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CN104608351B - 用于确定用于调节参数的额定值的方法和成型机 - Google Patents

用于确定用于调节参数的额定值的方法和成型机 Download PDF

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CN104608351B
CN104608351B CN201410756238.7A CN201410756238A CN104608351B CN 104608351 B CN104608351 B CN 104608351B CN 201410756238 A CN201410756238 A CN 201410756238A CN 104608351 B CN104608351 B CN 104608351B
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Abstract

本发明涉及一种用于确定在铸造工艺中的用于调节参数的额定值的方法，其中，至少一次在压力下将液相的铸造材料填入由两个模具半体形成的模腔(4)中，在填充模腔(4)期间在所述模具半体上施加合模力，其中，测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线，确定一方面所测量的变化曲线或由该所测量的变化曲线导出的参量与另一方面喷注工艺的参数之间的关系，从所述关系中确定用于调节参数的额定值。

Description

用于确定用于调节参数的额定值的方法和成型机
技术领域
本发明涉及到一种用于在浇注工艺中确定用于调节参数的额定值的方法以及一种成型机。
成型机在此可以理解为每一种适合用于在压力下将处于液相的浇注材料填充到模具腔中的机器。这特别是注射成型机、压注机、注射压缩机和类似的机器。
背景技术
下文中将阐述注射成型工艺的现有技术，其中出现的问题也可转用到其他的浇注工艺中。
在向模腔内喷注浇注材料时，例如使蜗杆或活塞向模腔的方向运动。作为用于这个运动的额定值预设信息可以是关于位移或时间的速度特性曲线、关于位移或时间的压力特性曲线、或关于时间的位移特性曲线。在实际情况下通常依次使用具有不同预设信息的不同阶段的组合。
特别的如下设计，首先实施速度受到调节的喷注阶段，并且然后实施压力受到调节的阶段(增压阶段)。在增压阶段之后进行冷却阶段(冷却时间)，在该冷却阶段中将模制件冷却到适合脱模的温度。
在注射成型工艺的这三个阶段中基本确定所制造的注射成型件的特性。在这些阶段中起作用的调节参数以及这些阶段的持续时间在过程技术方面具有重要的意义。例如用于这三个阶段的主要参数是：
喷注阶段：喷注速度特性曲线和切换点
增压阶段：增压特性曲线和增压时间
冷却阶段：模具温度和冷却时间
从喷注阶段到增压阶段的过渡可以在达到确定的位置、确定的压力，或者在经过确定的时间之后实现。该过渡在下文中也被称为切换点。由增压阶段到冷却阶段的过渡和冷却阶段的结束通常根据时间进行控制。
由速度受到控制的喷注过程到压力受到控制的增压阶段的过渡(切换)通常根据以下实现，即，一个确定的参量超过或低于阈值。在实际情况下通常例如使用蜗杆位置、喷射压力、喷注时间或模具内压力作为切换准则。理想情况下力求如下选择切换点，即，在切换时刻上基本保障填满腔的容积。速度受到控制的喷注过程主要用于充模，而之后的压力受到控制的增压阶段主要用于收缩补偿。如果切换完成得过早，则腔在接下来的压力受到控制的增压阶段中才被完全填满，由此这个过程非常容易受到材料粘滞性波动的影响。此外也可能在切换之后当模具还未完全填满时导致注射压力的明显下降。如果与之相反切换完成得过迟，则可能导致腔过满，从而导致猛烈的压力上升、过喷射、毛刺的产生、模具磨损的升高和其它不利的结果。对切换点的调节不是最优因此具有许多妨碍稳定生产的负面结果。
但是对切换点的最优调节在实际情况下不容易实现。通常需要借助所谓的填充研究，在该填充研究中，喷注工艺在速度受到控制的喷注阶段中在不同的时刻被提前中断并且已制造部件的填充度被评定。基于部分填充的部件则得到假想的最优切换点。这不仅仅浪费时间而且也不能一直保证得到期望的结果。即使在切换点终止喷注过程，也需要一定的时间直至喷射压力完全消失。在该时间段内向腔内输送另外的材料。因此不容易在已制造的部件上在切换时刻读取准确的填充程度。
在喷注速度方面存在类似的问题。当喷注速度高时由于体积流量的提高，喷射压力剧烈上升，而在喷注速度低时由于在喷注过程期间熔液的冷却，压力升高。
增压高度和增压时间同样是重要的。在该阶段内对由冷却成型件引起的收缩进行补偿，并切基本上同时确定已制造的成型件的尺寸。增压时间应尽可能大于所谓的密封时间。密封时刻是如下的时刻，即，成型件的浇口被如此冻结，使得材料不再能运输进入模具腔。当增压压力过小或者增压时间过短时，由于缺乏对收缩的补偿可能导致成型件上的缩孔或者收缩凹陷。如果增压压力和/或增压时间被调节到过大的值，那么从经济性和能量的方面看，这个工艺也不再是最优的。用于确定最小或者最优的增压时间的传统方法包括对称改变增压时间和测量已制造部件的重量，这又相对耗费时间。
冷却阶段同时决定成型件的轮廓精确性和变形。过短的冷却时间减小成型件表面的轮廓精确性或者可能导致变形增大。如果冷却时间长于所需要的时间，则生产率降低并且能量消耗增大。理想地，模具内压力在冷却时间结束时应该减小至至少接近环境压力。
此外如果增压时间和/或增压高度被调节得过小，则可能导致成型件在冷却时间期间由于收缩而不再与模具壁相接触(缩离(“wegschwindet”))，由此不再可以良好地传递热量。这降低了冷却的效率同时不必要地延长了所需的冷却时间。
通常在浇注工艺中找到用于调节参数的适当的值困难且耗费时间。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种方法，该方法能够简单地确定用于浇注工艺的调节参数的额定值。此外应该提供一种用于实施这种方法的成型机。
为此，本发明提出一种用于确定在浇注工艺中的用于调节参数的额定值的方法，所述调节参数涉及浇注材料的熔化、用所述浇注材料对模腔的填充和/或对填充到模腔中的浇注材料的冷却，其中，至少一次在压力下将液相的浇注材料填入由两个模具半体形成的模腔中，在填充模腔期间在所述模具半体上施加合模力，其特征在于，测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线，确定一方面所测量的变化曲线或由该所测量的变化曲线导出的参量与另一方面浇注工艺的参数之间的关系，和从所述关系中确定用于调节参数的额定值。
本发明还提出一种成型机，具有：用于在构成模腔的两个模具半体上施加合模力的合模单元；用于用浇注材料填充模腔的喷注单元；用于测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线的测量器，其特征在于，设置有与测量器相连的控制或调节装置，该控制或调节装置构造为用于确定一方面所测量的变化曲线或从该所测量的变化曲线导出的参量与另一方面浇注工艺的参数之间的关系并且从该关系中确定用于调节参数的额定值，所述调节参数涉及浇注材料的熔化、用所述浇注材料对模腔的填充和/或对填充到模腔中的浇注材料的冷却。
这通过如下方式实现，即，测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线，确定一方面所测量的变化曲线或由所测量的变化曲线导出的参量与另一方面喷注过程的参数之间的关系，并且从该关系确定用于调节参数的额定值。
在大多数情况下合模力相对直接地作为合模缸的液压压力或作为电合模驱动器施加到模具夹紧板上的那个力得到测量。但是也可考虑的是：例如测量合模单元或成型模具上的变形，所述变形标明合模力特性。所得到的表明合模力特性的参量的变化曲线之后为了本发明的目的不必换算成合模力本身，而是可以直接用于确定所述关系。
但是在下文中出于简单精确的目的涉及的是对合模力和合模力变化曲线的测量，其中专业人员始终知晓的是，测量例如与合模力具有已知的函数关系的、用于表明合模力特性的参量可以达到相同的目标。
作为浇注工艺的参数可以使用每个表明浇注工艺特性(例如合模力)的或在浇注工艺期间出现的参量(例如蜗杆位置)。
基于存在于机器上的测量值和传感器信号(特别是合模力)，可以借助根据本发明的方法得到用于浇注工艺不同阶段(特别是喷注、增压和冷却阶段)中的重要的调节参数的最优值，或者对所存在的调节进行检测并且必要情况下向操作者提供用于改进调节的相应指示。
在此对本发明不重要的是：在喷注或者增压阶段是否对运动进行控制或调节。同样不重要的是：为了将熔液引入模具空腔并在其内进行分配而使用的是蜗杆、活塞还是其它可运动的元件、例如注射成型模具中的冲压元件。所谓的特性曲线在最简单的情况下也可以仅仅包括恒定值。
根据本发明确定的用于调节参数的额定值可以以不同的方式得到进一步应用。一方面它可以由机器自动作为用于受到调节或者控制的运动的额定值。另一方面它也可以简单的作为对操作者的建议被显示，或当受到调节的额定值显著偏离根据本发明确定的额定值时，它可以显示警告信号。
需要注意的是，不一定必须在合模力变化曲线与相应的调节参数之间建立关系。在许多情况下会是有利的是：从合模力变化曲线导出的参量与调节参数建立关系。用于这些参量的实例是模具呼吸(Werkzeugatmung)、合模力变化曲线关于时间的导数、位置或另一独立的参量或类似参量。此外可以例如进行用于过滤振荡的傅里叶变换，或可以从合模力变化曲线中提取出单个的点(例如极值)。
本发明的一种优选的实施方式可以是：将时间参数相对合模力变化曲线或从合模力变化曲线导出的参量的对应性以及时间参数相对浇注工艺的参数的对应性用作所述关系。由于本来就与时间有关地测量成型机上的许多参数，所以这可以显示本发明的特别简单的实施。
本发明的另一种优选的实施方式可以是：将调节参数相对合模力变化曲线或从合模力变化曲线导出的参量的对应性用作所述关系。在许多情况下可以以这种方式特别简单地示出所述关系。
所谓的对应性可以优选地作为曲线或者图表示出(为此见附图)。但是特别地，当自动完成求得用于调节参数的额定值时，不必是这种情况。对此当在机器控制内部存在对应性时就足够了。
在本发明的另一种优选的实施方式中可以设定：为所测量的变化曲线或从该所测量的变化曲线导出的参量预设阈值或目标值，并且通过所述关系得到浇注工艺的参数的与该阈值或目标值对应的值，并且将该值确定为用于调节参数的额定值。当使用目标值时不需要与该目标值达到精确的一致。通常情况下，将达到目标值周围的值域作为条件。
但是也可以设定：通过所述关系得到浇注工艺的参数的值，该值对应于所测量的变化曲线或从该所测量的变化曲线导出的参量的极值并且将该值确定为用于调节参数的额定值。根据应该优化哪个调节参数以及使用合模力还是从中导出的参量，可以选择适当的准则，其中优选考虑需研究的关系的一般形式。
为了特别快地对调节参数进行优化可以设定：正好进行一个浇注周期，在该浇注周期中将浇注材料填入模腔中。
当关系复杂或在需要对额定值进行特别精确的调节时，可以设定：进行多个浇注周期，在这些浇注周期中将浇注材料填入模腔中，其中，在不同的浇注周期中改变调节参数。
根据应该为哪个调节参数寻找额定值，必须使用适当的浇注工艺参数，所述参数在一个浇注周期或多个浇注周期期间承受变动。
在一些情况下可以将调节参数本身用作参数。对此的例子是：
-喷注运动的喷注速度，
-增压高度，
-喷注缸的缸温度，
-模具温度，
-动压头，
-蜗杆转速，以及
-热流道温度。
用于可以通过改变其他参数进行优化的调节参数的例子是：
-喷注运动的在速度受到调节的阶段与压力受到调节的阶段之间的切换点，其中，蜗杆位置可以用作参数，
-喷注运动的密封点和/或终止时间点，其中，增压时间可以用作参数，
-增压时间，其中，时间参数用作参数，
-合模力，其中，当前的合模力用作参数，
-冷却时间，其中，时间参数用作参数，以及
-喷注压力极限，其中，喷注压力用作参数。
当然，在可以通过改变其它参数而确定的调节参数中也可能的是：通过改变调节参数本身来确定额定值。但是通过借助其它参数来确定额定值也可以实现的是，仅仅需要实施唯一一个周期，这可以决定性地缩短对浇注周期的调节。
在一种优选的实施方式中可以设定：在对成型机进行调节或控制时使用所述用于调节参数的额定值，其中，特别优选地额定值自动由实施浇注工艺的成型机的调节或控制装置接收。
附图说明
本发明的其他它优点和细节可以借助附图以及所属的附图说明得到。附图中：
图1a和1b示出用于阐明本发明的基本原理的假定的关于调节参数的关系；
图2示出用于得到切换点的不同关系；
图3示出用于得到喷注速度的一种关系；
图4a、4b和5示出变化的增压时间的不同合模力的变化曲线或者合模力差值变化曲线；
图6示出从图4和5得到的用于确定密封点的关系；
图7示出根据本发明的具有电合模驱动器的注射成型机器；
图8示出根据本发明的具有液压合模驱动器的注射成型机器。
具体实施方式
图1a示出从合模力变化曲线导出的参量S与参数P之间的假定关系，两个参量都与时间t相关地示出。在该情况下作为用于调节参数E的额定值E*的准则确定时刻，在该时刻，从合模力变化曲线导出的参量S具有作为极限值的最小值。该时刻被表示为t*。由此得到用于调节参数E的需求得的额定值为E*＝P*。
图1b示出从合模力变化曲线中导出的参量S与参数P之间的假定关系，参数P在这种情况下是调节参数E本身。作为用于选择用于调节参数的额定值E*的准则在这里预设最小值S*。用于调节参数的额定值E*＝P*则从这个关系中得到。
图2a示出一个试验系列的结果，其中在不同的切换时刻(通过蜗杆前室容积来参数化)观察到在切换时刻的力升高。通过预先确定的阈值(通过水平的虚线示出)可以自动限定蜗杆前室容积，其可以用作用于切换时刻的额定值。(在这种情况下第四测量点偶然地正好落在边界上。)
本发明的其中一个优点是，可以仅仅根据成型机器(不是成型模具)来选择至少用于多个浇注工艺的阈值，从而可以实现对浇注工艺的可靠调节，而不需要操作者在这方面具有多年的经验。
在图2b中示出额定值的另一种备选的确定方法。在上侧的图表中示出关于时间的合模力。在图2b的第二图表中示出关于时间的蜗杆位置。通过确定用于合模力的阈值可以找到用于蜗杆位置的相应的额定值。
图2a和2b的实施方式的不同点在于，在第一种实施方式中必须进行多个周期，而对于第二种实施方式而言仅需要进行一个周期。(因为由于蜗杆和喷注缸的为人熟知的几何结构，蜗杆位置可以换算为蜗杆前室的容积，所以通过根据本发明的两种不同的的方法确定的额定值大小相同。)
图3作为由合模力变化曲线导出的参量。示出与喷注速度相关的呼吸值(Atmungswert)(这意味着合模单元或模具由于喷注压力的原因的变形)作为额定值v*的标准这里预先设定曲线的最小值。
从合模力计算模具呼吸在预先确定有效的弹性常数下实现，该弹性常数描述成型机的合模单元在合模力和喷注压力下的变形。
图4、5和6涉及一种用于确定密封点的方法。为了示出图5的形成，在图4a和4b中一方面示出两个合模力变化曲线，另一方面示出两条合模力变化曲线的差值。合模力变化曲线的不同之处在于，在生成的时候采用不同的增压时间。图4b中清楚地是：合模变化曲线中的不同如何消除。通过稍微更长的增压时间可以将附加的浇注材料输送到腔中，由此腔中的压力升高并且因此合模力升高。自然也可以很容易地看出两条合模力变化曲线的最大值之间的略微的时间差，这同样是不同长度的增压时间的结果。
图5示出如图4b那样的多个合模力差值变化曲线。在此，以在0.2至2.6秒之间的增压时间实施浇注周期，这里相应使用0.2秒的时间步长。曲线是各合模力变化曲线之间的差值曲线，它们的特征在于0.2秒的增压时间差。
如可以看出的那样，从一定的增压时间开始显示出划一的差值曲线，仅仅差值曲线的最大值偏移增压时间差。由此可以推出的是，从差值曲线开始划一的时刻开始达到密封点。这在图6中展示得更为清楚，在该图中，分别相对增对时间示出最大值的差值，它们在这种情况下表示压力变化的速率。这里所使用的准则是，压力变化的速率落到低于一个阈值或者基本上消失。
如同从图6所示关系中可以看出的是，可以通过根据本发明的方法实现对密封点的简单且精确的确定。在本发明的另一种实施方式中设定：通过塑化蜗杆为增压压力特性曲线叠加一个变化的压力特性曲线。该压力特性曲线在达到密封点之前可以在合模压力变化曲线中清楚地看出。在达到密封点之后不再是这种情况，这是因为浇注材料在浇道中已经凝固。以这种方式可以确定密封点。
在图7和8中分别示出根据本发明的具有合模单元2和喷注单元3的注射成型机1，其中在第一种情况下具有电合模驱动器，在第二种情况下具有液压合模驱动器。
喷注单元3在该结构示例中具有塑化蜗杆5，通过它该塑化蜗杆可以将浇注材料、例如增塑塑料填入模具腔4中。模具腔4附近的最薄位置称为浇口9，在该最薄位置处，在填充的时候首先发生浇注材料的凝固。喷注驱动器6用于驱动塑化蜗杆5。
所谓的传感器以及喷注驱动器分别与控制或调节装置7相连。
蜗杆位置传感器可以通过喷注驱动器6内的旋转编码器实现。
其他的可以用于测量喷注射成型机1上的参数的传感器包括液压传感器12(图8)、用于测量由电合模驱动器施加的合模力的力传感器13(图7)、模具内压力传感器10、浇口9附近的压力传感器11和喷注压力传感器8。
力传感器13可以设计驱动器中的为应变计或扭矩传感器。

Claims (25)

1.用于确定在浇注工艺中的用于调节参数的额定值的方法，所述调节参数涉及浇注材料的熔化、用所述浇注材料对模腔(4)的填充和/或对填充到模腔(4)中的浇注材料的冷却，其中，至少一次在压力下将液相的浇注材料填入由两个模具半体形成的模腔(4)中，在填充模腔(4)期间在所述模具半体上施加合模力，其特征在于，
测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线，
确定一方面所测量的变化曲线或由该所测量的变化曲线导出的参量与另一方面浇注工艺的参数之间的关系，和
从所述关系中确定用于调节参数的额定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将时间参数相对所述所测量的变化曲线或从所述所测量的变化曲线导出的参量的对应性以及时间参数相对浇注工艺的参数的对应性用作所述关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将浇注工艺的参数相对所述所测量的变化曲线或从所述所测量的变化曲线中导出的参量的对应性用作所述关系。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为所述所测量的变化曲线或从所述所测量的变化曲线导出的参量预设阈值或目标值，并且通过所述关系获得浇注工艺的参数的与所述阈值或目标值对应的值，并且将其确定为用于调节参数的额定值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述关系获得浇注工艺的参数的值，该值对应所述所测量的变化曲线的或从所述所测量的变化曲线导出的参量的极限值并且将该值确定为用于调节参数的额定值。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，正好进行一个浇注周期，在该浇注周期中将浇注材料填入模腔(4)中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，进行多个浇注周期，在这些浇注周期中将浇注材料填入模腔(4)中，其中，在不同的浇注周期中改变浇注工艺的参数。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于喷注运动的在速度受到调节的阶段与压力受到调节的阶段之间的切换点的额定值确定为调节参数，其中，蜗杆位置用作参数。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于喷注运动的密封点和/或终止时刻的额定值确定为调节参数，其中，将增压时间用作参数。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于增压时间的额定值确定为调节参数，其中，时间参数用作参数。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于冷却时间的额定值确定为调节参数，其中，时间参数用作参数。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于喷射压力极限的额定值确定为调节参数，其中，喷射压力用作参数。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将喷注运动的喷注速度用作调节参数和参数。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将用于需制造的成型件的冷却时间用作调节参数和参数。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将喷注缸的缸温度用作调节参数和参数。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将模具温度用作调节参数和参数。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将动压头用作调节参数和参数。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将蜗杆转速用作调节参数和参数。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将至少一个热流道温度用作调节参数和参数。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将喷注运动的在速度受到调节的阶段与压力受到调节的阶段之间的切换点用作调节参数和参数。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将增压高度用作调节参数和参数。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将增压时间用作调节参数和参数。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将喷注压力极限用作调节参数和参数。
24.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在调节或控制成型机时使用用于调节参数的额定值。
25.成型机，具有：
用于在构成模腔(4)的两个模具半体上施加合模力的合模单元(2)，
用于用浇注材料填充模腔(4)的喷注单元(3)，
用于测量用于表明合模力特性的参量的至少一个变化曲线的测量器(8，10，11，12，13)，
其特征在于，设置有与测量器相连的控制或调节装置(7)，该控制或调节装置构造为用于确定一方面所测量的变化曲线或从该所测量的变化曲线导出的参量与另一方面浇注工艺的参数之间的关系并且从该关系中确定用于调节参数的额定值，所述调节参数涉及浇注材料的熔化、用所述浇注材料对模腔(4)的填充和/或对填充到模腔(4)中的浇注材料的冷却。
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