注塑成型過程模腔內(nèi)熔體流動速度與壓力檢測控制方法研究.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)鍵因素在于對注射過程中一些關(guān)鍵變量進行有效的檢測與控制，以及在此基礎(chǔ)上對工藝參數(shù)的優(yōu)化。充模過程中模腔內(nèi)熔體的前端流動速度與保壓過程中模腔壓力是與制品質(zhì)量相關(guān)的兩項重要過程變量，然而目前在實際生產(chǎn)中始終缺乏對上述變量進行檢測的成熟有效方法。本論文基于國家科技支撐計劃項目“精密塑料注射成型裝備電伺服液壓傳動及控制技術(shù)的研究”(項目編號：NO.2007BAF13

2、B04)和國家自然科學(xué)基金項目“注射成形過程中聚合物分層結(jié)晶行為的超聲在線測量”(項目編號：NO.51105334)的主要研究內(nèi)容，并結(jié)合模腔內(nèi)熔體信息無損檢測方法的預(yù)研規(guī)劃而提出，旨在通過本課題的研究為精密注射成型過程中模腔內(nèi)熔體流動速度與壓力的無損檢測與控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供關(guān)鍵技術(shù)解決方案。
　　 論文對注射成型過程進行了詳細(xì)的介紹，并對過程中涉及到的多項變量進行分析、歸類，進而闡述了本文的研究對象與制品質(zhì)量間的關(guān)系，實現(xiàn)

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

4、的螺桿推進速度、油缸壓力以及模腔截面積作為輔助變量，對辨識模型進行訓(xùn)練與優(yōu)化，進而將新的輔助變量作為優(yōu)化后的模型輸入，并將模型輸出與實際值相比較。不同工況下的多組試驗結(jié)果表明了此方法的有效性。為了將此方法在線應(yīng)用到注射成型過程中，本文設(shè)計開發(fā)了相應(yīng)的注射過程運動控制器，將完成離線辨識與優(yōu)化的軟測量模型寫入微處理器，實現(xiàn)了熔體前端速度的在線檢測與控制。實驗結(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，機械性能得到明顯提高。
　

5、　 針對保壓過程中模腔壓力的檢測，提出了基于超聲回波信號的模腔壓力高斯軟測量方法。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，并基于注射過程中熔體密度變化引起超聲回波信號幅值變化這一特性，以模腔壓力為主導(dǎo)變量，以超聲回波信號幅值、模具溫度以及油缸壓力為輔助變量建立了高斯軟測量模型。通過模具內(nèi)的嵌入式模腔壓力傳感器獲取壓力信號，以及注射過程變量檢測平臺所采集到的各輔助變量值作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對模型進行訓(xùn)練。并最終在不同保壓

6、工藝參數(shù)、不同檢測位置以及不同注射材料等多種工況下進行實驗，實驗結(jié)果證明在材料相同時軟測量模型預(yù)測輸出值可以很好的與實際輸出值相吻合。此方法為模腔壓力的在線超聲檢測與工藝參數(shù)優(yōu)化后續(xù)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)，并將對制品質(zhì)量的提高起到至關(guān)重要的作用。
　　 實現(xiàn)關(guān)鍵過程變量的檢測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程，批量生產(chǎn)中注塑制品的重復(fù)精度是另一項重要的評價要素，因此本論文在對注射過程進行深入理論分析、