全电动塑料注射机工艺控制关键技术研究

摘要

研制具有自主知识产权的数字化、精密化、智能化全电动塑料注射机，对提高注射机的档次、技术含量和附加值，提升我国塑机制造企业的国际竞争力，具有重要意义。在此背景下，本文对全电动塑料注射机工艺控制关键技术进行了深入研究，基于Linux操作环境与华中数控HNC-8数控平台研发出智能型工艺控制原型系统。
　　以适应全电动注射机的控制系统为研究对象，考虑控制系统的模块化、数字化、可拓展性等功能要求，提出了全电动注射机控制系统的整体架构方案，实现了系统的软、硬件拓扑结构设计，并对工艺控制部分所涉及的关键单元技术进行了合理规划，指出实施精密注射成型工艺过程，必须解决塑化工艺控制、注射过程控制以及工艺设置智能化等关键单元技术。
　　稳定的塑化熔体质量是获得优质成型产品的前提要件，将塑化工艺条件的设置建立在科学的基础上是获得塑化完全且分布均匀熔体的有益尝试。以Tadmor-Klein挤出塑化模型为基础，考虑注射成型的动态熔融特性，对其进行合理修正，构建出适应于注射成型的塑化理论模型，实现对熔体塑化过程的定量计算，为塑化工艺参数的优化提供了理论模型。
　　利用所建立的塑化理论模型，以螺杆头前端熔体温度最小偏差为优化目标，实现塑化工艺条件的优化设置，为提高熔体塑化质量提供有效的理论与方法支持。为了获得一致的螺杆注射起点，结合实际，基于两轴联动系统对全电动注射机塑化阶段螺杆运动行程进行工艺控制规划。在此基础上，为了进一步保护重要塑化元件，改善成型条件，以软功能模块的形式，提出对料筒中螺杆进行自动清洗的功能控制方案，实现了螺杆的自动清洗功能。
　　注射过程是决定产品成型质量的重要工艺阶段，研究熔体在注射过程中的动态演变规律对提高产品质量、缩短产品成型周期具有重要意义。详细分析了超声波在注射过程中对熔体充模的响应特性，利用超声回波信号提取熔体流前、压力转换、冷却固化以及脱模等工序信息，并将其应用于注射过程的V/P切换、保压时间与冷却时间的确定与实时控制。作为一种新的工艺控制方法，将超声检测与全电动注射过程控制技术进行结合，进一步拓展了注射过程的工艺控制内涵。
　　合理优化的工艺参数是实现稳定生产、获取优质产品的关键。利用初始工艺参数生成与模糊推理优化技术构建了工艺智能模型。初始工艺参数生成利用在线生成与离线预测相结合的生成获取方案，在线生成以实例库与规则库中存储的成型案例与专家经验对其进行实例推理与规则推理的方法获得；为降低过度依靠先念知识存在的系统风险，离线预测应用正交试验、CAE仿真分析与支持向量分类机(SVM)构建初始工艺参数所属的工艺窗口，通过工艺窗口确定初始工艺参数的可行解范围的方法获取；模糊推理通过对专家知识库与模糊规则库的推理计算分别决定工艺参数的调整方向与调整幅度，实现工艺参数的智能调定，从而最终获得优化的工艺参数成型方案，成型出合格产品。
　　在上述关键技术理论与方法的基础上，研发出适应于全电动注射机的工艺控制原型系统，通过对其进行综合测试，验证所提方法的有效性与可行性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文的研究目标和主要工作

2 全电动注射机控制系统的整体架构

2.1 引言

2.2 全电动注射机工作原理简介

2.3 控制系统的整体架构

2.4 本章小结

3 塑化过程的建模与计算

3.1 引言

3.2 螺杆分区的塑化工艺原理

3.3 塑化工艺过程的理论建模

3.4 塑化理论模型的算法设计

3.5 仿真分析与试验验证

3.6 本章小结

4 塑化过程的参数优化与控制策略

4.1 引言

4.2 螺杆运动的工艺原理分析

4.3 塑化工艺参数的优化设置

4.4 塑化阶段螺杆运动行程的控制策略规划

4.5 塑化工艺控制单元技术的算法实现

4.6 试验验证

4.7 本章小结

5 基于超声检测技术的注射过程控制

5.1 引言

5.2 注射过程的超声响应检测原理

5.3 超声检测系统构建

5.4 基于超声信号的注射工序信息提取与分析

5.5 基于超声检测的注射过程控制

5.6 试验验证

5.7 本章小结

6 工艺参数的智能设置方法

6.1 引言

6.2 智能工艺控制模型构建

6.3 初始工艺成型方案离线预测

6.4 在线质量反馈与模糊推理修正

6.5 试验验证

6.6 本章小结

7 工艺控制系统的实现、综合测试与评价

7.1 引言

7.2 系统实现

7.3 工艺控制系统功能测试

7.4 整机工艺特性测试

7.5 本章小结

8 全文总结与展望

8.1 全文总结

8.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读博士学位期间发表的论文及成果