壓力傳感器在注塑模具中的應(yīng)用

當(dāng)今的競爭環(huán)境要求模具制造商不能只會(huì)制模，當(dāng)面對用戶提出的諸多問題時(shí)還要具有多面手的能力，例如當(dāng)用戶問到“我們應(yīng)當(dāng)使用什么收縮率？”時(shí)，他們需要充當(dāng)塑料專家的角色；當(dāng)問到“我們需要多高的模具溫度，升溫速度是多少？”時(shí)，他們就需要是充當(dāng)工藝師；而當(dāng)問到“還有其它制品脫模的方法嗎？”，他們又需要充當(dāng)自動(dòng)化工程師。在過去這種多面手是根本不存在的，而現(xiàn)在憑借壓力傳感器的作用，就可使模具制造商具備這一能力。

這種壓力傳感器可被安裝在注塑機(jī)的噴嘴、熱流道系統(tǒng)、冷流道系統(tǒng)和模具的模腔內(nèi)，它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機(jī)的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。該數(shù)據(jù)可被記錄在監(jiān)測系統(tǒng)中，以用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)模塑壓力，并在模塑后進(jìn)行檢查或者排除生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障。值得一提的是，這種經(jīng)采集的壓力數(shù)據(jù)可以成為針對此模具和此材料的通用工藝參數(shù)，換句話說，該數(shù)據(jù)可以在不同的注塑機(jī)上（使用相同的模具）指導(dǎo)生產(chǎn)。在此只討論壓力傳感器安裝在模腔內(nèi)的情況。

壓力傳感器的類型

目前，在模腔中使用的壓力傳感器有兩種類型，即平裝型和間接型。平裝型傳感器是通過在模腔后面鉆一個(gè)安裝孔而插入模腔的，它的頂部與模腔的表面平齊（如圖1所示），其電纜則從模具中穿過而與位于模具外表面的監(jiān)測系統(tǒng)接口相連接。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)受到脫模時(shí)的壓力干擾，但是在高溫條件下它很容易損壞，造成安裝困難。

圖1 平裝型傳感器

間接型傳感器分為滑動(dòng)式和紐扣式兩種結(jié)構(gòu)。它們都能將塑料熔體施加在頂出器或固定銷上的壓力傳遞給模具頂出板或動(dòng)模板上的傳感器。滑動(dòng)式傳感器通常安裝在已有的推件銷下的頂出板上。而在進(jìn)行高溫模塑時(shí)，或者把低壓傳感器用于小頂銷時(shí)，滑動(dòng)式傳感器一般會(huì)被安裝在模具的動(dòng)模板上，這時(shí)推件銷通過頂出器套而起作用或者另使用一個(gè)過渡銷（如圖2所示）。過渡銷具有兩個(gè)作用，一是在使用現(xiàn)有頂出器的情況下，它能使滑動(dòng)式傳感器免受脫模壓力的干擾。另一作用是當(dāng)生產(chǎn)周期短、脫模速度快時(shí)，它能使傳感器不受頂出板快速加速和減速的影響。

圖2 帶頂出器套的滑動(dòng)式間接傳感器

滑動(dòng)式傳感器頂部的推件銷的大小決定了所需傳感器的大小。當(dāng)模腔內(nèi)需要安裝多個(gè)傳感器時(shí)，模具設(shè)計(jì)人員最好對它們使用同樣大小的頂銷，以避免模塑商出現(xiàn)設(shè)置錯(cuò)誤或者調(diào)校錯(cuò)誤。由于頂銷的作用是向傳感器傳遞塑料熔體的壓力，故而不同的制品要采用不同尺寸的頂銷。

圖3 帶過渡銷的滑動(dòng)式間接傳感器

一般來說，紐扣式傳感器要固定在模具內(nèi)的某個(gè)凹窩處，由此使傳感器的安裝位置必須是加工人員最感興趣的位置。若要拆卸這種傳感器，則必須打開模板或者預(yù)先在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一些特殊的設(shè)計(jì)。

根據(jù)紐扣式傳感器在模具內(nèi)的位置的不同，可能需要在模板上安裝電纜的集線盒。與滑動(dòng)式傳感器相比，紐扣式傳感器的壓力讀數(shù)更可靠。這是由于紐扣式傳感器始終被固定在模具的凹窩內(nèi)，而不像滑動(dòng)式傳感器那樣可以在鉆孔內(nèi)發(fā)生移動(dòng)。因此應(yīng)當(dāng)盡可能地使用紐扣式傳感器。

壓力傳感器的安裝位置

如果壓力傳感器的安裝位置正確，則它能夠?yàn)槟Ｋ苌烫峁┳畲罅坑杏玫男畔ⅰ３艘恍┨乩酝?，用于過程監(jiān)控的傳感器通常應(yīng)當(dāng)被安裝在模腔的后三分之一處，而用于控制模塑壓力的傳感器則應(yīng)當(dāng)安裝在模腔的前三分之一處。對于極小型制品，壓力傳感器有時(shí)安裝在流道系統(tǒng)內(nèi)，但是這會(huì)使傳感器監(jiān)測不到澆口的壓力。需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)注料不足時(shí)，模腔底部的壓力為零，因此位于模腔底部的傳感器就成為監(jiān)測注料不足的重要手段。隨著數(shù)字傳感器的使用，使得每一個(gè)模腔內(nèi)都可以安裝傳感器，而從模具到注塑機(jī)的連接則只需一根網(wǎng)絡(luò)線。如此一來，只要將傳感器安裝在模腔的底部，無需其它任何過程控制的接口，就可以杜絕注料不足的發(fā)生。

在上述大前提下，模具設(shè)計(jì)和制造商還要決定究竟在模腔內(nèi)的哪一個(gè)凹窩處放置壓力傳感器，以及電線或電纜出口的位置。其設(shè)計(jì)原則是電線或電纜從模具內(nèi)穿出來后不能夠隨意移動(dòng)。一般的做法是在模具底座上固定一個(gè)連接器，然后使用另外一根電纜將模具與注塑機(jī)以及輔助設(shè)備連接起來。

壓力傳感器的重要作用

模具制造商能夠利用壓力傳感器對即將交付使用的模具進(jìn)行嚴(yán)格的試模，以對模具的設(shè)計(jì)加工進(jìn)行改進(jìn)。制品的成型工藝可以在第一次試?；蛘叩诙卧嚹５幕A(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置和優(yōu)化。這種經(jīng)優(yōu)化了的工藝可直接用于以后的各次試模中，從而減少了試模次數(shù)。隨著試模的完成，不僅使模具達(dá)到了質(zhì)量要求，而且還使模具制造商獲得了一套經(jīng)過驗(yàn)證了的工藝數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將作為模具的一部分而交付給模塑商。如此一來，模具制造商提供給模塑商的就不僅僅是一套模具，而是模具和適合此模具的工藝參數(shù)復(fù)合在一起的一種解決方案。這種方案與單純提供模具相比，其內(nèi)在價(jià)值得到了提升。不但使試模成本大大降低，而且也縮短了試模的時(shí)間。

過去，制模廠家在被其用戶告之模具常常出現(xiàn)充填不好、關(guān)鍵尺寸不正確等問題后，由于無從得知塑料在模具中的狀態(tài)，他們只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來揣測發(fā)生問題的原因，從而不但會(huì)使其走彎路，而且有時(shí)還不能徹底解決問題。而現(xiàn)在他們只要根據(jù)模塑商從壓力傳感器所收集到的有關(guān)塑料在模具中的狀態(tài)信息（如圖4所示）進(jìn)行分析，就可以準(zhǔn)確地判斷出問題的癥結(jié)所在。

圖4 在一個(gè)模塑周期內(nèi)，由壓力傳感器測得的模腔內(nèi)的壓力變化圖

盡管并不是每一套模具都需要壓力傳感器，但是每一套模具都可以從壓力傳感器所提供的信息中獲益。因此，所有的制模商都應(yīng)當(dāng)了解壓力傳感器在優(yōu)化注射模具中所起的重要作用。那些相信壓力傳感器的使用在制造精密模具中起關(guān)鍵作用的模具制造商能夠使他們的用戶更為快速地生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品，同時(shí)還可以促進(jìn)他們的模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的提高。