探讨低压注塑机温度控制系统

探讨低压注塑机温度控制系统

何忠明

佛山巴顿菲尔辛辛那提塑料设备有限公司

摘要：低压注塑机对料筒内温度控制的精度水平对其生产出的塑料产品的表面应力、收缩率等质量稳定性影响极大，注塑机的温度控制系统的可靠程度决定了精密注塑的可实现程度。所以，温度控制系统已经成为评价一台注塑机工作能力的重要依据，如何实现更快、更精准的温度控制是所有塑料制品行业从业人员要考虑的重要问题。本文就现有低压注塑机温度控制系统存在的不足和未来的发展方向做出了一些探讨。

关键词：低压注塑机；温度控制系统

1.引言

在当前全新的社会发展形势下，塑料作为新型化工材料的典型代表，成为了继钢铁、木材、水泥之后的第四种基础材料。塑料制品在我们的生活中随处可见，人们在离不开塑料的同时，对塑料制品的精度和质量也提出了新的需求，由于环保、节能和人们生活的实际需要，塑料制品未来的发展方向必然是精密化、轻薄化、坚固化。注塑机作为塑料制品的主要生产设备，设备技术也随着市场对塑料制品的高需求不断进步。据统计，注射成型加工方式生产出了占市场流通总量80%的塑料制品【1】。在使用注射成型方法生产塑料制品的过程中，使用的原材料、注塑机模具的结构、温度控制等多方面都会对塑料制品的质量产生影响。在这些影响因素当中，温度控制系统是我们亟需解决的重点问题。温度控制系统是注塑机的大脑，对注塑机生产过程进行快速、稳定、高精度的控制对保证产品质量是十分重要的。过去低压注塑机的温度控制系统存在组成原件多、容易老化、温度控制灵敏度不高等普遍问题【2】。新型的低压注塑机对温度控制系统提出了多级控制和微量控制的要求，这是传统的温度控制系统难以达到的。从国外的注塑机厂商从上个世纪的80年代就开始着手研发新型的注塑机温度控制系统，并在计算机程序控制等方面取得了较大的进展。我国虽然近年来也开始对低压注塑机的温度控制系统的研发有了一定的重视，但由于种种因素，我们和发达国家相比仍然存在很大的差距。一直以来，我国低压注塑机温度控制系统都是跟在国外同行之后，对国外研究经验依赖程度很高【3】，因此，就现有低压注塑机温度控制系统存在的不足和未来的发展方向进行探讨是非常有必要的。

2.低压注塑机温度控制系统的发展现状

传统的低压注塑机的温度控制系统多为开环控制系统，开环控制系统的温度控制流程如下：开始工作前设定好温度参数，机器在生产过程中保持设定参数，直至生产完成。这种注塑机并不会直接调整模具温度，它的模具内温度由加热流体的温度间接进行控制，塑化时才会通过外加热设备进行温度调节。开环控制系统的结构组成较为简单，但是这种系统的缺点在于预先设定值一旦确认，生产过程就无法对温度更改。并且，开环控制系统对干扰的抵抗能力较弱，温度控制的灵敏度也不高【4】。新型的低压注塑机中大部分采用了新的闭环控制系统。闭环控制系统能够根据实时测量的温度值对温度偏差进行实时调整，这种系统的回路组成形式为负反馈回路，和开环控制系统相比，闭环控制系统的抗干扰能力和温度控制灵敏性有了一个较大的飞跃。闭环控制系统中最重要的组成部分就是自适应调整系统，当原料温度因各种因素出现偏差时，自适应调整系统就会发挥作用，对偏差值进行主动调整【5】。现在的低压注塑机普遍使用电阻加热法对料筒温度进行调节，最常用的加热装置为铸铝加热器，陶瓷加热器和云母加热器使用频率也比较高，但都不如铸铝加热器。料筒内部，塑料在加热源提供的热力和料筒提供的机械剪切力的共同作用下进行稳态塑化。筒体内部温度的实时精准控制由分段控制法实现，分段控制法可以使料桶内的温度有所差异，并且温度控制的速度和精准度都可以满足生产工艺的需求。一般认为，当加工塑料的剪切热很小时，熔融温度主要取决于筒体的加热温度【6】。近年来，出现了一种电磁动态塑化的新方法，它具有塑化效率高、能耗低、工作过程稳定、无需外部加热等特点。由于注射成型机的料筒内温度及其控制效果直接影响到注射成型产品的表面残余应力、收缩率和重量稳定性，因此，料筒内温度控制效果已成为衡量精密注射成型产品质量的重要依据，受到国内外的广泛关注【7】。料筒温度控制装置是否可靠，温度控制系统是否准确已成为实现精密注塑成型的关键。由于供热系统非常容易受到热惯性和供电电压等环境因素的影响，往往难以获得理想的品质因数，因此应采取相应的措施。基于继电器开关控制的注塑机筒体加热系统采用三级加热方式。其过冲、过渡时间、稳态偏差等性能指标不理想。温度控制主要包括气缸温度、喷嘴温度、模具温度等的控制。气缸温度是注塑过程中的一个重要工艺参数，它是指料筒表面的加热温度。筒体作为增塑剂唯一的外加热方式，其温度控制直接影响到材料其它部位的温度。根据机器的尺寸，注射管的加热段通常可分为三段或四段。注射工艺各部分的温度要求不同。喷嘴温度对高温材料通过喷嘴的剪切热和剪切流动有重要影响。温度过高会导致唾液流出喷嘴。如果温度太低，材料将被“冻结”，其理想状态大约比计量部分高25℃。热电偶通常用来控制喷嘴的温度。模具温度是指与塑料件接触的型腔表面温度。它直接影响灌装、冷却和保温过程。热电偶也用于模具温度控制。有两种控制方法。一种是通过控制加热载体的温度来影响模具的温度，另一种是直接控制模具的温度。在温度控制中，控制精度达到（+1℃）。精确的温度控制是提高产品质量和原材料在精密注射成型中应用的重要指标。在塑料加工过程中，温度控制主要包括筒体、喷嘴和模具的温度控制。气缸温度是气缸表面的加热温度。由于管壁较厚，热电偶检测点的选择非常重要。不同检测点的温度曲线变化较大。因此，在气缸表面和深度上同时安装热电偶的两点平行检测，将得到相对稳定的温度曲线，有利于温度控制的准确性。喷嘴温度直接影响熔体的剪切流动，对产品质量有很大影响。因此，有必要提高喷嘴温度的控制精度。模具温度是指模具型腔与产品接触的表面温度，对充膜、冷却、保温过程有很大影响【8】。模具温度的控制方法可以采用热载体温度的控制方法，也可以直接控制模具温度。前者以热载体出口温度为控制对象，相对简单，能满足一般的温度控制要求。当温度控制精度较高时，通常采用第二种方法进行温度控制。

3.结语

塑料制品有钢铁、木材、水泥等构型材料难以比拟的优点，我们可以预见的是，无论在日常生活领域还是在军事等特殊领域，塑料制品都将会承担越来越重要的作用。所以，努力提高塑料制品的质量，用质量去争取市场是我们要考虑的重要问题。温度控制系统作为低压注塑机内的重要组成，对最终产品质量的影响十分明显。提高温度控制系统的灵敏度、精确度可以立竿见影地提高塑料产品的质量。

参考文献

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[2]任旭晨,朱蕴璞.低压注塑机温度控制系统研究[J].国外电子测量技术,2017,36(10):123-127.

[3]李明辉,张孝杰.注塑机料筒多段温度控制系统的研究与设计[J].包装工程,2017,38(19):179-184.

[4]郭建松,包建东,朱建晓,郑童举,周伟.低压注塑机注射装置智能化温度控制研究[J].工业仪表与自动化装置,2016(06):27-30.

[5]许晨嘉.基于模糊PID技术的注塑机温度控制研究[J].橡塑技术与装备,2016,42(12):9-10+25.

[6]陶西孟.注塑机温度控制系统算法研究与实现[D].西南科技大学,2015.

[7]陶西孟.我国注塑机料筒温度控制算法研究现状综述[J].品牌(下半月),2015(03):182.

[8]陈立尧,彭雨春.全电动注塑机中的高精度温度控制要素研究[J].中国塑料,2013,27(10):93-97.