流体辅助共注成型中制品参数超声在线测量方法_2

文档序号:9908536阅读:来源:国知局
作为优选,步骤(3-2)、(3_22)中,采用二阶多项式拟合或三阶多项式拟合。
[0042]作为进一步优选,步骤(3-2)、(3_22)中,采用二阶多项式拟合。采用二阶多项式拟合,既保证相关度又减少计算量,相关度均在0.98以上。
[0043]作为优选,步骤(I)中,多次发射超声波,采集多组外界面反射回波O和内界面反射回波O;最终超声波在第i层塑料熔体中的传播速度为每组外界面反射回波O和内界面反射回波O得到的传播速度的平均值。同时,也可根据需要在塑料制品不同位置设置多个超声探头。步骤(I II)中,可采用游标卡尺测量表层壁厚h0。
[0044]对于辅助共注成型,一般情况下,表层塑料、中间层(如果有)、内层塑料材质不同,性质也不同,中间层塑料熔体、芯层塑料熔体注射入表层塑料熔体中时,对于某一层,超声波在该层塑料熔体外界面产生反射回波,在该层塑料熔体内界面发生反射回波,由两个反射回波可测量超声波在两界面之间的传播时间,即超声波在该塑料内的传播时间。另一方面,通过离线的方式将相同工艺条件下已制成的塑料制品截断,用长度量具测量超声探头对应点塑料制品的表层、中间层壁厚,可计算出超声波在塑料制品中的传播速度。用上述方法重新实时测量超声波在塑料制品中的传播时间,即可计算塑料制品的表层或中间层壁厚。
[0045]本发明的共注成型超声在线测量系统包括:超声检测装置、至少一个超声探头、模具、流体辅助装置和可进行两种以上塑料注塑的注射机。其中超声探头贴合安装在模具表面。超声检测装置可以是数字式超声卡,也可以是一体式的超声探伤仪。数字式超声卡用于控制超声探头发出脉冲超声波,还用于接收和采集特定的超声反射波。PC机对采集的超声信号进行处理,计算表层、中间层壁厚以及中间层、空心层长度。
[0046]与现有技术相比,本发明具有以下优点:塑料制品表层或其他各层壁厚和中间层、空心层长度的测量不需要破坏制品,具有无损测量的优点,通过超声波信号得到表层或其他各层壁厚和长度,不需要等制品制成后离线操作,可以进行实时在线的无损测量,操作简单,精度高。
【附图说明】
[0047]图1为流体辅助共注成型超声实时测量系统及超声传播示意图。
[0048]图2为塑料制品与模具内腔表面即将分离前的超声反射波信号图。
[0049]图3为空心层长度与厚度关系线性拟合结果图。
[0050]图4为空心层长度与厚度关系多项式拟合结果图:其中(a)为二项式拟合结果,(b)为三项式拟合结果。
[0051]图5为中间层长度与厚度关系线性拟合结果图。
[0052]图6为中间层长度与厚度关系多项式拟合结果图:其中(a)为二项式拟合结果,(b)为三项式拟合结果。
【具体实施方式】
[0053]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及示例性实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的示例性实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明的适用范围。
[0054]本发明以由两种塑料进行两层共注塑,以气体为辅助流体为例进行说明。
[0055]具体而言,如图1所示,为辅助共注成型注射机超声实时测量系统示意图。测量系统包括:超声检测装置、受超声检测装置控制的一个超声探头、注塑用模具、可进行两种以上塑料注塑的注射机以及气体辅助装置。
[0056]在本实施例中,超声检测装置由数字式超声卡和PC机组成,超声卡用于控制超声探头发出脉冲超声波,还用于接收和采集超声反射波,并将采集的超声反射波发送给PC机。PC机对采集的超声信号进行处理,计算表层、中间层壁厚和中间层、空心层长度。
[0057]在本实施例中,超声探头为纵波探头,脉冲超声波垂直于塑料熔体流动方向。
[0058]本实例中,表层塑料为HDPE(高密度聚乙烯),内层为PP(聚丙烯),没有中间层。本实例中,气辅装置注气压力为3MPa,注气延迟3s,流率7.41 cm3/s,料温210 °C。
[0059]图2中,LB表示超声波在模具内壁与表层模塑界面的第一次反射回波,LS表示超声波在表层塑料与内层塑料界面的第一次反射回波,LG为内层塑料与辅助流体界面的第一次反射回波。
[0060]1.表层壁厚、内层壁厚测量的具体实施步骤如下:
[0061 ] (I)在流动方向上,内层塑料熔体的一般位于辅助流体前方,在没有芯层塑料熔体的塑料熔体部分,没有LG产生;而在辅助流体前方端部,内层塑料熔体内壁一般为弧形结构,内层塑料熔体厚度是变化的,采用此时的第一次反射回波LS和LS时,计算得到的内层塑料熔体厚度误差较大,所以避免采用此时的第一次反射回波LG和LS计算塑料熔体厚度;表层塑料熔体与内层塑料熔体之间也存在着类似问题。实际操作时,可在第一次反射回波信号LB、LG和LS幅值稳定后(即前后两个时刻的幅值波动不大时,说明检测的塑料熔体已经形成稳定的壁厚)采集反射信号LB与LG,以及LG与LS之间的时间间隔△ t,为超声波在塑料制品中的传播时间。则表层壁厚、内层壁厚可由公式(I)计算:
[0062]h = l/2XVXAt (I)。
[0063]式中,h为塑料制品表层壁厚或者内层壁厚,V为超声波在表层塑料熔体或者内层塑料中的传播速度。超声反射回波信号如图2所示,本实例Atl = 1451.6404ns,At2 =1136.0664ns ο
[0064]—般情况下,由于高次回波对模塑界面情况有更高的灵敏性,在满足强度的情况下,可以选择第二次反射回波LB和LG、LS作为计算的根据;
[0065](2)步骤(I)中传播速度V的测量过程如下:
[0066](2-1)按步骤(I)测量超声波在三个界面的反射回波信号LB、LS和LG,可测量超声波在两种塑料HDPE和PP中的传播时间Atl和At2。本实例中Atl = 1467.4191ns,At2 =1120.2877nso
[0067](2-2)将被测量过At现已制成型的塑料制品在探头UT处截断,得到其横截面,用游标卡尺分别测量残余壁厚h。本实例中hl = l.8mm,h2 = l.42mm。
[0068](2-3)代入公式(I)计算超声波传播速度 Vl = 2453.29m/s,V2 = 2535.06m/s。
[0069](2-4)也可以进一步重复步骤(2-1)至(2-3),多次测量,求平均值得到超声波传播速度Vl和V2。
[0070](3)将传播速度 Vl = 2453.29m/s 和 V2 = 2535.06m/s,传播时间 At I = 1451.6404ns和At2= 1136.0664ns代入公式(I)计算HDPE和PP的残余壁厚分别为hi = 1.78mm和h2 =1.44mm η
[0071]经过验证,该制品在探头UT处截断后经数显游标卡尺测量,HDPE和PP两层的厚度分别为Hl = 1.8mm和Η2 = 1.42,误差在I %左右。
[0072]2.空心层长度测量
[0073]在辅助共注成型中,影响空心层长度的主要因素有:塑料熔体材料本身性能,材料体积百分比,辅助流体的压力和流量,模具的几何形状和模具温度。当其他工艺条件不变时,仅改变材料体积百分比,通过实验发现空心层的长度与空心层厚度之间存在相关性。针对同一个加工体系,将实验获得的9组空心层长度与空心层厚度的数据分别进行线性拟合和二、三阶多项式拟合,图3所示为线性拟合,相关度R2为0.9333,精度已经较高。图4中(a)和(b)所示分别为二阶多项式和三阶多项式拟合的结果,相关度R2分别为0.9859和0.9862,精度更高。为既保证相关度又减少计算量,因此采用二阶多项式拟合
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