一种基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法及设备与流程

本发明属于外部气体辅助注射成型技术领域，具体涉及一种基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法及设备。

背景技术：

近年来，随着注塑成型技术的迅速发展，社会各界对注塑产品的要求越来越高，在要求注塑产品更轻、更薄的同时，还希望注塑产品能够拥有比较好的表面质量，并且达到一定的强度、刚度要求。然而，传统注塑成型生产的制品有许多缺陷，如某些带加强筋注塑制品会产生缩痕，从而影响表面质量；翘曲变形也会改变注塑制品的形状等。

为了解决传统注塑成型所存在的问题以及满足社会和工业上的特殊需要，许多关于注塑成型的改良技术不断涌现，比如快速变模温、气体辅助注射、微发泡等注塑成型技术。外部气体辅助注射成型（简称：“外辅”）就是其中的技术之一。外辅是在内部气体辅助注塑技术的基础上提出的一种改良方法，在熔体完全填充型腔后，将一定压力的气体从外辅设备中均匀注入到模具型腔表面与充填阶段形成的塑料凝固层之间，并保持一定的压力。气体在该塑件表面建立起保护层，完成注塑成型的保压和冷却过程。该技术能消除缩痕、减少翘曲变形、提高产品精度，高效的生产出良好表面质量的产品，同时大大降低保压压力，从而可以采用合模力较小的注塑机生产较大尺寸而变形小的产品，达到降低生产成本的目的。此外，外辅不需要传统气体辅助注射成型所必须具备的较大尺寸气道结构，可不改变产品结构，反而可以进一步改善产品各部分壁厚来改善强度、节省材料，技术适应面广。

塑料在热与力的作用下，从室温的玻璃态经历高弹态转变为粘流态，注入具有一定形状的封闭模腔，然后在模腔内逐渐冷却，从粘流态返经高弹态转回玻璃态，最后形成与模腔形状一致的制品。在注塑成型中，型腔压力是时刻改变的。熔体刚注入型腔时，型腔压力会急剧上升，直至注塑结束达到峰值。塑料从粘流态冷却至玻璃态的过程中，各个聚集状态在厚度方向上是分为若干层的，熔融塑料首先接触到较低温度的模具型腔，在表面形成冷却凝固层。随着成型过程的进行，冷却凝固层向内逐渐推进，同时塑料也从熔融状态冷却至固态，在这一过程中塑件体积减少，塑料与型腔之间的空隙体积变大，型腔内的压力下降。因此，塑料保压冷却的过程中，冷却凝固厚度变大的同时，型腔表面内的压力会下降。型腔表面压力的变化与冷却凝固层的厚度变化直接相关。

在外辅成型中，气体注入时间要与冷却凝固层厚度相匹配。保压冷却的前期，冷却凝固层温度较高，厚度相对比较薄，因此强度较低，若此时在模具型腔表面和冷却凝固层之间注入气体，带压力的气体会导致塑件表面凹凸不平甚至击穿塑件，无法达到高质量表面塑件的要求。而随着保压冷却的进行，温度逐渐降低，冷凝层逐渐变厚，强度不断上升。如果外部气体注入时间过晚，由于绝大部分的熔体已经冷却到塑料的玻璃态温度之下，从外部注入的带压力气体对冷却凝固层已基本没有推动作用，达不到外部辅助注塑要求的气体保压效果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法及成型设备，它能解决现有设备判断注气时间方法的复杂性和注气时间判断的不准确性以及外辅成型设备容易现气体击穿塑件或者无法显著消除缩痕等问题。

所述的一种基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于包括以下步骤：

1）采集成型过程中的型腔与塑件表面之间的压力信息

在模具型腔表面安装压力传感器，实时采集型腔和塑件表面之间的多点温度数据，并将测得的压力数据传输给压力处理装置处理；

2）建立压力-时间参照基准

压力处理装置将所检测到的型腔和塑件表面之间的压力信号进行处理后转化为电信号，传输至控制装置进行处理，控制装置根据接收到的压力数据及接收时间，将压力数据建立制作成压力-时间坐标图，并对坐标图中时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到所对应的压力区域，将每个压力-时间区域设定为理想的注气压力-时间区域，作为参照基准；

3）选择合适的注气时间区域

选取一组注塑中的塑件，在塑件注塑成型过程中，控制装置将步骤2）得到的参照基准中的各个区域信号分别反馈至对应的每个气辅控制装置的气辅压力调节装置输入端，气辅压力调节装置将得到的信号经过输出端发送给气体压缩机，控制气体压缩机送出对应压力的气体进入储气罐中储存，打开气辅开关装置，将储气罐的气能进气通道和气针对塑料进行注气，注气结束后，出模各个取件，通过测量装置测量各个压力-时间区域所对应塑件的缩痕深度值，将缩痕深度值最小的时间作为合适的注气时间区域；

4）在批量注塑塑件时，将步骤3）得到的注气时间区域的时间作为注气时间，即在注塑完成后，冷却至注气时间区域的时间后，进行注气，辅助成型。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于时间间隔的划分依据：选取保压冷却前期阶段进行划分。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于压力传感器实时监测型腔和塑件表面之间的变化，并将每个压力信号传输给压力处理装置，经压力处理装置进行转换成电信号传输至控制装置。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于控制装置包括信号接收装置，数据处理装置和信号传输装置，信号接收装置接收来自压力处理装置的压力信号，由信号处理装置建立成型过程中压力随时间变化的统计模型，并将数据绘制成压力-时间坐标图，并对时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到对应的压力区域，将各个压力-时间区域设为理想注气区域，再通过信号传输装置依次将设定的理想注气区域信号传输至气辅控制装置，由气辅控制装置参数进行外辅注气。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于气辅控制装置接收控制装置传输的信号来控制气体压缩机输出相应压力的高压气体，来完成外部气体注入的过程；气辅压力调节装置用于调节气体压缩机的参数，来生产成不同压力的气体，气辅开关装置控制是否注气。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法的外部气体辅助注塑成型设备，包括注塑模具，所述注塑模具设有浇口套，浇口套顶部设有定位圈，所述注塑模具设有型腔、气针、进气通道、推杆及压力传感器，其特征在于压力传感器与压力处理装置信号连接，压力处理装置依次连接控制装置和气辅控制装置，气辅控制装置通过进气通道连接气针，气辅控制装置内的压缩气体通过气针进入型腔内部。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法的外部气体辅助注塑成型设备，其特征在于气辅控制装置包括气辅压力调节装置、气体压缩机、储气罐及气辅开关装置，所述气辅压力调节装置输入端与控制装置信号连接，气辅压力调节装置输出端连接气体压缩机，气体压缩机与储气罐、气针通过进气通道连接，气辅开关装置设置在储气罐与气针之间的进气通道上，用于控制气针出气。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法的外部气体辅助注塑成型设备，其特征在于气针包括4个，气针均匀间隔螺纹连接在注塑模具本体内部，气针端头位于型腔下表面。

所述的基于压力测量的外部气体辅助注塑成型方法的外部气体辅助注塑成型设备，其特征在于压力传感器表面设有螺纹，通过螺纹设置在注塑模具本体内，用于监测型腔与塑件表面之间的压力变化。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明采用基于压力测量的外部气体辅助注塑成型设备，包括注塑模具，所述注塑模具设有浇口套，浇口套顶部设有定位圈，注塑模具设有型腔、气针、进气通道、推杆及压力传感器，压力传感器与压力处理装置信号连接，压力处理装置依次连接控制装置和气辅控制装置，气辅控制装置通过进气通道连接气针，气辅控制装置内的压缩气体通过气针进入型腔内部。本发明通过将压力测量同现有的设备进行整合，得到一整套可以合理判断注气时间的设备，提高了生产加工效率，解决现有设备判断注气时间方法的复杂性和注气时间判断的不准确性等问题，同时也改善了塑件的表面质量，提高了产品质量；

2）本发明通过采用限定的外部气体辅助注塑成型设备进行注塑成型，通过将近代和传统数学方法相结合的方法来建立压力随时间变化的关系图，即将压力数据制作成压力-时间坐标图同时对坐标图中部分时间横轴按照相同的时间间隔行分割，找到所对应的压力区域并以计算机技术显示出来。控制装置将各个压力-时间区域设定为理想的注气压力-时间区域，在之后的注塑成型中将各个区域信号依次分别反馈至气辅控制装置，气辅控制装置根据区域信号中的时间信号对模具进行注气。出模取件后，冷却至常温，测量装置测量各个区域所对应塑件的缩痕深度值，通过测量装置测量各个区域所对应塑件的缩痕深度值，比较该值来修正最为合适的注气时间区域，并将该注气时间区域应用于之后的大规模生产实践中。该方法可以将加强筋背面或厚壁部分表面出现的缩痕减少到最小，使塑件另一面达到较高的表面质量。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2为本发明在没有外部气体介入的情况下所得到的型腔压力与时间曲线关系图。

图中：1-浇口，2-型腔 ，3-压力传感器，4-进气通道，5-推杆， 6-气针，7- 浇口套，8-定位圈，9-压力处理装置，10-控制装置，11-气辅压力调节装置，12-气体压缩机，13-储气罐，14-气辅开关装置，15-气辅控制装置。

具体实施方式

以下结合说明附图具体阐述本发明的实施过程，但本发明的保护范围并不仅限于此：

如图1所示，本发明的一种基于压力测量的外部气体辅助注塑成型设备，包括注塑模具本体，所述注塑模具设有浇口套7，浇口套7顶部设有定位圈8，所述注塑模具设有型腔2、气针6、进气通道4、推杆5及压力传感器3，压力传感器3与压力处理装置9信号连接，压力处理装置9依次连接控制装置10和气辅控制装置15，气辅控制装置15通过进气通道4连接气针6，气辅控制装置15内的压缩气体通过气针6进入型腔2内部。压力传感器3位于型腔2内表面，用于实时监测型腔2与塑件表面之间的压力变化，压力传感器3与压力处理装置9信号连接，压力处理装置9依次连接控制装置10和气辅控制装置15，气辅控制装置15包括气辅压力调节装置11、气体压缩机12、储气罐13及气辅开关装置14，所述气辅压力调节装置11输入端与控制装置10信号连接，气辅压力调节装置11输出端连接气体压缩机12，气体压缩机12与储气罐13、气针6通过进气通道4连接，气辅开关装置14设置在储气罐13与气针6之间的进气通道4上，用于控制气针6出气。

如图所示，本发明的工作过程如下：在注塑完成后，压力传感器3实时检测型腔2与塑件表面之间的压力变化，并将其压力数据反馈至压力处理装置9，由压力处理装置9对收到的压力信号的处理，即将型腔2内表面的压力传感器3所测得的压力信号进行转变后发送至控制装置10，控制装置10将实时接收到的来自压力传感器3的压力信号进行处理，建立注塑产品成型过程中压力与时间变化的统计模型，并以时间为横坐标、压力为纵坐标，将对应的压力与时间绘制成压力-时间坐标图，并对横轴时间按照相同的时间间隔进行分割，找到对应的压力区域，将各个压力-时间区域设为理想注气区域，再选一批注塑塑件进行平行实验，从中选出合适的时间区域，即在塑件注塑成型过程中，控制装置将得到的参照基准中的各个理想注气区域信号分别反馈至对应的每个气辅控制装置的气辅压力调节装置输入端，气辅压力调节装置将得到的信号经过输出端发送给气体压缩机，控制气体压缩机送出对应压力的气体进入储气罐中储存，打开气辅开关装置，将储气罐的气能进气通道和气针对塑料进行注气，注气结束后，出模各个取件，通过测量装置测量各个压力-时间区域所对应塑件的缩痕深度值，将缩痕深度值最小的时间作为合适的注气时间区域；批量注逆塑时，将得到的合适注气时间区域作为注气时间区域，即注塑完成后，先冷却至注气时间区域的时间（如注气时间区域为3-5s，则先冷却3s后，再进行注气，保证在3-5内外部气体已经作用在塑件表面即可），再将设定的理想注气区域信号传输至气辅控制装置15的气辅压力调节装置11，通过气辅压力调节装置11控制气体压缩机12的压缩气体的压力，使气体压缩机12输入相应压力的压缩气体存至储气罐13中，打开气辅开关装置14，将储气罐13中的相应压力的气体经进气通道4和气针6进行注气，即采用气辅压力调节装置11灵活的调节气体压缩机12的压力参数，来生产成不同压力的气体，再通过气辅开关装置14来控制是否向外部注气，反应灵敏迅速，它通过合理将压力检测技术用到了外辅成型设备中，既能判断合适的注气时间，提高了生产加工效率，解决现有设备判断注气时间方法的复杂性和注气时间判断的不准确性等问题，同时也可以有效的去除了塑件表面缩痕，提升了产品质量。

实施例1：

如图2所示，该示意图是在没有外部气体介入的情况下所得到的型腔压力与时间曲线关系图。图中t₁-t₂代表注塑阶段，当熔融塑料刚开始进入到型腔中，型腔空间体积变少，由于熔融塑料注塑速度较快，故型腔压力迅速增加，在注塑后期阶段，熔融塑料注塑速度变慢，型腔压力缓慢增加。t₂-t₉为保压冷却阶段，控制装置在该阶段对保压冷却的前期按照相同的时间间隔进行分段，以此得到t₂-t₃；t₃-t₄；t₄-t₅；t₅-t₆；t₆-t₇；t₇-t₈共六个阶段，t₉表示脱模取件操作，取件后塑件冷却至室温利用测量装置测量塑件表面缩痕值，并进行记录。之后开始进行第二次注塑成型，注塑前期操作均一致，外部气体在t₂-t₃开始介入，对模具进行注气保压，取件后塑件冷却室温利用测量装置测量塑件表面缩痕值，并进行记录。采取同样的方法依次在t₃-t₄；t₄-t₅；t₅-t₆；t₆-t₇；t₇-t₈内进行外部气体辅助成型，记录各个塑件的表面缩痕值。最后比较各个塑件的缩痕值，从而确定最终的注气时机。缩痕最小值所对应的注气时机为最后大批量生产所需的理想注气时机。当时间间隔约小时，所划分的时间段越多，所对应的注气时机越理想，产生的缩痕值越小，最大限度的提升了产品质量。

本发明所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也仅仅于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。