本发明专利技术公开了一种基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法及成型设备。所述设备包括注塑模具，所述注塑模具设有浇口、型腔、气针、进气通道、拉料杆及超声探头，超声探头与信号处理装置连接，信号处理装置依次连接控制装置和气辅控制装置，气辅控制装置通过进气通道连接气针，气辅控制装置内的压缩气体通过气针进入型腔内部。本发明专利技术合理的将超声检测技术用于外辅成型设备中，既简单快速的判断合适的注气时间，提高了生产效率，同时也可以有效的去除了塑件表面缩痕，提升了产品质量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法及成型设备
本专利技术属于外部气体辅助注塑成型
，具体涉及一种基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法及成型设备。
技术介绍
随着塑料工业和注塑成型技术的迅猛发展,塑料产品逐渐向着更加轻薄，更加个性化、更加复杂化的方向发展,这就要求注塑产品在满足一定的强度、刚度要求的同时还要有较高的表面质量和精度。然而,由于塑件收缩而产生的表面缩痕和形状整体翘曲等缺陷会严重影响产品的成型表面质量和精度。传统工艺,采用增大保压压力和保压时间的方法,虽然在一定程度上可以减轻制品的收缩情况,但是,增大保压压力和保压时间的同时,还增大了注塑过程中的锁模力,延长了生产周期,进而增加了生产成本。而且,增大保压压力还会使制件产生飞边现象,压力越大,飞边越严重。对于有肋状结构及凸柱的产品和大而平的薄壁塑件,传统工艺增压补偿的方法更是无能为力。而传统的内部气体辅助注塑成型技术虽然能减少塑件缩痕和翘曲变形的缺陷，提高塑件的表面质量。但是它仅适用于中空或允许内部有气道产生的制品，对于不是中空且内部不允许有气道的制品却束手无策。因此外部气体辅助注塑成型应运而生。外部气体辅助注塑成型技术(简称“外辅”)是一种先进的塑料加工技术,它是在熔体完全填充型腔后，将一定压力的惰性气体从外辅设备中均匀注入到模具型腔表面与充填阶段形成的塑料冷凝层之间，利用气体的压力将溶体不断推向模壁,使其紧贴型腔壁以抵消成型过程中所产生的收缩,达到最大程度的降低塑件收缩所产生的缺陷的目的。相比采用传统保压方法,采用外辅工艺可以降低生产时模具所需锁模力,同时气体可以带走一部分热量,减少冷却时间,缩短生产周期。此外相比于传统内部气体辅助注塑成型技术外辅不需要较大尺寸气道结构，可不改变产品结构，反而可以进一步改善产品各部分壁厚来改善强度、节省材料，技术适应面更广。特别适用于又大又平且具有肋状结构、凸柱的薄壁产品。注塑过程大致可描述为：室温下玻璃态的粒料在注塑机料筒内经过加热，塑化从玻璃态经高弹态再转化为粘流态然后由模具的浇注系统进入模具型腔。在模具型腔内逐渐冷却再从粘流态返经高弹态转回玻璃态，最后形成与模具型腔形状一致的制品。其中塑料从粘流态冷却至玻璃态的过程中，各个聚集状态在厚度方向上是分为若干层的，熔融塑料首先接触到较低温度的模具型腔，在表面形成冷凝层。随着成型过程的进行，冷凝层向内逐渐推进，同时塑料也从熔融状态逐渐冷却至固态。由于熔体冷却过程中各层的厚度是随着时间变化的，因此在冷凝层厚度也是随时间变化。外辅注塑成型与传统注塑的主要不同体现在保压阶段,气体保压替代传统螺杆推动熔体保压,其中延迟时间是影响气体保压效果的重要参数，它与冷却凝固层厚度是相匹配的。保压冷却的前期，冷却凝固层温度较高，厚度相对比较薄，因此强度较低，若此时在模具型腔表面和冷却凝固层之间注入气体，带压力的气体会导致塑件表面凹凸不平甚至击穿塑件，无法达到高质量表面塑件的要求。而随着保压冷却的进行，温度逐渐降低，冷凝层逐渐变厚，强度不断上升。如果外部气体注入时间过晚，由于绝大部分的熔体已经冷却到塑料的玻璃态温度之下，从外部注入的带压力气体对冷却凝固层已基本没有推动作用，达不到外部辅助注塑要求的气体保压效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法及成型设备。它能解决现有设备无法准备判断合理的注气时机而且存在判断方法过于复杂的问题以及外辅成型设备容易出现气体击穿塑件或者无法显著消除缩痕的问题。所述的基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于包括以下步骤：1）采集超声信号在模具的模具型腔内安装超声探头，在成型过程中向垂直于熔体的流动方向按照发射频率（f）发射n组超声波，采集每组超声波的反射回波LB1、LB2、LB3、LB5、……LBn；其中LBn为第n组超声波在冷凝层界面发生的反射回波，所述的冷凝层界面为模具内表面与冷凝层的界面；2）计算冷凝层的厚度a.计算冷凝层厚度h通过与超声探头相连的信号处理装置计算入射波与反射波LBn之间的时间间隔∆t，冷凝层厚度h为：h=1/2×v×∆t；其中，v为超声波在冷凝层中的传播速度，冷凝层指在注塑过程中熔融塑料首先接触到较低温度的模具型腔，在表面形成的冷凝层；b.计算超声波在冷凝层中的速度v将制得的塑料制品在超声波对应处截断，得到塑料制品在超声波对应处的厚度h0，然后在塑料制品一侧发射超声波至另一侧接收，从而得到超声波穿过塑料制品的时间t，进而计算出超声波在冷凝层中的传播速度v=h0/t；c.计算超声波发射的时间间隔∆t通过已知的超声波发射频率f,即单位时间内超声波发射的次数，得到发射周期T=1/f，进而求出超声波发射的时间间隔∆t，将步骤b、步骤c中的速度v、时间间隔∆t代入步骤a中求得冷凝层厚度厚度h；3）建立时间-冷凝层厚度参照标准建立时间-冷凝层厚度参照坐标主要分以下步骤：a将超声探头连接到信号处理装置，信号处理装置将接收的波形信号转化成电信号，传输至控制装置进行处理，控制装置根据接收到的电信号和超声波的发射频率，将所接收的信号处理成每组超声波发射时间和每组入射波与该组反射波的时间间隔，即（t1∆t1）（t2∆t2）（t3∆t3）……（tn∆tn）；b然后将步骤2）中的计算公式输入控制装置得到相应的每组超声波发射时间t与此时冷凝层厚度h的对应数据即（t1h1）（t2h2）（t3h3）……（tnhn），然后由控制装置对所得的数据进行二阶多项式拟合得到的时间-冷凝层厚度的坐标曲线；c将坐标曲线中时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到所对应的冷凝层厚度，将每一个时间-冷凝层厚度设定为理想的注气时间-冷凝层厚度区域，作为参照基准；4）选择合适的注气时间区域选取一组注塑中的塑件，在塑件注塑成型过程中，控制装置将步骤3）中得到的参照基准中各个区域信号分别反馈至对应的每个气辅控制装置的气辅压力调节装置输入端，气辅压力调节装置将得到的信号经过输出端发送给气体压缩机，控制气体压缩机输送出对应压力的气体进入储气罐中储存，打开气辅开关装置，将储气罐的气体通过进气通道和气针对塑料进行注气，注气结束后，脱模取件，通过测量装置测量各个时间-距离区域所对应塑件的缩痕深度值，将缩痕深度值最小的时间作为合适的注气时间区域；5）在批量注塑塑件时，将步骤4）得到的注气时间区域的时间作为注气时间，即在注塑完成后，冷却至注气时间区域的时间后，进行注气辅助成型。所述的基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于时间间隔的划分依据：选取保压冷却前期阶段进行划分。所述的基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于超声探头对冷凝层的厚度变化进行实时监测，将每一个波形信号传输给信号处理装置，经信号处理装置将波形信号通过电信号转换传输给控制装置。所述的基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于控制装置包括信号接收装置，数据处理装置和信号传输装置，信号接收装置接收来自信号处理装置的波形信号，由数据处理装置建立成型过程中冷凝层厚度随时间变化的统计模型，并将数据绘制成时间-冷凝层厚度坐标曲线图，并对时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到对应的冷凝层厚度区域，将各个时间-冷凝层厚度本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于包括以下步骤：1）采集超声信号在模具（17）的模具型腔（2）内安装超声探头（7），在成型过程中向垂直于熔体（15）的流动方向按照发射频率（f）发射n组超声波，采集每组超声波的反射回波LB1、LB2、LB3、LB5、……LBn；其中LBn为第n组超声波在冷凝层（16）界面发生的反射回波，所述的冷凝层界面为模具内表面与冷凝层（16）的界面；2）计算冷凝层的厚度a.计算冷凝层厚度h通过与超声探头（7）相连的信号处理装置（8）计算入射波与反射波LBn之间的时间间隔∆t，冷凝层厚度h为：h=1/2×v×∆t；其中，v为超声波在冷凝层中的传播速度；b.计算超声波在冷凝层中的速度v将制得的塑料制品在超声波对应处截断，得到塑料制品在超声波对应处的厚度h0，然后在塑料制品一侧发射超声波至另一侧接收，从而得到超声波穿过塑料制品的时间t，进而计算出超声波在冷凝层中的传播速度v=h0/t；c.计算超声波发射的时间间隔∆t通过已知的超声波发射频率f,即单位时间内超声波发射的次数，得到发射周期T=1/f，进而求出超声波发射的时间间隔∆t，将步骤b、步骤c中的速度v、时间间隔∆t代入步骤a中求得冷凝层厚度厚度h；3）建立时间‑冷凝层厚度参照标准建立时间‑冷凝层厚度参照坐标主要分以下步骤：a将超声探头（7）连接到信电信号号处理装置（8），信号处理装置（8）将接收的波形信号转化成电信号，传输至控制装置（9）进行处理，控制装置（9）根据接收到的电信号和超声波的发射频率，将所接收的信号处理成每组超声波发射时间和每组入射波与该组反射波的时间间隔，即（t1 ∆t1）（t2 ∆t2）（t3 ∆t3）……（tn∆tn）；b然后将步骤2）中的计算公式输入控制装置（9）得到相应的每组超声波发射时间t与此时冷凝层厚度h的对应数据即（t1 h1）（t2 h2）（t3 h3）……（tnhn），然后由控制装置（9）对所得的数据进行二阶多项式拟合得到的时间‑冷凝层厚度的坐标曲线；c将坐标曲线中时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到所对应的冷凝层厚度，将每一个时间‑冷凝层厚度设定为理想的注气时间‑冷凝层厚度区域，作为参照基准；4）选择合适的注气时间区域选取一组注塑中的塑件，在塑件注塑成型过程中，控制装置将步骤3）中得到的参照基准中各个区域信号分别反馈至对应的每个气辅控制装置（14）的气辅压力调节装置（10）输入端，气辅压力调节装置（10）将得到的信号经过输出端发送给气体压缩机（11），控制气体压缩机（101）输送出对应压力的气体进入储气罐（12）中储存，打开气辅开关装置（13），将储气罐（12）的气体通过进气通道（4）和气针（3）对塑料进行注气，注气结束后，脱模取件，通过测量装置测量各个时间‑距离区域所对应塑件的缩痕深度值，将缩痕深度值最小的时间作为合适的注气时间区域；5）在批量注塑塑件时，将步骤4）得到的注气时间区域的时间作为注气时间，即在注塑完成后，冷却至注气时间区域的时间后，进行注气辅助成型。...
【技术特征摘要】
1.基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于包括以下步骤：1）采集超声信号在模具（17）的模具型腔（2）内安装超声探头（7），在成型过程中向垂直于熔体（15）的流动方向按照发射频率（f）发射n组超声波，采集每组超声波的反射回波LB1、LB2、LB3、LB5、……LBn；其中LBn为第n组超声波在冷凝层（16）界面发生的反射回波，所述的冷凝层界面为模具内表面与冷凝层（16）的界面；2）计算冷凝层的厚度a.计算冷凝层厚度h通过与超声探头（7）相连的信号处理装置（8）计算入射波与反射波LBn之间的时间间隔∆t，冷凝层厚度h为：h=1/2×v×∆t；其中，v为超声波在冷凝层中的传播速度；b.计算超声波在冷凝层中的速度v将制得的塑料制品在超声波对应处截断，得到塑料制品在超声波对应处的厚度h0，然后在塑料制品一侧发射超声波至另一侧接收，从而得到超声波穿过塑料制品的时间t，进而计算出超声波在冷凝层中的传播速度v=h0/t；c.计算超声波发射的时间间隔∆t通过已知的超声波发射频率f,即单位时间内超声波发射的次数，得到发射周期T=1/f，进而求出超声波发射的时间间隔∆t，将步骤b、步骤c中的速度v、时间间隔∆t代入步骤a中求得冷凝层厚度厚度h；3）建立时间-冷凝层厚度参照标准建立时间-冷凝层厚度参照坐标主要分以下步骤：a将超声探头（7）连接到信电信号号处理装置（8），信号处理装置（8）将接收的波形信号转化成电信号，传输至控制装置（9）进行处理，控制装置（9）根据接收到的电信号和超声波的发射频率，将所接收的信号处理成每组超声波发射时间和每组入射波与该组反射波的时间间隔，即（t1∆t1）（t2∆t2）（t3∆t3）……（tn∆tn）；b然后将步骤2）中的计算公式输入控制装置（9）得到相应的每组超声波发射时间t与此时冷凝层厚度h的对应数据即（t1h1）（t2h2）（t3h3）……（tnhn），然后由控制装置（9）对所得的数据进行二阶多项式拟合得到的时间-冷凝层厚度的坐标曲线；c将坐标曲线中时间横轴按照相同的时间间隔进行分割，找到所对应的冷凝层厚度，将每一个时间-冷凝层厚度设定为理想的注气时间-冷凝层厚度区域，作为参照基准；4）选择合适的注气时间区域选取一组注塑中的塑件，在塑件注塑成型过程中，控制装置将步骤3）中得到的参照基准中各个区域信号分别反馈至对应的每个气辅控制装置（14）的气辅压力调节装置（10）输入端，气辅压力调节装置（10）将得到的信号经过输出端发送给气体压缩机（11），控制气体压缩机（101）输送出对应压力的气体进入储气罐（12）中储存，打开气辅开关装置（13），将储气罐（12）的气体通过进气通道（4）和气针（3）对塑料进行注气，注气结束后，脱模取件，通过测量装置测量各个时间-距离区域所对应塑件的缩痕深度值，将缩痕深度值最小的时间作为合适的注气时间区域；5）在批量注塑塑件时，将步骤4）得到的注气时间区域的时间作为注气时间，即在注塑完成后，冷却至注气时间区域的时间后，进行注气辅助成型。2.根据权利要求1所述的基于超声测量的外部气体辅助注塑成型方法，其特征在于时间间隔的划分依据：选取保压冷却前期阶段进行划分。3.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：李吉泉，贾亚东，鲁聪达，赵朋，姜少飞，赵佳伟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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