距離只會(huì)出現(xiàn)小的差異（圖2），而在注塑件較大，注塑機(jī)性能較差時(shí)，流動(dòng)距離的差異就會(huì)非常明顯。但是，即使在這些“順勢(shì)療法（homoeopathic）”注塑條件下，也可清楚地看出依據(jù)行程和壓力切換的兩種工藝均不能對(duì)工藝波動(dòng)作出反應(yīng)，因而自動(dòng)造成不同的流動(dòng)距離。

圖2：在使用不同熔體溫度的狀態(tài)下，四種切換工藝所產(chǎn)生的流動(dòng)距離。
只有使用模具壁溫時(shí)，自動(dòng)化過(guò)程才會(huì)出現(xiàn)相等的流動(dòng)距離。圖中同時(shí)顯示標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值。

　　換言之，兩種自動(dòng)切換工藝并不會(huì)造成流動(dòng)距離的差異，正好對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)中的理想狀態(tài)。較小標(biāo)準(zhǔn)偏差也有顯示出自動(dòng)切換的優(yōu)越性。因此，塑料制品生產(chǎn)廠家如果使用取決于行程的切換信號(hào)，而且在切換過(guò)程中檢測(cè)壓力閾值，那么，他們一般都必須面對(duì)成品未完全充填概率較高的局面。在采用部分填充測(cè)試棒進(jìn)行同一系列的試驗(yàn)中（圖3），唯有檢測(cè)溫度升高而自動(dòng)產(chǎn)生的切換信號(hào)不會(huì)造成流動(dòng)距離波動(dòng)（試驗(yàn)系列1）。據(jù)觀察，流動(dòng)距離波動(dòng)最大的情況發(fā)生在取決于螺桿位置的切換信號(hào)上（試驗(yàn)系列2）。

圖3：采用四種切換工藝的部分填充測(cè)試棒流動(dòng)距離對(duì)比（波動(dòng)最小/最大：測(cè)試系列1/4）。
只有通過(guò)溫度信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)的零件現(xiàn)實(shí)同等流動(dòng)距離。通過(guò)螺桿位置斷開(kāi)填充工藝的零件，其測(cè)量獲得的差異最大。

　　自動(dòng)確定黏度值

　　在開(kāi)啟截流噴嘴或開(kāi)啟和關(guān)閉排氣型芯時(shí)，采用壓力或溫度信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)熔體前沿，對(duì)保壓自動(dòng)切換有著明顯的優(yōu)越性。但是，該工藝還提供更為廣泛的可能性，用于確定、監(jiān)測(cè)、甚至可以用于控制各種重要工藝參數(shù)，如剪切速率和剪切應(yīng)力等，而且據(jù)此還可以確定模具內(nèi)的黏度。這種工藝（專利正在審批過(guò)程中）所必須具備的惟一先決條件，是首先要在流道內(nèi)安裝一個(gè)模腔壓力傳感器，然后再在其后流動(dòng)方向上安裝一個(gè)模腔壁溫度傳感器（圖4）。

　　一旦熔體抵達(dá)壓力傳感器，就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到所出現(xiàn)的壓力增加P1。如果熔體抵達(dá)溫度傳感器，溫度升高T1就會(huì)被自動(dòng)檢測(cè)到（圖5）。然后，從熔體需要覆蓋兩個(gè)傳感器之間的流動(dòng)距離開(kāi)始，在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，各自的剪切速率就被確定下來(lái)。在熔體抵達(dá)溫度傳感器的確切瞬間，相應(yīng)壓力數(shù)值（計(jì)算剪切應(yīng)力所需的與大氣壓之間的壓差Δp）就被確定下來(lái)。由于這些數(shù)值都是自動(dòng)確定的，與傳感器位置無(wú)關(guān)，因此，處理起來(lái)極其簡(jiǎn)便，實(shí)際上就是撳動(dòng)按鈕而已。

圖5：剪切速率從熔體流經(jīng)壓力傳感器與溫度傳感器之間的距離所需時(shí)間差△t中計(jì)算出來(lái)，
在時(shí)間T 1上測(cè)量的壓力用于確定剪切應(yīng)力。

　　這種測(cè)量方式的目的并非是要取代比如實(shí)驗(yàn)室流變儀，使用實(shí)驗(yàn)室流變儀可在等溫條件下確定黏度功能。其目的也不是要取代被轉(zhuǎn)換成流變儀的注塑機(jī)，因?yàn)檫@兩種方法都不反映其對(duì)模腔流動(dòng)行為的實(shí)際影響。 對(duì)于在生產(chǎn)中的長(zhǎng)久使用更有意義的一個(gè)問(wèn)題是，熔體流動(dòng)性能是如何變化的，以及在不同工藝條件下怎樣才能影響其性能變化。畢竟，在理想狀態(tài)下確定的黏度功能是有用的，盡管它并不能與真實(shí)狀態(tài)相比。因此，必須假設(shè)，使用每件模具的機(jī)器在尺寸和設(shè)計(jì)上都不相同，而且同一臺(tái)機(jī)器的整定值也不會(huì)有同樣的流動(dòng)狀態(tài)，即使同系列的機(jī)器也是如此。所以，連續(xù)不斷地測(cè)量模腔內(nèi)的黏度是適當(dāng)?shù)摹?

　　然而在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同熔體溫度對(duì)剪切速率值幾乎沒(méi)有什么影響，倒是觀察到模具溫度對(duì)剪切應(yīng)力有著明顯的影響 (圖6)。今天，由Priamus系統(tǒng)技術(shù)公司供應(yīng)的所有系統(tǒng)上都配備了注塑模具多頻道模內(nèi)黏度直接自動(dòng)測(cè)量功能。

圖6：采用不同熔體和模具溫度確定的測(cè)試棒模具的黏度、剪切應(yīng)力和剪切速率。
與流變儀里的情況相比，在熱模具和冷模具中測(cè)得的剪切應(yīng)力明顯差異非常大。

　　用于工藝控制的熔體前沿檢測(cè)

　　近十年來(lái)，使用溫度傳感器自動(dòng)檢測(cè)熔體前沿，借此平衡熱澆道系統(tǒng)，已經(jīng)有數(shù)百個(gè)成功的應(yīng)用范例。同時(shí)，也可對(duì)冷澆道系統(tǒng)進(jìn)行控制和平衡。例如，在液態(tài)硅注塑過(guò)程中，根據(jù)周期間熔體前沿的檢測(cè)情況，計(jì)算截流噴嘴自動(dòng)開(kāi)啟的延遲時(shí)間。但是，新穎之處在于，通過(guò)壓力升高的自動(dòng)檢測(cè)，這些自動(dòng)控制和平衡工藝也可以采用模腔壓力傳感器運(yùn)行。由于上面描述過(guò)的原因，以壓力閾值為基礎(chǔ)的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)工藝對(duì)注塑工藝會(huì)產(chǎn)生相對(duì)不太有利的影響，所以，這種檢測(cè)功能是有意義的。

　　其中一個(gè)原因是，非常小的壓力傳感器容易接觸到模腔孔壁，造成力量分散，因而降低靈敏度（圖7）。特別是多腔模具，由于每個(gè)模腔都安裝壓力傳感器，必須考慮到由于壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的測(cè)量誤差會(huì)很大。每當(dāng)壓力信號(hào)出現(xiàn)交叉，就表示傳感器靈敏度自安裝以來(lái)已經(jīng)發(fā)生了變化，測(cè)量誤差已經(jīng)發(fā)生了。

圖7：由于容差要求極其嚴(yán)格，特別是非常小的模腔壓力傳感器有接觸中心孔進(jìn)而損失靈敏度的風(fēng)險(xiǎn)。

　　圖8所示實(shí)例為一個(gè)顯然不平衡的8腔模具壓力曲線，第一個(gè)模腔比其他模腔更早地得以填充。經(jīng)驗(yàn)證明，控制和平衡使用壓力閾值的熱澆道系統(tǒng)是困難的，因?yàn)殡S著壓力水平的增加，安裝誤差造成的曲線之間的距離減少了。這些曲線的交叉甚至表明，這些模腔里不存在流量差異。但是，這與壓力隨時(shí)間的增加又是矛盾的。另外一方面，壓力增加的自動(dòng)檢測(cè)能夠可靠地檢測(cè)這種情況，從而可以用于平衡工藝偏差。

圖8：8個(gè)模腔壓力增加的時(shí)間差說(shuō)明工藝出現(xiàn)不平衡。由于安裝誤差和傳感器靈敏度發(fā)生變化，
結(jié)果，隨著壓力的增加，該差異降低，所以，采用閾值進(jìn)行平衡并不恰當(dāng)。壓力增加將自動(dòng)消除這些安裝誤差。

　　簡(jiǎn)單的試驗(yàn)系列說(shuō)明，簡(jiǎn)單選擇切換工藝，可對(duì)熔體流動(dòng)距離以及工藝可靠性和重復(fù)性帶來(lái)重大影響。采用壓力和溫度傳感器，自動(dòng)檢測(cè)熔體前沿，可以防止如偶爾發(fā)生的注塑件未能填滿等這類日常出現(xiàn)的問(wèn)題，或者至少也能夠?qū)ζ淇煽康剡M(jìn)行檢測(cè)。

　　另外一方面，固定壓力或取決于行程的切換閾值會(huì)對(duì)工藝行為產(chǎn)生非常不利的影響，增加工藝波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。在模具里直接自動(dòng)確定黏度，首次為我們提供了一種手段，可使注塑工藝過(guò)程中流動(dòng)性能的有效波動(dòng)實(shí)現(xiàn)可視化。

　　相關(guān)鏈接

　　注塑機(jī)中用到的壓力傳感器：MSP5100壓力傳感器

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