陶永亮
【摘 要】模腔压力和温度是注塑成型的参数,对其自动监测过程有着重要作用。阐述了传感器在模具上工作原理、分类与应用等,旨在积极推广传感器在模具上应用,以提高生产率、降低成本、自动监控和优化注塑工艺。%Cavity pressure and temperature are the parameters of the injection molding.The automatic monitoring process has an important role.The sensors in mold working principle,classification and application,etc are discussed.The sensors are widely used in the mold to improve productivity,reduce cost,automatic monitoring,and optimize the injection molding process. 【期刊名称】《上海塑料》
【年(卷),期】2011(000)003
【总页数】5页(P22-26)
【关键词】传感器;注塑模具;应用
【作 者】陶永亮
【作者单位】重庆川仪工程塑料有限公司,重庆400712
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ320.663
在注塑成型过程中,正确掌握和精确控制模腔压力和模腔温度是成型高质量塑件十分重要的条件。对模腔压力或温度进行实时控制,并对其检测,优化了注塑工艺。而使用传感器是有效,精确地控制注塑模具的模腔压力/温度的重要工具。本文阐述传感器在模腔压力/温度的监测应用,以达到自动监控注塑过程质量。
1 传感器的基本原理
1.1 传感器的定义
国家标准GB 7665-87对传感器定义:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成”[1]。传感器是一种检测装置,能感受到 被测量的信息,并能检测感受到的信息。即:利用一定的物质(物理、化学、生物)法测、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换,并输出与输入严格一一对应的器件和装置均可称为传感器[2]。
1.2 传感器组成与分类
传感器种类繁多。其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,所以结构、组成差异很大。但总的来说,传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成,还有辅助电源,如图1所示。
图1 传感器组成框图Fig.1 Sensor composition diagram
敏感元件是传感器中能直接感受被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的物理量元件,是传感器的核心。转换元件是传感器中能将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的部分。测量电路又称转换电路或信号调理电路,其作用是将转换元件输出的信号进一步转换和处理,如放大、线性化、补偿等,以获得更好的特性,便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能[3]。传感器的分类五花八门。本文主要选择适合模具使用的压力传感器和温度传感器。
1.3 压力传感器
压力传感器主要是利用压电效应制造而成的,也称压电传感器。主要利用石英(二氧化硅)晶体是各向异性的,而非晶体是各向同性的。晶体介质,当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机械力撤掉之后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出电的效应,这就是所谓的极化效应[3]。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。
1.4 温度传感器
温度传感器是把冷端(与仪表相接的两端)与热端(要求测量的温度端)之间的温度差异转化为电动势(电压)的传感器。温度传感器两端均处于20℃环境温度下,在热端加热,要求仪表测量出加热端的温度。显然,这时热端(加热处)和冷端(接二次仪表的两端)有温度差,此温度差就会产生对应的电动势(电压),相应地也会产生电流。因所产生的热电势(电压)与测量温度呈一定的比例关系,仪表将温度差产生的电压转化为温度,温度值就会出现在仪表上[2]。
2 压力传感器控制模腔压力的使用方法
在模腔中常用的压力传感器有:直接型、间接型和非接触型。
2.1 直接型传感器
卷积编码直接型传感器是通过在模腔后面钻一个安装孔而插入模腔的。它的顶部与模腔的表面平齐,传感器前端直径为9.5 mm,6 mm,4 mm,2.5 mm或1 mm。尽可能选用前端直径大的传感器。传感器与熔体直接接触,测量精度非常高,其电缆则从模具中穿过而与位于模具外表面的监测系统接口相连接。这种传感器的优点是不会受到脱模时的压力干扰。传感器不能有预载,以保证传感器产生的信号全部来自于模腔压力。但是在高温条件下它很容易损坏,造成安装困难。如图2所示。
2.2 间接型传感器
烟饼图2 直接型传感器Fig.2 Direct type sensor
间接型传感器尽量安装在顶杆后面,顶针能够自由移动,是获取可靠测量结果的保证。安装孔尺寸精度非常重要,传感器不能有任何预载,才能确保顶针力顺利传递到传感器上。传感器顶部的推件销的大小决定了所需传感器的大小。由于顶杆的作用是向传感器传递塑料熔体的
压力,故不同的制品要采用不同尺寸的顶杆。选用合适尺寸的传感器,必须与顶针匹配。在使用间接型传感器时,还需考虑到顶针传递给传感器力的大小,从而选择合适量程的传感器,保证传感器受力均匀。如图3所示。间接型传感器是力传感器,力除以顶针面积,就是模腔压力。
2.3 非接触型传感器
非接触型传感器是应变传感器。通过螺纹固定在镶件内或安装孔内。模腔压力与模具变形量密切相关。传感器前端面必须和安装孔底部接触,安装时必须均匀地拧紧传感器,如图4所示。应变传感器安装在模腔后面的钢板内,不会在制品表面留下任何痕迹,不会影响模腔表面的温度场。非接触型传感器测量模具钢的应变,无需改变模具结构。通过测量的应变表示模腔压力,并用于成型监测。
染酸2.4 传感器安装位置
制造业采购(1)如果压力传感器的安装位置正确,则它能够为模塑商提供最大量有用的信息。除了一些特例以外,对于厚壁制品及无关键流动长度,用于控制模塑压力的传感器则应当安装在模腔的前
支的结构
三分之一处。该区域内的压力信号非常强,提供非常详细的信息,评估分析整个成型过程的特点,如图5(a)所示。
图3 间接型传感器Fig.3 Indirect type sensor
图4 非接触型传感器装配Fig.4 Nlon-contact sensor assembly schemes
(2)对于薄壁制品,在流程末端安装传感器,薄壁制品注射速率非常快,保压时间极短,工艺参数微小波动都会造成流程末端填充问题和尺寸问题。传感器要安装在流程末端[4],监测短射和尺寸波动,还能检测流程末端熔接痕等问题,如图5(b)所示。
(3)对于流程/厚度比值很大制品,如保险杠,由于内应力较大,因此,容易变形。安装两个传感器测量模腔压力下降,一个传感器安装在靠近浇口的位置,另一个传感器安装在流程的末端。通过这两个位置的压力差,监测浇口附近过填充的问题,如图5(c)所示。
图5 传感器安装位置示意图 (黑点为传感器位置)Fig.5 Schematic of sensor installation location(black for sensor position)
压力传感器有时安装在流道系统内,但是这会使传感器监测不到浇口的压力。需要强调的是,当注料不足时,模腔底部的压力为零[5]。因此,位于模腔底部的传感器就成为监测注料不足的重要手段。
3 温度传感器控制模腔温度的使用方法
无人机控制系统
按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类:接触型和非接触型。
3.1 接触型温度传感器
接触型温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触。通过热传导及对流原理达到热平衡,这时的示值即为被测对象的温度。该方法精度较高,并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布。使用这种传感器,在熔体接触传感器之前,温度传感器测量的是模具表面温度,接触之后,测量的是熔体接触温度。由于热塑性熔体冷却速率很快,温度传感器的迟滞,测量部位的接触温度要低于熔体温度。然而,接触温度的最大值能够间接地反映熔体温度。温度传感器包括探头、信号传输和接口组成[6]。其外形和压力传感器的基本相同,安装及位置可参照压力传感器的使用方法。
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