Verbesserung der Prozessfähigkeit beim Spritzgießen durch Nutzung von Prozessdaten und eine neuartige Schneckenhubführung
注塑工艺受到各种影响所决定,例如原材料,注塑机以及通过周围环境影响注塑工艺。图2-1显示了注塑生产中成型质量的影响因素。除了在运行中大量参数变化表达特征注塑机之外,最大的影响是所生产的模具部件的质量。这些干扰在日常操作中没有系统性的标准,并且在许多情况下无法补救。
在这个背景下,原料的加工影响是关注的焦点。注塑工艺对加工原料的变化有很强的反应。一方面,流动性和热性能直接影响成型过程;另一方面,这些性能会影响机器的运行状态。例如止回阀的关闭特性是取决于加工过程中的聚合物的粘度。即使止回阀的关闭行为的微小偏差也会对模具部件的成型质量产生重大影响。
实践中注射成型生产中最经常引入的干扰因素之一是原材料的批次波动,其影响使得在某些情况下需要的修改注塑机参数以适应变化。不同原材料批次之间的偏差会更大,特别是在对于小批量生产的材料,而且对于大量生产的塑料,也始终存在问题。
图2.1 影响注塑质量的因素
即使材料制造商提供的原材料在规定的公差范围内,它也可能对关键工艺中的工艺产生质量相关影响。
这同样适用于塑料模具加工技术,如PA,POM,PBT,其中原材料在加工前必须干燥。即使被处理的聚合物的残留水分在制造商规定的限制范围内,不同的残留水分含量也可能会导致不符合要求的生产质量偏差。此外,在材料处理中不是最合适的材料处理,机器停机,材料含水量均可能导致颗粒残余水分含量的波动。一方面,不同比例的水在加工过程中引起不同的塑化效果,另一方面,该因素可能会导致聚合物更强烈或者更弱的水解降解。特别受影响的是在缩聚反应中产生并消除水的聚合物类型。酯反应是可逆的并且加工中存在的水引起分子链的降解。通过增加残留水分和更高的加工温度可以增强这种效果。
如果再粒化材料在生产过程中添加到原生材料中(不连续地),这也会导致加工性能的偏差。与原生材料相比,再粒化材料通常具有不同的堆积密度,这导致吸收行为的改变。此外,材料通过第一次加工进行热/机械预加工。这里决定性的是热分解,其通过对共价键断裂加工必要的温度产生作用。由此产生的分子链片段与原始状态相比更加不稳定,并且降解速度更快。此外,由于变形引起的局部温度增加而导致的的流动速速增加,聚合物将发生额外的热降解。
在20世纪50年代在注塑机械工业中,螺杆活塞式注塑机正处于开始阶段,机器上的所有功能都是通过人工控制的。使用手动控制注塑机的示例,如图2-2 (a)显示了其生产加工的基本原理。通过液压阀,调整后的进给速度设定值会传送到执行器。该阀得到一个位置信息并输出体积流量信息给液压执行器的。如果没有发生实际达到的进给速度的则进行自身检查。整个系统的变化,例如改变液压油温度或加工塑料的性能波动,可能导致设定值与实际值之间的偏差。为了提高工艺稳定性并即使在发生干扰时也能达到一致的部件质量,可以使用带反馈调节的注塑机。
图2.2 根据注塑机调整注射速度的控制原理(a)或调整(b)
与控制器直接比较,在闭环控制中存在控制变量实际值的反馈。如图2-2(b)所示,连续测量实际值并与设定值进行比较。如果偏离设定值,则会连续跟踪调节变量。由于需要额外的压力,位置和速度传感器,因此机械设计工作量相应较高。此外,通过对机器的控制,执行器的要求也会增加。对于液压轴而言,液压阀必须能够以所需的速度执行控制动作。对于机电驱动轴而言,驱动器的下层控制电路必须相应地设计。