注塑成型過(guò)程模腔內(nèi)熔體流動(dòng)速度與壓力檢測(cè)控制方法研究.pdf

1、注射成型是塑料制品的主要加工方法，在工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。決定制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素在于對(duì)注射過(guò)程中一些關(guān)鍵變量進(jìn)行有效的檢測(cè)與控制，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化。充模過(guò)程中模腔內(nèi)熔體的前端流動(dòng)速度與保壓過(guò)程中模腔壓力是與制品質(zhì)量相關(guān)的兩項(xiàng)重要過(guò)程變量，然而目前在實(shí)際生產(chǎn)中始終缺乏對(duì)上述變量進(jìn)行檢測(cè)的成熟有效方法。本論文基于國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“精密塑料注射成型裝備電伺服液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)的研究”(項(xiàng)目編號(hào)：NO.2007BAF13

2、B04)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“注射成形過(guò)程中聚合物分層結(jié)晶行為的超聲在線測(cè)量”(項(xiàng)目編號(hào)：NO.51105334)的主要研究?jī)?nèi)容，并結(jié)合模腔內(nèi)熔體信息無(wú)損檢測(cè)方法的預(yù)研規(guī)劃而提出，旨在通過(guò)本課題的研究為精密注射成型過(guò)程中模腔內(nèi)熔體流動(dòng)速度與壓力的無(wú)損檢測(cè)與控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供關(guān)鍵技術(shù)解決方案。
　　 論文對(duì)注射成型過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)過(guò)程中涉及到的多項(xiàng)變量進(jìn)行分析、歸類(lèi)，進(jìn)而闡述了本文的研究對(duì)象與制品質(zhì)量間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)

3、了注射系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，建立了過(guò)程變量與設(shè)備變量之間的聯(lián)系，討論了優(yōu)化工藝參數(shù)對(duì)注塑制品質(zhì)量的重要影響，并通過(guò)Moldflow仿真進(jìn)行驗(yàn)證，為實(shí)驗(yàn)研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
　　 針對(duì)充模過(guò)程中模腔內(nèi)熔體前端速度的無(wú)損檢測(cè)，引入了高斯過(guò)程軟測(cè)量方法。該方法基于統(tǒng)計(jì)分析理論，將充模過(guò)程中的注射單元作為待辨識(shí)系統(tǒng)，利用高速攝像機(jī)及可視化模腔系統(tǒng)所采集到的模腔內(nèi)熔體前端流動(dòng)速度作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的主導(dǎo)變量，將注射成型過(guò)程變量檢測(cè)平臺(tái)所采集到

4、的螺桿推進(jìn)速度、油缸壓力以及模腔截面積作為輔助變量，對(duì)辨識(shí)模型進(jìn)行訓(xùn)練與優(yōu)化，進(jìn)而將新的輔助變量作為優(yōu)化后的模型輸入，并將模型輸出與實(shí)際值相比較。不同工況下的多組試驗(yàn)結(jié)果表明了此方法的有效性。為了將此方法在線應(yīng)用到注射成型過(guò)程中，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的注射過(guò)程運(yùn)動(dòng)控制器，將完成離線辨識(shí)與優(yōu)化的軟測(cè)量模型寫(xiě)入微處理器，實(shí)現(xiàn)了熔體前端速度的在線檢測(cè)與控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，應(yīng)用該方法注射成型的制品密度分布更加均勻，機(jī)械性能得到明顯提高。
　

5、　 針對(duì)保壓過(guò)程中模腔壓力的檢測(cè)，提出了基于超聲回波信號(hào)的模腔壓力高斯軟測(cè)量方法。此方法首先根據(jù)塑料的PVT特性建立起熔體密度與壓力的定性關(guān)系，并基于注射過(guò)程中熔體密度變化引起超聲回波信號(hào)幅值變化這一特性，以模腔壓力為主導(dǎo)變量，以超聲回波信號(hào)幅值、模具溫度以及油缸壓力為輔助變量建立了高斯軟測(cè)量模型。通過(guò)模具內(nèi)的嵌入式模腔壓力傳感器獲取壓力信號(hào)，以及注射過(guò)程變量檢測(cè)平臺(tái)所采集到的各輔助變量值作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。并最終在不同保壓

6、工藝參數(shù)、不同檢測(cè)位置以及不同注射材料等多種工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在材料相同時(shí)軟測(cè)量模型預(yù)測(cè)輸出值可以很好的與實(shí)際輸出值相吻合。此方法為模腔壓力的在線超聲檢測(cè)與工藝參數(shù)優(yōu)化后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并將對(duì)制品質(zhì)量的提高起到至關(guān)重要的作用。
　　 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵過(guò)程變量的檢測(cè)給注射工藝的直接優(yōu)化提供了基礎(chǔ)，然而由于注射成型是典型的周期過(guò)程，批量生產(chǎn)中注塑制品的重復(fù)精度是另一項(xiàng)重要的評(píng)價(jià)要素，因此本論文在對(duì)注射過(guò)程進(jìn)行深入理論分析、