快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，包括制品温度在线检测模块、工控处理模块、模具冷却模块和注塑模具。所述制品温度在线检测模块安装在注塑模具的动模侧并与工控处理模块相连接；所述工控处理模块与模具冷却模块相连接；所述模具冷却模块的冷却水输出端通过水管与注塑模具冷却管道的入口端连接。本实用新型专利技术不仅可对制品的冷却速率进行精确地调控，从而优化聚合物的微观形态与结构，提高制品的宏观性能，而且还可保证制品性能稳定，显著提高制品的合格率，属于高分子材料快速热循环注塑制品质量在线检测与控制技术领域。

Online detection and control device for product temperature during rapid thermal cycling injection cooling stage

The utility model provides an on-line temperature on-line detection and control device in the stage of hot circulation injection molding, including an on-line temperature detection module, an industrial control module, a mold cooling module and an injection mold. The on-line testing module of the temperature of the product is installed on the moving die side of the injection mold and connected with the industrial control processing module; the industrial control processing module is connected with the mold cooling module, and the cooling water output end of the mold cooling module is connected with the inlet end of the cooling pipe of the injection mold. The utility model can not only regulate the cooling rate of the products accurately, thus optimize the micro morphology and structure of the polymer, improve the macro performance of the products, but also guarantee the stability of the products, and significantly improve the qualified rate of the products. It belongs to the on-line inspection and control of the quality of the injection products of the high molecular material fast heat circulation ring. The field of technology.

【技术实现步骤摘要】
快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置
本技术涉及注塑过程制品温度的在线检测与控制，特别涉及一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度的在线检测与控制装置。
技术介绍
快速热循环注塑成型是一种基于模具快速加热和快速冷却的聚合物加工技术，由于其较常规注塑技术具有无可比拟的优势，近年在工业界逐渐得到推广应用和快速发展。一般地，可将一个完整的快速热循环注塑周期分为模具快速加热、模具高温保持、模具快速冷却和模具低温保持四个连续阶段。具体地，在模具快速加热阶段利用加热装置将模具型腔表面快速均匀地加热至快速热循环注塑工艺所要求的高温（通常高于所成型聚合物热变形温度10℃以上），在模具高温保持阶段进行熔体注射和保压，在模具快速冷却阶段通过往模具冷却管道中通入冷却水冷却模具和制品，在模具低温保持阶段进行开模取件。众所周知，聚合物的微观形态和结构决定其制品的宏观性能，而微观形态和结构的形成则主要取决于聚合物熔体在加工过程中所经历的加工流场（主要为应力场和温度场）。在快速热循环注塑熔体充模和保压阶段，在高的模温所致的独特温度场和应力场协同耦合作用下，可诱导聚合物形成特殊的微观形态和结构；而在制品冷却阶段，聚合物的微观形态和结构的演变则由其经历的温度场所主导，因此如何调控冷却阶段制品的温度场（即调控制品的冷却速率）对制品的宏观性能具有重要影响。目前，快速热循环注塑技术研究的重点聚焦在如何提高模具的加热和冷却效率方面，以提高制品的生产效率。譬如，在注射保压阶段结束后，为了快速地将制品冷却至脱模温度，通常的做法是往模具冷却管道中大流量地泵入低温冷却水以尽可能快地冷却制品。但过快的制品冷却速率往往会诱导不理想的聚合物微观形态和结构（如晶粒粗大等）的形成，导致最终制品成型收缩率大、脆性高、冲击强度低、产生双折射现象等缺陷。因此，有必要对快速热循环注塑冷却阶段制品的冷却速率进行针对性地调控，但目前未见有相关的技术公开。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，以调控制品的冷却速率，进而优化聚合物的微观形态和结构，提高制品的宏观性能。为了达到上述目的，本技术采用如下所述的技术方案。一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，包括制品温度在线检测模块、工控处理模块、模具冷却模块和注塑模具。所述制品温度在线检测模块安装在注塑模具的动模侧并通过控制信号线与工控处理模块相连接；所述工控处理模块通过控制信号线与模具冷却模块相连接；所述模具冷却模块的冷却水输出端通过水管与注塑模具冷却管道的入口端连接。优选地，所述制品温度在线检测模块包括热电偶、推板、导柱和步进电机。导柱设置在由注塑模具的型芯板、型芯保持板和型芯安装板所围成的空腔中，且导柱两端分别固定在型芯板和型芯安装板上。推板套设在导柱上并可沿导柱的轴向往复滑动。热电偶固定在推板上，并通过控制信号线与工控处理模块连接，以实时地将采集到的温度数据发送至工控处理模块进行处理；此外，热电偶的探针以间隙配合的方式安装在型芯板的排气孔中，这样，热电偶便可在推板的推动作用下使其探针进入注塑模具的型腔区域，进而插入充模熔体中实时在线地测量制品的温度。为了能同时在线测量制品不同部位的温度，在安装空间允许的前提下可设置多个热电偶。步进电机固定在型芯安装板上并与工控处理模块通过控制信号线连接，其输出轴与推板螺纹连接。这样，通过螺旋传动便可将步进电机正反方向的旋转运动变换为推板的往复直线运动，从而利用工控处理模块控制步进电机的转角便可实现对热电偶探针插入制品的深度进行精确、连续地调节。优选地，模具冷却模块包括冷却水槽和伺服变量泵，伺服变量泵与工控处理模块通过控制信号线连接，在工控处理模块的控制指令下，伺服变量泵将冷却水槽中的冷却水按预定的流量（如0～50L/min范围内的任意值）要求泵入注塑模具的冷却管道中，实现对模具型腔表面温度的精确控制。注塑模具冷却管道的出口端通过水管与冷却水槽连通，实现冷却水的循环利用。优选地，注塑模具包括动模和定模。动模包括通过螺钉依次连接的型芯安装板、型芯保持板和型芯板；定模包括通过螺钉依次连接的型腔安装板和型腔板。快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制的方法，是包括如下步骤：（1）利用模具加热装置（如模温机）将注塑模具型腔表面快速均匀地加热至快速热循环注塑工艺所要求的高温（如120℃）；（2）合上模具，注射塑料熔体并保压，同时工控处理模块向制品温度在线检测模块发出控制指令，为测量快速热循环冷却阶段制品的温度做准备；（3）制品温度在线检测模块实时地测量制品的温度，并将数据传送至工控处理模块，工控处理模块对数据进行处理并生成相应的控制指令发送至模具冷却模块，以调控制品的冷却速率；（4）待制品冷却至脱模温度，工控处理模块向制品温度在线检测模块和模具冷却模块分别发出控制指令，完成制品温度的检测和停止冷却模具，开启注塑模具，顶出制品。优选地，所述步骤（2）具体是：待注塑模具型腔表面达到快速热循环注塑成型工艺所要求的高温（如120℃）后，合上注塑模具，注塑机将料筒中已塑化计量好的塑料熔体注入注塑模具型腔中，注射结束后进入保压阶段；此时，工控处理模块向步进电机发出控制指令，步进电机正转使推板沿着导柱向靠近注塑模具型腔侧移动，从而使热电偶的探针穿过型芯板的排气孔插入注塑模具型腔充模熔体中（插入深度可通过控制步进电机的转角进行精确调节），为测量冷却阶段制品的温度做准备。优选地，所述步骤（3）具体是：保压阶段结束后，进入制品冷却阶段，热电偶实时地测量制品的温度，并将数据传送至工控处理模块，工控处理模块对数据进行处理并生成相应的控制指令发送至伺服变量泵，伺服变量泵根据指令信息将冷却水槽中的冷却水以预定的流量（如0～50L/min范围内的任意值）通过水管泵入注塑模具冷却管道中以控制注塑模具型腔表面的温度，进而精确调控制品的冷却速率，使其按预定的要求（如25℃/min）变化。优选地，所述步骤（4）具体是：待制品冷却至脱模温度（如55℃），工控处理模块向步进电机和伺服变量泵分别发出控制指令，步进电机反转使推板沿着导柱向远离注塑模具型腔侧移动，从而使热电偶的探针从制品中拔出并进入型芯板的排气孔中完成对制品温度的检测，伺服变量泵停转停止继续冷却注塑模具，随后开启注塑模具，顶出制品。本技术相对于现有技术具有如下有益效果：（1）本技术利用制品温度在线检测模块、工控处理模块和模具冷却模块构建的快速热循环注塑冷却阶段制品温度自动控制系统，可对制品的冷却速率进行精确地调控，使其按预定的要求变化，有利于优化聚合物的微观形态与结构，提高制品的宏观性能。（2）本技术能对100%的制品的温度进行在线检测与控制，有效地克服因注塑过程中各种干扰因素（如熔体温度波动等）对制品性能的影响，可保证制品性能稳定。（3）本技术操作简单、实现容易、成本较低，可方便地应用于对现有快速热循环注塑设备进行技术改造，显著提高制品的性能和合格率。附图说明图1是本技术快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置结构示意图。图2是本技术制品温度在线检测模块示意图。图3是本技术注塑模具结构示意图。图4-图7是本技术快速热循环注塑冷却阶段制品温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，其特征在于：包括制品温度在线检测模块、工控处理模块、模具冷却模块和注塑模具；所述制品温度在线检测模块安装在注塑模具的动模侧并通过控制信号线与工控处理模块相连接，所述工控处理模块通过控制信号线与模具冷却模块相连接，所述模具冷却模块的冷却水输出端通过水管与注塑模具冷却管道的入口端连接。

【技术特征摘要】
1.一种快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，其特征在于：包括制品温度在线检测模块、工控处理模块、模具冷却模块和注塑模具；所述制品温度在线检测模块安装在注塑模具的动模侧并通过控制信号线与工控处理模块相连接，所述工控处理模块通过控制信号线与模具冷却模块相连接，所述模具冷却模块的冷却水输出端通过水管与注塑模具冷却管道的入口端连接。2.根据权利要求1所述的快速热循环注塑冷却阶段制品温度在线检测与控制装置，其特征在于：所述制品温度在线检测模块包括热电偶、推板、导柱和步进电机；所述导柱设置在由注塑模具的型芯板、型芯保持板和型芯安装板所围成的空腔中，且导柱两端分别固定在型芯板和型芯安装板上；所述推板套设在导柱上并可沿导柱的轴向往复滑动；所述热电偶安装在推板上，并与工控处理模块通过控制信号线连接；所述步进电机固定在型芯安装板上并与工控处理模块通过控制信号线连接，其输出轴与推板螺纹连接。3.根据权利要求2所述的快速热循...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖成龙，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43