在线工博会
返回

自动调节熔体流动的平衡性
瑞士奇石乐公司 郑荣成
为节省流量，手机版未显示文章中的图片，请点击此处浏览网页版
在使用多型腔模具的成型生产中,为了使每个型腔中的制品获得一致的质量,必须确保熔体流动的平衡。目前，利用MultiFlow系统，可自动控制热流道喷嘴的温度,从而确保熔体均匀地填充型腔。
熔体流动的不平衡问题
在多型腔模具的成型生产中，经常会出现各型腔填充不平衡的问题，从而导致各型腔中的制品重量和品质的不一致。究其原因，一般是由成型过程的不稳定所引起的。同时，一些外部因素，如环境温度的变化、机器或模具局部机械性能的变化等，也都是引起这一问题的主要原因之一。此外，因长期使用而带来的磨损会引起热流道喷嘴尺寸的变化,这不仅会影响某个型腔的熔体填充性能,而且对其他型腔的熔体填充效果也会带来影响。此时，就必须重新调整工艺参数,以确保熔体流动的平衡。
显然，对于安装了热流道的多型腔模具而言,通过调整工艺参数可以实现熔体的流动平衡。但是，一个不可忽略的问题是，在生产过程中,生产系统外部或内部温度的变化通常会引起熔体流动出现新的不平衡,从而导致各型腔熔体的填充过程重新出现差异。另一方面，如果各个热流道的流道温度不同,也会造成各型腔填充程度的差异。因此，为了避免这一现象,通常的做法是配备热流道温度控制器。然而，尽管通过调节热流道温度控制器可以使各热流道获得相同的温度,但却不能从根本上消除上述因素对熔体流动的不平衡性所带来的影响。
实现平衡流动的方法
1. 手动调节
手动调节热流道温度,是实现熔体流动平衡的一种方法。但是，手动调节过程通常很复杂。首先，需要向型腔中注射一定体积的熔体,使熔体部分充满型腔。然后，调节热流道温度，使每个型腔中的熔体流动前峰处在相同的位置处。但是，在熔体部分充满型腔的情况下,熔体流动前峰的位置仅能代表某个特定填充过程的瞬间状态。如果改变注射量,整个熔体的填充行为也会随之改变。与熔体完全充满型腔相比,在部分充满的情况下,由于填充熔体的质量较轻,带入模具内的热量也较少，因此其热量分布情况与熔体完全充满型腔时的状态是完全不同的。总之,手动调节后的熔体流动行为,与实际生产中的熔体流动行为存在着根本性的差别。因此，采用这种方法设定的参数在实际生产中并不可靠。
在实际生产中, 可通过两种方式来判断热流道模具中的熔体流动是否平衡。第一种是,当熔体流动的不平衡性较严重时,直接就在制品上体现出来。另一种是,停止生产,通过短射的方式观察流动是否平衡。
2. 借助型腔压力的调节方法
如前所述,处于某个特定位置状态下的熔体并不能真实地反映其填充型腔的整个过程，只有在注射和压实阶段的熔体流动行为,才能反映熔体填充型腔的整个过程。因此，通过精确测量型腔中的压力，可以判断熔体在注射阶段和压实阶段的流动行为。为了精确测量型腔中的压力,可在每个型腔中安装传感器。传感器通常被安装在流程的前1/3段内。通过型腔压力曲线，可以了解所有型腔中熔体的填充过程，由此能够判断并指导调节热流道喷嘴的温度。由于型腔压力曲线直观、科学地反映了熔体流动的平衡状况，因而不需要用短射的方式进行判断。此外,由于此时型腔已被充满,所以试模时的热状况与生产时的热状况是完全一样的。试模时,如果某个型腔的熔体填充速度较慢,则需要调高喷嘴温度；如果填充速度过快,则要降低喷嘴温度.
在实际生产中,型腔压力传感器可快速、实时地探测出熔体的流动是否平衡，甚至能解决非常微小的流动不平衡问题。因此,在无次品且不用停机的情况下,可以正确及时地调节热流道喷嘴的温度。
3. 借助MultiFlow进行调节
瑞士奇石乐公司（Kistler）最新研发出的MultiFlow系统可单独控制热流道喷嘴的温度,从而确保熔体均匀地填充型腔。实践证明，MultiFlow系统的逻辑算法十分稳定,能自动调节成型过程的波动,保证熔体流动始终处于平衡状态。实际上，MultiFlow采用的是一种创新的控制算法。该算法可实时自动地从注塑机或温度控制器上读取当前的热流道喷嘴温度。
基于型腔压力曲线，即可对注射、压实阶段的熔体流动行为进行分析。如果发现某个型腔的填充速度太慢,该算法就会提高热流道的设定温度，反之，则降低热流道的设定温度。随后，新的设定温度会自动传达到温度控制器或注塑机上。由此,可形成闭环控制,从而自动实现熔体填充过程的协调一致。在完全不需要人工优化的情况下，MultiFlow系统可使不平衡的流动得到自动校正。此外，通过监测模腔压力，还能确保制品质量,实现零次品生产。
创新的控制算法的应用试验
在对MultiFlow控制算法进行的应用试验中,试制的产品是一种家庭装饰品（如图1所示）。该产品尺寸为10.9mm×7.5mm×13.5mm，重量0.17g，所用材料为杜邦公司的PA66（牌号Zytle 114L BK097）。该生产采用了耐驰特公司（Netstal）的Elion全电动注塑机（如图2所示),其锁模力为500kN，最大注射压力2200bar（约2232kg/cm2）,螺杆直径16mm。该注塑机具有优异的动态响应性能和较高的重复精度,其稳定性是液压机的10倍以上，计量和注射定位精度为±0.01mm，注射阶段的压力控制精度为±2bar（约2kg/cm2）。此外，该注塑机还带有对型腔压力进行V-P切换的选项。该试验生产的注射量为6.65g。

（图片）

图1 成型的制品，重0.17g，一模16腔

（图片）

图2 熔体持续稳定的平衡流动要求注塑机要具有较高的重复精度

生产中，采用了一副16腔模具，并配备了8个热流道，每个热流道负责控制2个型腔。在每个型腔的顶针后面，分别安装了1个奇石乐公司的传感器(型号9213A), 模腔压力可通过顶针传递到传感器上。所有的传感器通过单线电缆和多通道接头与数据采集系统连接起来。一共采用了2个多通道接头(型号1710A)和2根电缆(型号1997A)，这样即可将16个传感器的信号传输给控制系统。
影响熔体流动平衡性的因素
一般，典型的平衡流动表现为熔体同时开始填充所有的型腔。此时，所有型腔的压力曲线同时开始上升。因此，最早出现压力曲线(表明型腔最先被填充)与最迟出现压力曲线(表明型腔最后被填充)之间的时间差△t,即是判断流动平衡状况的依据(如图3所示)。首先,选出影响流动平衡性的参数(见表中数据)，然后分别研究各参数对流动平衡性的影响。

（图片）

图3 不同的型腔最早出现压力曲线与最迟出现压力曲线的时间差是衡量熔体流动平衡性的一种方法

试验中发现，注射速度对热流道喷嘴温度平衡性的影响较大。速度越快,型腔压力上升的速度就越快，由此则表现为不同型腔压力曲线出现的时间差△t的数值较小。该试验生产在稳定状态下的注射速度是17cm3/s。在将注射速度由10 cm3/s调节到30 cm3/s的过程中，可以发现，注射速度与熔体流动平衡性的变化呈非线性关系（如图4所示）。这是因为，注射速度的变化会引起成型过程中多个因素的同时变化。注射速度不仅会影响熔体流动的平衡性,还会影响熔体的粘度和模具的热性能。模具温度同样也会影响熔体流动的平衡性：温度越低,熔体流动的平衡性就越差(如图5所示)。

（图片）

图4 速度对熔体流动平衡性的影响呈非线性关系

（图片）

图5 模具温度也会影响熔体流动的平衡性

最小的填充时间差，最优的流动平衡性
图3反映了各个型腔的压力曲线，此时所有的热流道温度都是285℃。从这些型腔压力曲线可以非常直观地看出熔体的流动是不平衡的，填充的时间差是0.1268s。现在，针对这种情况，来研究对比3种不同的调节熔体流动平衡性的方法。
1. 手动调节(无型腔压力)
采用部分填充的方式，凭借经验，手动调节热流道温度。尽管调试工作花费了近一天的时间,熔体的流动平衡性也稍有改善，但效果不佳。
2. 手动调节(借助型腔压力)
借助型腔压力,手动调节热流道温度。大约60个成型周期后,填充时间差从原来的0.1268s降低到了0.0690s。
3. 全自动调节(借助型腔压力和MultiFlow)
采用MultiFlow自动调节热流道温度,大约20个成型周期后，熔体的流动平衡性得到了明显改善,填充时间差下降到了0.0431s,大约下降了66%。而在30个成型周期后,填充时间差仅为0.0019s(如图6所示)。

（图片）

图6 MultiFlow 可自动调节热流道温度，快速实现熔体的平衡流动

上述调节对比试验表明，通过部分填充方式调节热流道温度，不仅耗时，而且效果极不理想；借助模腔压力的调节方法则可以快速实现熔体流动的平衡；而利用MultiFlow自动调节技术,能够使熔体快速获得良好的流动平衡性。事实证明，MultiFlow技术是一种速度快、效果显著的方法。
长时间非常稳定的平衡成型过程
为了进一步验证MultiFlow控制器的稳定性，在整个生产过程非常稳定的情况下，对使用和不使用MultiFlow的生产情况进行对比（如图7所示）。结果表明, 在使用MultiFlow 的情况下，填充时间差△t被明显减小，工艺过程也更加稳定。这是因为，MultiFlow系统通过监测每个成型周期,能够非常灵敏地反映出外界的波动情况,从而不断调节热流道的温度，以消除外界波动的影响。需要强调的是，该对比试验是在连续正常生产一天的情况下进行的，成型过程中有正常的波动，如霍耳温度波动和计量精度波动等。

（图片）

图7 MultiFlow不仅可确保熔体长时间稳定的平衡流动,还能自动补偿各种干扰

然而，前面的研究表明,注射速度、热流道温度、熔体温度和模具温度都会影响熔体的流动平衡性。为了验证MultiFlow控制器针对这些影响因素所能够达到的平衡效果，在开始生产时,分别对这些影响因素设置了不同的工艺参数。结果表明，即使生产开始时采用了不同的设置参数和不同的热流道温度控制器,MultiFlow 同样能自动调节和平衡热流道温度，图7已清晰地反映出了这一效果。至于需要经过多少个成型周期才能达到平衡状态,一般取决于热流道温度控制器的特性。

导致型腔最先与最后出现压力曲线时间差的影响参数

（图片）

结论
总之，平衡多型腔模具的热流道温度需要采用科学的方法。通常，型腔压力曲线即描述了每个型腔中的制品在注射阶段、压实阶段、保压阶段和冷却阶段的成型状况。因此,型腔压力既是评估制品质量好坏的重要标准,也是平衡热流道温度的决定性控制参数。
以往那种以部分填充的方式,根据熔体的前峰位置来调节熔体流动平衡性的方法，一般是不可靠的。MultiFlow则是根据每个型腔的压力，自动控制并调节热流道喷嘴的温度,以实现熔体流动的平衡。MultiFlow控制算法不仅非常稳定,而且能够消除各种工艺参数波动造成的影响。 8/9/2009

电脑版 客户端 关于我们
佳工机电网 - 机电行业首选网站