阅读说明：本技术 一种科学注塑可视化技术 (Scientific injection molding visualization technology ) 是由 许刚 于 2018-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种科学注塑可视化技术,包括设计阶段、试模阶段和量产阶段。设计阶段通过模流分析技术(CAE仿真技术)能够进行产品的结构优化与模具设计的优化。试模阶段利用科学注塑七步法,对注塑工艺参数进行逐步的测试与优化,科学注塑七步法包括粘度曲线测试、模腔平衡测试、压力降测试、工艺窗口测试、浇口冻结测试、锁模力测试和冷却时间测试七个步骤,通过科学注塑七步法,能够得到科学合理的注塑成型工艺参数；还通过分段注塑成型技术,得到体积收缩率更均匀、变形更小、生产更稳定的产品；通过模腔压力温度测量技术,优化注塑成型工艺,对注塑生产进行实时品质监控,从而实现无人自动化注塑生产。(The invention provides a scientific injection molding visualization technology which comprises a design stage, a mold testing stage and a mass production stage. In the design stage, the structure optimization of a product and the optimization of the mold design can be carried out through a mold flow analysis technology (CAE simulation technology). In the mold testing stage, a scientific injection molding seven-step method is used for gradually testing and optimizing injection molding process parameters, the scientific injection molding seven-step method comprises seven steps of viscosity curve testing, mold cavity balance testing, pressure drop testing, process window testing, pouring gate freezing testing, mold locking force testing and cooling time testing, and scientific and reasonable injection molding process parameters can be obtained through the scientific injection molding seven-step method; the product with more uniform volume shrinkage, less deformation and more stable production is obtained by a segmented injection molding technology; by means of a mold cavity pressure and temperature measuring technology, an injection molding process is optimized, and real-time quality monitoring is carried out on injection molding production, so that unmanned automatic injection molding production is achieved.)

一种科学注塑可视化技术

技术领域

本发明涉及注塑技术领域，尤指一种能够实现注塑自动化生产的科学注塑可视化技术。

背景技术

目前在注塑技术领域技术人员大多采用传统经验即试错法进行注塑成型生产，从而造成 能源与成本的浪费，主要表现在：

1、注塑成型工艺参数的设置仅凭经验性和因人而异性，缺乏必要的数据支撑与科学依据；

2、注塑成型工艺参数得不到优化，从而造成注塑成本的浪费与注塑品质的降低；

3、传统师傅带徒弟的经验传承模式，不利于企业实施标准化数据化生产；

4、无法实现注塑自动化生产。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种科学注塑可视化技术，通过对塑料产品结构与 塑料模具设计的优化、注塑成型工艺参数的优化以及注塑生产的品质监控，实现科学注塑自 动化生产。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种科学注塑可视化技术，包括注射成型模具设计阶段、试模阶段、量产阶段。试模阶 段利用科学注塑七步法，对注塑工艺参数进行逐步的测试与优化，该科学注塑七步法包括如 下步骤：

第一步粘度曲线测试，通过设置不同的注射速度，利用相关公式或表格得到一条相对黏 度曲线，结合实际注射速度线性度曲线，从而选择合理的注射速度；

第二步模腔平衡测试，对于一模两穴或以上的模具，通过注塑不同体积量的产品，计算 最重与最轻产品的重量差异值，以验证模具设计或加工的合理性。当模腔不平衡时，需要进 行产品或模具的修正；

第三步压力降测试，通过注塑机面板实际注射压力的反馈，读取熔体经过注塑机喷嘴、 模具主流道、浇口和流动末端等处的实际注射压力，从而计算出熔体流动路径上的注射压力 损失，验证注塑机喷嘴直径选择、模具流道系统设计的合理性。当压力降超差时，需要进行 注塑机喷嘴或模具的修正；

第四步工艺窗口测试，通过设置熔体与模具加工温度范围，从而得到保压压力窗口，窗 口的中心即为合理的保压压力大小。当产品尺寸不良时，需要进行保压压力或模具的修正；

第五步浇口冻结测试，通过由短到长设置不同的保压时间，称重每模产品重量，当产品 重量不再变化或非常微小的变化时，此时的时间即为合理的保压时间；

第六步锁模力测试，通过由大到小设置不同的锁模力，称重每模产品重量，当产品重量 增加或出现毛边时，此时的锁模力再加5吨即为合理的模具锁模力；

第七步冷却时间测试，通过由长到短设置不同的冷却时间，测量产品的尺寸，当产品尺 寸变化或外观不可接受时，此时的冷却时间再加1秒即为合理的模具冷却时间。

进一步的，设计阶段利用模流分析技术(CAE仿真技术)进行产品的结构优化与模具设 计的优化，例如产品的壁厚、模具的流道系统、模具的冷却系统。

进一步的，试模阶段还利用了分段注塑成型技术，对注塑成型过程进行分段控制，一段 或多段填充+一段压缩+一段或多段保压，以速度优先控制熔体在注塑成型过程中的粘度变化， 从而得到外观更好、体积收缩率更均匀和变形更小、生产更稳定的产品。

进一步的，试模阶段还利用了模腔压力温度测量技术，优化V/P切换位置(注塑由速度 控制阶段切换为压力控制阶段的位置)、保压压力、保压时间等，通过监控模腔压力温度峰 值或积分值等，将报警信号给下位机进行注塑生产的品质监控，从而实现无人自动化生产。

本发明通过以上的技术方案，所达成的有益效果如下：

1、通过模流分析技术(CAE仿真技术)进行产品的结构优化与模具设计的优化。

2、通过科学注塑七步法，得到科学合理的注塑成型工艺参数。

3、通过分段注塑成型技术，得到外观更好、体积收缩率更均匀、变形更小、品质更稳定 的产品。

4、通过模腔压力温度测量技术，优化注塑成型工艺，对注塑生产进行实时品质监控，从 而实现无人自动化注塑生产。

附图说明

图1为科学注塑七步法流程示意图。

图2为粘度曲线测试的实验数据图表。

图3为确定最佳填充时间的粘度曲线图。

图4为模腔平衡性测试的实验数据图表。

图5为表示模腔平衡性测试中产品重量影响的曲线图。

图6为压力降测试的实验数据图表。

图7为表示压力降测试中峰值压力影响的示意图。

图8为工艺窗口测试的实验数据图表。

图9为表示工艺窗口测试中保压压力与熔体温度关系图。

图10为表示简化做法的工艺窗口测试的实验数据图表。

图11为浇口冻结测试的实验数据图表。

图12为表示浇口冻结测试中产品重量和保压时间关系曲线图。

图13为锁模力测试的实验数据图表。

图14为表示锁模力测试中产品重量与锁模力关系曲线图。

图15为冷却时间测试的实验数据图表。

图16为表示冷却时间测试中冷却时间和产品尺寸关系图。

图17为二段注塑流程示意图。

图18为三段注塑流程示意图。

图19为四段注塑流程示意图。

图20为多段注塑流程示意图。

图21为模腔压力温度曲线图。

具体实施方式

下面将结合实施案例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，本实施案例是以端盖 的注塑工艺为例的，所涉及的图表也是表示端盖的注塑工艺参数。

本发明科学注塑工艺主要包括设计阶段、试模阶段和量产阶段：

一、设计阶段：利用模流分析技术(CAE仿真技术)进行产品的结构优化与模具设计的 优化，比如产品的壁厚、模具的流道系统、模具的冷却系统等。模流分析技术为习用技术， 此处不再详细展开。

二、试模阶段：利用科学注塑七步法、分段注塑成型技术和模腔压力温度测量技术，进 行注塑成型工艺的优化、注塑模具的验证与优化。

1、科学注塑七步法，如图1所示，包括7个步骤：

1.1粘度曲线测试：如图2、图3所示通过设置不同的注射速度，利用相关公式或表格得 到一条相对粘度曲线，结合实际注射速度线性度曲线，从而选择合理的注射速度(粘度变化 小时对应的注射速度)。具体操作方法如下：

A、将熔体温度设定为制造商推荐的温度。如果是一个范围，则设置温度为中间值。

B、将所有的保压参数设置为零，保压压力为0和保压时间为0。

C、设置注射压力为注塑机的最大可用值。

D、将冷却时间设定为一个安全的值。这样，产品将被冷却并已达到开模前的顶出温度。

E、以中低速成型一模产品，产品必须是短射的。如果不是，调整切换(V/P切换)位置， 确保产品只填充约50％满。

F、逐步提高注射速度，确保零件仍然是短射的。直到接近注塑机最大注射速度并确保最 先填充满的产品仍然是短射的(填充95-99％满)。如果小于95％满，那么也调整切换使产品 填充到95-99％满。

G、以此最大注射速度成型另一模，记录下此时所需的填充时间和所需的最大注射压力。

H、接下来，以较小的量降低速度，例如从90％至80％。记录每种速度下的填充时间和 峰值注射压力。

I、重复上述步骤，直到你得到尽可能低的注射速度。把可用的注射速度范围分为10–12 个速度点，得到可能多的数据点。

J、在表格中输入这些值来生成粘度曲线。

粘度曲线测试设定的的V/P切换位置为产品填充95-99％时的位置，通过模腔压力曲线可 以更准确的找到合理的V/P切换位置。

1.2模腔平衡测试：如图4、图5所示，对于一模两穴或以上的模具，通过注塑不同体积 量的产品，计算最重与最轻产品的重量差异值，以验证模具设计或加工的合理性。当模腔不 平衡时，我们需要进行产品或模具的修正。具体操作方法如下：

A、设置保压压力为零，设置保压时间为零。

B、将螺杆恢复(储料)延迟时间设置为接近于预估的保压时间的一个大约值。

C、把冷却时间设置为一个安全值，以确保产品在开模前已经冷却到顶出温度。

D、设置注射速度，此值从粘度曲线测试中获得。

E、其他的设置和粘度曲线测试一样，开始成型。

F、仅仅通过调整转移位置，成型的产品都是刚刚短射。如果有一个明显的模腔不平衡， 那么“最大”产品应该是刚刚短射的。记录产品重量(5模)。

G、通过改变切换位置，继续成型短射产品。成型产品为填充50％满(5模)。把产品重 量输入工作表中。

本例子中，模腔平衡差异最大33.5％，需要进行模腔平衡性修正。需要修正的标准可以 根据各公司或产品的具体要求而调整。

1.3压力降测试：如图6、图7所示，通过注塑机面板实际注射压力的反馈，读取熔体经 过注塑机喷嘴、模具主流道、浇口和流动末端等处的实际注射压力，从而计算出熔体流动路 径上的注射压力损失，验证注塑机喷嘴直径选择、模具流道系统设计的合理性。当压力降超 差时，需要进行注塑机喷嘴或模具的修正。具体操作方法如下：

A、将机器设置为最大可用注射压力。

B、储料完成，注塑机空射一次。记下所需的峰值压力。

C、成型模具的热流道系统，使熔体刚刚过热嘴的浇口，记录峰值压力。

D、成型模具冷流道，使熔体刚刚到达冷流道的浇口起始位置，记录峰值压力。

E、成型一模，使熔体刚刚过浇口，记录峰值压力。

G、成型一模，使熔体刚刚到达填充的末端，记录峰值压力。

如图7所示，寻找具有高压力降的部分。

1.4工艺窗口测试：如图8、图9、图10所示，通过设置塑料制造商推荐的熔体与模具加 工温度范围，从而得到保压压力窗口，窗口的中心即为合理的保压压力大小。当产品尺寸不 良时，需要进行保压压力或模具的修正。具体操作方法如下：

通常情况下，对无定形塑料，需要用保压压力VS熔体温度；对结晶性材料需要用保压 压力VS模具温度来确定工艺窗口。下面给出的测试是保压与熔体温度。对于保压与模具温 度，用模具温度来代替熔体温度。

A、设置料筒的温度，达到推荐的熔体温度的较低值(下限)。

B、设置注射速度，此值从粘度曲线试验中得到。

C、设置所有的保压时间和压力为零。

D、设置冷却时间，比通常所需的值多。举例来说，如果估计的冷却时间为10秒，那么 将冷却时间设置为20秒。

E、开始注射，调整转移位置使产品填充95％～98％满。

F、成型产品约5～8模，让工艺和熔体稳定。

G、现在将保压时间设置为一个值，确认浇口是冻结的。

H、以小的增量增加保压压力，并记录压力，直至制造出可以接受的产品(没有短射、 飞边等)。

I、记下这个压力作为“低温-低压”角。

J、以类似的增量进一步增加保压压力，直到产生不能接受的产品，如产品粘模或飞边， 翘曲，等.....记下这个压力作为“低温-高压”角。

K、重复步骤(9)和(10)，但是在推荐的熔体温度的较高值(上限)。这次两个极端的压力将是“高温-低压”和“高温-高压”角。

L、连接这四个角，生成工艺窗口或成型面积图。

M、设置工艺为这个窗口的中心。

1.5浇口冻结测试：如图11、图12所示，通过设置不同的保压时间(由短到长)，称重每模产品重量。当产品重量不再变化或非常微小的变化时，此时的时间即为合理的保压时间。

具体操作方法如下：

A、设定注射速度，此值从粘度曲线试验中得到。

B、设置工艺在工艺窗口研究的工艺窗口中心。

C、设置冷却时间，此值确保产品在顶出前已冷却。

D、把保压时间降为零，开始成型。成型大约5至8模。

E、增加保压时间为1秒，并收集一模产品，记录产品重量。

F、增加保压时间为2秒，并收集一模产品，记录产品重量。类似地，以1秒为增量成型多 模，并记录每模产品重量。

G、绘制“产品重量VS保压时间”图，类似图片中的曲线图。

H、确定浇口的密封时间。从图形中选择保压时间，刚刚超越产品重量恒定的时间。

通过模腔压力曲线可以快速的找到准确的保压时间，比通过科学注塑的浇口冻结测试要 更快，节省试模时间与成本。延长保压时间，模腔压力不再发生明显变化的时间就是优化的 保压的时间。

1.6锁模力测试：如图13、图14所示，通过设置不同的锁模力(由大到小)，称重每模产品重量，当产品重量增加或出现毛边时，此时的锁模力即为合理的模具锁模力。具体操作方法如下：

A、螺杆回料时间，注射速度，保压压力，保压时间为最佳时，注塑机锁模力设为足够 大，成型3模，记录每模产品的重量。

B、锁模力依次减少5吨，每次成型3模，记录每模产品重量，直到产品重量突然变大时为止。

结论：40锁模力时，产品出现毛边，故选择45吨锁模力为最佳锁模力。

1.7冷却时间测试：如图15、图16所示，通过设置不同的冷却时间(由长到短)，测量产品的尺寸，当产品尺寸变化或外观不可接受时，此时的冷却时间即为合理的模具冷却时间。

具体操作方法如下：

A、用不同的冷却时间各成型3模，减少冷却时间直到产品外观受到影响为止。

B、测量关键尺寸。在表格中记录产品尺寸、外观情况，绘出图15“尺寸与冷却时间”曲线图。

C、每个冷却时间所成型的产品应从模具取出24小时后才测量其尺寸。

D、分析数据，看看关键尺寸是如何被冷却时间影响的。

E、决定最佳冷却时间。

结论：冷却时间6秒时，产品尺寸与外观均不合格，故选择7秒为最佳的冷却时间。

2、分段注塑成型技术：即对注塑成型过程进行分段控制的技术，填充(一段或多段)+ 压缩+保压(一段或多段)，以速度优先控制熔体在注塑成型过程中的粘度变化，从而得到体 积收缩率更均匀和变形更小、生产更稳定的产品。

2.1二段注塑：如图17所示，一段填充+一段保压。快速充填，当型腔充填95-99％满时 进行螺杆位置切换。第二段保压用于完成压缩和保压。

2.2三段注塑：如图18所示，一段填充+一段压缩+一段保压。快速填充模具，用螺杆位 置切换。当型腔填充85-95％满时，切换到较慢的速度(5-10％的填充速度)，以速度控制压 缩阶段(第二段速度控制)。当型腔压力或螺杆位置切换完成产品压缩时，V/P切换进入保 压阶段(第三阶段)。

2.3四段注塑：如图19所示，一段填充+一段压缩+二段保压。快速填充模具，用螺杆位 置切换。当型腔填充85-95％满时，切换到较慢的速度(5-10％的填充速度)，以速度控制压 缩阶段(第二段速度控制)。当型腔压力或螺杆位置切换完成产品压缩时，V/P切换进入保 压阶段。保压阶段采用恒定压力+衰减压力的保压方式，使得产品体积收缩更均匀，产品变形 量更小。

2.5多段注塑：如图20所示，多段填充+一段压缩+多段保压。多级速度快速填充模具， 使流动前沿速度更一致，用螺杆位置切换。当型腔填充85-95％满时，切换到较慢的速度(5-10％ 的填充速度)，以速度控制压缩阶段(第二段速度控制)。当型腔压力或螺杆位置切换完成 产品压缩时，V/P切换进入保压阶段。保压阶段采用恒定压力+衰减压力的保压方式，使得产 品体积收缩更均匀，产品变形量更小。

3、模腔压力温度测量技术：如图21所示，通过模腔压力温度曲线，优化注塑成型工艺， 对注塑生产进行实时品质监控，从而实现无人自动化注塑生产。

3.1利用模腔压力温度曲线，可以优化V/P切换位置(注塑由速度控制阶段切换为压力控 制阶段的位置)、保压压力、保压时间等。

3.2利用模腔压力温度曲线，通过监控模腔压力温度峰值或积分值等，将报警信号给下位 机如机械手、机器人等进行注塑生产的品质监控，从而实现无人自动化生产。

本发明在设计阶段利用了模流分析技术(CAE仿真技术)进行产品的结构优化与模具设 计的优化，比如产品的壁厚、模具的流道系统、模具的冷却系统等。在试模阶段利用科学注 塑七步法、分段注塑成型技术和模腔压力温度测量技术，利用科学注塑七步法对注塑成型工 艺参数进行逐步的测试与优化，改变了传统依靠经验来调整注塑工艺参数的做法；利用分段 注塑成型技术得到体积收缩率更均匀、变形更小、生产更稳定的产品；利用模腔压力温度测 量技术，优化注塑成型工艺，对注塑生产进行实时品质监控，从而实现无人自动化注塑生产。 本发明利用了科学的方法与现代的科技，实现对塑料产品结构与塑料模具设计的优化、注塑 成型工艺参数的优化、注塑生产的品质监控，从而提升产品品质，降低生产成本，提升企业 技术竞争力和实现无人自动化生产。

上述实施案例，仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉 此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一 切等效修饰或改变，仍应由发明的权利要求所涵盖。