邝雄华
珠海市凯田塑料制品有限公司
摘要：目前，我国的处在经济高速发展的新时期，注塑成型是一种重要的塑料制品成型方式，研究用自动化控制系统对注塑成型过程进行精确控制，可确保注塑制品的性能稳定，保证注塑制品的质量。
关键词：注塑成型;注塑机;自动化控制系统;温度控制
引言
注塑生产是汽车内饰制造过程中的重点工艺，其生产业务量占内饰生产的30%左右，目前仪表板骨架、气囊支架、风道、门板、副仪表板等关键零件均采用注塑生产工艺，随着模内镶嵌成型技术的发展，越来越多的注塑工艺根据产品功能需求将金属嵌件、软质面料、织物等零件先挂到模具内后再完成注塑成型，这种情况下采用自动化生产是即安全又经济的解决方案。从气囊盒、织物镶嵌仪表板骨架、预裁软质小面料背注成型等三个关键模内成型工艺来介绍注塑模内生产单元自动化模式的开发成果，同时结合"中国制造2025"战略规划-推进生产过程智能化、着力发展智能设备的理念，开发自动化与信息化融合技术，进而发展注塑生产单元的智能化，为下一步智能工厂建设提供基矗
1基于嵌入式系统的注塑成型自动化控制系统
1.1PLC控制系统
PLC的全称是ProgrammableLogicController，意思是可编程的逻辑控制器，通过可编程的存储功能，进行数字运算和控制，向用户发出电子指令，用于控制工业生产的过程，是嵌入式系统中的一种。PLC的发展模拟了继电器的控制原理，硬件构造类似于个人计算机，可根据不同的应用场合进行复杂程度不同的设计，具有工作稳定、精度高的优点。以PLC为核心开发的硬件和软件系统是注塑成型过程自动化控制技术中应用最为广泛的控制技术之一，PLC控制技术是一种重要的电气自动化控制技术，也是当代控制技术的主流之一。例如日本三菱集团开发的具有STL、SET指令的PLC软件，逻辑关系清晰，便于用户理解和掌握。美国的PC28控制系统采用了最先进的注塑生产理念，系统自带完整的自诊断模块，能够确保系统的正常和高精度运行。香港华大公司生产的C2系列注塑机，自带PLC电脑控制系统，操作简便，可控性强。利用施耐德公司开发的M340系列PLC控制系统对SZ-250A型注塑机的自动化控制系统做了一系列改进和设计，通过对注塑机的顺序控制系统、温度控制系统、压力和速度控制系统等进行PLC系统设计:对于顺序控制系统，设计了程序流程图;对于温度控制系统，鉴于温度的滞后性和缓慢变化性，又引入了PID算法，设计了温度控制系统的部分梯形图;又运用PID控制技术，对速度和压力控制系统实现了闭环控制，设计了速度和压力的曲线和流程图，最后又设计了人机交互界面，对注塑成型的过程进行了自动控制。经过一年多的实际生产试验后，发现注塑机控制系统的可靠性得到了明显提高，同时该PLC控制系统的精度高、后期检修方便。从软件工程的设计角度入手，重点关注注塑机的液压控制系统设计，确定了液压系统的工艺流程，结合多种液压操作模式，设计了自动控制的梯形图，并在自动化控制模式下进行了工艺路线、工艺参数等的详细分析，最终设计得到了全套的自动控制系统，并采用Gx-simulater软件进行了仿真模拟分析，最后将其应用于工业生产实践，发现该系统不仅能够使注塑机的各个操作系统更加简便，而且能够降低工人的劳动强度，缩短注塑生产周期，实现了"机－电－液"的完美结合。由此可见，PLC控制系统与注塑机结合，并结合算法和软件编程手段，能够对注塑成型过程进行自动化控制系统的设计，并取得良好的实际应用效果。但是，PLC控制器易受到辐射、电源及系统内部的干扰，因此在设计过程要结合实际应用环境设计防干扰程序或设备，确保自动控制系统的安全稳定运行。
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1.2初期方案设计
根据汽车轮轴盖实际外形特征，冷却系统初步完成了设计。主要设计思路是设置直通式水介质流道，以冷软管连接，保持必要的水道间距以及水道与成型件表面距离。利用Moldflow软件进行模流分析后，合理选择工艺参数。从模具温度看，在轮抽盖端面内侧的温度较模具平均温度要高，且整个模具的温度分布不均，高温区超出了预设目标温度，可见冷却效果依然需要提高。从塑件顶出温度时间看，大多数区域的顶出脱模时间在10s之内，方案设计合理。
1.3预裁软质小面料背面注塑成型工艺自动化生产系统
汽车门板中部多采用包覆工艺，此工艺需要进行喷胶、活化、成型等工序，过程复杂、投资大、气味大，难以满足日益增长的客户需求。传统背压注塑工艺，使用面料尺寸大于产品，面料利用率低，设备投入高，且需要后续裁切。本着绿色制造、优质制造的理念，开发了预裁软质小面料背面注塑成型工艺，实现面料尺寸与注塑件大小相当，并应用常压注塑机对镶嵌的软质面料进行合模注塑。此工艺获得国家发明型专利。为了实现面料的自动化镶嵌，自主开发了预裁软质小面料背面注塑成型工艺自动化生产系统，由注塑机、机械手、软质面料镶嵌和抓取装置、传送系统、升降平台、载物平台、操作台7部分组成，完成了预裁软质面料的自动输送、抓娶镶嵌和成品取件等工作。
2微发泡注塑系统的优势和应用
微发泡注塑成型系统主要是靠细胞的成长来填充产品,所以是在较低而平均的压力下进行的,不像传统注塑成型要靠机台的不断保压,因此产品内应力大大减小,不同位置的收缩也变得非常平均，形成单相融体使树脂黏度降低。因为树脂黏度降低使得流体的流动速度更快,可以降低熔胶温度、模温和射胶压力,使塑件稳定,成型视窗变大。以下是微发泡注塑系统的重要技术优势：（1）没有保压，所以成型周期很短，节省了材料。（2）降低模穴压力，可以让客户选择比较低吨位的注塑机，可以打多模穴的产品，减少了产品的毛边，延长了模具的寿命。（3）减少内应力，所以可以减少翘曲，达到了省电的效果。（4）成型视窗变大，可以达到更高尺寸稳定性，更快的模具验证。（5）减少树脂黏度，可以降低射出压力，达到更佳充填。（6）无缩水痕，可以让产品和模具的设计更加灵活。（7）超临界气体设备工艺简单，成本低廉，绿色环保。以下是MuCell系统的部分应用实例。（1）汽车仪表板因为射胶压力和熔胶温度较低，MuCell被广泛应用到模内装饰(IMD)的产品上,有效地解决了传统注塑易出现的"冲膜"和"渗边"的现象,同时也解决了缩水造成的外观问题,提高了尺寸的稳定性和平直度,从而大大减少了不良率,锁模力也大大减少。（2）汽车冷却箱传统注塑解决部件翘扭曲通常会靠延长注塑和保压时间来达到,同时借助特制的夹具来定型,这样大大降低了生产效率。MuCell使部件不仅在生产时非常平整,而且在热处理后也能保持稳定。
结语
控制系统是注塑成型的核心，只有控制过程准确稳定地进行，得到的注塑制品性能才能稳定，精度才能得到保障。注塑成型的控制技术经历了不同的历史发展阶段，对注塑成型过程的控制也由最初的手工控制发展至当前的可编程控制，功能强大，确保了注塑制品的高性能;嵌入式控制系统是注塑成型控制系统中常用的自动控制手段，结合算法和软件编程，取得了较好的控制效果。而对于主要在当前发展比较迅猛的纳米技术中应用的微型注塑机，采用传统的自动化控制技术已经不能满足注塑成型的高精度要求，需要研究人员结合软硬件设备，更加精确地控制注塑成型过程。
参考文献
[1］胡立强，董浩，王晶．注塑机控制器嵌入式系统的设计［J］．塑料工业，2017，45(10):73－76．
［2］张海燕．塑料挤出机温度控制系统设计［D］．武汉:武汉理工大学，2011．
论文作者:邝雄华
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：注塑论文; 控制系统论文; 注塑机论文; 面料论文; 工艺论文; 温度论文; 仪表板论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;