基于模腔压力的注塑成型制品重量表征方法与流程

1.本发明属于注塑成型制品重量的表征技术领域，尤其是一种基于模腔压力的注塑成型制品重量表征方法。


背景技术：

2.注塑成型是一种成熟的大规模生产塑料制品的成型技术。注塑成型以其成本低、效率高、通用性好、能生产精密复杂零件等优点，在电子、体育用品、汽车零部件、光学镜片等领域得到了广泛的应用。然而，由于熔体质量容易受到原材料特性、塑化和注塑成型条件以及机器运动特性的变化的影响，因此确保注塑成型零件的一致质量是非常具有挑战性的。重要的是，尽管当前的精密注塑机提供了极其精确的运动控制，但即使原材料性能和/或塑化和注塑条件的微小变化也可能导致成型质量的显著变化。此外，目前的检测技术主要集中在最终模制部件的质量(如几何尺寸和表面缺陷)。换言之，虽然他们可以确认模制组件符合设计标准，但如果不符合，他们就无法提供任何线索来说明为什么会出现这种情况。因此，这样的方法不仅耗时且昂贵，而且在以提高成型质量的一致性的方式自适应地调整注塑成型条件方面也仅具有有限的用途。因此，迫切需要更有效的方法对零件质量进行监测和控制。
3.注塑制品的重复精度包括尺寸、外观、注射重量等三方面，可以衡量注塑制品质量精度。但因为尺寸及外观因制品外形不同而不同，无法用来实现不同制品、不同机器性能的定量比较，因此，通常将注射重量重复精度作为衡量注塑制品质量精度及评价注塑机性能的技术指标。
4.从产品质量控制的角度，目前在注塑成型重量控制领域，常用的重量控制方法包括：第一，试凑法，它通过操作人员根据经验反复调节来获得一个较优的控制工作点，这种方法虽然简单易行，但是非常耗时、低效，且严重依赖于操作人员的个人经验；第二，试验设计法，此方法通过实验设计来确定实验方案，实施实验并采集各个试验点重量信息，再对数据进行分析或拟合，通过近似的拟合模型来预测最优工作点实现制品重量控制。此方法的优点在于通过精心设计的实验可以减少实验次数，并且可以给出一个近似的质量模型；其缺陷在于，试验设计法仍然需要较多的经验辅助、在线实施困难，也只能找到近似的局部最优工作点，因此该方法的控制精度不高。
5.模腔压力监测技术是一种先进的监测技术，可实时监测产品成型过程中的模腔压力，获取模腔压力曲线并进行科学分析。模腔压力分布反映了不同工艺参数之间的关联结果。例如模具温度、熔体温度、保压压力等工艺参数的变化也会改变模腔压力循环，共同决定产品质量。因此，模腔压力的分布决定了产品的质量，即在加工过程中，通过对产品上的模腔压力的调节，可以对产品的质量进行调控。通过对模腔压力曲线的监测，得到了实际生产中的成型条件和产品质量。
6.通过检索未发现与本技术相关的专利文献。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对现有注塑成型制品重量控制方法的不足，提出了一种基于模腔压力的注塑成型制品重量的表征方法。
8.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
9.一种基于模腔压力的注塑成型制品重量表征方法，包括以下步骤：
10.步骤1：搭建注塑成型模腔压力测试平台，设定成型工艺参数，注塑成型试样，并称重制品重量；
11.步骤2：记录不同成型工艺条件下成型制品的模腔压力和对应的制品重量；
12.步骤3：建立模腔压力峰值和模腔压力曲线投影面积两个特征值来表征模腔压力与制品重量之间的关系。
13.而且，所述步骤1中的搭建注塑成型模腔压力测试平台包括注塑机、冷水机以及模温机，所述注塑机分别与冷水机、模温机相连接，注塑机模腔内安装压力、温度传感器，且传感器与熔融聚合物直接接触，对模腔压力进行实时监测，传感器又与信号采集系统相连接。
14.而且，所述注塑机采用的模具为样条模具，且成型工艺参数包括保压压力、熔体温度和模具温度，通过正交实验l
16
(43)改变成型工艺参数，得到相应的工艺设定。
15.而且，所述正交实验l
16
(43)步骤如下：
16.(1)打开注塑机、模温机以及冷水机，设置所需参数，参数稳定后进行试模，试模20模，待注塑机稳定后进行正式的正交试验。
17.(2)每组实验完成后，收集实验样条以及对应模腔压力曲线数据。
18.(3)实验样条在室温下冷却24h后利用实验样条裁剪器进行所需实验样条的裁剪。
19.(4)裁剪完成后对每个实验样条、流道进行称重实验，并记录相关实验数据以便进行数据分析。
20.而且，所述步骤3中建立模腔压力峰值和模腔压力曲线投影面积两个特征值来表征模腔压力和对应制品的重量，具体步骤如下：
[0021][0022]
其中r2表示为确定系数，i表示制品个数，xi表示实验制品重量，表示试样制品重量的平均值，fi为模拟值。
[0023]
而且，模腔压力峰值回归方程如式(2)所示，模腔压力曲线投影面积回归方程如式(3)所示。
[0024]
y1＝-0.0434x2 52.127x-14911
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]
y2＝-0.5135x2 626.59x-186667
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]
而且，模腔压力峰值确定系数r2＝0.7706，得到的模腔压力曲线投影面积定系数r2＝0.8565。
[0027]
本发明的优点和积极效果是：
[0028]
本发明有助于缩短成型过程的试模时间，这对于加工成型过程中，调节模腔压力，优化成型工艺，提升产品的质量有重要意义。
附图说明
[0029]
图1为本发明的流程示意图。
[0030]
图2为模腔压力峰值与模具压力投影面积示意图。
[0031]
图3为本发明的实验平台示意图。
[0032]
图4为本发明的实验制品尺寸示意图。
[0033]
图5为模腔压力投影面积、模腔峰值压力与制品重量关系图。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0035]
如图1所述，基于模腔压力的注塑成型制品重量表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0036]
步骤1：搭建注塑成型模腔压力测试平台，设定成型工艺参数，注塑成型试样，并称重制品重量。
[0037]
步骤2：记录不同成型工艺条件下成型制品的模腔压力和对应的制品重量。
[0038]
步骤3：建立模腔压力峰值和模腔压力曲线投影面积两个特征值来表征模腔压力与制品重量之间的关系。
[0039]
所述步骤1中，采用的注塑模具为样条模具，其中，成型工艺参数包括保压压力、熔体温度和模具温度，通过正交实验l
16
(43)改变成型工艺参数，得到相应的工艺设定。
[0040]
所述步骤3中建立模腔压力峰值和模腔压力曲线投影面积两个特征值来表征模腔压力和对应制品的重量，具体步骤如下：
[0041][0042]
其中r2表示为确定系数，i表示制品个数，xi表示实验制品重量，表示试样制品重量的平均值，fi为模拟值。
[0043]
得到的模腔压力峰值回归方程如式(2)所示，得到的模腔压力曲线投影面积回归方程如式(3)所示。
[0044]
y1＝-0.0434x2 52.127x-14911
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
y2＝-0.5135x2 626.59x-186667
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0046]
得到的模腔压力峰值确定系数r2＝0.7706，得到的模腔压力曲线投影面积定系数r2＝0.8565。
[0047]
为了进一步研究模腔压力与制品重量的关系，计算了确定系数r2值，以确定峰值模腔压力和压力曲线投影面积与零件重量的关系。确定系数是回归分析中各变量之间相关程度或相关性的度量。r2值高表明这两个变量之间的关联性越大。r2值越高，注塑过程中后期的切换不仅能产生较好的质量零件，而且能较好地反映出零件质量与模腔压力之间的相关性。换言之，随着填充腔中的百分比的增加，零件重量与腔压的相关性增大。模腔压力曲线投影面积以及模腔压力峰值所代表的特征如图2所示。
[0048]
其中，在步骤1中对实验平台进行搭建，如图3所示，所述步骤1中的搭建注塑成型
模腔压力测试平台包括注塑机、冷水机以及模温机，所述注塑机分别与冷水机、模温机相连接，注塑机模腔内安装压力、温度传感器，且传感器与熔融聚合物直接接触，对模腔压力进行实时监测，传感器又与信号采集系统相连接，将所采集到的信号传递到计算机数据处理系统，得到模腔压力曲线。
[0049]
模具为样条模具，样条尺寸如图4所示。
[0050]
实验所用到的实验材料为半结晶型聚合物pp(牌号5090t)。
[0051]
采用l
16
(43)正交试验即三因素四水平正交试验，共进行16组实验。正交实验改变的参数分别为熔体温度、模具温度、保压压力，如表1所示。
[0052]
利用电子天秤对所有试验样条进行称重，记录对应重量。
[0053]
表1正交实验工艺参数设置
[0054]
试验号熔体温度/℃模具温度/℃保压压力/mpa12103080221040903210501004210601105220309062204080722050110822060100923030100102304011011230508012230609013240301101424040100152405090162406080
[0055]
实验步骤：
[0056]
(1)打开注塑机、模温机以及冷水机，设置所需参数，参数稳定后进行试模，试模20模，待注塑机稳定后进行正式的正交试验。
[0057]
(2)每组实验完成后，收集实验样条以及对应模腔压力曲线数据。
[0058]
(3)实验样条在室温下冷却24h后利用实验样条裁剪器进行所需实验样条的裁剪。
[0059]
(4)裁剪完成后对每个实验样条、流道进行称重实验，并记录相关实验数据以便进行数据分析。
[0060]
表2和表3得出不同工艺参数组合下制品的平均重量是存在差异的，其中平均重量最重的是第10组实验，制品平均重量为614.946mg，其实验参数为：熔体温度230℃、模具温度40℃、保压压力110mpa；平均重量最轻的是第1组实验，制品平均重量为541.273mg，其实验参数为：熔体温度210℃、模具温度30℃、保压压力80mpa。第1组实验与第10组实验制品平均重量减少了12.18％。可以发现，注塑工艺参数对制品重量的影响很大。
[0061]
表2制品平均重量
[0062][0063]
表3制品平均重量
[0064]
试验号制品平均重量/mg模腔压力峰值/mpar21541.27352.7650.25472545.88661.4600.07643552.66667.3530.16994601.40672.8660.11385546.19363.3620.05286541.3256.0780.13467608.1873.2470.13558560.80668.0750.18199556.85368.3210.18210614.94673.9150.195911542.11358.1760.308912548.40063.7070.109213603.70074.5070.293514563.75369.0650.213315549.0466.3340.077616542.67359.4310.0682
[0065]
图5显示了模腔压力曲线投影面积、模腔压力峰值与制品重量之间的相关度，由图5可以看出两个特征值的r2值均大于0.75，说明两个特征值均与制品平均重量具有良好的
相关性。模腔压力峰值与制品重量的确定系数r2为0.7706，模腔压力曲线投影面积与制品重量的确定系数r2为0.8565，相关性最大。
[0066]
本发明有助于缩短成型过程的试模时间，这对于加工成型过程中，调节模腔压力，优化成型工艺，提升产品的质量有重要意义。
[0067]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。