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肘桿式全電動(dòng)注塑機(jī)脹模特性實(shí)驗(yàn)研究
  瀏覽次數(shù)：8796  發(fā)布時(shí)間：2020年07月13日 09:42:57
[導(dǎo)讀] 注射成型過程中由于型腔壓力大于鎖模力而產(chǎn)生的脹模現(xiàn)象對(duì)注塑制品質(zhì)量具有顯著的影響宛渐”薮铮基于全電動(dòng)三板肘桿式注塑機(jī)，系統(tǒng)研究了注射成型過程中的脹模特性和由脹模引起的鎖模力變化特性皇忿。
 劉剛  傅南紅  焦曉龍  竇希宇  許宇軒  謝鵬程
（1.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100029坦仍；2.海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司鳍烁，浙江寧波315801）

摘要：注射成型過程中由于型腔壓力大于鎖模力而產(chǎn)生的脹模現(xiàn)象對(duì)注塑制品質(zhì)量具有顯著的影響繁扎♂；模基于全電動(dòng)三板肘桿式注塑機(jī)，系統(tǒng)研究了注射成型過程中的脹模特性和由脹模引起的鎖模力變化特性梳玫。結(jié)果表明爹梁，在肘桿式注塑機(jī)的脹模過程中，鎖模力變化量能夠反映脹模程度的大小提澎，鎖模力最大增量與鎖模力變均可作為衡量注塑制品質(zhì)量的指標(biāo)姚垃。

關(guān)鍵詞：脹模特性；脹模量盼忌；鎖模力最大增量积糯；鎖模力變


0前言
注射成型具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)谦纱，被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品看成、日常生活用品、汽車跨嘉、醫(yī)療設(shè)備川慌、航空航天、光學(xué)鏡片、國防裝備等領(lǐng)域梦重。在注塑周期中的充填結(jié)束至保壓過程中兑燥，動(dòng)模與定模之間會(huì)有微小分離量，即脹模量［1］忍饰。脹模量與制品質(zhì)量呈高度線性相關(guān)贪嫂，可作為衡量制品質(zhì)量的指標(biāo)［2~5］。然而艾蓝，脹模量的檢測(cè)通常需要在模具四周安裝線性位移傳感器力崇，會(huì)對(duì)模具造成不可逆的損傷。如何通過非損傷的方式檢測(cè)脹模程度的大小進(jìn)而衡量制品質(zhì)量具有重要的意義赢织。

注塑過程中發(fā)生的脹牧裂ィ現(xiàn)象會(huì)引起鎖模力增加，鎖模力最大增量和脹模量是表征制品質(zhì)量的2個(gè)指標(biāo)［6］于置。本文基于全電動(dòng)三板肘桿式注塑機(jī)茧吊，分別對(duì)注塑制品有無飛邊產(chǎn)生情況下的脹模過程特性以及由脹模引起的鎖模力變化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
聚丙烯（PP）八毯，1120搓侄，熔體流動(dòng)速率為15g/10min，臺(tái)塑工業(yè)（寧波）有限公司话速。

1.2 主要設(shè)備及儀器
全電動(dòng)注塑機(jī)讶踪，VE1500Ⅱ/430h，寧波長飛亞塑料機(jī)械制造有限公司泊交；
鎖模力傳感器乳讥，QE1008，瑞士GefranSensormateAG公司廓俭；
LVDT線性位移傳感器云石，LCA2-V3，北京阿貝克傳感器技術(shù)有限公司研乒；
型腔壓力傳感器汹忠，溫壓一體式傳感器6189A，瑞士KistlerInstrumenteAG公司雹熬；
數(shù)據(jù)采集卡错维，NI6212，美國國家儀器NI公司橄唬。
本次實(shí)驗(yàn)采用的模具型腔結(jié)構(gòu)及LVDT線性位移傳感器安裝位置如圖1所示赋焕，模具型腔及流道在分型面的投影面積為24757.8mm2。

圖1

1.3 實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)主要工藝參數(shù)見表1所示仰楚，由數(shù)據(jù)采集模塊同步采集鎖模力隆判、型腔壓力犬庇、注射壓力、脹模量侨嘀，采集周期自開始合模到冷卻結(jié)束開模完成為止臭挽，繪制各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖。

表1
 
從最高鎖模力開始咬腕，依次降低10t欢峰，至制品產(chǎn)生明顯飛邊缺陷停止，在每個(gè)鎖模力設(shè)定值下進(jìn)行3次試模涨共，采集對(duì)應(yīng)3組注塑周期內(nèi)鎖模力數(shù)據(jù)纽帖，并稱量記錄對(duì)應(yīng)制品質(zhì)量。

在制品產(chǎn)生飛邊時(shí)對(duì)應(yīng)的鎖模力設(shè)定值下举反，同步采集注塑周期內(nèi)鎖模力懊直、型腔壓力、注射壓力火鼻、脹模量室囊，繪制各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征
鎖模力測(cè)試：在注塑機(jī)拉桿安裝QE1008鎖模力傳感器魁索，經(jīng)由放大器將模擬信號(hào)輸入至NI采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集融撞；
脹模量測(cè)試：在模具四周安裝LVDT線性位移傳感器，經(jīng)由放大器將模擬信號(hào)輸入至NI采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集粗蔚；
型腔壓力測(cè)試：在模具內(nèi)部安裝Kistler溫壓一體式傳感器尝偎，經(jīng)由放大器將模擬信號(hào)輸入至NI采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2結(jié)果與討論
圖2為注射成型過程脹模特性涉及的相關(guān)變量示意圖支鸡。其中，在鎖模狀態(tài)下趁窃，合模單元中曲肘連桿伸直牧挣，處于自鎖狀態(tài)，因此將曲肘連桿簡化為一根受壓的彈性桿醒陆。圖3（a）為制品無飛邊情況下的脹模特性曲線瀑构，圖3（b）為制品產(chǎn)生飛邊缺陷情況下的脹模特性曲線，圖3（a）和3（b）分別在鎖模力設(shè)定值為70t與30t的條件下進(jìn)行刨摩，其他工藝參數(shù)均相同寺晌。脹模特性曲線指一個(gè)注射成型周期內(nèi)從開始合模至頂出制品過程中的鎖模力、脹模量澡刹、脹模力以及注射壓力隨時(shí)間變化的曲線呻征。其中，脹模力等于模具型腔及流道在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積罢浇；脹模量是指充填過程中模具型腔尺寸軸向變化量陆赋，該變化量與充填過程中模具分型面位置變化量相等沐祷；當(dāng)脹模力大于鎖模力時(shí)，發(fā)生脹脑艿海現(xiàn)象赖临。

圖2

2. 1 脹模特性曲線
如圖3（a）所示，在制品無飛邊情況下灾锯，脹模發(fā)生于注射末端兢榨，結(jié)束于保壓過程中某一時(shí)刻。脹模力在保壓過程中達(dá)到峰值后隨著模具型腔內(nèi)熔體的冷卻不斷降低顺饮，直至澆口封凍吵聪，脹模力降為零。在脹模過程中领突，鎖模力隨著脹模程度的增加而增大暖璧，型腔壓力最大時(shí)，脹模程度最大君旦，鎖模力亦達(dá)到峰值澎办；如圖3（b）在制品產(chǎn)生飛邊缺陷的情況下，脹模發(fā)生于注射末端金砍，結(jié)束于冷卻階段中某一時(shí)刻局蚀。在脹模過程中，鎖模力伴隨著脹模程度的增加而顯著增大恕稠，同時(shí)琅绅，由于脹模力過大，模具分型面兩側(cè)產(chǎn)生間隙鹅巍，型腔內(nèi)熔體在保壓過程中溢出千扶，形成制品飛邊缺陷，相比制品無飛邊產(chǎn)生的情況，此時(shí)由于模腔中被充入過多的熔體，熔體冷卻和澆口封凍需要的時(shí)間更久复唤，保壓結(jié)束時(shí)澆口仍未封凍靠娱，導(dǎo)致保壓壓力撤去時(shí)，模具受到鎖模力瞬間擠壓作用，脹模力短暫上升，隨后型腔內(nèi)熔體冷卻，脹模力逐漸降低變?yōu)榱憷ㄈ摹Ｈ舨桓淖兤渌に噮?shù)，延長保壓時(shí)間直至澆口封凍来涨，在保壓壓力撤去時(shí)图焰，脹模力不會(huì)出現(xiàn)瞬間增大的現(xiàn)象。

圖3

2. 2 基于脹模特性的注塑制品質(zhì)量衡量指標(biāo)
在脹模過程中蹦掐，脹模量與鎖模力的變化趨勢(shì)相同楞泼，鎖模力隨著脹模量的增加而增加驰徊。對(duì)于三板肘桿式合模單元，如圖2堕阔，拉桿兩端與定模板棍厂、后模板可視為剛性聯(lián)接，模具在鎖模力的作用下被軸向壓縮超陆，發(fā)生脹模時(shí)牺弹，模具的壓縮量減小，動(dòng)定模板之間的距離增加时呀，而后模板與動(dòng)模板之間由于曲肘連桿伸直张漂，進(jìn)入自鎖狀態(tài)，距離保持不變谨娜，從而在脹模過程中航攒，拉桿隨著脹模量的增加而被拉伸，導(dǎo)致鎖模力增加趴梢，若忽略模板撓度變形漠畜，則拉桿伸長量等于脹模量。因此坞靶，鎖模力的變化量可以反映脹模程度的大小憔狞。

圖4（a）為制品無飛邊情況下的鎖模力隨時(shí)間變化的曲線，圖4（b）為制品產(chǎn)生飛邊情況下的鎖模力隨時(shí)間變化的曲線彰阴。與制品無飛邊的情況相比瘾敢，制品產(chǎn)生飛邊時(shí)，在脹模過程中尿这，鎖模力明顯增大簇抵，峰值出現(xiàn)在保壓階段中的某一時(shí)刻。將鎖模力峰值與注射充填前的鎖模力值之差稱為鎖模力最大增量射众；達(dá)到峰值后碟摆，隨著模具型腔內(nèi)熔體逐漸冷卻，型腔壓力降低责球，脹模程度減小焦履，在冷卻階段趨于定值拓劝，將冷卻末端鎖模力值與注射充填前的鎖模力值之差稱為鎖模力變雏逾，如圖4所示，鎖模力變的大小反映了注射充填前后模具型腔容積的變化程度郑临，間接體現(xiàn)了進(jìn)入型腔的熔體質(zhì)量栖博。與制品無飛邊情況相比，制品產(chǎn)生飛邊時(shí)冷卻末端鎖模力明顯大于注射充填前鎖模力值厢洞，這是由于過多的熔體被充入模腔仇让，使得冷卻末端制品體積遠(yuǎn)大于充填前的型腔容積典奉，相比于注射充填前，冷卻末端模具軸向壓縮量減小丧叽，模厚增加卫玖，導(dǎo)致拉桿被拉伸，鎖模力增大踊淳。

圖4
 
在制品無飛邊情況下假瞬，基于在不同鎖模力設(shè)定值下進(jìn)行試模采集的鎖模力和對(duì)應(yīng)制品質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)計(jì)算方法（式1）迂尝，分別對(duì)鎖模力最大增量與制品質(zhì)量脱茉、鎖模力變與制品質(zhì)量的相關(guān)性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示垄开。
公式
表2

由皮爾遜相關(guān)系數(shù)的取值范圍可知琴许，當(dāng)相關(guān)系數(shù)在0. 8~1. 0或-0. 8~-1. 0之間時(shí)，2個(gè)變量為極強(qiáng)線性相關(guān)溉躲。因此由表2計(jì)算結(jié)果可知榜田，在制品無飛邊產(chǎn)生時(shí)，鎖模力最大增量签财、鎖模力變與制品質(zhì)量呈極強(qiáng)線性相關(guān)串慰，二者均可表征制品質(zhì)量。圖5為不同鎖模力設(shè)定值下鎖模力最大增量唱蒸、鎖模力變的制品質(zhì)量曲線邦鲫。
圖5

3 結(jié)論
（1）注射成型過程中，脹模發(fā)生于注射末端神汹，在保壓過程中達(dá)到峰值后庆捺，隨著模具型腔內(nèi)熔體冷卻，脹模程度逐漸減衅ㄎ骸滔以； 
（2）由脹模引起的鎖模力變化量能夠反映脹模程度的大小氓拼；在制品無飛邊的情況下你画，鎖模力最大增量與制品質(zhì)量呈極強(qiáng)正線性相關(guān)，鎖模力變與制品質(zhì)量呈極強(qiáng)負(fù)線性相關(guān)桃漾；鎖模力最大增量與鎖模力變均可作為衡量注塑制品質(zhì)量的指標(biāo)坏匪。

參考文獻(xiàn)：
［1］張攀攀，謝鵬程撬统，華岱适滓，等 . 不同鎖模機(jī)構(gòu)注塑機(jī)脹模特性的研究［J］. 中國塑料，2010恋追，24（4）：100-103. 
［2］ZHANG P P凭迹，XIE P C罚屋，HUA D，et al. Experimental Study on Mold Separations of Plastic Injection［J］. Ad-vanced Materials Research嗅绸，2009脾猛，87/88：64-68.
［3］張攀攀，謝鵬程鱼鸠，焦志偉尖滚，等 . 內(nèi)循環(huán)兩板式注塑機(jī)的脹模特性實(shí)驗(yàn)研究［J］. 塑料工業(yè)，2010瞧柔，38（2）：36-38.
［4］CHEN Z B漆弄，TURNG L H. Adaptive online Quality Con-trol for Injection- Molding by Monitoring and Controlling Mold Separation［J］. Polymer Engineering and Science，2006造锅，46（5）：569-580.
［5］ 華岱撼唾，謝鵬程，楊衛(wèi)民. 注塑機(jī)脹模特性的實(shí)驗(yàn)研究［J］. 塑料哥蔚，2009倒谷，38（5）：52-54.
［6］HUANG M S，NIAN S C糙箍，CHEN J Y. Influence of  Clamping Force on Tie-Bar Elongation渤愁，Mold Separation，and Part Dimensions in Injection Molding［J］. Precision En-gineering-Journal of the International Societies for Precision Engineering And Nanotechnology深夯，2018（51）：647-658.