基于超聲的注塑成形在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

趙鴻敬，朱江

基于超聲的注塑成形在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

趙鴻敬1，朱江2

（1.航天材料及工藝研究所，北京 100076；2.四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司，成都 611130）

在傳感器與熔體不接觸的條件下獲取注射成形過程中熔體流動(dòng)固化收縮等準(zhǔn)確信息?；诔晜鞲屑夹g(shù)，建立適用于塑料注塑成形過程的超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過超聲探頭采集型腔中某點(diǎn)的超聲反射信號(hào)強(qiáng)度，結(jié)合壓力傳感器數(shù)據(jù)與有限元仿真結(jié)果對(duì)超聲信號(hào)特征峰值進(jìn)行分析，并在不同注塑壓力、速度、冷卻時(shí)間等工藝條件下進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)。超聲信號(hào)特征峰值能夠精確感知注射成形過程中熔體流動(dòng)前沿到達(dá)、型腔充填完成、V/P轉(zhuǎn)換、冷卻收縮等型腔內(nèi)實(shí)時(shí)信息。與壓力傳感器等技術(shù)手段相比，通過超聲技術(shù)可在與熔體不接觸的條件下獲取型腔內(nèi)熔體演變的更多信息。

超聲技術(shù)；聚合物；注射成形；在線監(jiān)測(cè)

塑料注射成形是一種重要的成形方法[1-2]，其中高分子材料的注塑成形過程受非線性和時(shí)變等多參數(shù)的影響。在實(shí)際加工過程中，在線跟蹤監(jiān)測(cè)塑料熔體的演變規(guī)律具有十分重要的意義。有些學(xué)者采用熱電偶[3]和壓力傳感器[4]等傳統(tǒng)手段實(shí)現(xiàn)了注射成形過程的在線監(jiān)測(cè)，也有學(xué)者嘗試了其他在線監(jiān)測(cè)技術(shù)如可視化技術(shù)[5-6]、熒光技術(shù)[7]、紅外技術(shù)[8-9]和介電技術(shù)[10-12]等，但大部分監(jiān)測(cè)技術(shù)僅適用于特殊的成形體系，不具備在工業(yè)中應(yīng)用的能力。

超聲波是超聲振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，在高分子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[13-18]。超聲監(jiān)測(cè)作為無損監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要分支，在注射成形過程中得到了廣泛應(yīng)用[19-26]，相比傳統(tǒng)的熱電偶和壓力傳感器等手段，超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、監(jiān)測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無害以及能迅速準(zhǔn)確獲得并分析數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。超聲波能在異質(zhì)界面發(fā)生反射與透射行為，在不接觸熔體的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑過程和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)，可為注射成形的加工控制和過程最優(yōu)化提供指導(dǎo)。文中以聚丙烯（PP）為研究對(duì)象，結(jié)合壓力傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果、Moldflow的雙層面和實(shí)體模型分析結(jié)果，研究了高聚物注塑充模和冷卻固化過程中的超聲行為，利用所得信息分析熔體流動(dòng)前沿、壓力轉(zhuǎn)換、冷卻固化、固液線形成和脫模等過程，獲得了最優(yōu)工藝條件，拓展了超聲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

1 超聲監(jiān)測(cè)理論

超聲傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)一般分為2類：脈沖反射法和穿透法。文中采用脈沖反射法，將超聲探頭安裝于定模側(cè)面型腔的外壁面。當(dāng)超聲波入射到2種聲阻抗不同（分別為1、2）的介質(zhì)界面上時(shí)，聲波發(fā)生反射與透射，反射系數(shù)和透射系數(shù)的計(jì)算見式（1）—（2）。

=1?(2)

超聲在線監(jiān)測(cè)原理如圖1所示，探頭和模具型腔之間用介質(zhì)鋼隔離。超聲探頭發(fā)射的聲壓為0的聲波一部分在第1個(gè)鋼/塑料界面處發(fā)生反射（聲壓記作1），一部分發(fā)生透射經(jīng)過塑料介質(zhì)，在第2個(gè)鋼/塑料界面處發(fā)生反射并透過第1個(gè)鋼/塑料界面（聲壓記作2）。

如果不考慮聲波在鋼中的衰減情況，則聲壓為0的聲波在第1次透過模具/型腔界面時(shí)的聲壓應(yīng)為0，而與1、2有關(guān)，由于文中采用半自動(dòng)操作，可假定模具溫度基本恒定，可視1為常數(shù)，但在冷卻過程中，熔體狀態(tài)時(shí)刻發(fā)生變化，所以2處于動(dòng)態(tài)變化過程。聲阻抗=材料密度×聲速，當(dāng)增大壓強(qiáng)時(shí)，熔體會(huì)被進(jìn)一步壓實(shí)，使密度升高，壓強(qiáng)的增大也會(huì)增大聚合物的模量，從而提高聲速。綜合二者變化，熔體聲阻抗2增加，反射系數(shù)降低，1峰值降低，此時(shí)可推得熔體壓力增大。同理，當(dāng)熔體壓力波動(dòng)不大時(shí)，溫度對(duì)聲阻抗也有同樣影響。因此，在線觀察1峰高的變化情況可推知型腔中熔體狀態(tài)的變化情況。

當(dāng)模具型腔中無塑料熔體或者高聚物固化收縮脫離模具時(shí)，鋼/塑料界面變成鋼/空氣界面，由于鋼的聲阻抗（46×105g/cm2）比空氣的聲阻抗（0.004× 105g/cm2）大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生1 μm的空隙即可使聲波在界面處全部發(fā)生反射，因此2信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)，而此時(shí)1信號(hào)峰值會(huì)恢復(fù)至初始值。在存在氣隙的情況下，超聲波在模腔的傳播行為如圖2所示。

圖1 超聲在線監(jiān)測(cè)原理

圖2 存在氣隙情況下超聲波在模腔內(nèi)的傳播行為

圖3為PP在注塑過程中不同階段的聲信號(hào)。從1峰的變化情況可推知聚合物充模、冷卻固化、收縮脫模等信息。在充模之前，型腔中無聚合物，聲波在前模具/模腔界面發(fā)生全反射，1峰維持在最大值（見圖3a）；注射后，聚合物熔體填充模具型腔，入射聲波的一部分透射入聚合物介質(zhì)，此時(shí)反射聲波能量降低，可觀察到1峰值發(fā)生明顯降低（見圖3c）；隨著冷卻的進(jìn)行，聚合物性質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起反射的超聲波能量變化，1峰的峰高發(fā)生變化（見圖3e）；當(dāng)推桿將制品頂出型腔后，模具/制品界面變成模具/空氣界面，超聲波在此界面發(fā)生全反射，1峰值返回到初始值（見圖3g）。

以上實(shí)驗(yàn)中超聲波增益值為38 dB，故不能明顯觀察到2峰，在相同的工藝參數(shù)條件下，將超聲波增益值設(shè)置為50 dB，在相同時(shí)間點(diǎn)可明顯觀察到2峰的變化。在充模之前觀察不到2峰（見圖3b）；注射后，可觀察到透射入聚合物介質(zhì)被后模具/型腔界面反射的聲波，即2峰（見圖3d）；在圖3e相同的時(shí)間點(diǎn)，2峰的峰高也相應(yīng)發(fā)生了變化（見圖3f）；當(dāng)推桿將制品頂出型腔后，2峰消失（見圖3h）。

圖3 注塑過程中不同階段的聲信號(hào)

超聲在前模具/模腔界面反射的信號(hào)峰1能反映出聲波在聚合物中的傳播和衰減情況，從而反映出聚合物冷卻固化的動(dòng)態(tài)過程。取每個(gè)周期中1峰的最大值，即可得到其相對(duì)加工時(shí)間的變化關(guān)系。

2 超聲監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

超聲監(jiān)測(cè)平臺(tái)由計(jì)算機(jī)、超聲硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集軟件組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

超聲系統(tǒng)硬件由安裝在計(jì)算機(jī)主機(jī)箱中的超聲卡、采集卡以及超聲探頭組成，超聲探頭、超聲卡和采集卡在機(jī)箱中的實(shí)體圖如圖5所示。超聲卡是上海思雀柯信息科技有限公司生產(chǎn)的UT–2001系列數(shù)字式超聲卡。超聲探頭為上海市創(chuàng)辰檢測(cè)設(shè)備有限公司提供的具有收發(fā)功能的5P6型縱波探頭。

超聲采集程序包括2個(gè)部分：超聲卡的驅(qū)動(dòng)程序和超聲采集應(yīng)用程序。通過超聲卡驅(qū)動(dòng)程序可訪問超聲卡上的I/O端口和共享內(nèi)存，控制超聲監(jiān)測(cè)的工作參數(shù)和工作過程。

在實(shí)驗(yàn)過程中，每隔50 ms發(fā)射一次超聲波，超聲采集程序?qū)崟r(shí)顯示每周期的波形，對(duì)超聲傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)后，即可利用超聲采集程序的分析數(shù)據(jù)功能對(duì)采集到的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采集數(shù)據(jù)分析程序界面如圖6所示。

圖4 超聲監(jiān)測(cè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖

圖5 超聲探頭及超聲卡、采集卡實(shí)體圖

圖6 采集數(shù)據(jù)分析程序界面

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)＞吲c產(chǎn)品

實(shí)驗(yàn)用注塑機(jī)為寧波海太塑料機(jī)械有限公司生產(chǎn)的HTL90–C型注射機(jī)。實(shí)驗(yàn)?zāi)＞咝颓怀叽鐬?60 mm×100 mm×30 mm，平均壁厚為2.6 mm，采用直接澆口的方式，圖7a為模具定模部分，圖7b為動(dòng)模部分。

實(shí)驗(yàn)采用武漢超宇監(jiān)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CYPT–101高溫壓力變送器，定模側(cè)壓力傳感器位于模具型腔的頂部側(cè)壁，動(dòng)模側(cè)壓力傳感器位于澆口附近，均與熔體直接接觸。使用JDAS數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采集壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖7 制品及模具實(shí)體圖

圖8為盒子制品實(shí)體圖，其中黑點(diǎn)位置為熔體壓力測(cè)試點(diǎn)（壓力傳感器位置）。

圖8 盒子制品實(shí)體圖

3.2 材料及工藝參數(shù)

實(shí)驗(yàn)材料為中國石化有限公司生產(chǎn)的PP粒料（WH–T36F），其主要參數(shù)如表1所示。

表1 WH–T36F材料的物性參數(shù)

Tab.1 Physical properties of WH-T36F material

實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)如表2所示。在研究保壓壓力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響時(shí)，保證其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)相同，保壓壓力分別采用9、18、27、36 MPa。

表2 實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)

Tab.2 Experimental process parameters

4 結(jié)果與分析

文中注塑機(jī)采用半自動(dòng)操作，利用超聲傳感器和壓力傳感器同步采集數(shù)據(jù)。圖9為1峰幅值與成形時(shí)間的關(guān)系曲線。1峰幅值隨時(shí)間的變化劃分為5個(gè)區(qū)間：a區(qū)間在0～6.5 s之間，6.5 s前，由于熔體還未流至模具型腔中探頭所對(duì)的位置（即監(jiān)測(cè)區(qū)域），此時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域的模具內(nèi)為空腔，聲波在外模具/型腔界面上發(fā)生全反射，故1峰值維持在最大值；b區(qū)間在6.5～ 8 s之間，熔體流經(jīng)探頭所對(duì)的型腔位置并快速填滿型腔，表明充模過程完成，此階段為注射充模階段；c區(qū)間在8～15 s之間，由于型腔內(nèi)熔體的壓力和溫度在此時(shí)間段發(fā)生了變化，型腔內(nèi)熔體的聲阻抗2顯著變化，1峰也出現(xiàn)相應(yīng)波動(dòng)；d區(qū)間在15～24.8 s之間，由于制件冷卻至一定溫度以下，聲阻抗趨于常量，此階段反射系數(shù)和透射系數(shù)可視為不變，1峰值基本維持恒定值；e區(qū)間在24.8 s以后，此時(shí)模具執(zhí)行開模動(dòng)作，推桿將制件頂出型腔，形成空腔，聲波在前模具/模腔界面上再次發(fā)生全反射，1峰回到初始值。

圖9 U1峰幅值與成形時(shí)間的關(guān)系曲線

4.1 注射過程監(jiān)測(cè)結(jié)果

文中使用Moldflow軟件對(duì)制件雙面模型和實(shí)體模型進(jìn)行充模和冷卻過程分析，制件體積為68.3 cm3，保證雙面模型和實(shí)體模型的參數(shù)設(shè)置一致。實(shí)際模具溫度為30 ℃，熔體溫度為229 ℃。使用的材料物性參數(shù)和推薦成形工藝參數(shù)盡量與實(shí)際使用物料的一致，具體參數(shù)如表3所示。在模擬中通過螺桿位置和注射時(shí)間共同控制V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)（與實(shí)際加工的設(shè)置相同），冷卻時(shí)間采用自動(dòng)控制。雙面模型充填分析結(jié)果如圖10a所示，實(shí)體模型充填分析結(jié)果如圖10b所示。

表3 PP材料的物性參數(shù)和推薦成形工藝參數(shù)

Tab.3 Physical parameters of PP material and recommended forming process parameters

圖10 Moldflow充填分析結(jié)果

由雙面模型分析結(jié)果可知，熔體充滿整個(gè)型腔所需時(shí)間為1.326 s，熔體由澆口到達(dá)探頭所對(duì)的型腔位置（以下稱為“位置”）所需時(shí)間為0.51 s，故當(dāng)熔體到達(dá)型腔側(cè)壁中心時(shí)，仍需約0.8 s才能充滿整個(gè)型腔。

現(xiàn)將圖9中b區(qū)間進(jìn)行放大，進(jìn)一步細(xì)化為3個(gè)區(qū)間（分別記為b1區(qū)間、b2區(qū)間、b3區(qū)間），如圖11所示。在b1區(qū)間內(nèi)，6.55 s時(shí)聲波出現(xiàn)明顯下降，表明熔體到達(dá)位置，6.9 s時(shí)曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，表明位置充填結(jié)束；在b2區(qū)間內(nèi)，6.9～7.7 s之間幅值變化平緩，說明在此時(shí)間段內(nèi)熔體壓力和溫度均未出現(xiàn)較大波動(dòng)，由Moldflow的分析結(jié)果可知，熔體到達(dá)位置后仍需經(jīng)過約0.8 s才能充滿整個(gè)型腔，此階段仍處于熔體填充型腔階段，而位置的熔體壓力較小，溫度下降不明顯，聲阻抗維持在恒定值，1峰幅值不變；在b3區(qū)間內(nèi)，7.7 s時(shí)峰值小幅下降，充填初期熔體溫度變化不大，此時(shí)模腔內(nèi)熔體壓力發(fā)生變化，文中所用注塑機(jī)由螺桿位置和填充時(shí)間共同控制V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)，而此時(shí)充填只進(jìn)行了1.3 s，未達(dá)到2.8 s的設(shè)定時(shí)間，注塑機(jī)上操作面板顯示仍在注塑階段，由此推得螺桿未到達(dá)指定位置，不能實(shí)現(xiàn)V/P轉(zhuǎn)換，故7.7 s時(shí)螺桿會(huì)試圖繼續(xù)保持60%的速度前進(jìn)，但此時(shí)型腔已基本充滿，導(dǎo)致型腔中的熔體壓力急劇升高，此時(shí)熔體壓力等同于注射壓力36 MPa，故1峰幅值有一個(gè)小幅度下降。

圖11 充填階段U1峰幅值變化情況

4.2 保壓過程監(jiān)測(cè)結(jié)果

壓力傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖12所示，橫坐標(biāo)表示加工時(shí)間，與超聲傳感器同步，按照曲線趨勢(shì)可以得到4個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別為8、10、13、15 s。下面將結(jié)合超聲傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果分析保壓過程中熔體狀態(tài)的變化情況。

圖12 壓力傳感器監(jiān)測(cè)曲線

將圖9中保壓冷卻區(qū)間（區(qū)間e）進(jìn)行放大，分為5個(gè)區(qū)間（分別記為e1區(qū)間、e2區(qū)間、e3區(qū)間、e4區(qū)間、e5區(qū)間），如圖13所示。

1）在e1區(qū)間內(nèi)，8 s時(shí)1峰幅值迅速回升，由4.1節(jié)可知，此種情況是由熔體壓力變化所導(dǎo)致的，由注射時(shí)間和注射坐標(biāo)尺可推得此時(shí)為V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)，注塑機(jī)由注射壓力36 MPa切換成較低的保壓壓力27 MPa，熔體壓力突然降低，故幅值有所上升。

圖13 保壓冷卻階段U1峰幅值變化

2）在e2區(qū)間內(nèi)，8.2 s之后進(jìn)入保壓階段，曲線緩慢下降，由于結(jié)晶聚合物的晶態(tài)與非晶玻璃態(tài)的彈性模量接近，而非晶橡膠態(tài)的彈性模量很小，如表4所示，因而當(dāng)晶態(tài)區(qū)處于橡膠態(tài)時(shí)，聚合物的彈性模量將隨著結(jié)晶度的增加而升高。從Moldflow對(duì)三維實(shí)體模型溫度分析結(jié)果可知，當(dāng)注塑加工過程進(jìn)行到3 s時(shí)，熔體溫度已經(jīng)到達(dá)155 ℃，如圖14所示。由以上分析可知，低溫模具使制件表面熔體迅速冷卻發(fā)生結(jié)晶，隨著結(jié)晶度的增加，聚合物的彈性模量急劇升高，聲阻抗增加，1峰幅值開始出現(xiàn)緩慢下降的情況。

表4 聚合物在不同狀態(tài)下的彈性模量數(shù)量級(jí)

Tab.4 Modulus of elasticity values of polymers in different states

圖14 Moldflow分析三維實(shí)體模型中位置A溫度變化結(jié)果

3）在e3區(qū)間內(nèi)，10 s時(shí)幅值出現(xiàn)小幅度上升，此時(shí)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的壓力值出現(xiàn)下降的情況。由Moldflow雙層面模型分析結(jié)果可知，在注塑進(jìn)行了4 s后，側(cè)壁壓力急劇下降，如圖15所示，這一結(jié)果和實(shí)際壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果相同，而根據(jù)Moldflow在相同工藝條件下對(duì)實(shí)體模型的分析結(jié)果也可預(yù)測(cè)到，此時(shí)側(cè)壁外表面凍結(jié)層的厚度大約為0.38 mm，內(nèi)表面凍結(jié)層的厚度為0.32 mm，如圖16所示。保證其他參數(shù)不變，不同保壓壓力情況下的1峰值曲線如圖17所示，由圖17可觀察到，保壓壓力越大，此區(qū)間上升趨勢(shì)越明顯（圖17中虛線區(qū)域）。

圖15 Moldflow分析制件某點(diǎn)壓力隨時(shí)間的變化曲線

圖16 Moldflow分析制件某點(diǎn)凍結(jié)層厚度

圖17 在不同保壓壓力情況下的U1峰值曲線

當(dāng)保壓壓力繼續(xù)增大時(shí)，熔體和型腔壁接觸更緊密，溫度低的模具和溫度高的熔體之間熱傳導(dǎo)效果也更好，熔體的冷卻效果更佳，使制品表面形成了一定厚度的凍結(jié)層，處于流動(dòng)末端位置的壓力值也更低，補(bǔ)料越困難，制件和型腔壁逐漸出現(xiàn)微小間隙，這會(huì)影響聲波在界面上的透射，故此階段峰值開始回升，且保壓壓力越大，回升越明顯。

4）在e4區(qū)間內(nèi)，13 s之后1峰幅值下降，由壓力曲線的急速下降可推得此時(shí)保壓過程結(jié)束、螺桿已開始后退。若忽略其他因素的影響，壓力降低應(yīng)引起回波振幅的增加，這與實(shí)際結(jié)果相悖，此時(shí)溫度是1峰幅值的主要影響因素。隨著冷卻的進(jìn)行，制件溫度降至熔點(diǎn)以下，材料聲阻抗顯著增加，此時(shí)和增加壓強(qiáng)的影響效果相同，故1峰幅值出現(xiàn)下降。

5）在e5區(qū)間內(nèi)，15 s時(shí)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的壓力趨于0，說明一定厚度的凍結(jié)層熔體已冷卻至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度g以下，制件慢慢脫離型腔，1峰幅值出現(xiàn)回升并趨于穩(wěn)定。

4.3 與壓力傳感器的對(duì)比

壓力傳感器作為一種傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但文中的超聲傳感器與之相比體現(xiàn)了更多的優(yōu)勢(shì)：（1）流動(dòng)前沿監(jiān)測(cè)，當(dāng)熔體到達(dá)探頭在型腔中對(duì)應(yīng)位置時(shí)，由于填充過程中的型腔壓力較低，熔體流動(dòng)前沿壓力接近大氣壓力，無法被壓力傳感器有效監(jiān)測(cè)，但通過反射聲波1峰幅值的第1次下降，超聲傳感器可以靈敏地監(jiān)測(cè)到熔體流動(dòng)前沿；（2）充模參數(shù)優(yōu)化，在注塑過程中如果提前保壓，型腔壓力不能平緩過渡，不利于成形工藝的控制，對(duì)成形制品的質(zhì)量也存在不利影響，但壓力傳感器很難監(jiān)測(cè)出壓力突變，而超聲傳感器可通過監(jiān)測(cè)峰值曲線充填階段的二次下降及快速回升監(jiān)測(cè)到該點(diǎn)，故可利用此特征優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)；（3）型腔內(nèi)熔體狀態(tài)監(jiān)測(cè)，壓力傳感器僅能監(jiān)測(cè)到所接觸的熔體表面壓力，無法監(jiān)測(cè)到熔體狀態(tài)，而超聲傳感器可反映出熔體冷卻固化等信息。

5 結(jié)語

基于安裝于模具外的超聲傳感器，對(duì)注塑成形過程中型腔內(nèi)聚合物熔體狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合壓力傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及Moldflow模擬結(jié)果，證明了超聲信號(hào)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)注塑工藝過程中熔體物理狀態(tài)的變化情況：信號(hào)峰值的急速下降反映了熔體流動(dòng)前沿到達(dá)及充填結(jié)束；超聲信號(hào)峰值的急速上升可以有效預(yù)測(cè)V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)、制件冷卻脫離型腔過程及制件的頂出脫模過程；通過超聲信號(hào)值的緩慢變化可監(jiān)測(cè)熔體的保壓冷卻過程?？梢?，超聲技術(shù)實(shí)現(xiàn)了注塑成形中熔體流動(dòng)前沿、V/P轉(zhuǎn)換及冷卻固化等過程的精確監(jiān)測(cè)，可在與熔體不接觸的條件下實(shí)現(xiàn)更多熔體微觀狀態(tài)演變信息的在線監(jiān)測(cè)。

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On-line Monitoring of Injection Molding Based on Ultrasonic Techniques

ZHAO Hong-jing1, ZHU Jiang2

(1. Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China; 2. Sichuan Aerospace Fenghuo Servo Control Technology Co., Ltd., Chengdu 611130, China)

The work aims to obtain accurate information such as melt flow, solidification and shrinkage in the injection molding under the condition that the sensor is not in contact with the melt. Based on the ultrasonic sensing technology, an ultrasonic monitoring system suitable for injection molding was established. The ultrasonic probe was used to collect the intensity of ultrasonic reflected signal at a certain point in the cavity, and the characteristic peak value of ultrasonic signal was analyzed by combining the pressure sensor data with finite element simulation. Several groups of experiments were carried out under different injection pressure, speed and cooling time. The characteristic peak value of ultrasonic signal could accurately sense the real-time information of melt flow front arrival, cavity filling completion, V/P conversion, cooling shrinkage, etc. in the injection molding. Compared with the pressure sensor and other technical means, the ultrasonic technique can obtain more information about the melt evolution in the cavity without contact with the melt.

ultrasonic; polymer; injection molding; on-line monitoring

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.08.013

TB553

A

1674-6457(2022)08-0084-09

2022–04–09

趙鴻敬（1975—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樘胤N工程塑料、膠黏劑、橡膠密封及阻尼減振材料等。

責(zé)任編輯：蔣紅晨