测量模腔压力传感器已被证明是快速优化注塑过程的唯一有效方式。近期大量的成功应用表明这项技术在节省成本和优化注塑过程方面仍然有很大的潜力。
基于模腔压力测量提高生产率,降低成本
提高生产率和降低成本是自动监控、优化注塑过程的主要目的。过去人们主要关注基于机器参数的过程控制,但近20年基于模腔压力的注塑控制系统被证明是确保生产过程高度一致性和优化质量的唯一方法。这种系统通过以下方式降低成本,提高生产率:
● 减少次品率
● 降低原料消耗
● 优化生产循环时间
● 防止模具损坏
● 缩短设备设置时间
● 减少能源成本
● 节省劳动力成本
为满足注塑生产对控制系统操作高度自动化,并且简便的基本要求,系统解决方案需要形成一个闭环,即感应模腔压力的石英传感器、智能化电子仪器、界面友好的用户软件、与注塑成型机通讯、自动优化设置参数。
传感器技术的革命
由于对注塑产品的质量要求不断提高,测量系统也需更加精确。即使在2000bar的压力下,也必须检测出很小的质量波动。市场上一般的传感器设计并不能提供满意的测量结果。瑞士奇石乐公司专为注塑控制研制的设计独特的传感器(图1),可以满足注塑过程应用的的要求。这些传感器工作寿命很长,高线性,频率范围宽(100khz),并且对温度不敏感。
上述两种不同传感器的线性和迟滞,表明只有具有特殊石英晶片的奇石乐石英传感器适合注塑过程控制。奇石乐传感器的迟滞和线性误差分别都只有0.13%。而传统设计传感器的迟滞误差为±13%,线性误差为8.2%。
奇石乐用单线技术取代传感器电缆的双线技术,满足电缆长度因模具而异定制的要求。采用单线技术,模具制造商可以根据需要的长度剪断电缆。奇石乐为此专门开发的夹式插头,组装非常简便。单线技术电缆直径不到1mm,不仅易于操作,而且无需预紧,因此显著地减少了模具的制造成本。
减小传感器的尺寸也是这项应用技术研究的一个关键。近年模腔压力传感器前端直径的工业标准为2.5mm~4 mm。奇石乐已研制出前端直径为1 mm的压力传感器。由于传感器尺寸的减小,即使具有模腔个数很多的模具也可配备传感器。这一技术现在已用于微型零件的模腔压力测量。
基于模腔压力的注塑过程优化
模腔压力传感器成功地应用于:
● 优化注射速度,切换点以及保持压力水平和持续时间
● 优化循环时刻
● 减少设置时间
获得理想的模腔压力曲线可以减少设备设置时间,同时可以更好地保护模具。减少注射过程中模具内部压力尖峰,可以延长模具的使用寿命。此外还能使零件获得良好的表面特性和正确的尺寸。
德国的filterwerk mann+hummel 公司生产的四缸奥迪车的进气管将模腔压力传感器用于复杂部件的加工控制获得了很好的效果。进气管的主要质量参数是尺寸和采用壳体技术生产的部件强度。整体强度由单个壳体的强度和振动焊接的焊缝强度所决定。进气管的性能取决于注塑机的设置和以模腔压力为特征的加工过程。
过程记录和零件性能
众多研究表明,只有模腔压力与零件质量密切相关,可以作为过程特征记录。所有其它的过程参数并非在注塑件附近测量所得,因而存在一定的不确定性误差。
每个生产循环的波动导致pvt图中曲线的变化。通过压力曲线,能够检测到零件尺寸的变化,监测这一参数完全可识别过程的各种波动,无需考虑温度。
除了监测用途外,模腔压力传感器的测量数据可用于第二加工阶段的初始信息。瑞士weidmann 塑料技术公司使用模腔压力监测daimlerchrysler c级车下装饰板的生产,通过阈值监测保证质量,防止在下一工序过程中出现问题。
减少次品率
模腔压力的连续监测将质量保证融入整个生产过程,不再需要进行终端产品质量检验。这样可减少质量保证的成本。同时,批量生产的个别零件检测被扩展到所有零件的完全监测。
对超出规定容差范围的不合格零件,监测系统在循环结束时立即做出反应,以防止接连出次品。而传统的质量保证只能在产品终端质量检验后才分辨出次品。现代质量保证系统将监测数据长期存档,供未来调用,提供质量依据,证明生产过程符合规范。
缩短设置时间
注塑机的设置通常是由设备操作员根据专业知识和经验来进行的。由于质量特征是正确设置的决定因素,因此上述方法速度慢,且不准确,其结果是设置的生产条件不尽合理,原料消耗成本高和设备利用率低。
一种有效的解决办法是基于模腔压力优化生产