2008年9月中国制造业信息化第37卷第17期 快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 丁磊,伍晓宇,梁雄 (深圳大学机电与控制工程学院,广东深圳518060) 摘要:为深入研究快速热冷注塑成型工艺,消除模具温度给注塑制品表面质量带来的不良影响, 开发了一种对模具型腔温度进行快速热冷循环控制的系统,使模具型腔表面温度能够根据注塑 过程中各阶段的需求快速转换。实验证明该系统能大大提高注塑产品的表面光洁度,消除熔接 痕、流痕等不良缺陷,并在一定程度上提高了注塑生产效率 关键词:温度控制;快速热冷;注塑成型 中图分类号:T0662文献标识码:B文章编号:1672-1616(2008)17-0044-04 在注塑成型过程中,模具温度对注塑产品的质开,停止加热。模具的保温通过加热电磁阀的启闭 量和生产效率有很大影响。当模具温度设置较低实现,先在软件中设置上下偏差报警属性,当测量 时,虽然可以缩短成型周期,但容易产生熔接痕,造温度值达到下偏差报警时启动加热,而达到上偏差 成产品外观质量不良。相反,当模具温度设置较高报警时停止加热,这样可使模具温度在注塑过程的 时,可以改善产品表面的外观质量,但容易产生变保压阶段内稳定在某一范围内。在注塑机转入冷 形、尺寸不良等缺陷,同时延长了成型周期,提高了却过程后,当温度控制点的温度实测值高于开模温 生产成本。针对这一问题,本文研制了一种快速热度时,输出控制模块给出信号,继电器接通冷却电 冷注塑成型模温控制系统,该系统主要由温度测控磁阀开启相应的冷却管道接通,可使模具温度快 装置、温度快速响应模具以及加热与冷却装置3部速下降到开模温度。 分组成,可以使模具型腔表面温度根据注塑过程不 同阶段的要求进行快速热冷转换,从而提高注塑 数据采 输出控 品的质量和生产效率 集模块 信号处 温度测控装置 1.1温度测控装置的结构和组成 将快速热冷注塑成型模温控制系统应用于注 塑生产时所形成的工艺过程为:当注塑机合模时 偶组 气动电磁阀 加热内循 通入高温介质,首先把模具型腔表面温度迅速上升 环电磁阀 到所加工塑胶的热变形温度以上,然后开始往模腔 冷电磁阀 模具型腔加热/冷却管道 注射塑胶,在注塑机完成保压转入冷却后,开始注 制冷内循环电磁阀 入冷却介质,待模具温度快速下降到一个设定值后 图1温度测控装置结构图 开模,完成整个注塑过程l 为实现上述过程中对模具温度的测量与控制 整个系统的结枃如图1所示,其对模具型腔进整个温度测控装置的硬件部分包括数据采集模块 行加热或冷却的循环控制策略设计如下:首先根据输出控制模块、热电偶组、继电器电磁阀及计算机 塑胶种类设置产品的成型温度与开模温度,启动加等121。本文采用 Goo gol公司GE-400-SG控制 热后,输出控制模块给出信号,相应继电器接通,加器将温度控制装置的数据采集模块和输出控制模 热电磁阀打开,高温介质通入模具型腔,当温度控块集成于一体,该控制器提供16路o输出,可以 制点实测温度值达到成型温度时,相应的继电器断通过继电器控制加热与冷却装置中各电磁阀的启 收稿日期:2008-07-21 作者简介:丁磊(1981-),男,河南鹿邑人,深圳大学硕士研究生,主要研究方向为注塑模具 CADI CAM c1994-2009ChinaAcademicJOumalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net
快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 丁 磊 ,伍晓宇 ,梁 雄 (深圳大学 机电与控制工程学院 ,广东 深圳 518060) 摘要 :为深入研究快速热冷注塑成型工艺 ,消除模具温度给注塑制品表面质量带来的不良影响 , 开发了一种对模具型腔温度进行快速热冷循环控制的系统 ,使模具型腔表面温度能够根据注塑 过程中各阶段的需求快速转换。实验证明该系统能大大提高注塑产品的表面光洁度 ,消除熔接 痕、流痕等不良缺陷 ,并在一定程度上提高了注塑生产效率。 关键词 :温度控制 ;快速热冷 ;注塑成型 中图分类号 :TQ320. 662 文献标识码 :B 文章编号 :1672 - 1616( 2008) 17 - 0044 - 04 在注塑成型过程中 ,模具温度对注塑产品的质 量和生产效率有很大影响。当模具温度设置较低 时 ,虽然可以缩短成型周期 ,但容易产生熔接痕 ,造 成产品外观质量不良。相反 ,当模具温度设置较高 时 ,可以改善产品表面的外观质量 ,但容易产生变 形、尺寸不良等缺陷 ,同时延长了成型周期 ,提高了 生产成本。针对这一问题 ,本文研制了一种快速热 冷注塑成型模温控制系统 ,该系统主要由温度测控 装置、温度快速响应模具以及加热与冷却装置 3 部 分组成 ,可以使模具型腔表面温度根据注塑过程不 同阶段的要求进行快速热冷转换 ,从而提高注塑产 品的质量和生产效率。 1 温度测控装置 1. 1 温度测控装置的结构和组成 将快速热冷注塑成型模温控制系统应用于注 塑生产时所形成的工艺过程为:当注塑机合模时 , 通入高温介质 ,首先把模具型腔表面温度迅速上升 到所加工塑胶的热变形温度以上 ,然后开始往模腔 注射塑胶 ,在注塑机完成保压转入冷却后 ,开始注 入冷却介质 ,待模具温度快速下降到一个设定值后 开模 ,完成整个注塑过程[1 ] 。 整个系统的结构如图 1 所示 ,其对模具型腔进 行加热或冷却的循环控制策略设计如下 :首先根据 塑胶种类设置产品的成型温度与开模温度 ,启动加 热后 ,输出控制模块给出信号 ,相应继电器接通 ,加 热电磁阀打开 ,高温介质通入模具型腔 ,当温度控 制点实测温度值达到成型温度时 ,相应的继电器断 开 ,停止加热。模具的保温通过加热电磁阀的启闭 实现 ,先在软件中设置上下偏差报警属性 ,当测量 温度值达到下偏差报警时启动加热 ,而达到上偏差 报警时停止加热 ,这样可使模具温度在注塑过程的 保压阶段内稳定在某一范围内。在注塑机转入冷 却过程后 ,当温度控制点的温度实测值高于开模温 度时 ,输出控制模块给出信号 ,继电器接通 ,冷却电 磁阀开启 ,相应的冷却管道接通 ,可使模具温度快 速下降到开模温度。 图 1 温度测控装置结构图 为实现上述过程中对模具温度的测量与控制 , 整个温度测控装置的硬件部分包括数据采集模块、 输出控制模块、热电偶组、继电器、电磁阀及计算机 等[2 ] 。本文采用 Googol 公司 GE - 400 - SG 控制 器将温度控制装置的数据采集模块和输出控制模 块集成于一体 ,该控制器提供 16 路 I/ O 输出 ,可以 通过继电器控制加热与冷却装置中各电磁阀的启 收稿日期 :2008 - 07 - 21 作者简介 :丁 磊(1981 - ) ,男 ,河南鹿邑人 ,深圳大学硕士研究生 ,主要研究方向为注塑模具 CAD/ CAM。 44 2008 年 9 月 中国制造业信息化 第 37 卷 第 17 期
嶍能控制技术·丁磊伍晓宇梁雄快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 闭,并且其内置的AD7890模数转换器提供8通道平均值滤波法,即由所获得的N个采样数据 模拟量输入,能够实时采集模具型腔的温度信号。x(i=1~N)寻求这样一个y.使ν与各采样数 1.2温度信号的测量与处理 据的偏差的平方和为最小,即E=mn∑(y 本文在进行温度测量时使用4个K型热电偶x2J.由一元函数求极值原理可以得到式(1) 传感器,其信号的处理过程如图2所示。由于热电 偶传感器输出的电压信号为较弱的毫伏值信号,因 此在进行AD转换之前必须进行信号处理,由高N值可根据实际情况选取,对于一般流量测量可 放大倍数的电路将它放大到AD转换器通常所要选取N=8~16,本文选取N=10。 求的伏特级电平。 1.3温度测控装置的软件 放大 温度测控装置的软件部分用VC++6.0开 文冷化调转换 发,通过调用(ogol公司所提供的动态链接库中 端补 的函数,来完成数据的采集和指令的输出。根据不 同的注塑条件和要求,软件部分设计了温度控制模 图2温度信号处理过程 同时,在使用热电偶传感器时必须进行冷端补式、时间控制模式以及适用于注塑机半自动生产的 偿,因为当热电偶冷端温度不为0℃时,热电偶的 触发控制模式,此外该软件还具有模具温度实时显 输出电势将偏离冷端温度为0℃时的数值,为了提示以及温度报警等功能 高测量精度,需要采取冷端补偿措施。此外,由于 热电偶的温度信号非线性很大,并且随温度的升2温度快速响应模具的结构 高,热电偶在某一温度时热电势的增加量会变小 4所示为一车载蓝牙面壳的模具定模模芯 因此在信号的处狸过程中必须加入线性化调整模 块。本文中信号的放大及冷端补偿的电路如图3 所示,选用铜线绕制的热电阻Cu50来测量冷端的 温度,进行冷端补偿。当热电偶的热电势E12随 冷端温度的变化而变化时,热电阻Cu50两端的电 压也随之反方向变化,通过适当调整分压电阻R2 的阻值,则可使Cu50两端电压的变化能自动地补 (a)定模模芯A板 偿冷端温度变化对热电偶热电势的影响。同时,电 路中选用LM324A集成运放来完成对电压信号的 级放大,该集成运放具有4组独立的高增益内部 频率补偿运算放大器。限于篇幅,信号调理的线性 化调整电路和二级放大电路不再赘述 热电偶 1-密封槽;2-热电偶安装孔;3-热交换通道;4密封凸缘 5-隔热槽 图4定模模芯组件结构图 结构图。为更加有效地实现快速热冷成型,本文对 传统模具的定模模芯进行了改造,设计了温度快速 图3冷端补偿和一级放大电路 响应模具3。如图3所示,将普通注塑模具的定模 为消除外界的干扰信号,保证测量的精确度,模芯分为A板与B板两部分。A板正面与注塑产 除在硬件电路上采取抗干扰措施外,还可采用数字品的表面相接触,反面与B板结合。在B板上按 滤波法,通过程序对数据采集模块所得到的信号进照型腔背面形状铣削随形槽,将A板和B板两部 行加工处理,以达到抗干扰的目的。本文采用算术分配合起来即形成热交换通道,可以迅速传递加热
闭 ,并且其内置的 AD7890 模数转换器提供 8 通道 模拟量输入 ,能够实时采集模具型腔的温度信号。 1. 2 温度信号的测量与处理 本文在进行温度测量时使用 4 个 K 型热电偶 传感器 ,其信号的处理过程如图 2 所示。由于热电 偶传感器输出的电压信号为较弱的毫伏值信号 ,因 此在进行 A/ D 转换之前必须进行信号处理 ,由高 放大倍数的电路将它放大到 A/ D 转换器通常所要 求的伏特级电平。 图 2 温度信号处理过程 同时 ,在使用热电偶传感器时必须进行冷端补 偿 ,因为当热电偶冷端温度不为 0 ℃时 ,热电偶的 输出电势将偏离冷端温度为 0 ℃时的数值 ,为了提 高测量精度 ,需要采取冷端补偿措施。此外 ,由于 热电偶的温度信号非线性很大 ,并且随温度的升 高 ,热电偶在某一温度时热电势的增加量会变小 , 因此在信号的处理过程中必须加入线性化调整模 块。本文中信号的放大及冷端补偿的电路如图 3 所示 ,选用铜线绕制的热电阻 Cu50 来测量冷端的 温度 ,进行冷端补偿。当热电偶的热电势 E12 随 冷端温度的变化而变化时 ,热电阻 Cu50 两端的电 压也随之反方向变化 ,通过适当调整分压电阻 R2 的阻值 ,则可使 Cu50 两端电压的变化能自动地补 偿冷端温度变化对热电偶热电势的影响。同时 ,电 路中选用 LM324A 集成运放来完成对电压信号的 一级放大 ,该集成运放具有 4 组独立的高增益内部 频率补偿运算放大器。限于篇幅 ,信号调理的线性 化调整电路和二级放大电路不再赘述。 图 3 冷端补偿和一级放大电路 为消除外界的干扰信号 ,保证测量的精确度 , 除在硬件电路上采取抗干扰措施外 ,还可采用数字 滤波法 ,通过程序对数据采集模块所得到的信号进 行加工处理 ,以达到抗干扰的目的。本文采用算术 平均值滤波法 , 即由所获得的 N 个采样数据 x i ( i = 1 ～ N) 寻求这样一个 y ,使 y 与各采样数 据的偏差的平方和为最小 , 即 E = min[ ∑( y - x i ) 2 ] , 由一元函数求极值原理可以得到式(1) : y = ∑x i/ N (1) N 值可根据实际情况选取 , 对于一般流量测量可 选取 N = 8 ～ 16 ,本文选取 N = 10。 1. 3 温度测控装置的软件 温度测控装置的软件部分用 VC + + 6. 0 开 发 ,通过调用 Googol 公司所提供的动态链接库中 的函数 ,来完成数据的采集和指令的输出。根据不 同的注塑条件和要求 ,软件部分设计了温度控制模 式、时间控制模式以及适用于注塑机半自动生产的 触发控制模式 ,此外该软件还具有模具温度实时显 示以及温度报警等功能。 2 温度快速响应模具的结构 图 4 所示为一车载蓝牙面壳的模具定模模芯 1 —密封槽 ;2 —热电偶安装孔 ; 3 —热交换通道 ; 4 —密封凸缘 ; 5 —隔热槽 图 4 定模模芯组件结构图 结构图。为更加有效地实现快速热冷成型 ,本文对 传统模具的定模模芯进行了改造 ,设计了温度快速 响应模具[3 ] 。如图 3 所示 ,将普通注塑模具的定模 模芯分为 A 板与 B 板两部分。A 板正面与注塑产 品的表面相接触 ,反面与 B 板结合。在 B 板上按 照型腔背面形状铣削随形槽 ,将 A 板和 B 板两部 分配合起来即形成热交换通道 ,可以迅速传递加热 ·智能控制技术· 丁 磊 伍晓宇 梁 雄 快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 45
200年9月中国制造业信息化第37卷第17期 或冷却用介质,短时间内提高或降低模具型腔的表和冷却水降温,其最大优点是传热效率高,响应速 面温度,并且该通道配合产品的形状,解决了热传度快,易精确控温 递的均匀性,可使塑胶料的温度更均匀,有利于提 髙温或冷却介质在模具热交换通道中循环流 高产品的外观质量。为防止AB板配合后部分介动时,由于介质和通道壁之间存在温差,它们之间 质从定模模芯渗漏,本文在A板反面四周开设有必然有热量的传递,且二者之间的热交换量与通道 密封槽,并在槽中铺设密封垫圈,使之与B板上的截面积、模具温度以及介质的热力学特性、流速、流 凸缘部分相结合防止高压介质渗漏。此外B板侧量、温度有关系。在确定了循环介质、流速、通道截 面与底面加工有隔热槽,可以减少定模模芯与定模面积后,热交换量可以用式(2)计算 板之间的接触面积,使热量集中于定模模芯,以提 0=f(o, Ti, T 高模具型腔表面对于温度的响应速度。 式中:Q为热交换量:ω为循环介质流量:πL为循 同时,在定模模芯A板的侧面开设有4个热环介质温度;TM为模具温度 电偶安装孔,孔的末端与型腔表面的距离为3mm 模具温度ˉM是被控制量,在注塑过程某一阶 可有效减小温度测量的误差。本文通过热电偶在段内希望能恒定,即TM基本是一个常数因此,只 这4个温度控制点采集信号,并经过转换和运算后要控制流量或介质温度n在一定范围内,就可以 与设定的成型温度或开模温度进行比较,来控制加控制它们之间的热交换量,即控制了对模具的加热 热电磁阀及制冷电磁阀的开启或关闭,从而实现高或冷却。为使控制更加方便,本文采用固定流量,调 温介质与冷却介质在模具中的快速转换 整介质温度的方法,这样TM和a为常量,于是式 (2)变为介质温度的单变量函数。因此,本文只要 3模具加热与冷却装置 适当地控制循环水的温度就可以控制模具的温度。 模具加热方法主要有电阻加热、热油加热与高 为了实时给模具提供温度可调、压力恒定的高 温水加热等。电阻加热应用广泛,设备简单,加热温水和冷却水,经对模具型腔体积计算后采用4组 速度快,但热滞后效应较大,不利于控温,而且对于9kW电热丝为加热源,在600kPa压力下最高可以 图4所示的模具,环绕电阻丝会增加开模与合模的提供160℃热水,以水塔为冷却源提供25℃冷却 复杂性同时不易于进行绝缘处理。热油加热适用水本文开发了相应的快速热冷温控装置,其工作 于批量大、质量大的零件,缺点是体积大、设备投资原理如图5所示。 高,油压系统较复杂4。本文采用了高温水加热 该装置主要是通过控制相关电磁阀的启闭,进 「挂气电磁阀P+螺旋管,Y过滤器 冷却电磁 增压筒 单向阀2 阀CV HV2 手动调 加热内循环电磁阀SHV 冷却 压]单向间1+热循环 电阻丝 安全阀 制冷电磁 制冷内循 单向阀3 阀FV1 电磁阀 制冷电磁 阀FV2 图5快速热冷温控装置工作原理图 而将高温水或冷却水快速通入模具热交换通道。和冷却水设计了流经模具热交换通道的外循环路 为了使热冷介质能够循环使用,本文分别为高温水线和只在装置内部流动的内循环路线。 201994-2009ChinaAcademicJoumalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
或冷却用介质 ,短时间内提高或降低模具型腔的表 面温度 ,并且该通道配合产品的形状 ,解决了热传 递的均匀性 ,可使塑胶料的温度更均匀 ,有利于提 高产品的外观质量。为防止 A ,B 板配合后部分介 质从定模模芯渗漏 ,本文在 A 板反面四周开设有 密封槽 ,并在槽中铺设密封垫圈 ,使之与 B 板上的 凸缘部分相结合防止高压介质渗漏。此外 ,B 板侧 面与底面加工有隔热槽 ,可以减少定模模芯与定模 板之间的接触面积 ,使热量集中于定模模芯 ,以提 高模具型腔表面对于温度的响应速度。 同时 ,在定模模芯 A 板的侧面开设有 4 个热 电偶安装孔 ,孔的末端与型腔表面的距离为 3mm , 可有效减小温度测量的误差。本文通过热电偶在 这 4 个温度控制点采集信号 ,并经过转换和运算后 与设定的成型温度或开模温度进行比较 ,来控制加 热电磁阀及制冷电磁阀的开启或关闭 ,从而实现高 温介质与冷却介质在模具中的快速转换。 3 模具加热与冷却装置 模具加热方法主要有电阻加热、热油加热与高 温水加热等。电阻加热应用广泛 ,设备简单 ,加热 速度快 ,但热滞后效应较大 ,不利于控温 ,而且对于 图 4 所示的模具 ,环绕电阻丝会增加开模与合模的 复杂性 ,同时不易于进行绝缘处理。热油加热适用 于批量大、质量大的零件 ,缺点是体积大、设备投资 高 ,油压系统较复杂[4 ] 。本文采用了高温水加热 和冷却水降温 ,其最大优点是传热效率高 ,响应速 度快 ,易精确控温。 高温或冷却介质在模具热交换通道中循环流 动时 ,由于介质和通道壁之间存在温差 ,它们之间 必然有热量的传递 ,且二者之间的热交换量与通道 截面积、模具温度以及介质的热力学特性、流速、流 量、温度有关系。在确定了循环介质、流速、通道截 面积后 ,热交换量可以用式(2) 计算 : Q = f (ω, TL , TM) (2) 式中 : Q 为热交换量;ω为循环介质流量; TL 为循 环介质温度; TM 为模具温度。 模具温度 TM 是被控制量,在注塑过程某一阶 段内希望能恒定,即 TM 基本是一个常数。因此,只 要控制流量ω或介质温度 TL 在一定范围内,就可以 控制它们之间的热交换量,即控制了对模具的加热 或冷却。为使控制更加方便,本文采用固定流量,调 整介质温度的方法,这样 TM 和 ω为常量 ,于是式 (2)变为介质温度的单变量函数[5 ] 。因此 ,本文只要 适当地控制循环水的温度 ,就可以控制模具的温度。 为了实时给模具提供温度可调、压力恒定的高 温水和冷却水 ,经对模具型腔体积计算后采用 4 组 9kW 电热丝为加热源 ,在 600kPa 压力下最高可以 提供 160 ℃热水 ,以水塔为冷却源提供 25 ℃冷却 水 ,本文开发了相应的快速热冷温控装置 ,其工作 原理如图 5 所示。 该装置主要是通过控制相关电磁阀的启闭 ,进 图 5 快速热冷温控装置工作原理图 而将高温水或冷却水快速通入模具热交换通道。 为了使热冷介质能够循环使用 ,本文分别为高温水 和冷却水设计了流经模具热交换通道的外循环路 线和只在装置内部流动的内循环路线。 46 2008 年 9 月 中国制造业信息化 第 37 卷 第 17 期
嶍能控制技术·丁磊伍晓宇梁雄快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 当高温水沿外循环路线流动时,冷却水则沿内据,以正交多项式和方差分析为分析手段,对影响 循环路线流动,即当模具需要加热时,控制装置将产品表面光洁度和熔接痕长度的各种因素及不同 开启加热气动电磁阀Hv1,HⅣV2,关闭加热内循环水平进行实验。结果表明:在熔体温度、模具型 电磁阀SHv,使高温水流经模具,再返回增压筒待腔表面温度、注射压力及保压时间4个因素中熔体 加热后循环使用,避免热能浪费。同时,开启制冷温度和模具型腔表面温度对产品表面光洁度和熔 内循环电磁阀SFV,关闭制冷电磁阀FVI,FV2,使接痕长度影响最大,并且在上述4个因素分别为 从增压泵加压后的冷却水不再经过模具,直接经过210℃5℃70MPa和1s时制品表面光洁度最高 制冷内循环电磁阀SFV返回水塔 且表面熔接痕消失 反之,当模具需要降温时,冷却水将沿外循环 路线流动高温水则沿内循环路线流动。控制装置5结束语 将开启制冷电磁阀FV1,FV2,关闭制冷内循环电 实验证明,快速热冷注塑成型模温控制系统能 磁阀SFⅴ,使冷却水流经模具热交換通道再返回有效消除产品表面熔接痕、水纹等缺陷,提高产品 水塔冷却后循环使用。同时,开启加热内循环电磁表面光洁度至镜面效果,同时可使产品注塑生产周 阀SHⅣV,关闭加热气动电磁阀HⅣ1,HV2,使高温期显著缩短。该模温控制系统的研制有助于快速 水经热循环泵、加热电阻丝和加热内循环电磁阀热冷注塑新工艺的深入研究,促进其尽早实用化 SIⅣⅤ做内循环。此外,为了使高温水温度和压力 恒定,该装置通过启闭冷却电磁阀CV和排气电磁参考文献 阀PV,还具有温度与压力自动调节功能 [1 Yao Donggang. Development of rapid heating and cooling sys- 该装置能够根据注塑过程中各阶段对模具温」 tems for injection molding applications]. polymer Engineering 度的要求通过电磁阀的启闭进行热冷介质在模具 and Science, 2002(12): 2 471 热交换通道中的快速转换,从而达到给模具快速升21程波,曾敏,吕小青模具多路温度控制器的研制与分析 [J].机电产品开发与创新,2004,17(5):81 温或冷却的目的。 3]许海航,吴宏武,注射模温度快速响应技术[J].模具工业 4成型实验 [4]李元元,徐峥,倪东惠.产业化温压设备中的加热系统 为测试该快速热冷注塑成型系统的注塑效果 粉末冶金工业2000,10(6):14-18 5]蒋存波,谭平宇,沈卓君,等.压铸模用多回路热油温控机的 并确定针对该产品的最佳注塑参数,本文以ABS 研制[].模具工业,2002(11):34 树脂为实验材料,运用 Taguchi实验设计理论设计6]杨凤霞,王爱荣,许光日,等工艺参数对ABS、PP注塑件翘 L9(3)正交实验表,并以信噪比(S/N)作为分析依 曲变形影响的对比研究[].塑料工业,2008,36(3):43-46 The Development of Temperature Control System for Rapid Heating and Cooling Injection Moulding DING Lei, wU Xiao-yu, LIANG Xong Shenzhen University, Guangdong Shenzhen, 518060, China) Abstract In order to study the technology of rapid heating and cooling injection moulding and remove the ef- fect of temperat ure in moul ds to the surface quality of injection products, it develops a rapid heating -coc cycle system. The system can control temperature of mould cavity, the surface temperat ure of mould can change according to the demand of different stage in injection moulding process. Experiment shows that the system can improve the surface smoothness and the productivity, remove such defects as weld line and flow mark Key words: Temperature Control; Rapid Heating and Cooling; Injection Moulding (上接第43页) bstract It introduces the principle of the automatic temperature control system of nacelle for airplane, de- scribes the design of this system, and anal yzes the hardware and software of the system. Based on Pic18 F258 MCU, it designs PID control arithmetic. This system is an intelligent temperat ure cont rol system and can re- alize communication with computer Key words Nacelle for Airplane; Temperature Control MCU, PID Cont rol Arithmetic; Communication c1994-2009chinaAcademicJournalElectroniePublishinghOuse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
当高温水沿外循环路线流动时 ,冷却水则沿内 循环路线流动 ,即当模具需要加热时 ,控制装置将 开启加热气动电磁阀 HV1 ,HV2 ,关闭加热内循环 电磁阀 SHV ,使高温水流经模具 ,再返回增压筒待 加热后循环使用 ,避免热能浪费。同时 ,开启制冷 内循环电磁阀 SFV ,关闭制冷电磁阀 FV1 ,FV2 ,使 从增压泵加压后的冷却水不再经过模具 ,直接经过 制冷内循环电磁阀 SFV 返回水塔。 反之 ,当模具需要降温时 ,冷却水将沿外循环 路线流动 ,高温水则沿内循环路线流动。控制装置 将开启制冷电磁阀 FV1 ,FV2 ,关闭制冷内循环电 磁阀 SFV ,使冷却水流经模具热交换通道再返回 水塔冷却后循环使用。同时 ,开启加热内循环电磁 阀 SHV ,关闭加热气动电磁阀 HV1 , HV2 ,使高温 水经热循环泵、加热电阻丝和加热内循环电磁阀 SHV 做内循环。此外 ,为了使高温水温度和压力 恒定 ,该装置通过启闭冷却电磁阀 CV 和排气电磁 阀 PV ,还具有温度与压力自动调节功能。 该装置能够根据注塑过程中各阶段对模具温 度的要求 ,通过电磁阀的启闭进行热冷介质在模具 热交换通道中的快速转换 ,从而达到给模具快速升 温或冷却的目的。 4 成型实验 为测试该快速热冷注塑成型系统的注塑效果 , 并确定针对该产品的最佳注塑参数 ,本文以 ABS 树脂为实验材料 ,运用 Taguchi 实验设计理论设计 L9 (3 4 ) 正交实验表 ,并以信噪比 (S/ N) 作为分析依 据 ,以正交多项式和方差分析为分析手段 ,对影响 产品表面光洁度和熔接痕长度的各种因素及不同 水平进行实验[6 ] 。结果表明 :在熔体温度、模具型 腔表面温度、注射压力及保压时间 4 个因素中熔体 温度和模具型腔表面温度对产品表面光洁度和熔 接痕长度影响最大 ,并且在上述 4 个因素分别为 210 ℃、95 ℃、70MPa 和 1s 时制品表面光洁度最高 且表面熔接痕消失。 5 结束语 实验证明 ,快速热冷注塑成型模温控制系统能 有效消除产品表面熔接痕、水纹等缺陷 ,提高产品 表面光洁度至镜面效果 ,同时可使产品注塑生产周 期显著缩短。该模温控制系统的研制有助于快速 热冷注塑新工艺的深入研究 ,促进其尽早实用化。 参考文献 : [1 ] Yao Donggang. Development of rapid heating and cooling sys2 tems for injection molding applications[J ]. Polymer Engineering and Science ,2002 (12) :2 471 - 2 481. [ 2 ] 程韬波 ,曾 敏 ,吕小青. 模具多路温度控制器的研制与分析 [J ]. 机电产品开发与创新 ,2004 ,17 (5) :81 - 82. [3 ] 许海航 ,吴宏武. 注射模温度快速响应技术[J ]. 模具工业 , 2004 (10) :34 - 37. [ 4 ] 李元元 ,徐 峥 ,倪东惠. 产业化温压设备中的加热系统[J ]. 粉末冶金工业 ,2000 ,10 (6) :14 - 18. [5 ] 蒋存波 ,谭平宇 ,沈卓君 ,等. 压铸模用多回路热油温控机的 研制[J ]. 模具工业 ,2002 (11) :34 - 39. [ 6 ] 杨凤霞 ,王爱荣 ,许光日 ,等. 工艺参数对 ABS、PP 注塑件翘 曲变形影响的对比研究[J ]. 塑料工业 ,2008 ,36 (3) :43 - 46. The Development of Temperature Control System for Rapid Heating and Cooling Injection Moulding DIN G Lei , WU Xiao - yu , L IAN G Xiong (Shenzhen University , Guangdong Shenzhen , 518060 , China) Abstract :In order to study the technology of rapid heating and cooling injection moulding and remove the ef2 fect of temperature in moulds to the surface quality of injection products , it develops a rapid heating - cooling cycle system. The system can control temperature of mould cavity , the surface temperature of mould can fast change according to the demand of different stage in injection moulding process. Experiment shows that the system can improve the surface smoothness and the productivity , remove such defects as weld line and flow mark. Key words :Temperature Control ; Rapid Heating and Cooling ; Injection Moulding (上接第 43 页) Abstract :It introduces the principle of the automatic temperature control system of nacelle for airplane , de2 scribes the design of this system , and analyzes the hardware and software of the system. Based on PIC18F258 MCU , it designs PID control arithmetic. This system is an intelligent temperature control system and can re2 alize communication with computer. Key words :Nacelle for Airplane ; Temperature Control ; MCU ; PID Control Arithmetic ; Communication ·智能控制技术· 丁 磊 伍晓宇 梁 雄 快速热冷注塑成型模温控制系统的研制 47