熔体前沿对注塑成型的影响

　　设备控制器或更高级的开路或闭路控制系统的质量， 最终是根据开关过程能够以多快的速度、多可靠的运行，以及多高的重复精度来确定的。以下范例说明不同开关切换过程的行为，解释其对熔体流动性能、模塑特性以及过程控制的影响。

　　反应时间的长短

　　开关切换信号的时间延迟影响熔体的有效流动距离，特别是在注塑过程中更是如此。根据切换方法之不同，从信号发生时刻到最终产生作用之间，存在一定反应时间。例如，在注塑过程中，为了开启一个截流喷嘴，根据压力之不同，模腔压力信号的切换阈值可以通过程序设计设置为例如100巴大小。如果由于延迟时间长，切换系统速度慢，则在信号发生作用之前，相对长的一段时间已经过去，而在这段时间里，熔体在继续移动。另外一方面，如果使用高速动态切换系统，则延迟时间相对短暂，熔体在模腔内几乎没有向前移动任何距离。

　　为了能够控制注塑过程，了解所有时间和所有状态下的熔体所在位置极其关键，以影响结合线位置和熔体前沿的汇合以及一般而言零件的填充等。为此，非常值得注意去确保开关切换过程能够快速反应并具备高重复精度。在市场上，一般我们可以看到反映速度快与慢的各种开关切换系统。对不同零件几何形状的影响，反映在同样容积的注塑熔体是如何影响不同零件截面方面。

　　在反应时间为0.5毫秒的高速系统上，不同注塑速率对熔体流动距离几乎没有产生什么差异；而在反应时间为25毫秒的慢速系统上，熔体流动距离就要大得多。因此，开关切换信号的反应越慢，熔体位置就越难于掌握和控制。来自实践中的这两个例子说明：开关切换系统的反应速度，对于熔体前沿高重复精度的可靠控制是何等重要。

　　不同开关切换方法

　　不仅仅时间延迟会影响熔体流动距离和工艺过程的可靠性，而且开关切换方法也会对此产生影响。因此，多年以来，在不少机器控制器上，均用图解方式显示保持压力的开关切换阈值。把螺杆位置阈值的精确度，以及切换的稳定度用作注塑机卖点，是人们通常使用的方法。但是人们经常忘记，即使机器工艺过程保持恒定，注塑填充仍然受到许多波动因素的影响。如果熔体达到安装于流道末端的传感器，系统自动进行切换至保压状态，并发出零件为良品的信号。如果没有达到传感器位置，零件没有完全注塑，该坏零件将作为不良品而被摒弃。

当今常见的切换工艺方法有：

　　■ 以螺杆行程位置作为切换依据的方法；

　　■ 以模腔压力阈值作为切换依据的方法；

　　■ 检测模腔压力上升起始点(熔体前沿检测)作为自动切换依据的方法；

　　■ 检测模腔温度上升起始点(熔体前沿检测)作为自动切换依据的方法。

　　这些方法对工艺及其稳定性影响的差异非常大。前两种方法与自动切换方法在许多方面都有着根本性的差别。根据螺杆行程进行切换和根据压力进行切换的这两种方法都必须始终根据具体机器的整定值和材料的选择，进行人工调整工作点或进行填充分析，进而实现优化。如果机器整定值或材料性质发生变化，这种优化必须重新进行。

　　另外一方面，自动切换工艺则可自动适应工艺条件，并提供精确切换信号，而与整定值无关。这样做，不仅不必寻找有效基础整定值，也不必在注塑过程中，进行费时耗力的重复试验。但是，更为重要的是工艺条件变化时所产生的后果，在实际情况中，工艺条件容易发生变化。

　　在一个比较研究分析中（注塑机：320A Alldrive 600-170，生产厂家：Arburg GmbH + Co KG；材料类型：聚苯烯，495F，生产厂家：BASF SE），熔体温度变化跨越尽可能最大的注塑范围。对于仅部分充填测试棒的小剂量注塑，以及电动注塑机行为比较稳定的情况而言，流动距离只会出现小的差异（图2），而在注塑件较大，注塑机性能较差时，流动距离的差异就会非常明显。但是，即使在这些“顺势疗法（homoeopathic）”注塑条件下，也可清楚地看出依据行程和压力切换的两种工艺均不能对工艺波动作出反应，因而自动造成不同的流动距离。

　　只有使用模具壁温时，自动化过程才会出现相等的流动距离。图中同时显示标准偏差数值。

　　换言之，两种自动切换工艺并不会造成流动距离的差异，正好对应于生产中的理想状态。较小标准偏差也有显示出自动切换的优越性。因此，塑料制品生产厂家如果使用取决于行程的切换信号，而且在切换过程中检测压力阈值，那么，他们一般都必须面对成品未完全充填概率较高的局面。在采用部分填充测试棒进行同一系列的试验中，唯有检测温度升高而自动产生的切换信号不会造成流动距离波动（试验系列1）。据观察，流动距离波动最大的情况发生在取决于螺杆位置的切换信号上（试验系列2）。

　　只有通过温度信号自动触发的零件现实同等流动距离。通过螺杆位置断开填充工艺的零件，其测量获得的差异最大。

　　自动确定黏度值

　　在开启截流喷嘴或开启和关闭排气型芯时，采用压力或温度信号自动检测熔体前沿，对保压自动切换有着明显的优越性。但是，该工艺还提供更为广泛的可能性，用于确定、监测、甚至可以用于控制各种重要工艺参数，如剪切速率和剪切应力等，而且据此还可以确定模具内的黏度。这种工艺（专利正在审批过程中）所必须具备的惟一先决条件，是首先要在流道内安装一个模腔压力传感器，然后再在其后流动方向上安装一个模腔壁温度传感器。

　　一旦熔体抵达压力传感器，就会自动检测到所出现的压力增加P1。如果熔体抵达温度传感器，温度升高T1就会被自动检测到。然后，从熔体需要覆盖两个传感器之间的流动距离开始，在每个周期结束时，各自的剪切速率就被确定下来。在熔体抵达温度传感器的确切瞬间，相应压力数值（计算剪切应力所需的与大气压之间的压差Δp）就被确定下来。由于这些数值都是自动确定的，与传感器位置无关，因此，处理起来极其简便，实际上就是揿动按钮而已。

　　在时间T 1上测量的压力用于确定剪切应力。

　　这种测量方式的目的并非是要取代比如实验室流变仪，使用实验室流变仪可在等温条件下确定黏度功能。其目的也不是要取代被转换成流变仪的注塑机，因为这两种方法都不反映其对模腔流动行为的实际影响。 对于在生产中的长久使用更有意义的一个问题是，熔体流动性能是如何变化的，以及在不同工艺条件下怎样才能影响其性能变化。毕竟，在理想状态下确定的黏度功能是有用的，尽管它并不能与真实状态相比。因此，必须假设，使用每件模具的机器在尺寸和设计上都不相同，而且同一台机器的整定值也不会有同样的流动状态，即使同系列的机器也是如此。所以，连续不断地测量模腔内的黏度是适当的。

　　然而在试验中发现，不同熔体温度对剪切速率值几乎没有什么影响，倒是观察到模具温度对剪切应力有着明显的影响 。今天，由Priamus系统技术公司供应的所有系统上都配备了注塑模具多频道模内黏度直接自动测量功能。

　　与流变仪里的情况相比，在热模具和冷模具中测得的剪切应力明显差异非常大。

　　用于工艺控制的熔体前沿检测

　　近十年来，使用温度传感器自动检测熔体前沿，借此平衡热浇道系统，已经有数百个成功的应用范例。同时，也可对冷浇道系统进行控制和平衡。例如，在液态硅注塑过程中，根据周期间熔体前沿的检测情况，计算截流喷嘴自动开启的延迟时间。但是，新颖之处在于，通过压力升高的自动检测，这些自动控制和平衡工艺也可以采用模腔压力传感器运行。由于上面描述过的原因，以压力阈值为基础的开环和闭环工艺对注塑工艺会产生相对不太有利的影响，所以，这种检测功能是有意义的。

　　其中一个原因是，非常小的压力传感器容易接触到模腔孔壁，造成力量分散，因而降低灵敏度。特别是多腔模具，由于每个模腔都安装压力传感器，必须考虑到由于压力波动而产生的测量误差会很大。每当压力信号出现交叉，就表示传感器灵敏度自安装以来已经发生了变化，测量误差已经发生了。

　　第一个模腔比其他模腔更早地得以填充。经验证明，控制和平衡使用压力阈值的热浇道系统是困难的，因为随着压力水平的增加，安装误差造成的曲线之间的距离减少了。这些曲线的交叉甚至表明，这些模腔里不存在流量差异。但是，这与压力随时间的增加又是矛盾的。另外一方面，压力增加的自动检测能够可靠地检测这种情况，从而可以用于平衡工艺偏差。

　　结果，随着压力的增加，该差异降低，所以，采用阈值进行平衡并不恰当。压力增加将自动消除这些安装误差。

　　简单的试验系列说明，简单选择切换工艺，可对熔体流动距离以及工艺可靠性和重复性带来重大影响。采用压力和温度传感器，自动检测熔体前沿，可以防止如偶尔发生的注塑件未能填满等这类日常出现的问题，或者至少也能够对其可靠地进行检测。

　　另外一方面，固定压力或取决于行程的切换阈值会对工艺行为产生非常不利的影响，增加工艺波动风险。在模具里直接自动确定黏度，首次为我们提供了一种手段，可使注塑工艺过程中流动性能的有效波动实现可视化。

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