精密注塑成型PVT控制技术.docx

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1、精密注塑成型PVT控制技术作者：吴廷谢鹏程王建丁玉梅杨卫　文章来源：北京化工大学机电工程学院　 　发布时间：09-15新浪微博QQ空间人人网开心网更多图1 聚合物典型PVT特性曲线材料的压力（P）、温度（T）和比容（V）是聚合物的本质属性，不随材料加工方式的改变而变化，其控制理论和方法可以用于聚合物的精密注塑成型。本文基于此提出了一种精密注塑成型控制技术，该技术利用型腔温度作为信号对保压过程进行控制。研究表明，该控制技术可以显著提高注塑制品的质量重复精度。传统精密注塑控制技术的局限随着我国科技的

2、不断发展，各行业对塑料制品的精度和性能提出了更高的要求，如要求制品具有较好的力学性能、重量精度、尺寸精度以及工作稳定性等。精密制品正在向着高精度化、高功能化、小型化、轻量化、低成本及高附加值的方向发展，精密注塑成型技术则向着精密化、计算机辅助化、无人化及节能化方向发展。目前，国外的精密注塑成型机已经具有相当高的水平，且欧美和日本的少数几家注塑机生产厂家垄断了我国精密注塑机市场，例如德国的克劳斯玛菲、阿博格和德马格，以及日本的住友重机、东芝等。为了与精密注塑成型机匹配，这些公司还相应地开发出了高性

3、能、高精度的液压系统和控制系统，以保证塑料制品的质量、减少废品，以及提高注塑成型的生产效率。综观当今注塑机市场，在保证制品质量的前提下，如何利用成熟的自动化设备，提高产品精度，降低废品、次品率及节约原材料、能源以降低成本，增强市场竞争，己引起国内外注塑机厂商的高度重视，为此采用先进的控制技术和管理手段已成为必然的趋势。传统注塑机中的过程控制方法大多采用注射压力、保压压力、合模力、注射速度及注射量等参数作为控制量，称为机器变量。这些变量由操作员根据经验和试模对注塑机预先输入控制参数，通常主要采用时

4、间来控制每个阶段的开始和结束。这些变量完全由注塑机本身决定，而与材料的特性关系不大。参数控制作为控制系统的主要功能，需要对连续变化的过程参数，如温度、压力、位置和速度等进行精确的闭环控制。由于注射过程主要参数都具有相当显著的非线性时变特性，而其动态特性又会随着工艺条件的更改而变化，所以这种对传统的固定参数进行控制的策略很难有效地保证不同操作条件下的控制性能。随着对精密成型研究的深入，有人提出了采用物料的参数作为变量，例如熔体压力、熔体温度和熔体冷却速率等，这些变量称为工艺变量。大量研究表明，工艺

5、变量与传统的机器变量相比，具有更高的控制精度。图2注塑成型过程中型腔温度、压力曲线聚合物材料从粒料（或粉料）经过塑化、填充、压缩、保压以及冷却定型成为制品，这是注塑成型的一般过程。但是由于材料和模具的多样性，需要采用不同的工艺参数，如果参数选择不当，无论填充过多或是填充不足，都会影响最终制品的质量，甚至造成废品。因此，确保每次成型的制品保持相同的尺寸、重量及收缩率，是注塑成型控制所要达到的目标。PVT控制技术聚合物的PVT特性，即压力（P）、比容（V）和温度（T）之间的相互关系，是聚合物材料的本

6、质属性。它们属于工艺参数，在聚合物的生产、加工以及应用等方面有着十分重要的作用。无论聚合物的状态如何，P、T和V这3个状态参数都会按照一定的规律变化，与加工手段和条件无关。图1a和图1b分别显示了结晶型材料和无定形材料的典型PVT特性，从图中可以清楚地看出聚合物P、T和V之间的关系。在注塑成型过程中，聚合物材料被加热成熔融态，并在很高的压力下注射到模具型腔中，经历了从高温、高压到迅速冷却和压力下降的过程，之后由熔融态转变为固态，同时聚合物材料的各种物性参数也经历了一连串剧烈的变化，这都和T、P和

7、V有很大的关系。特别是聚合物的V决定着最终成型制品的性能和质量：若最终成型制品的密度太小，会导致强度不够；若密度不均匀，则会产生内部残余应力，导致翘曲变形等。质量重复精度是评价注塑机精度的一项重要指标。研究表明，影响制品质量重复精度的因素很多，但本质所在是不同制品中V的差异。PVT关系特性是高分子材料的固有物理特性。高分子材料由原料经过加工成为产品的过程中，材料P-T-V参数虽持续变化，但三者之间始终遵循着PVT特性规律。3个变量一一对应，只要确定其中任意两个，就可以根据材料的PVT特性曲线求出

8、第三个。也就是说，注塑成型中无论采用何种过程控制方式都无法脱离对材料PVT关系的依赖，并可在材料PVT关系曲线中找到对应的加工路径。不同控制方法得到的注塑制品的重复精度之所以存在差别，根本原因是所采用的控制方法对材料PVT参数控制重复精度的差别。图3P-T过程控制方法的PVT曲线图图2为聚合物注塑成型过程中模具型腔的温度和压力曲线示意图。该图清楚地描绘出聚合物材料注塑成型的整个过程：聚合物在机筒中通过熔融塑化，达到设定的温度，模具闭合，注射座前进顶住浇口。自熔体进入型腔后注塑成型可分为充填、压缩