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塑料机械

解析挤出、注塑成型控制技术!

发布于:2018/3/8 17:54:59

关键词:模块,注塑机,塑料,PC,传感器,能源,电动机,树脂,PU,塑料制品
简    介:随着工业化技术的发展跟人民生活水平的改善,人们对塑料制品种类跟质量的要求日益提升。深入研究塑料成型装备及其相关控制技术,从而克服制品中的缺陷,提升制品质量,对于塑料成型技术的提升拥有重要意义。在塑料成...

随着工业化技术的发展跟人民生活水平的改善,人们对塑料制品种类跟质量的要求日益提升。深入研究塑料成型装备及其相关控制技术,从而克服制品中的缺陷,提升制品质量,对于塑料成型技术的提升拥有重要意义。在塑料成型装备中,挤出跟注塑两种成型设备的运用最为广泛,所以本文对这两种装备的控制技术进行了较为详尽的说明。

挤出成型设备的控制

1、挤出成型对控制系统的需求

(1)节能。在挤出成型经历中,能量的耗费大部分使用于熔融树脂跟驱动电动机。热能包括螺杆旋转产生的摩擦热跟机筒加热器的热能两部分。随着能源供应的日趋紧张,研究开发拥有高效节能的挤出成型设备显得非常必要。

(2)稳定性。挤出成型工艺的稳定性包括制品的质量稳定性跟尺寸稳定性。对于片、膜及管等形状简单制品的尺寸测量,可通过性能优良的传感器跟计算机直接进行测控。而对于形状复杂的异型材制品,因为直接测定尺寸非常困难,所以必须要求生产经历本身持续稳定。为此,研究开发挤出成型设备所用的高精度跟高稳定性控制系统非常必要。

2、精密挤出成型控制系统的设计

挤出控制系统需要对整个挤出经历的工艺参数,如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆跟喂料螺杆转速、喂料量、各种原料的配比以及电机的电流电压等参数进行在线检测,并采纳闭环控制技术。

挤出控制系统的设计包括:主控制器的选型、接口电路设计、驱动跟放大电路设计、人机界面设计(HMI)以及控制算法软件设计等。根据精密挤出成型控制要求跟特点,主控制器可选用PCC2003可编程计算机控制系统。可编程计算机控制器集成了可编程逻辑控制器的标准功能跟工业计算机的分时多任务操作系统功能,能方便地处理开关量﹑模拟量及进行回路调节。其硬件拥有独特新颖的插拔式结构,可使系统得到灵活多样的扩展跟组态。软件也具备模块结构,系统扩容只需在原有基础上叠加应用软件模块,同时拥有高级语言编程功能,并能够根据需要采纳多种语言混合编程。精密挤出成型经历控制系统框图如图1所示。

图1. 精密挤出成型经历控制系统框图

在图1中,CPU模块为CP476,带有1个RS232接口以及1个CAN(Control Area Net)接口。其指令周期为0.5us,内置硬件狗功能。接口组件包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字输入输出混合模块、温度模块及通信接口模块等。

注塑机控制

1、精密注塑机的闭环控制技术

(1)精密注塑控制的特点。跟常规注射成型比较,精密注塑成型对成型参数的重复精度要求更高。所以,精密注塑机宜采纳多级反馈控制。这种多级控制包括:感应式位移控制或时间控制的10级射胶闭环注射系统,多级保压时间、压力跟速度控制,以及螺杆温度智能PID控制等。

别的,螺杆及喷嘴温度控制更精确。即升温时超调量小,使得温度的波动较小。对于常规控制,双位控温超调量为25~30℃时,螺杆计量引起的温度波动为4℃以上,而同样条件下精密注塑机的控温精度在±0.5℃以内。

液压油温控制精度更高。工作油温的变化会引起粘度的变化,使进军各执行机构的流量发生波动,引起启闭模速度、注射速度跟螺杆转速不稳定,同时也会导致压力波动。对一般小型注塑机而言,在没有油温调节的状况下连续工作5h,油温会升高28℃,系统压力会升高0.19MPa,换算成对流道聚合物熔体的保压压力约为1.9~2.9MPa,从而必将影响到制品的尺寸偏差。为了阻止这种状况的发生,精密注塑机采纳了加热冷却的闭环装置,以此可将工作油的油温稳定在50~55℃。

模具温度控制更严,制品尺寸精度受模具温度的影响非常大。不一样材料制品的厚度不只受冷却时间的影响, 并且受模具温度的影响。若冷却时间一模一样,模具型腔温度低,则制品的厚度相对较大。

基于精密注塑控制的上述特点,精密注塑机的控制系统要比常规注塑机复杂得多,它需要完成压力、速度等参数的全闭环控制。

(2)闭环控制原理跟特点。闭环控制的原理如图2所示。从图中能够看的出,闭环控制的起点是测量目的变量,由一个跟目的变量相对应的传感器对目的变量进行检测,产生一个跟目的变量成正比的输出,通常为电压、电流信号或模拟信号。这一信号反馈给闭环控制器并跟设定值进行相比,当目的变量偏离设定值时,闭环控制器会产生附加控制信号,通过执行机构对控制对象进行调整,从而使目的变量跟设定要求趋于一致。在上述经历中,闭环控制还能够消除不一样的干扰量对控制对象的影响,从而进一步提升了控制精度。

闭环控制系统拥有如下特点:系统输出信号对控制作用有直接影响;有反馈环节,并应用反馈作用来减少系统误差,以使系统的输出量趋于预定值;当出现干扰时,包括内扰跟外扰,能够减弱其影响;系统可能出现不稳定,所以存在温度性校核问题(稳定判据)。

2、超高射速注塑机的控制技术

超高射速注塑机比传统的注塑机拥有更高的注射速度,一般能够达到1000mm/s以上。如此高的注射速度,可为注塑加工及注塑产品带来以下好处:

(1)加工中极高的剪切速度,使得塑料的黏度下跌,以此容易完成超薄成型以及减少制品的扭曲、翘曲变形。

(2)可减少表面的流纹跟熔合线,从而提升制品表面光泽以及熔接部位强度,并阻止冷却变形。

(3)缩短注射周期,提升注射效率跟节能效果。

为了完成超高速注射,需要采纳一些特别的方法。例如,将高性能的直线电机用在全电动注塑机中,可使注射速度达到超高速状态。或者,在液压注塑机中采纳超高速响应跟高精确的大容量蓄能器,以及快速响应的伺服阀或比例阀,可以满足超高注射速度要求。

当下,后一种方法已经得到了工业应用,如INEWELL MACH INERY公司的SW2HSB系列、SUMITOMO公司的SE2HY系列以及BMC公司的FT2260BMC型等超高射速注塑机,都采纳了这种方法。图2显示了超高射速注塑机的液压系统结构。

图2. 超高射速注塑机的液压系统结构示意图

3注塑机节能控制技术

进军21世纪以来,随着塑料工业的发展,注塑加工商对注塑机的节能跟环保的要求日趋提升,使得注塑机节能控制技术受到普遍的重视,环绕节能控制技术的研 究也所以有了较快的发展。能够说,节能化已成为目前注塑机发展的一个重要方向。

(1)比例变量泵系统。采纳阀泵结合的负载敏感控制原理, 尽管可消除应用定量泵跟三通压力流量比例阀造成的所有跟流量有关的能量损失,但因比例节流阀存在固定的工作压差, 导致仍存在较大的节流损失,特殊是在高速阶段, 这一损失更加明显。

为了解决这一问题,需要采纳压力、流量直接闭环控制的高响应变量泵作为动力源,使常规的节流调速系统转变为比例变量调速系统,从而完成注塑机液压系统由阀控向泵控的转变。

比例变量泵系统简化的回路原理如图3所示。这一系统改变了常规的比例控制方法,由定量泵+PQ 比例阀系统转变为比例变量泵系统,其关键的控制元件采纳了兼具比例压力、比例流量跟负载压力反馈等多种复合控制功能的负载敏感型比例变量柱塞泵。

图3. 比例变量泵系统原理图

比例变量泵系统跟普通定量泵+PQ比例阀系统比较较,节能效果显著,同时可使一模一样功率机器的注射速率得到提升,且系统发热降低。但变量泵对油的清洁度要求较高,工作噪音也较大。

(2)变频液压控制系统。变频液压控制技术的节能原理是,通过变频器对定量泵电动机进行转速调节,完成对于注塑机液压系统的工作流量的实时控制,使得定量泵输出的流量刚好满足注塑工艺要求的流量,从而基本达到无溢流损耗的目标。

当下,变频液压注塑机的动力源主要采纳两种变频驱动方式:一种是,普通异步电动机通过变频调速跟定量泵组成动力源;另一种是,用高响应的交流(AC)伺服电动机驱动定量泵作为动力源。

采纳第一种节能控制方案的注塑机控制系统如图4所示。在这个方案中,注塑机专用变频器通过获取比例流量阀、比例压力阀的电流控制信号及注塑机工艺流程信号来控制电机的转速。

图4. 变频液压调速控制系统

结语

中国塑料机械工业经过20多年的发展获得了长足的进步,大大小小的塑料机械制造企业已达数千家。一些国内塑料机械企业抓住了近年来的大好时机,完成了跨越式发展,不只占领了国内的较大市场比重,并且还有相当数量的产品出口到国外。

然而,就整体技术水平而言,中国塑料机械跟国外发达国家的差距仍非常大。塑料加工装备的水平在非常大程度上取决于测控水平的高低。国外先进塑料机械的控制系统普遍采纳了以可编程序逻辑控制器(PLC)等为关键的控制系统,并在一些高精度生产装备上采纳了模糊控制、统计经历控制(SPC),以及基于网络的远程监控、故障诊断等技术,而中国在这角度还存在较大的差距。所以,在中国,研制开发新一代的基于智能控制技术的塑料成型设备将会带来很高的经济效益跟社会效益。


关键词:模块,注塑机,塑料,PC,传感器,能源,电动机,树脂,PU,塑料制品

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