林一杰
广东伊之密精密注压科技有限公司 广东佛山 528300
摘要：注塑机是塑料加工行业的主要生产设备之一,它对各种塑料的加工具有良好的适应性, 能对外形复杂、尺寸精确或设有金属嵌件的质地密致的塑料制品一次成型, 且其生产能力较高, 易于实现自动化, 因此成为塑料机械中增长最快、生产数量最多的机种之一。本文分析了注塑机控制系统组成以及控制技术。
关键词：注塑机；控制技术；节能
在塑料加工行业，电能消耗是塑料加工厂商生产成本的主要组成部分，而注塑机是其主要能耗设备之一，因此降低注塑机的能耗成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径之一。注塑机制造厂家为了满足市场这种不断变化的需求，积极地朝着开发节能环保注塑机的方向发展，注塑机节能控制技术受到广泛的重视，围绕节能控制技术的创新活动也有了较快发展。
一、注塑机控制系统的组成及原理
比例变量泵控制系统:主要由油泵电机、比例变量泵及常规液压阀组成。用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度, 这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号, 输出给比例变量泵的比例压力阀及比例流量阀, 同时变量泵内的比例压力阀及比例流量阀按设定值向系统输出压力和流量产生的压、流差及负载的变化, 快速推动变量泵斜盘顷角发生变化, 使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化, 比例阀按设定值向系统输出整机需要的精确压力和流量, 最大限度避免能量的损失。
变频定量泵控制系统:主要由变频器、油泵电机、定量泵、比例阀及其它常规阀组成。系统工作时, 用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度, 这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号, 输出给系统的比例压力阀及比例流量阀, 同时与速度设定相对应的模拟信号输入至变频器的控制板, 实现控制交流电动机的转速按设定值变化, 电动机转速的变化导致与之相联的定量泵速度的变化, 使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化, 在保压、冷却及空转的状况保持很低的转速, 以达到节能的目的。
二、注塑机的控制调节技术
注塑机成型每一模塑件时，必须经过合模、注射、保压、冷却、预塑、开模、取件等一系列程序动作，并且，结合塑料的性质以及塑件的特点，为各个程序动作提供相应的工艺条件，以保证塑件顺利地成型。因此注塑机控制系统的基本任务就是，在塑件的一个成型周期中准确地进行各种动作程序间的转换和精确地实现各个工艺参数，并在整个生产过程中保持控制的稳定。
目前，注塑机采用的控制技术有开环和开环与闭环共用这两种类型。开环技术对发生的控制量的实际值与给定值之间的偏差不能进行修正，因此只能用作普通注塑机的控制系统。其控制系统有按时间顺序、逻辑顺序和条件顺序三种类型。闭环控制是通过前置反馈系统中的调节器对反馈偏差信号不断地进行处理，最终消除偏差，具有调节控制和抵抗干扰的功能，因而可以实现高精度和高重复精度的生产。精密注塑机对塑件成型质量有重要影响的工艺参数及程序的切换控制采用闭环技术。闭环系统有定值调节系统、程序控制系统和随动系统三种类型。但目前用得较多的是定值调节系统，例如注射速度定值调节系统、料筒温度定值调节系统。
三、注塑过程控制分析
在过程参数控制当中，属塑化计量过程控制和注射填充过程控制最为关键。前者决定制品的重量精度，反映出制品的致密性和收缩率的区别，后者分别对成型工艺周期、制品表面质量、内应力、分子排列以及尺寸精度、成型效率等产生作用。
1、塑化计量过程控制及策略。塑化计量控制旨在为充模提供准确数量的均匀塑化的熔料。塑化的均匀程度主要用温度来衡量。传统塑化计量的控制策略是靠控制螺杆的预塑行程，比如恒定熔料体积量计量控制。该控制建立在若干假定条件下：塑化过程熔料的温度及背压波动很小，控制装置具有良好的跟踪特性和重复性，能够严格控制塑化螺杆的终止位置等。但是实践证明，由于受工艺条件、环境及设备等影响，温度、湿度、电源、振动等操作变化常常引起熔料比体积的变化，致使塑化熔料的量发生改变。塑件的重量精度误差较大。所以，此种控制策略效果并不理想，只适于成型一般精度的塑件。实验证明，用PVT计量控制可对稳定塑件重量起到良好效果。其控制计算原理基于状态方程，熔料的体积随温度和压力而变，用PVT特性来描述一定重量熔料的三个参数之间的关系，从而消除因体积量变化而引起的计量行程误差。控制的具体策略：通过检测熔料注射初始状态、终止状态变化量，计算出计量行程的修正量。可见。PVT计量适应控制比其它两者传统计量控制和恒定填充体积量计量控制，所达到的塑件重量稳定性高得多。基于熔料PVT特性的计量适应控制研究，为合理设计注塑机和实施过程控制，提供了理论依据。
计量控制效果比较表
2、注射成型过程控制及策略。对于注射成型过程控制及策略的研究，该项研究是基于等温填充、系统呈线性状态等假设边界条件，并通过求解连续性方程、动量方程和能耗方程建立数学模型。传统注射过程控制要求熔料在模腔中的流动速率视为常数，注射速度一般通过控制螺杆的移动速度来控制，并基于时间或螺杆位移进行几级注射速度之间的切换。当熔料充满模腔后，即进行压实和补缩。也就是说，注射过程切换为保压过程，保压过程是以压力控制为主。注射与保压的切换点是否准确，关系到塑件的质量和精度。研究发现，采取定时注射时间或者检测注射螺杆位置等方法进行切换控制，实际切换点的误差较大。这是由于系统压力低于压力阀的预定值，压力先导级不起作用，因此系统压力往往由负载决定，当切换完毕一直到压力达到要求后，压力阀才开始进行压力控制的缘故。而且，受注塑机液压系统比例阀、注射油缸等动态特性限制，控制器调节无能为力，跟踪能力弱，不能予以良好地解决。
基于模腔压力的注射过程控制研究价值在于，模腔压力与注塑制件的质量有直接关系，例如熔接痕强度、力学性能等。通过直接测试分析整个注射过程中的注射、填充、保压和冷却时模腔压力大小和分布，一方面有助于确定最佳注射保压过程切换点，提高注塑制件尺寸和质量稳定性，同时能够为注塑模具的强度和刚度设计提供重要数据。
四、新型液压系统
现代注塑机的液压系统具有几大特点：
1、普遍采用电液比例控制及单元技术。通过电液比例阀按比例式控制系统的压力和流量，结合计算机技术，实现了压力、流量的无级调节。满足了成型过程多级速度、多级压力的工艺要求。采用单元技术简化控制回路，不仅增加系统可靠性和控制精度，而且缩小了安装体积和便于维修。
2、在节能方面积极开展技术革新。据统计，注塑机有80％的能耗花在液压系统中，因此合理设计液压系统使其达到良好的节能效果，是近年来注塑机技术发展当中的一项重要内容。目前液压系统有各种节能措施，并且均取得了良好成效，用电节约率达40％ ～50％。
结束语：
注塑机的控制技术将朝着高速、高效、高精度、高质量、自动化、节能以及低噪音的方向发展。注塑机控制理论的研究与应用将继续深入，加之塑料注射成型过程仿真系统的进一步开发和普及应用，使注塑机整机设计、成型工艺方法以及成型工艺参数确定不断优化。
参考文献：
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[3] 张华.塑机的新型高性能控制系统MACO系列电脑介绍[J]．震德塑料机械厂有限公司，2013．
论文作者:林一杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/25
标签：注塑机论文; 压力论文; 塑化论文; 系统论文; 控制系统论文; 比例论文; 注塑论文; 《防护工程》2018年第15期论文;