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- 注塑工藝：可變的冷卻時(shí)間
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2010/12/10
想把生產(chǎn)遷移至低工資國家的努力導(dǎo)致注塑行業(yè)面臨著愈來愈緊迫的成本壓力，這迫使加工業(yè)者盡可能快地推行降低成本的措施，例如新的生產(chǎn)工藝、更高的集成和物資供應(yīng)上的變化。現(xiàn)在的生產(chǎn)也為節(jié)約提供了可觀的空間。
一種途徑是周期時(shí)間，它可能超出最短可能值的40%以上。這里的原因存在于差勁的模具熱學(xué)設(shè)計(jì)和過度的殘余冷卻時(shí)間，這通常是根據(jù)估算而主觀地預(yù)先設(shè)定的。機(jī)器操作者也常常加入一個(gè)安全余量，以彌補(bǔ)工藝及模具偏差，例如溫度和控制波動(dòng)，并把生產(chǎn)放到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)中。但這常常是以不理想的周期時(shí)間為代價(jià)，所以是高成本的。
根據(jù)模溫計(jì)算冷卻時(shí)間
冷卻不僅直接影響在工藝成本，而且對(duì)質(zhì)量也有著顯著的影響，這反過來又影響著生產(chǎn)效率。殘余冷卻時(shí)間現(xiàn)在是作為固定值被輸入，無法彌補(bǔ)生產(chǎn)過程中偶爾發(fā)生的干擾，例如工藝、機(jī)器控制和材料的波動(dòng)。結(jié)果是批量生產(chǎn)過程中扭曲、尺寸準(zhǔn)確度、表面質(zhì)量和其它部件特性的變化。
為了解決這樣的問題，德國South-West-phalia理工大學(xué)、Kistler儀器公司和知名的加工企業(yè)聯(lián)合參與了一個(gè)研究項(xiàng)目，開發(fā)一種系統(tǒng)，脫模點(diǎn)不依賴于固定的周期時(shí)間，而是和塑件達(dá)到確定熱狀態(tài)的時(shí)候有關(guān)系。這個(gè)步驟不會(huì)再把冷卻時(shí)間保持穩(wěn)定，而是模具的熱學(xué)性能。通過測量塑件表面溫度和模腔壓力，在工藝中逐個(gè)周期地確定出塑件的熱學(xué)狀態(tài)。殘余冷卻時(shí)間被自動(dòng)地計(jì)算出來，并被直接傳送給機(jī)器控制裝置。
此工藝具有重要的優(yōu)勢：
因?yàn)椴辉儆斜匾浪愫洼斎霘堄嗬鋮s時(shí)間，所以試模和安裝時(shí)間縮短； 因?yàn)槔鋮s時(shí)間及周期時(shí)間被盡可能地保持短暫，所以經(jīng)濟(jì)性方面有了顯著的改進(jìn)； 因?yàn)槊撃囟确�(wěn)定，所以塑件質(zhì)量盡可能地維持穩(wěn)定。
用于綜合測量壓力和溫度的傳感器
理想的脫模溫度不僅是由所用塑料決定的，而且還由塑件形狀所決定。因?yàn)榘櫩s和扭曲過程的復(fù)雜性，以及模壁和熔體溫度不能預(yù)先被準(zhǔn)確地確定，所以不可能準(zhǔn)確計(jì)算出注塑件的脫模溫度。只能根據(jù)來自原料生產(chǎn)商的引導(dǎo)值和制模商的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行估算，因?yàn)樵诿撃r(shí)，以傳統(tǒng)壁厚，貫穿塑件截面的溫度不會(huì)完全相等，從塑件中間到外部總會(huì)有一個(gè)溫度梯度。
所以，為了確定理想的脫模點(diǎn)，要利用普通的冷卻時(shí)間公式。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)殘余冷卻時(shí)間的理論計(jì)算。為了確定某一溫度下的脫模點(diǎn)，意味著模壁溫度和熔體溫度的塑料性能必須在冷卻過程開始時(shí)就已知了。然而，如前所述，最后提到的兩個(gè)參數(shù)是未知的。當(dāng)然，注塑周期中的熔體溫度可以在注塑周期中通過熱電偶被實(shí)驗(yàn)性地獲取，熱電偶必須在每個(gè)周期被引入到模腔中。然而，這種溫度確定方法不適用于生產(chǎn)當(dāng)中，而主要被用于科學(xué)研究。
因此，為了自動(dòng)計(jì)算出批量生產(chǎn)中的殘余冷卻時(shí)間，有必要開發(fā)一種方法來準(zhǔn)確確定模壁溫度分布情況和冷卻開始時(shí)也就是實(shí)際填模過程之后的熔體溫度。這需要應(yīng)用組合的溫度傳感器/壓力傳感器（圖1）。
圖1：模腔壓力和溫度綜合傳感器的剖面圖
依靠這種特殊設(shè)計(jì)的感應(yīng)器，溫度測量在傳感器表面進(jìn)行，當(dāng)熔體一到達(dá)傳感器時(shí)，和熔體的接觸溫度就被記錄下來。在此點(diǎn)之前，傳感器精確地記錄模具溫度，并提供有關(guān)模壁溫度分布情況的必要信息。綜合的模腔壓力傳感器探查冷卻開始時(shí)體積測定式填充的位置（圖2）。因此，所有的信息都可用于逐個(gè)周期地通過深入的算法來自動(dòng)解答冷卻時(shí)間公式，把啟動(dòng)脫模過程的實(shí)際冷卻時(shí)間提供給注塑機(jī)。
圖2：用模腔壓力和溫度綜合感應(yīng)器測得的工藝情況
在生產(chǎn)中證實(shí)的預(yù)期
在中間時(shí)期，上述的方法也在一個(gè)大型ABS材料的外殼件（塑件重量約1kg）上被測試。其表面被鏡面拋光，必須絕對(duì)地?zé)o缺陷。工藝的總周期時(shí)間為61秒，其中42秒被冷卻時(shí)間所占據(jù)。平均模溫為62℃.在徹底的手工優(yōu)化以后，塑件可以在穩(wěn)定的冷卻時(shí)間下被做得有足夠的品質(zhì)。冷卻時(shí)間縮短到40秒的固定值把工藝旋轉(zhuǎn)到了一個(gè)不確定的質(zhì)量狀態(tài)。在不定期間斷中，塑件表面出現(xiàn)裂紋（圖3）。這是由頂針?biāo)鸬�，因�(yàn)樗芗�沒有達(dá)到脫模點(diǎn)的正確溫度。冷卻時(shí)間縮短2秒鐘使百分之百用肉眼檢查塑件成為必要。
圖3：沒有自動(dòng)冷卻時(shí)間計(jì)算，在塑件上會(huì)偶爾出現(xiàn)裂紋
在穩(wěn)定的72℃脫模溫度之下利用自動(dòng)的冷卻時(shí)間計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)39.8-40.3秒之間的冷卻時(shí)間。在這種情況下，即使在較長的生產(chǎn)時(shí)間之內(nèi)也不會(huì)出現(xiàn)裂紋。以這種方式，與安全余量相比，冷卻時(shí)間被縮短5%。
為了檢查系統(tǒng)表現(xiàn)，平均模溫被升高至70℃.現(xiàn)在該系統(tǒng)自動(dòng)地增加冷卻時(shí)間，在同樣72℃的溫度之下脫模。這個(gè)情況里的塑件表面也是完美無瑕的。除了表面性能以外，還有更多針對(duì)塑件的測試參數(shù)。如果脫模溫度保持穩(wěn)定，它們停留在所需的偏差范圍之內(nèi)。
這個(gè)例子表明，對(duì)于已被人工優(yōu)化至極限的工藝，冷卻時(shí)間的自動(dòng)計(jì)算及可能最早的理想變形點(diǎn)可以獲得周期時(shí)間的進(jìn)一步縮短，同時(shí)保持最佳品質(zhì)的通常狀態(tài)。
集成于注塑機(jī)中
對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，把這種方法集成以于注塑機(jī)中是重要的。以受控動(dòng)作介入到過程中的方法必須以穩(wěn)定的方式被綜合到機(jī)器中。已獲認(rèn)可的解決方法被選來推行這種方法。計(jì)算法則被綜合到工業(yè)用載荷放大器中（圖4）。Kistler公司多年來在更換點(diǎn)的自動(dòng)優(yōu)化上使用這種技術(shù)。智能載荷放大器被完全融入到了注塑機(jī)控制當(dāng)中。這確保了最大的工藝穩(wěn)定性。
圖4：帶組合自動(dòng)冷卻時(shí)間計(jì)算的SmartAmp載荷放大器
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