注塑机控制原理及实用工艺流程

实用文档IJC控制原理及注塑机工艺流程简介一、IJC控制原理：IJC控制器针对注塑机控制，主要有温度控制，类比输入控制，比例输出控制， 开关量输入输出控制四部分构成。注塑机温度控制是注塑工艺的重要参数，是塑化装置 的唯一外部供热，因此，料筒的温控技术将直接影响到制品的质量。类比控制是位置尺及 压力感测输入端，直接影响位置及压力控制的精准度。比例输出控制主要驱动注塑机的比 例阀，直接反应油路控制的灵敏度和精确度。开关量控制是反应输入接点状态及输出电磁 阀控制。二、注塑机的原理和功能结构：注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热, 使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下， 沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均 化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺杆的头 部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程， 然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压，将储料室内的熔融料通过喷 嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模机构的 作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下。注塑机作业循环流程如图1所示。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、 加热及冷却系统、安全监测系统等组成。1注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺 杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是， 在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定 的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔 中的熔料保持定型。注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递 装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。2合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在 模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力， 防止模具开缝，造成制品的不良现状。合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模 板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。3. 液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满 足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅 助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量， 从而满足注射成型工艺各项要求。4. 电气控制系统电气控制系统是注塑机的“神经中枢”系统，控制各种程序动作，实现对时间、位置、 压力、速度和转速等的控制与调节，由各种继电器组件、电子组件、检测组件及自动作仪 表所组成。电气控制系统与液压系统相结合，对注射机的工艺程序进行精确而稳定的控制 与调节。电气控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、及模 具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、可靠的低压模具保护、准确的开模定位等。另 一个需要精确控制的是影响注射工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度 等。(1) 开、闭环控制实现注塑机自动控制的方法分为两大类：第一类顺序控制，即：开环控制；第二类回 馈控制系统。一般对速度和压力的控制采用的是开环控制方式；对位移和温度的控制则是 回馈控制方式。a. 开环控制如系统输出量不与指定输入相比较，系统的输出与输入量之间不存在回馈通道，此种 称开环控制，如图2所示。此控制系统结构简单、组件少、成本低、系统容易稳定。由于 不对被控量进行检测，当系统受干扰时，被控量一旦偏离原有的平衡状态，再没有消除这 种偏关的功能，限制了系统的应用。开环控制系统中，当被控制对像给以设定值之后，则系统就会使被控制量(压力、速 度、转速、位移)得到实际值，并能经仪表显示出来。但是由于各种环境因素的干扰，会 使系统的给定值与实际值之间产生偏差，但无须再重新修正这个偏差，即系统自身对此偏 差无调节作用。给覽入控制器被控对象被控制量r -t.J c l：t)图2开环控制系统框图b. 闭循环控制把系统被控制量回馈到输入端，并与指定输入相比较，此为闭环控制，由于存在被控 制量经回馈环节至比较点的回馈通道，又称回馈控制，如图3所示。闭环控制系统的特点 是：连续地对被控量检测，把测得的实际值提前回馈到始端与给定值进行比较，将所得到 的偏差信号经控制器的变换运算和放大器的放大，对控制对象发出新的控制信号，使被控 量按照指定输入的要求去变化。受内部和外部信号干扰时，通过闭环控制，能自动地消除 或削弱干扰信号对被控对象的影响，有抗扰动功能。图3闭环控制系统框图控制系统的组成a.检测系统电器具有检测系统电器有行程开关、电子尺、热电偶等。(i) 行程开关行程开关邙限位开关)是以机械动作发出控制指令的主令电器。用于控制运动方向、 行程或位置保护。符号：SQ (LS)。行程开关由操作机构、触头系统和外壳等组成。我们所用的舜展卧式机的位移控制就 是此种行程开关。(ii) 接近开关接近开关(无触点行程开关)代替有触点行程控制和限位保护，也可用于高频计数、 液面控制等，具有稳定、可靠、寿命长、定位重复、适应较恶劣的工作条件等优点。符号:PRS今机立式机利用接近开关控制滑范本的行程。(iii)电子尺接头输出3 (+)电缆输出蓝色电子尺是一种电阻式的位移传感 器，有是也称为电阻尺。符号：P0S。黄色其工作原理是：采用可变电阻分压卡20 1(-)原理，将线位移转换成传感器的电阻变 棕色化，并变成电压信号传送。图4电子尺工作原理图 除舜展卧式注射机外，其它机型都是用电子尺对螺杆位移、模板位移、及顶出杆位移进行检测，从而对运动速度进行控制。(iv)热电偶热电偶是温度检测组件，用来对各处温度进行检测。符号是：BT T/C。其工作原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路， 当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，由于热电效应，两者之间产生电动势，在回 路中形成电流。即将工作端置于温度为t的被测介质中，另一自由端在t0的恒定温度下。 当工作端的介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势输入显示仪表、记录或 关入微机进行处理，获得温度值。热电势值与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关。 注塑机的料筒温度、喷嘴温度和油温的温度控制，都需要经热电偶检测后送入控制器中。b.执行系统电器注塑机用到的执行机构有：电磁阀线圈、加热线圈、电动机、接触器、报警灯、蜂鸣 召器等。C.逻辑判断及指令形成系统电器有各种控制器、显示器、按钮、拨码开关、电源器等。d.其它系统电器快速熔断器、变压器、导线、冷却风扇、电流表等。实用文档注射速度与注射压力的控制注塑机的注射速度控制包括两种含意：一个是对螺杆推进物料的速度进行开环或闭环 控制；一个是对螺杆推进速度同时进行位置和速度值的多级切换，称多级注射速度切换或 控制。同样，注塑机的注射压力控制也包括的是这两种含意：一个是对螺杆推进物料的压 力进行开环或闭环控制；一个是对螺杆推进压力同时进行位置和速度值的多级切换，称多 级注射速度切换或控制。注塑机对注射压力和速度控制的特点是：用电子尺检测位置信号与通过所设定的位置 信号进行比较，将比较信号输入给控制装置，实现在指定位置上的速度切换和压力切换。 速度值和压力值通过模拟量或数学量设定输入给控制装置，指令信号经放大输出给比例压 力流量阀，实现对流量和压力的控制，从而实现多级注射压力和速度的控制。如图5。设定-nr-.-1S图注射压力的切换有三段，各段的切换是由位置设定和位移传感器通过控制装置来同时 切换压力和速度；由射出切换为保压时，既可通过位移设定来切换，也可用时间来切换;保压有二段压力、两段速度，两段间的切换是用时间来切换的，因为进入保压阶段后，螺 杆位移量很小，不易控制。温度的控制与调节a.料筒温度控制注塑机料筒温度是注塑工艺的重要参数，是塑化装置的唯一外部供热，因此，料筒的 温控技术将直接影响到制品的质量。常用的注塑料筒加热段有三段、四段或五段。注塑机料筒与喷嘴温控的调节是闭环控 制方式，即通过热电偶检测与设定值进行比较，从而对加热电阻圈进行控制和调节。注塑机的温度控制与调节有四种基本形式：我厂注塑机用的是开关控制型式和比例微 分积分控制式。(i)开关控制(ON/OFF)型式 这种型式的热能转换组件是电阻加热圈，功率的输 出状态是开关形式，。图6是开关控制型式的输出状态及其温度特性曲线。从特性曲线可以看出，这种开关式的温度控制超调量大，温度波动大很不稳定。（ii）比例、积分、微分控制（PID）控制型式 是一种根据连续检测温度的偏差信 号，提高对温度的控制精度。由前所述，注塑机的料筒壁较厚，所以，在对料筒温度控制时，就要考虑热电偶检测 点的选择问题，因为在不同的检测点上其温度曲线有较大的差异的。如图8所示。曲线1检测点在料筒表面的温度曲线；曲线2检测点在料筒深部时的温度曲线；曲线3 工艺要求曲线，曲线1是热电偶1的温度-时间曲线，反应出温度波动大。但由于检测点 与控制点接近，有较高的温控灵敏度。曲线（2）是热电偶的温度-时间曲线，由于料筒热 惯性的原因，曲线要比曲线1滞后，但所指示的温度更接近于塑料熔体的实际温度。但是 两者均有较大的温度波动，与实际要求的有较大的偏差。另外，料筒温度的控制还与所选用的热电偶有关，尤其在对温度进行精确控制时，应 选用热敏性高、且质量稳定的热电偶。b. 喷嘴温度的控制与检测喷嘴温度也是在注塑工艺参数中应特别控制的一工艺参数，由于此处测得的温度更能 接近熔体的实际温度，所以对其的控制也日益受到人们的重视。一般情况下采用和料筒温 度相同的控制方式，目前，有些厂家用专门测量喷嘴的热电偶对喷嘴温度进行检测。相对来讲，因喷嘴处料筒壁较薄，热电偶检测点较接近熔体，测得的温度也较料筒温 度更接近熔体温度，对成型更具有指导意义。c. 油温的控制与检测由前述可知，对液压系统的稳定性和注塑制品质量都有重要的影响。所以一般注塑机 都设置有油温检测装置。在生产中，常用冷却水对液压油进行冷却以控制油温，却没有对油温进行检测。但在 注塑机操作温度页面中，则有油温检测，由此可见，油温检测是作为注塑机的一种可选功实用文档 能。（5）加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装 置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热 源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以 控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料 不能正常下料。（6）润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润 滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以 是自动电动润滑；（7）安全保护与监测系统注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、 限位开关、光电检测元件等组成，实现电气一一机械一一液压的联锁保护。监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测, 发现异常情况进行指示或报警。盟立IJC与其它主流控制器对比.控制器参数对比项目MH-9118(盟立)AK668 （弘讯）KePlast i1000 (KEBA)对比优势系统CPURISC 140MHzTMS320BC52PJ(16bit 20MHz)Celeron400MHz双高速CPU 控制人机CPUX86 300MHzXScale PXA255400MHz温度接口8段PID具有自动优化PID 参数功能 （SSR/继电器）8段PID控制（继 电器）8段 PID 具有自动优 化PID参数 功能（继电器）感温接口7段+1段油温7段+1段油温7段+1段油 温A/D 接口6组 16bits8组 14bits8组 14bits解析度咼4 倍D/A 接口4组 16bits4组 12bits6组 12bits解析度咼16 倍输入接口32点（可扩展至48 点）32点48点输出接口32点（可扩展至48 点）32点（可扩展至40 点）56点USB界面2组（程序更新， 画面及数据备份）1组CF卡（画面及 数据备份）1组（画面及 数据备份）可方便更新 程序资料通讯RS232/RS422RS232RS232/RS485屏幕8.4TFT(800*600)8.4TFT(800*600)8.4 VGA(800*600)画面65565色全彩65565色全彩65565色全 彩主机面板通 讯屏蔽网络线9PIN电缆线VGA线比其它接线 简便稳定特色稳定性高，操作简 便通用性广，操作简 便欧洲标准， 稳定二.控制器性能对比KEBA： KePlasti 1000采用单板控制器；适用于标准的液压注塑机；电流型模拟量输出可直 接控制比例阀；CAN总线扩展；USB接口可连接打印机，调制解调器，U盘等，通过Ethernet 接口实现互联；KePlast i2000采用模块化硬件结构，可模块扩展；应用于液压和全电动 注塑机。|3弘讯：AK668兰用单板控制器；适用于标准的液压注塑机；显示和主机控制独立，使用双CPU控制；画面更新及数据备份使用CF卡；电流型模拟量输出可直接控制比例阀；有16 组220V继电器输出接点（温度9点，马达3点，其它4点）；盟立：MH-9118采用单板控制器；适用于标准的液压注塑机；显示和主机控制独立，使用 双CPU控制；使用USB接口实现程序更新及数据存储；电压型模拟量输出，可使用比例驱 动板转换为电流型控制比例阀；MJ-9000S适用于液压及全电动注塑机，可实现伺服功能控 制（如伺服射出，伺服加料，伺服开关模）；IJC的应用机型和动作流程简介及特殊控制功能应用按合模部件与注射部件配置的型式可把注塑机分为卧式、立式、角式三大类（1）卧式注塑机：卧式注塑机是最常用的类型。其特点是注射总成的中心线与合模总 成的中心线同心或一致，并平行于安装地面。它的优点是重心低、工作平稳、模具安装、 操作及维修均较方便，模具开档大，占用空间高度小；但占地面积大，大、中、小型机均 有广泛应用。动作流程：合模 座进 k射出 *加料（同时冷却）k后松退 开模 顶进顶退一结束（2）立式注塑机：其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与地面垂直。具有 占地面积小，模具装拆方便，嵌件安装容易，自料斗落入物料能较均匀地进行塑化，易实 现自动化及多台机自动线管理等优点。缺点是顶出制品不易自动脱落，常需人工或其它方 法取出，不易实现全自动化操作和大型制品注射。以下是几种常用结构立式机（标准机， 滑板机，圆盘机）的动作流程。动作流程：标准机启动一 合模一 座进一 射出一 加料（同时冷却）一 后松退座退 一洩压 一开模 一顶进一 顶退 一结束滑板机（单滑）启动f 定位下 一右滑模 一 定位上 合模 座进射出一f加料（同时冷却）一后松退座退 泄压开模一f定位下一左滑模一 定位上 顶进 顶退 结束滑板机（双滑）左启动-一定位下一 左滑模定位上 左顶进 左顶退 1合模f 座进一射出一加料（同时冷却）一后松退 一座退f泄压一开模一结束右启动-一定位下 一右滑模定位上 一右顶进 一右顶退 合模一 座进射出加料（同时冷却）一后松退 一座退一泄压一开模一结束圆盘机（双工位）启动定位下滑模进 定位上顶进 顶退合模座进射出加料（同时冷却）后松退座退一泄压一开模一结束启动-定位下 滑模退 定位上顶进 顶退合模座进射出加料（同时冷却）后松退 座退一泄压一开模一结束圆盘机（单工位与滑板单工位一样）启动 定位下 滑模进 定位上 合模 座进射出 一加料（同时冷却）一后松退一座退一泄压 一开模 定位下 滑模退 定位上顶进 顶退结束(3) 角式注塑机：注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列。根据注射总成中心线与 安装基面的相对位置有卧立式、立卧式、平卧式之分：卧立式，注射总成线与基面平行, 而合模总成中心线与基面垂直；立卧式，注射总成中心线与基面垂直，而合模总成中心 线与基面平行。角式注射机的优点是兼备有卧式与立式注射机的优点，特别适用于开设侧 浇口非对称几何形状制品的模具。