精密注塑机与普通注塑机区别（全电注塑机和油压注塑机）

注塑机位置和时间有什么区别 全电动注塑机与精密注塑

精密注射成型一直是胶料加工领域研究的课题，注塑行业内精密注射的判定标准是塑胶制品的质量重复精度高于3‰。目前国内市场上主流的伺服油压注塑机的射台部份是通过液压油缸和液压马达作为执行单元实现射胶和熔胶动作，利用压力传感器实现液压油的压力监控，伺服控制器通过监测执行单元的油压压力值动态调整伺服泵的输出来获得系统的压力值和流量值，其工作原理如图1所示。

由于液压泵和执行单元之间靠长距离的管路连接，所以液压执行单元的获得的液压油压力值和流量值会相对滞后，一般伺服液压稳态响应时间在100ms左右，反应较慢。人们在利用油压注塑机生产精密塑料制品时，常常会在执行单元附近安装伺服阀，通过伺服阀的快速响应和闭环控制性能来调节执行单元液压油的压力值和流量值，但是伺服阀的作用对象仍然是液压油，液压油的性能受温度、黏度、清洁度影响很大，很难精准控制液压油的压力和流量，所以设备的硬件限制导致液压注塑机很难实现真正的精密注射。

图1

为了满足塑料制品高标准的质量性能，实现精密注射，人们开发了全电动注塑机或者油电混合注塑机，它们的共同点就是射台各部分动作都采用伺服电机作为动力执行单元来完成，例如，射胶动作由射胶伺服电机驱动实现，熔胶动作通过熔胶伺服电机驱动实现。伺服电机通过安装在电机内部的编码器来实现速度检测，编码器的分辨率能达到10000线，即电机运转一周能够实现10000次检测，能够精准控制注塑螺杆的速度值，实现位置控制精度小于0.01mm。

伺服电机的压力值通过伺服控制器输出电流来实现，伺服电机输出的扭矩值与输入的电流成正比，即使在开环的情况下，也能通过对输入电流的调节获得精准的压力值，况且伺服电机都为闭环控制，能够依据实际的负载自身调节电机扭矩而实现精准的压力调节。而且伺服电机响应时间在30ms以内，在精确实现压力速度切换的同时，还能够减少注塑螺杆实际动作过程中的波动，使得完全闭环控制容易进行，常规的全电动射台控制示意图如图2所示。

一般来说，要实现胶料的精密注射还需要要考虑以下几个方面：胶料的加工性能、注射成型工艺和闭环的过程控制。其中，全电动射台能更好的满足注射成型工艺和闭环过程控制需求，是实现胶料精密注射成型的保证。

塑料的加工性能

胶料在熔融态和固态都表现出复杂的流变特性，其热力学性能由于材料化学结构繁复、种类繁多，在树脂合成、配置、共混过程中采用多种物理和化学手段，所以不同胶料或者相同胶料不同生产厂商的加工性能会有偏差，有的偏差甚至还很大，所以对于胶料的成型，一定要首先关注胶料的加工性能，并且依据胶料的加工性能选择合适的加工成型工艺。胶料的关键加工性能如表1所示。

注射成型工艺

注射成型工艺一般分为胶料计量和注射填充两部分，任何一部分出现偏差都不可能实现真正的精密注射成型。

胶料计量过程主要由胶料温度控制，塑化螺杆的类型以及背压几方面决定。

胶料温度控制：胶料温度控制是精密计量的关键参数，胶料的加工性能如粘度、熔体强度、粘弹性等等都会随温度的变化而变化，这些关键的胶料性能又能够影响到制品的重量以及注塑工艺的压力、速度调整，所以保证合适的胶料温度稳定性非常重要。一般来讲，料温波动太大会导致胶料熔融粘度不均匀导致胶料的加工性能变差，严重时会引起材料热降解损坏胶料。

在电动射台的注射成型机上，PID控制都被用于料筒和射嘴的温度控制，稳态的温度波动在±0.3℃以内，能够很好的控制料筒的辐射温度。随着塑化过程螺杆后退，全电动射台的PID控制和精确计量性能能够在料筒的不同位置实现对应螺杆区域的温度和压力曲线闭环控制，确保熔融胶料的温度稳定性。

塑化螺杆的类型及螺杆转速：塑化螺杆的类型和螺槽深度在胶料计量上起着非常关键的作用。对于理想的塑化系统，螺杆能够在较高的转速下塑化得到高质量的熔体，并且可以在宽操作区域下很好工作，消除可能造成物料停留延长和降解区域。

一般来说，较低的螺杆转速有利于胶料的更好熔融混合，所以在满足制品生产率的前提下应该尽量降低螺杆转速，因为伺服电机计量过程能够精确控制计量的停止时间和位置，在塑化过程中更加利于胶料的精密计量控制。

随着熔融的进行，熔融胶料部分的宽度将会增大，固体胶料部分的宽度则会减小，由于熔融胶料在料筒内的流速差，一般会在储料腔内沿径向形成三层胶料对流，全电动射台精确切换不同螺杆位置的转速产生的流速差能够使熔融胶料的混合更加均匀。另外，根据不同胶料的加工性能实现不同的螺杆的变螺棱设计有助于胶料的精密注射成型，常见的变螺棱螺杆类型如图3所示。

背压：精密计量过程要求均匀、快速和稳定地熔融胶料，在计量过程中为了防止熔融胶料过程中螺杆后退过快而导致胶料出现一些不稳定特性，射胶执行单元会给注塑螺杆施加一个阻止螺杆后退的力，这个力就是背压。

背压的调整应和熔胶时螺杆的转速相匹配，由于螺杆在储料阶段是一边旋转一边后退，储料刚开始时的螺杆长度最长，在储料完毕时最短，这意味着在不同时间进入螺杆螺棱部的胶料要流经螺杆的长度都不相同，所吸收的剪切能量亦不一样。这就会引起了熔料温度（即黏度）的不均匀，所以获得的制品质量亦不稳定，所以实现多级背压的压力和速度调整对精密计量非常有必要，普通的油压注塑机因为液压油响应时间和压力速度的波动问题，很难实现多级背压的精确调整，而全电动射台的射胶伺服电机和熔胶伺服电机能够快速响应和配合，为精密注射的多级背压调整提供保障。

注射填充过程主要是指胶料填充过程中注射压力、注射速度和保压压力的调整。

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注射压力：注射压力指胶料填充进模具过程中螺杆轴向移动时，螺杆头部对塑料施加的压力主要用来克服熔融胶料在注射成型系统中的流动阻力，注射压力会因为喷嘴、流道、浇口和模腔对熔体的阻力以及熔融胶料自身内部的粘性摩擦而降低。如果注射压力过低，那么在注射成型过程中因为压力损失过大而导致模腔压力不足，熔体将很难充满模腔，如果把注射压力设置得过高，有可能出现溢料和胀模的情况出现，这种情形在开环或者半闭环的油压注塑机上经常出现。

对于全电射台注塑机，因为是伺服电机闭环控制射胶动作，伺服电机会自动调节输出力矩满足熔融胶料填充过程需要的压力，所以即使设置较高的射胶压力也不会出现涨模的现象，相反设置较高的压力更容易提高伺服响应的速度，而有助于提高充模速度以及料流长度，同时会使制品的熔接痕强度提高以及收缩率减小。

注射速度：注射速度与注射压力相辅相成，它对熔体的流动、充模及制品质量也有直接影响，在较高的注射速度下，熔体因流速快，能够使熔融胶料的温度维持在较高的水品，胶料的剪切速率变大，熔体粘度较小，流动阻力相对较低，生产出的制件尺寸误差也比较小。一般来说，熔体粘度高、热敏性强、成型冷却速度快的大型薄壁精密制品射速要求较高。

全电动射台因为射胶响应时间快，伺服电机转速高，可以达10000rpm，能够获得1000mm/s以上的射胶速度，相较于油压注塑机更适合高速注射需要。全电动射台设置高速射胶速度时，更好设置相对较高的射胶压力，因为伺服电机的伺服性能决定压力设置的高，响应越快，实际的射胶速度值越快。

保压压力：在注射充模成型的的最后补偿阶段，为了对模腔内的胶料熔体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力叫做保压压力。保压过程是一个压力控制过程，主要是补偿由于熔融胶料固化而引起的制品体积收缩。在保压阶段，压力设定通常低于充模过程压力，以防由于压力过高损坏模具和出现飞边，而且随着保压过程的进行，保压压力是逐渐变化的，通常要对保压压力进行多段控制，如3段或者4段。

注塑机进入全电动射台时代，注塑机射胶过程的位置控制和时间控制都能够达到很高的精度，所以全电动射台精密注射的差别就在保压过程控制，因为伺服电机的闭环性能，切换保压过程因为熔融胶料的压力上升或者下降，为了保证保压压力的稳定性能，伺服电机实际运动状态是反复正反转的运行状态，这样就会造成注射螺杆的轴向位置会出现细小的位置波动，如果保压压力控制不好，就会影响到制品的质量精度，需要对每种不同加工性能的胶料设定更佳的保压曲线。常规的注射过程曲线如图4所示。

注塑成型控制系统

全电动射台为了实现精密注射得到更好质量重复性的制品，一般采用关键变量的闭环控制，确保产品质量不因外部因素变化和干扰影响产品质量。这些关键变量识别的更优曲线很重要，在注射成型过程的不同阶段设定的曲线有不同的标准。在填充阶段，注射速度应当曲线化来实现熔体前沿流动恒速化，从而使成型制品内部不均匀性达到最小。在保压补偿阶段，为了确保制品的质量和性能均匀性，要采用更优化的保压压力曲线。在塑化阶段，料筒和喷嘴温度、背压和螺杆转速是需要设定的关键变量。当塑化温度建立起来后，塑化曲线设定的基准就建立了，实现更优化的曲线来保证熔体温度分布均匀。

全电动射台的注塑控制成型系统应该由多层分级结构组成，之一层是先进过程参数控制层，为关键过程变量提供准确而强适应的控制，第二层是曲线设定，来确定关键过程变量的设定点曲线形，实现沿着流动方向的制品质量均匀分布，第三层是质量控制层，由定量质量预测模型和质量控制器组成，最后一层为闭环控制层，为一些制品质量属性提供机制。

全电动射台因为全部是伺服电机控制，在注射成型中，有外部信号、机器内部过程变量的不同干扰源，这些干扰对控制性能有不利的影响，所以需要建立良好的适应性的控制系统。所以，控制系统应当引入自动调节函数，以最小化操作人员的干扰，在不同条件针对不同产品和客户要求做自动调节参数。

全电动射台总控制系统的顶层包括质量预测模型和闭环控制器。成型制品质量可分为不同组，如表面性能、尺寸性能、力学性能和其他等等。选择制品模型和控制属性取决于过程和制品要求，发展质量属性模型通过测量过程变量在线预测质量，将预测模型作为质量属性的软传感器，行程质量控制系统的反馈环，整体控制系统如图5示。

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