摘要：本文介紹注塑成型的工藝過程，根據(jù)注成型工藝，結(jié)合TrustPLC? CTS7-200系列PLC的特點(diǎn)，描述了注塑成型控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。
一、注塑機(jī)介紹
注塑成型是將材料熱融化后噴射注入到模具內(nèi)，經(jīng)由冷卻與塑化后得到成形品的方法,而注塑機(jī)就是完成這個(gè)過程的設(shè)備。注塑機(jī)集機(jī)、電、液于一體的典型系統(tǒng)，因具有一次能夠成型復(fù)雜制品、后加工量少、加工的塑料種類多等特點(diǎn)，自問世以來，發(fā)展極為迅速，目前已成為塑料成型加工的主要設(shè)備。
1．注塑成型工藝
注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力馬達(dá)作用下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，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桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲(chǔ)料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。
工藝流程圖：
注塑機(jī)結(jié)構(gòu)圖：
2．注塑機(jī)控制特點(diǎn)
2.1合模
合模過程可分為三段，先是低壓高速，等模具接近閉合時(shí)轉(zhuǎn)換成低壓高速，完全閉合后以高壓鎖模。
2.2注射
注射過程分為兩個(gè)階段，第一階段是把熔融物料高速的注射入模具中的階段,此時(shí)的壓力稱為注射壓力，第二個(gè)階段是材料充滿模具后所加的壓力稱為保壓壓力。
注射壓力過低會(huì)引起充填量不足的情況。壓力過高可使制件的密度增大,收縮率減小，但過高的話則會(huì)使制件產(chǎn)品毛邊或發(fā)生較大的殘留應(yīng)力，有時(shí)還會(huì)使制件脫模困難。因此在調(diào)試產(chǎn)品的時(shí)候,應(yīng)從低壓開始并逐漸地提高，以確定合適的一次注射壓力。
保壓壓力是在物料充滿模腔后至冷卻固化后作用于物料上壓力，在保壓壓力作用的整個(gè)時(shí)間稱為保壓時(shí)間。它的作用是在防止毛邊的發(fā)生和過度充填的基礎(chǔ)上把伴隨著冷卻固化中因收縮引起的體積減小的部分從噴嘴用融融料過行不斷地補(bǔ)充，以防止制件因收縮而產(chǎn)生的縮痕(縮水)。其它壓力設(shè)定一般比一次壓力低。
2.3背壓壓力
在進(jìn)入下一次注射前螺桿將通過旋轉(zhuǎn)把熔融物料輸送到料筒的前部加以儲(chǔ)備，此時(shí)螺桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊將料輸送到料筒前部的熔融物產(chǎn)生的反壓力而后退。為了調(diào)整和控制螺桿后退的方式，可在螺桿上加上一定的和熔融物料相反的壓力，這就是背壓。螺桿背壓可以提高材料的熔融的效果，同時(shí)也可以保證使熔融物料在螺桿前部的完全充滿，以提高注射計(jì)量的正確性。但背壓過高，將引起物料處理能力的下降，還將使物料因摩擦熱增加而引起溫度上升。相反，背壓過低會(huì)引起注射量的計(jì)量不準(zhǔn)。
2.4料筒溫度
對料筒的溫度設(shè)定時(shí)，一般是使之保持一定的溫度梯度，即從后部至前部的射嘴應(yīng)設(shè)定使其溫度逐步增高。首先在送料段所設(shè)定的溫度主要是對物料進(jìn)行預(yù)備加熱，壓縮段的溫度應(yīng)高于材料的溶點(diǎn)，尋找和考察其物料的最佳溫度可進(jìn)行2-3℃范圍的小幅度調(diào)節(jié)。
2.5模具溫度
模具溫度低，模腔內(nèi)的物料冷卻快，提高了成型作效率。但模溫過低容易引起制件品質(zhì)問題，如流痕、縮水、熔合線等。
模具溫度高，由于冷卻慢可以使結(jié)晶度變大，有利于提高和改善其制件的尺寸精密度和機(jī)械物性等。
2.6注射速度
注射速度可以為溫度壓力以外的調(diào)機(jī)手段，它能對物料粘度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。通過注射速度的控制和調(diào)整，可以防止和改善制件外觀，如：毛邊、噴射痕、銀紋或焦痕等各種不良現(xiàn)象。
二、控制方案
注塑機(jī)的控制內(nèi)容主要有機(jī)筒溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度、保壓壓力、背壓壓力和位置控制等。在控制裝置上，采用小型可編程邏輯控制器PLC組成注塑機(jī)的控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)包括位置控制、速度控制、壓力控制、溫度控制、故障控制和實(shí)時(shí)顯示等注塑全過程的多種控制，可大大提高塑料制品的質(zhì)量，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。
溫度控制采用TrustPLC? CTS7-200系列PLC的EM231 PID溫控模塊。該模塊專門為溫度控制應(yīng)用量身訂制的，內(nèi)置PID溫控算法，用戶無需編程即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的閉環(huán)溫度控制，減輕了CPU的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，控制速度更快，效果更出色。另外該模塊使用特別方便，只需將設(shè)定溫度和初始PID參數(shù)送給模塊，模塊便可自行進(jìn)行PID控制并與CPU進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。
壓力流量控制采用閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)壓力和流量反饋信號來分別控制比例壓力閥和比例流量閥動(dòng)作。在液壓系統(tǒng)中，采用比例流量閥和比例壓力閥，對工業(yè)環(huán)境要求不高，油路不公更廣泛地適應(yīng)注塑制品加工的工藝條件，促進(jìn)注塑制品質(zhì)量的提高，而且能利用系統(tǒng)調(diào)整工序中所需的壓力和流量，節(jié)省了功率消耗。
位置控制采用電子尺和行程開關(guān)結(jié)合的方式。電子尺信號通過CTS7-200系列高速高精度模擬量輸入模塊231-7HC22采集。231-7HC22模塊是針對電子尺推出的產(chǎn)品，其精度高達(dá)16位，單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間小于200us，而且模塊本身提供1路10VDC電源輸出。
三、CTS7200系列產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例
某精密機(jī)械有限公司是一家專業(yè)制造PET注塑系統(tǒng)的公司，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于如海口椰樹、中富集團(tuán)、健力寶集團(tuán)、樂百氏、四川全興、汾煌等知名制造企業(yè)。下面介紹一下其HYP系列注塑機(jī)的控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，包括三套PLC。第一套PLC主要用于實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、壓力控制，另兩套PLC主要用于實(shí)現(xiàn)溫度控制。CPU采用西門子SIMATIC S7-200系列的CPU226和CPU224，擴(kuò)展模塊采用TrustPLC? CTS7-200 系列擴(kuò)展模塊，方案用小型機(jī)的投資實(shí)現(xiàn)了中型機(jī)的控制規(guī)模，性價(jià)比極高。
人機(jī)界面采用西門子的OP270，與三套PLC組成MPI網(wǎng)絡(luò)。大屏幕彩色液晶顯示方便地實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視及操縱，且美觀大方、操作方便。功能完善的射膠及塑化控制，可選擇實(shí)現(xiàn)射膠速度、保壓、背壓以及螺桿速度的自適應(yīng)閉環(huán)控制。專業(yè)的品質(zhì)統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種重要數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行質(zhì)量管理。
