全电动注塑机控制系统(3)

2019-03-16 22:56

并且一边改变速度一边往前运动。当树脂流动途经路径形状复杂,特别是当穿过狭小的缝隙部分时,负荷的变动会很大。因此,在A阶段增益较大并且需要动态调整。

B阶段出现在树脂填充接近尾声时,射出丝杆负荷急剧增大,同时射出速度 急剧减小,这种减速如果不正常进行,在压力波形上就会发生被称为尖峰压力值的现象,制品就会产生条痕等成形不良现象。因此,在这个阶段为了抑制射出速度,必须有合适的增益。

图6 树脂流入状态变化

C阶段是树脂填充完毕后的保压过程,注射电动机需要高的负荷。但是运动速度很低,所以用比较小的增益就能够稳定控制。由此时见,在控制过程中必须根据注射电动机的状态来分辨A、B、C各个阶段,以实验方法求得C阶段的增益为基础来计算A阶段和B阶段的增益值,通过闭环增益跟踪调整使注射成形全过程的控制更加稳定、精确。

5. 注射速度控制响应

小型圆片之类的薄壁制品,其注射速度要求极高,与此相反透镜与棱镜之类的厚壁制品则要求极低的注射速度,而且要能进行微量控制。因此希望注射机的注射速度的控制范围尽可能宽。

液压式注射机通过采用蓄能器技术可以产生较高的注射速度,而对于低注射速度区域,由于液压阀和蓄能器的动作特性之故,必然受到一定的限制,不可能产生很低的注射速度。伺服电动机的速度控制特性一般是比较好的。速度可以从极低到极高范围加以控制。例如,法那克公司的AUTOSHO50B(500kN)型,速度 范围为0.3~285mm/s,高低相差近1000倍。

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对于电动式注射机的注射速度问题,日本住友重机械工业的电动式注射机SE150型(1500kN)最大注射速度300mm/s,液压式注射机SG150型(l500kN)带有蓄能器最大注射速度300mm/s。

从上述数据可以看出,伺服电动机驱动的注射机可以获得与装有蓄能器的液压式注射机同样高的注射速度。

然而,可以认为电动式注射机的优点之一,与其说是高速性还不如说是速度范围宽,特别是低速之下易于控制。

如图7所示是液压式注射机液压伺服系统与电动式注射机电气伺服系统的对比。从图中可以看出电气伺服系统中的伺服电动机,相当于液压传动装置中的动力源油泵,同时又直接起着液压伺服阀和执行元件(油缸)的作用,所以其响应速度快,精度也高。

(a) 液压伺服系统

(b) 电气伺服系统

图7 液压伺服系统与电气伺服系统比较

一般来说,注射机的注射压力和注射速度的上升时间短是十分重要的,特别是在小型制品、短注射行程的场合,若响应特性差,在达到设定速度之前注射动作就已停止,那么速度控制就不能完成本身的功能。而且,如果加速时和减速时响应特性都差的话,那么注射程序控制指令,与实际值就会不一致。

因此,在高速和低速的整个速度范围,具有高响应特性十分关键。同时,从高速向低速尽可能的平滑转换,且能在短时间内完成也是十分关键的。这个问 题,为在注射动作结束向保压切换时,完成平稳的V-p切换控制,防止过充填,进行稳定的保压是十分重要的。在早期的电动式注射机中,上述这一问题难

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以实现,最近已得到明显改善,如图8所示。

图8 即将保压之前注射速度剧减(V-p切换控制)

由于电动式注射机伺服电动机的特性,注射压力的上升速度比液压式快数倍。但是与液压式注射机相比,电动式注射机的注射速度的上升速度要差一些。 要使注射速度的上升速度加快,何服电动机和滚珠丝杠等部件都存在着惯性问题,所以各个公司都在进行多方面努力,开发惯性小的伺服电动机,并采用滚柱丝杆以减小惯性。如图9所示为法那克公司提供的资料,在全电动式注射机和液压式注射机上安装同一套模具,通过压力传感器测定模腔压力,比较两种注射机注射时模腔压力的变化。比较结果表明,即使全电动式注射机和液压式注射机的设定值相同,但从模腔压力的建立来看,全电动式注射机的压力响应要快。

图9 电动式注射机与液压式注射机压力传递特性的对比

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但是响应特性高未必能得到好的效果,因为响应特性过于敏感,对外界阻抗响应过快,会使模具过早承受高压而损坏,所以工艺条件设定时需要对此充分注意。

有关电动式注射机注射压力响应特性的讨论,一般集中在注射压力的缓冲效果方面。用料是典型的粘弹性物质,而采用施加注射成形压力的液压装置的传动中的液压油也是粘弹性物质。因此可以认为,在保压阶段即使设定同样的保压条件(压力大小和保压时间),电动式与液压式两种注射装置施加在加热螺杆简内的物料的实际压力也是不同的。亦即,电动式的注射压力迅速增加,可以说是硬态加压。

与此不同的是,液压式注射装置由于成形物料和液压油在加压的同时都稍有压缩,所以成形物料缓慢地受压成形,与电动式相比,其施加的压力容易均匀一致。由此可知,液压式注射装置所具布的压力“不清晰现象”对制品的质量会带来良好的影响。

2.5 锁模压力控制方法

合模装置又称为锁模装置。它是保证成形模具可靠的闭合和实现模具启闭动作,即成形制件的工作部件。

合模装置的结构一般由以下部分组成:模具、前模板、动模板、后模板、拉杆、传动机构等组成。传统的合模装置按工作原理可分为两类:直压式和肘杆式。它们的主要区别在于移模油缸与动模板的连接上,直压式为油缸与动模板直接连接,肘杆式为油缸经过肘杆机构与模板连接。

在电动注射机中,因为电动机取代了原有的液压油缸,为了达到将电动机输出的转动作用转换为动模板的直线运动,在结构设计中用移模丝杠替代了原有的移模油缸。它是利用螺纹具有行程升角,能将转动变换为直线运动的原理来实现运动形式的转换。由于合模机构在原理上并没有本质的改变,因此,电动注射机也可以类似划分为直压式和肘杆式两大类。肘杆式具有增力(力矩放大)的作用。肘杆式合模机构又可以分为单曲肘式和双曲肘式。前者主要用于合模力在1000kN以下的小型机器上,后者则用于较大型的机器。其工作原理如下:当电

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动机正向转功时,移模丝杠带动肘杆机构推动模板向前运动。当模具的分型面接触时,肘杆机构尚未形成一线排列,动模板受到变形阻力的作用。此时电动机的转速降低,扭矩增大,使作用在移模丝杠上的作用力不断增加,直至足以克服变形阻力,使肘杆成为一线排列。合模机构发生的弹性变形对模具实现了预紧,该预紧力即为合模力。在开模时,电动机反转,在移模丝杠力的作用下,肘杆的一线排列被破坏,动模板被迫与定模板分离并退回合模前的初始位置,从而实现开模。

电动注射机对模具保护性能的改善,在注射成形获得制品的过程中,离不开模具的使用。通常注射用的模具都比较精密,结构较复杂,价格也相当高。更主要的是模具的好坏直接影响到制品的质量。因此,在成形过程中对模具的保护是一个非常重要的问题。

通常情况下,当模具内留有制品或残余物,或者在使用嵌件时嵌件的位置未能正确放置时,模具按设定的要求进行合模过程,会使模具受到损伤。目前应用于模具保护的主要是采用低压试合模的方法。

低压试合模是在液压型注射机中常用的模具保护方法。它将合模过程分为三级:慢(低压)、快(低压),在移模将要闭合前确认动模与定模无障碍物时,再增大液压压力达到所需的锁模力,此时为第三级即慢(高压)。

2.6 直流电动机中的限流保护

通常电动注射机的锁模丝杠被频繁地锁模和开模,丝杆在锁模受力情况下出现丝杆摩擦烧坏。在电动注射机中,采用一种叫“直流电动机中的限流保护(电流截止负反馈)”控制方法,该方法有效地减轻注射机丝杆烧坏现象。

下面用直流电动机负载特性曲线,如何根据上面提到的结论通过电动机电 流的检测控制实现对顶出机构的控制进行分析。在此之前,需要先了解一下在直流电动机中是如何实现在运行过程中当负载突然发生过载时对电动机进行保护的。

在常见直流调速系统中,为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大的问题,通常采用限流保护的方法。根据反馈原理,要维持哪一个物理量基本不变,就应该引入该物理量的负反馈。因此,引人电流负反馈能够维持电流基本

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