【工艺进阶】什么是注塑机的闭环系统？

柴进

注射成型控制系统是一个循环的过程，包含一组预设程序，当（且仅当）上满足一定条件时才会运行下一个循环。这些条件的检验和监测以及给出每一个循环的开始、结束或者延续命令都是由顺序控制器来完成的。顺序控制器为注塑机提供了“安全保障”，例如在注塑机前门打开时，控制器就不允许模具移动。

注射成型控制系统有以下三个功能：

设置注塑机动作顺序
调节、控制主要工艺和注塑机参数
检测过程状态与性能

注塑成型是非常典型的复杂非线性动态过程，在成型中，机器参数、材料性能和工艺变量相互作用，注塑件的质量（尺寸、外观和力学特助等）不能都在线测量，只能控制关键的机器/工艺变量才能保证制品品质和工艺重复性。

设备、材料、工艺变量和制品质量之间的关系如下：


高端的注塑控制系统还发挥着过程变量的管理、工艺监测和统计分析的功能，如何有效避免干扰成为生产高精度、良好表面的复杂制件重要问题。

开环系统（a）与闭环系统（b）如下：


举例：

（a）开环系统包括具有被控变量的设备、驱动设备的执行器和执行器发出指令信号的控制器。

以螺杆速度控制为例，控制对象是注射单元的螺杆，输出为螺杆转速，典型的执行器为液压阀。控制器按照设定以一定速度向液压阀发出打开指令。

（b）在实际生产过程中，存在各种干扰源，开环系统虽然简单便宜，但是不能补偿控制过程中遇到的任意干扰。

例如，随着注塑时间的进行，液压油温会发生变化，这将影响液压相应状态的变化。打开同样的液压阀门开度，注塑速度会随着油温变化。开环系统不能校正干扰造成的误差。


注射成型的可控变量：

在工艺/注塑机变量方面，可分为全周期与阶段性控制变量。全周期可控变量例如温度有：熔体的温度、料筒温度、模具温度和液压油温度。这是需要在所有周期都需要控制的变量。

阶段性变量如下：
模腔压力是阶段性变量中比较理想的可控变量，因为它直接反映模腔内材料的状态。但是实际生产中，需要在模具中加装型腔压力传感器，对于一部分产品造成成本增加。

塑化阶段：熔体温度的均匀性是终极目标。需要控制合理的螺杆转速与背压实现（必要时需要合理的螺杆设计）。

填充阶段：精确合理地控制注射速度可以确保填充动作一致，能够消除成型制件的非均匀性。短射、缩痕和很多表面问题都可以通过调节注射速度解决，所以在填充阶段注射速度是关键变量。

保压阶段：喷嘴压力是比较接近模腔变量变化过程的，传感器直接装在喷嘴，不需要安装在模具内。

开-合模阶段：必须同步实现快速模具移动和精确模具定位。

注：喷嘴压力传感器如图：


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