在注射成型過程中，注射壓力、保壓壓力、注射速度、熔體溫度、模具冷卻或加熱溫度等參數(shù)，都是在注塑機(jī)及其輔機(jī)上設(shè)置，并且可查看部分設(shè)備反響數(shù)據(jù)，但這些參數(shù)都不是高聚物熔體成型過程中的真實(shí)、瞬息變化的數(shù)據(jù)。經(jīng)過注塑機(jī)間接丈量方式獲得的數(shù)據(jù)具有一定的誤差，給穩(wěn)定批量消費(fèi)帶來很大的困難。為此，搭建注塑工藝實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)，可及時(shí)獲得各工藝參數(shù)（如熔體溫度、熔體壓力）的真實(shí)數(shù)據(jù)，從而可基于這些理論的數(shù)據(jù)獲得相應(yīng)的注塑工藝成型機(jī)理以及對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行定性定量控制，進(jìn)而保證穩(wěn)定質(zhì)量的批量消費(fèi)。現(xiàn)引見兩篇關(guān)于注塑工藝實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用的文章。

廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)過自主設(shè)計(jì)的安裝底座將熔體壓力溫度在線丈量系統(tǒng)(與瑞士Sensormate AG 公司協(xié)作研發(fā)) 安裝在用于理論消費(fèi)的塑料注射成型機(jī)上，自主搭建了注射成型工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，如下圖所示。該平臺(tái)通過熔體壓力溫度在線丈量系統(tǒng)完成對(duì)熔體壓力及熔體溫度的監(jiān)測(cè)，注射速度則經(jīng)過注塑機(jī)自帶系統(tǒng)完成監(jiān)測(cè)，兩者的別離完成對(duì)熔體壓力、熔體溫度及速度三種工藝參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。

該平臺(tái)經(jīng)過抵住注塑機(jī)噴嘴處的熔體壓力溫度在線丈量系統(tǒng)，在不破壞熔體活動(dòng)完好性、堅(jiān)持熔體理論活動(dòng)情況下完成了對(duì)熔體壓力和熔體溫度的理論監(jiān)測(cè)，補(bǔ)償了注塑機(jī)注射壓力及溫度工藝參數(shù)均為間接丈量獲取的缺陷。在測(cè)試噴嘴理論壓力時(shí)，將噴嘴抵住傳感器，調(diào)理不同的流變狀態(tài)，開端常規(guī)的注射，這時(shí)，由于注塑機(jī)螺桿將熔融的塑料往前推進(jìn)，傳感器內(nèi)部遭到熔體的推力而受力，此時(shí)熔體壓力傳感器的適配器內(nèi)的小圓錐體由于熔體的推力作用充溢了塑膠熔體，同時(shí)丈量此時(shí)噴嘴的理論流變狀態(tài)，然后經(jīng)過傳感器電纜將數(shù)據(jù)傳到檢測(cè)器上，同時(shí)溫度傳感器會(huì)丈量此時(shí)經(jīng)過噴嘴的熔體溫度，并經(jīng)過電熱絲電纜傳到顯現(xiàn)器內(nèi)，經(jīng)過顯現(xiàn)器抓取熔體壓力最大值，得到注塑機(jī)的理論熔體壓力及其溫度，如下圖所示。

基于上述丈量系統(tǒng)，研討了理論的熔體壓力、熔體溫度及注射速度對(duì)聚乳酸(PLA)成型的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：

(1)PLA注射成型存在一個(gè)最佳工藝狀態(tài)。通過對(duì)成型的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣中止拉伸強(qiáng)度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PLA拉伸試樣最佳成型條件為熔體溫度180℃，熔體壓力8 MPa，注射速度40%。

(2)PLA成型存在一個(gè)最佳的熔體壓力，從而構(gòu)成一個(gè)最佳臨界誘導(dǎo)結(jié)晶取向應(yīng)力。SEM測(cè)試結(jié)果發(fā)往常熔體壓力等于8 MPa時(shí)PLA結(jié)晶形貌最為完善。熔體壓力小于或大于8 MPa都會(huì)呈現(xiàn)較多的非晶相，相應(yīng)的結(jié)晶度降低。說明取向力的作用在一定程度上能夠誘導(dǎo)PLA的結(jié)晶，但是當(dāng)超過臨界值時(shí)，將不起誘導(dǎo)作用。

(3) 注射速度是影響PLA結(jié)晶的不敏感工藝參數(shù)。在不同溫度、壓力、速度的SEM照片中，注射速度的變化范圍內(nèi)PLA結(jié)晶形貌沒有發(fā)作明顯變化，而關(guān)于熔體溫度和熔體壓力只能在較小范圍內(nèi)觀察到較為完善的結(jié)晶形貌。說明在溫度、壓力工藝條件下PLA的結(jié)晶成型窗口較窄，PLA的結(jié)晶對(duì)溫度和壓力較為敏感，而對(duì)注射速度不敏感。

細(xì)致內(nèi)容請(qǐng)閱讀《工程塑料應(yīng)用》2019年第12期文章《基于工藝參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的聚乳酸生物塑料注射成型機(jī)理》，作者陳金偉等，頁(yè)碼50-55頁(yè)。

長(zhǎng)春富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司選擇了大型高質(zhì)量懇求的產(chǎn)品——汽車注塑儀表板，經(jīng)過設(shè)置大量的傳感器，構(gòu)建了汽車注塑產(chǎn)品成型過程數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)由注塑模具、傳感器、接近開關(guān)、多通道接頭及放大器、專用電纜、數(shù)據(jù)采集及控制器、注塑機(jī)及其機(jī)械手、外接電腦等組成，其細(xì)致部件如下所示。

注塑模具：汽車儀表板注塑模具；

直接式壓力傳感器：6182BG (Ø2.5)，8 枚；

直接式壓力– 溫度傳感器：6190CAG (Ø4)，2 枚；

8 通道壓力接頭：1710A1*2，1 只；

4 通道溫度信號(hào)放大器：2205A241*1，1 只；

24 通道CoMo Injection 數(shù)據(jù)采集及控制器：2869B301，1 臺(tái)；

接近開關(guān)：2231A1，1 只；

8 通道壓力信號(hào)電纜：1997A5*2 ；

4 通道溫度信號(hào)延長(zhǎng)電纜：1457A1A5*1 ；

注塑機(jī)及其機(jī)械手：Engle 2300T &Viper 90 ；

臺(tái)式電腦：1 臺(tái)；

銜接設(shè)備和機(jī)械手的電纜若干。

傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。

接近開關(guān)設(shè)在注塑模具的定模側(cè)恰當(dāng)位置，通過電纜銜接在CoMo Injection 數(shù)據(jù)采集控制器，后者還與注塑機(jī)的機(jī)械手和次第注射單元相銜接。當(dāng)模具合模，接近開關(guān)向CoMo Injection 數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)立即進(jìn)入一個(gè)新的消費(fèi)周期工作狀態(tài)。在注射成型時(shí)，所設(shè)置的10枚壓力傳感器和2枚溫度傳感器，將指定位置上的模腔壓力和溫度變化狀態(tài)，經(jīng)過CoMo Injection 數(shù)據(jù)采集控制器，以數(shù)據(jù)及其曲線圖方式，及時(shí)真實(shí)地顯現(xiàn)和記載在所銜接的電腦上，供分析、研討和監(jiān)控。同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)判定某次成型狀態(tài)為殘次品時(shí)，向注塑機(jī)機(jī)械手發(fā)出指令，撿出次品，并發(fā)出警報(bào)。根據(jù)選擇性運(yùn)用，系統(tǒng)還可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)程序，按照熔融料活動(dòng)前沿抵達(dá)傳感器的位置信號(hào)，指揮設(shè)備的次第注塑單元，中止非常準(zhǔn)確的次第注射成型。系統(tǒng)工作原理如下圖所示。

該監(jiān)控系統(tǒng)可發(fā)揮以下功用：

（1）復(fù)制成型過程

在汽車產(chǎn)品開發(fā)階段，模具在其供應(yīng)商處，要經(jīng)過很多次調(diào)試和完善，直至其樣件基本上能滿足在車身上裝配所需求的基本尺寸精度和外觀質(zhì)量要求，以及部分功用實(shí)驗(yàn)懇求。之后，模具將被轉(zhuǎn)移到正式消費(fèi)工廠所在地，在批量消費(fèi)的軟硬件條件下，重新中止調(diào)試和完善。在掃除因產(chǎn)品外型、結(jié)構(gòu)及其過程設(shè)計(jì)等綜合性缺陷影響要素之外，由于設(shè)備、輔助設(shè)備及其環(huán)境的變卦惹起的重新調(diào)試，因原有的參數(shù)集，大部分都是間接數(shù)據(jù)，會(huì)產(chǎn)生很大程度上的失真。為此，重建一系列正確的工藝參數(shù)集，常常是件非常耗費(fèi)時(shí)間、人力、物力的事情，而且該產(chǎn)品在車身上的裝配等級(jí)越高，其難度就越大，所消耗的資源就更多。特別是注塑設(shè)備的變卦，是最直接和大面積惹起變化的首要變化要素。理論證明，即使同一家同等鎖模力的注塑設(shè)備，理論上還存在著較大的差異，從而增加換機(jī)消費(fèi)的調(diào)試難度。

當(dāng)借助于本系統(tǒng)技術(shù)方案，真實(shí)地記載并獲得模具在其制造商處抵達(dá)的、其樣件得到初步認(rèn)可狀態(tài)下的成型壓力和溫度曲線值，隨著模具轉(zhuǎn)移到批量消費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)，以原有的成型曲線值為參照目的，就可以快速重建相應(yīng)的成型參數(shù)集。

（2）質(zhì)量?jī)?yōu)化控制

應(yīng)用構(gòu)建的在線監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)在經(jīng)過系列綜合考證的標(biāo)準(zhǔn)壓力曲線上設(shè)置用于識(shí)別成型過程異常的限定數(shù)字范圍時(shí)，一旦過程壓力變化離散值觸及到這些邊境，就會(huì)觸發(fā)本系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別功用，進(jìn)而令機(jī)械手自動(dòng)分別出殘次品。從而使質(zhì)量控制在很大程度上擺脫被動(dòng)狀態(tài)，并且可以大大簡(jiǎn)化耗費(fèi)龐大且低效的消費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）次第注射控制

為了滿足產(chǎn)品外觀質(zhì)量、裝配尺寸精度戰(zhàn)爭(zhēng)安特性等懇求，儀表板、門內(nèi)護(hù)板、保險(xiǎn)杠等大型汽車內(nèi)外飾注塑產(chǎn)品，大多采用多澆口次第注射系統(tǒng)。在通常情況下，由于設(shè)計(jì)方案和理論消費(fèi)狀態(tài)存在不少差異，需求工程師們反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化方案，而且這一過程常常非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對(duì)選用的產(chǎn)品，預(yù)先設(shè)計(jì)好不同澆口注射次第及其注射量，并且在規(guī)劃澆口位置時(shí)，也思索了根據(jù)壓力傳感器捕捉到的熔融料活動(dòng)前沿位置來控制各澆口的注射次第方案。借助于在線監(jiān)控系統(tǒng)各傳感器的信號(hào)，預(yù)設(shè)了澆口翻開和關(guān)閉的次第和持續(xù)翻開時(shí)間，由此去控制次第注塑過程。實(shí)施次第注塑所需求的不同壓力傳感器的實(shí)時(shí)閾值，在產(chǎn)質(zhì)量量合格的生產(chǎn)狀態(tài)下很容易從各壓力傳感器輸出的壓力曲線上獲得，從而為消費(fèi)過程中的工藝調(diào)整提供極大的便利。