劉宗義，羅剛

(四川省宜賓普什模具有限公司，四川 宜賓 644000)

注塑機(jī)作為注塑制品的生產(chǎn)機(jī)械已被廣泛使用,對(duì)于模具制造商來(lái)說(shuō)，對(duì)制造卓越模具的追求，沒(méi)有止境。目前先進(jìn)精密注塑模具正在向更高腔、更緊湊、由單一的制模轉(zhuǎn)變?yōu)榻o客戶(hù)提供模具系統(tǒng)一體化的方向發(fā)展。注射模具成型作為一個(gè)典型的多變量、多工序間歇工業(yè)過(guò)程,也是過(guò)程監(jiān)測(cè)的重要應(yīng)用背景,其理論成果層出不窮。但由于間歇過(guò)程固有的變量時(shí)變性、反應(yīng)復(fù)雜等多種原因,其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果卻難如人意[1], 目前模具運(yùn)行過(guò)程中，由于缺乏有效的運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)，注塑系統(tǒng)完全處于開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)，缺乏有效的運(yùn)行監(jiān)控措施，整個(gè)注塑過(guò)程較大地依賴(lài)人工，精密注塑控制問(wèn)題一直得不到很好的解決。當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，只有派遣專(zhuān)門(mén)的維修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障檢測(cè)以確定故障原因。整個(gè)監(jiān)控過(guò)程的自動(dòng)化程度不高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，極大地影響了模具運(yùn)行效率。例如，當(dāng)模具運(yùn)行突發(fā)出現(xiàn)填充壓力、注射速度、冷卻水溫度、冷卻水流量等變化后，必將會(huì)導(dǎo)致部分產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題[2]。生產(chǎn)管理人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，只能依靠檢測(cè)到塑料制品不合格后才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備或工藝環(huán)境出現(xiàn)了變化或者故障。出現(xiàn)故障后，必須依靠工作人員親臨現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障檢測(cè)以確定故障原因并予以解決、修復(fù)或調(diào)整工藝后才能重正常生產(chǎn)。由于塑料制品質(zhì)量保障依賴(lài)注塑設(shè)備、模具以及生產(chǎn)環(huán)境運(yùn)行穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量控制難度大，對(duì)生產(chǎn)工藝控制技術(shù)要求高。因此，研發(fā)半閉合或閉環(huán)控制的注射成型控制系統(tǒng)，對(duì)成型過(guò)程中關(guān)鍵工藝參數(shù)如填充壓力、注射速度、冷卻問(wèn)題、流量等變化進(jìn)行對(duì)監(jiān)控或者生產(chǎn)工藝自動(dòng)補(bǔ)償，可以有效改善或解決注塑成型的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。隨著自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在注塑機(jī)上的應(yīng)用,智能控制注塑工藝過(guò)程的各參數(shù)達(dá)到最佳已成為可能。這種方式可以保證注塑制品的精度,將最優(yōu)的工藝條件儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中,從而保證每一批注塑制品的質(zhì)量。發(fā)展智能模具，不僅是制造業(yè)對(duì)模具行業(yè)提出的新要求，同時(shí)它也是模具行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的推動(dòng)力量，因此，它必將成為未來(lái)模具行業(yè)的發(fā)展方向。

1 注射模具工作原理

注射模具又稱(chēng)注塑成型，是成型物料在注塑機(jī)加熱料筒中塑化后，由螺桿柱塞注射到閉合模具的模腔中形成制品的成型方法[3]。如圖1，其過(guò)程是由顆粒狀原料高溫加熱流動(dòng)的液態(tài)高壓高速度進(jìn)入熱流道保溫熔液進(jìn)入模腔冷卻成型 到頂出溫度頂出成品[4]。

圖1 注射成型過(guò)程圖示

注射模具工作過(guò)程一般是：合模—注射（保壓）—模具冷卻（熔融）—開(kāi)?！敵鏊芗鐖D2，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、工作原理及生產(chǎn)環(huán)境編寫(xiě)運(yùn)行程序及調(diào)試[5]。

圖2 注射成型循環(huán)周期分布

2 注塑模具監(jiān)控裝置

先進(jìn)精密注塑模具正在向更高腔、更緊湊、由單一的制模轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┙o客戶(hù)模具系統(tǒng)一體化的方向發(fā)展。目前模具運(yùn)行過(guò)程中，由于缺乏有效的運(yùn)行監(jiān)控措施，工作人員對(duì)整個(gè)注塑過(guò)程的監(jiān)控必須依靠親臨現(xiàn)場(chǎng)予以解決，并且，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，只有派遣專(zhuān)門(mén)的維修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障檢測(cè)以確定故障原因。整個(gè)監(jiān)控過(guò)程的自動(dòng)化程度不高，且人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，極大影響了模具運(yùn)行效率[6]。

針對(duì)上述問(wèn)題，如圖3研發(fā)一種注塑模具監(jiān)控裝置，包括熱流道系統(tǒng)、熱流道溫控器、檢測(cè)模塊及模具數(shù)據(jù)采集器等模塊。裝置通過(guò)模塊之間熱流道系統(tǒng)與熱流道溫控器連接，模具數(shù)據(jù)采集器分別與檢測(cè)模塊及熱流道溫控器連接[7]，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控裝置能夠?qū)δ＞叩倪\(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)后通過(guò)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行處理并發(fā)送給熱流道溫控器，熱流道溫控器根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得到熱流道系統(tǒng)的合理工作溫度。在此基礎(chǔ)上，熱流道溫控器將接收的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給管理計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以方便工作人員及時(shí)了解模具運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)模具監(jiān)控裝置及其智能管理程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具運(yùn)行智能管理的同時(shí)，方便在模具運(yùn)行故障時(shí)工作人員及時(shí)處理，極大提高了模具運(yùn)行效率。相關(guān)部件工作原理要求如下：

圖3 注塑模具監(jiān)控裝置工作原理圖示

（1）熱流道系統(tǒng)，通過(guò)加熱保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)。

（2）熱流道溫控器，用于接收來(lái)自模具數(shù)據(jù)采集器的信息，同時(shí)根據(jù)所搜集信息對(duì)熱流道系統(tǒng)溫度進(jìn)行控制。

（3）檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)模具運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；檢測(cè)模塊包括計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、GPS模塊、模內(nèi)壓力傳感器及鎖模力傳感器，分別用于檢測(cè)模具的成型周期、生產(chǎn)次數(shù)、位置信息、模腔壓力及鎖模力[8]。

（4）模具數(shù)據(jù)采集器，用于采集檢測(cè)模塊檢測(cè)到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，處理后發(fā)送給數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，包括將模具數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給熱流道溫控器；另外，熱流道溫控器除具備上述功能外，還可以功能疊加用于進(jìn)行自動(dòng)化模具診斷、塑料泄露檢測(cè)及加熱器故障檢測(cè)。理所當(dāng)然，此時(shí)熱流道系統(tǒng)需具備與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的通信功能，并且與整個(gè)注塑工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)相連接。當(dāng)熱流道出現(xiàn)塑料泄露或者加熱器故障時(shí)，首先連接的報(bào)警器將提示報(bào)警及故障顯示，或者根據(jù)預(yù)先的設(shè)置直接報(bào)警停機(jī)提示待修。同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)采集器包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，包括將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給熱流溫控器。同時(shí)模具數(shù)據(jù)采集器與熱流道溫控器通過(guò)以太網(wǎng)或CAN總線連接。

3 注塑模具智能管理系統(tǒng)

上述監(jiān)控裝置，主要解決的試單一模具生產(chǎn)運(yùn)行智能監(jiān)控，如要實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)間及工廠生產(chǎn)所用模具運(yùn)行的智能監(jiān)控及管理，則還需要研發(fā)一種注塑模具智能管理系統(tǒng)。注塑模具智能管理系統(tǒng)除了包括上述的注塑模具監(jiān)控裝置，還包括服務(wù)器及管理計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行管理中服務(wù)器與管理計(jì)算機(jī)連接；服務(wù)器用于存儲(chǔ)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析管理數(shù)據(jù)；管理計(jì)算機(jī)內(nèi)包括對(duì)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)收集的數(shù)據(jù)收集模塊、對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化處理并顯示的顯示管理模塊以及對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估的數(shù)據(jù)分析模塊。相關(guān)部件工作原理如下：

（1）服務(wù)器用于存儲(chǔ)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析管理數(shù)據(jù)。

（2）管理計(jì)算機(jī)內(nèi)包括對(duì)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)收集的數(shù)據(jù)收集模塊、對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化處理并顯示的顯示管理模塊以及對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估的數(shù)據(jù)分析模塊。

（3）報(bào)警裝置與管理計(jì)算機(jī)連接，用于當(dāng)模具發(fā)生塑料泄露或熱流道系統(tǒng)的加熱器發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理。檢測(cè)模塊檢測(cè)到模內(nèi)壓力值在預(yù)設(shè)的壓力報(bào)警值范圍之外時(shí)，報(bào)警裝置便進(jìn)行報(bào)警。

注塑模具智能管理系統(tǒng)提供的注塑模塊監(jiān)控裝置，能夠?qū)δ＞叩倪\(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)后通過(guò)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行處理并發(fā)送給熱流道溫控器，熱流道溫控器根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得到熱流道系統(tǒng)的合理工作溫度。在此基礎(chǔ)上，熱流道溫控器將接收的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給管理計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以方便工作人員及時(shí)了解模具運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)控裝置及其智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具運(yùn)行智能管理的同時(shí)，方便在模具運(yùn)行故障時(shí)工作人員及時(shí)處理，極大提高了模具運(yùn)行效率。

對(duì)上述的監(jiān)控裝置及其智能管理系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行以下一詳細(xì)說(shuō)明。

將計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、GPS模塊、模內(nèi)壓力傳感器及鎖模力傳感器組成的檢測(cè)模塊安裝與模具內(nèi)的適當(dāng)位置，計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、GPS模塊、模內(nèi)壓力傳感器及鎖模力傳感器分別檢測(cè)模具的成型周期、生產(chǎn)次數(shù)、位置信息、模內(nèi)壓力及鎖模力后將上述運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過(guò)以太網(wǎng)或CAN總線傳輸給熱流道溫控器。由于是對(duì)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，因此數(shù)據(jù)采集器在此處是必要的，因其具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集及處理功能，數(shù)據(jù)采集器包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，包括將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給熱流道溫控器。熱流道溫控器用于對(duì)熱流道系統(tǒng)所需溫度進(jìn)行控制，其根據(jù)接收的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析計(jì)算出熱流道系統(tǒng)工作的合適溫度并將此合適溫度發(fā)送給熱流道系統(tǒng)，熱流道系統(tǒng)再根據(jù)該控制溫度通過(guò)加熱保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)[9]。

熱流道溫控器在處理運(yùn)行數(shù)據(jù)的同時(shí)還將運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳給管理計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)通過(guò)圖形化界面處理，將運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示，以方便運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)模具運(yùn)行有直觀的了解。與管理計(jì)算機(jī)連接的設(shè)備還有服務(wù)器，服務(wù)器用于存儲(chǔ)模具運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析管理數(shù)據(jù)。服務(wù)器除存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能之外，還可對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。管理計(jì)算機(jī)還連接有報(bào)警裝置，由于塑料注入注嘴頭孔時(shí)，將增加澆口嵌件的熱損耗，并對(duì)注嘴頭的熱電偶連接產(chǎn)生影響，并且分流板槽中的塑料泄漏可以彌合氣隙，分散分流板的熱量，這兩種情況會(huì)導(dǎo)致工作周期急劇增加。 管理計(jì)算機(jī)在接收到監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，在發(fā)送上述情況時(shí)，將及時(shí)控制報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警[10]。報(bào)警裝置可采用蜂鳴器予以實(shí)現(xiàn)，在蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警的同時(shí)，管理計(jì)算機(jī)同時(shí)通過(guò)圖形顯示。尤其當(dāng)管理計(jì)算機(jī)連接的模具數(shù)量較多時(shí)，管理計(jì)算機(jī)將對(duì)應(yīng)顯示發(fā)送故障的運(yùn)行模具，但是，由于數(shù)據(jù)傳輸限制，模具的數(shù)量一般不超過(guò)128臺(tái)。在上述功能的基礎(chǔ)上，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，服務(wù)器還具備故障數(shù)據(jù)定點(diǎn)發(fā)送功能，例如，將故障數(shù)據(jù)以郵件形式發(fā)送給專(zhuān)家或者特定管理人員。同樣地，基于服務(wù)器，智能管理系統(tǒng)還可以提供模具運(yùn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，此功能的基礎(chǔ)當(dāng)然是在服務(wù)器中提供訪問(wèn)域名。注塑車(chē)間管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 注塑車(chē)間管理系統(tǒng)架構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)工藝裝備的要求越來(lái)越高，無(wú)論是硬件還是軟件，都上了很大臺(tái)階。對(duì)于模具制造商來(lái)說(shuō)，對(duì)模具的制造及卓越的追求，沒(méi)有止境。目前先進(jìn)精密注塑模具正在向更高腔、更緊湊、由單一的制模轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┙o客戶(hù)智能注射模具系統(tǒng)一體化的方向發(fā)展。