注塑機(jī)簡(jiǎn)介

注塑機(jī)又名注射成型機(jī)或注射機(jī)。它是將熱塑性塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全電式。注塑機(jī)能加熱塑料，對(duì)熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿(mǎn)模具型腔。塑料注射成型機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)注塑機(jī)）是一集機(jī)、電、液于一體的典型系統(tǒng)。由于注塑加工能夠一次成型形狀復(fù)雜的塑料制品，同時(shí)可供加工的塑料種類(lèi)也非常多，具有效率高、后加工量少、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而自問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展非常迅速。目前，注塑加工已成為塑料加工最為主要的加工方法。PLC 是上世紀(jì)60 年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，誕生之初主要被用于生產(chǎn)線及大型機(jī)械的控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的軟、硬件技術(shù)也取得巨大進(jìn)步，以PLC為核心的控制系統(tǒng)的成本迅速下降，極大地拓展了其工業(yè)應(yīng)用的范圍。傳統(tǒng)中、小型注塑機(jī)的電氣控制系統(tǒng)大多采用繼電器和開(kāi)關(guān)閥控制。這種控制方法接線復(fù)雜、自動(dòng)化程度低，故障率高且不方便維修，尤其是缺乏柔性。即當(dāng)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制柜則必須要進(jìn)行改變，系統(tǒng)的靈活性差。小型PLC 系統(tǒng)，它具有運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)器容量大、功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于各種有自動(dòng)化控制要求的場(chǎng)合。將其用于注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)或改造，失為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。

2、工作原理

注塑機(jī)的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過(guò)程。

注射成型是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

注塑機(jī)操作項(xiàng)目：注塑機(jī)操作項(xiàng)目包括控制鍵盤(pán)操作、電器控制系統(tǒng)操作和液壓系統(tǒng)操作三個(gè)方面。分別進(jìn)行注射過(guò)程動(dòng)作、加料動(dòng)作、注射壓力、注射速度、頂出型式的選擇，料筒各段溫度的監(jiān)控，注射壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。

一般螺桿式注塑機(jī)的成型工藝過(guò)程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機(jī)筒內(nèi)，并通過(guò)螺桿的旋轉(zhuǎn)和機(jī)筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機(jī)器進(jìn)行合模和注射座前移，使噴嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通入壓力油，使螺桿向前推進(jìn)，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間和壓力保持（又稱(chēng)保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開(kāi)模取出制品（保壓的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔內(nèi)補(bǔ)充物料，以及保證制品具有一定的密度和尺寸公差）。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實(shí)現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿(mǎn)足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時(shí)，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在20~45MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見(jiàn)，注射裝置和合模裝置是注塑機(jī)的關(guān)鍵部件。

3、項(xiàng)目設(shè)計(jì)意義

注塑速度的比例控制已經(jīng)被注塑機(jī)制造商廣泛采用。雖然電腦控制注塑速度分段控制系統(tǒng)早已存在，但由于相關(guān)的資料有限，這種機(jī)器設(shè)置的優(yōu)勢(shì)很少得到發(fā)揮。本文將系統(tǒng)的說(shuō)明應(yīng)用多段速度注塑的優(yōu)點(diǎn)，并概括地介紹其在消除短射、困氣、縮水等制品缺陷上的用途。

調(diào)整注塑速度可以幫助消除由于在入水口位出現(xiàn)的流動(dòng)放慢而引起的缺陷。當(dāng)熔體經(jīng)過(guò)射嘴和流道到達(dá)入水口時(shí)，熔體前鋒的表面可能已經(jīng)冷卻凝固，或者由于流道突然變窄而造成熔體的停滯，直到建立起足夠的壓力推動(dòng)熔體穿過(guò)入水口，這就會(huì)使通過(guò)入水口的壓力出現(xiàn)峰形。高壓將損傷材料并造成諸如流痕和入水口燒焦等表面缺陷,這種情況可以通過(guò)剛好在入水口前減速的方法克服上述缺陷。這種減速可以防止入水口位的過(guò)度剪切，然后再將射速提高到原來(lái)的數(shù)值。因?yàn)榫�確控制射速在入水口位減慢是非常困難的，所以在流道末段減速是一個(gè)較好的方案。

我們可以通過(guò)控制末段射膠速度來(lái)避免或減少諸如飛邊、燒焦、困氣等缺陷。填充末段減速可以防止型腔過(guò)度填充，避免出現(xiàn)飛邊及減少殘余應(yīng)力。由于模具流徑末端排氣不良或填充問(wèn)題引起的困氣，也可以通過(guò)降低排氣速度，特別是射膠末段的排氣速度加以解決。

•      設(shè)計(jì)任務(wù)
  

•      任務(wù)描述
  

塑料注射成型機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)注塑機(jī)）是一集機(jī)、電、液于一體的典型系統(tǒng)。注塑機(jī)用于熱塑性塑料的面型加工，注塑機(jī)通過(guò)11個(gè)電磁閥YV1～YV11配合完成閉模、進(jìn)料、加熱、射臺(tái)前進(jìn)、注射壓力1、注射壓力2、冷卻、射臺(tái)后退、開(kāi)模、頂針前進(jìn)、頂針后退、后退等工序，其中注射，加熱和冷卻工序需要延時(shí)一定的時(shí)間以完成工序要求。

•      控制任務(wù)與要求
  

（1）根據(jù)控制對(duì)象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、工藝過(guò)程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。

（2）繪制搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫(xiě)出指令程序清單。

(3)選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。

(4)上機(jī)調(diào)試程序。

(5)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

•      任務(wù)詳情
  

任務(wù)流程圖如下

三、設(shè)計(jì)方案

1、控制對(duì)象描述

注塑機(jī)生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品一般要經(jīng)過(guò)閉模、進(jìn)料、加熱、射臺(tái)前進(jìn)、注射壓力1、注射壓力2、冷卻、射臺(tái)后退、開(kāi)模、頂針前進(jìn)、頂針后退、后退等工序。這些動(dòng)作均由TV1 ~ TV11電磁閥配合控制液壓回路完成。注塑機(jī)的工作方式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種形式，它的自動(dòng)循環(huán)工藝圖見(jiàn)圖所示。

顯而易見(jiàn)注塑機(jī)的控制過(guò)程是順序的控制。它的工作順序是一步一步的進(jìn)行，首先從必須開(kāi)始到頂出產(chǎn)品為一個(gè)循環(huán)，就這樣周而復(fù)始的進(jìn)行下去。它的每個(gè)工步執(zhí)行指令使電磁閥動(dòng)作，用限位開(kāi)關(guān)SQ1 ~ SQ8和計(jì)時(shí)器T0、T1、T2、T3來(lái)判斷每一步是否完成，只有當(dāng)前這一步完成之后才能進(jìn)入下一步的操作。

當(dāng)然除了自動(dòng)的工作方式外，還有手動(dòng)的工作方式。手動(dòng)控制的操作流程圖如下圖所示手動(dòng)的工作方式主要是為了方便調(diào)整設(shè)備，以及方便單件產(chǎn)品的生產(chǎn)。所謂的手動(dòng)，就是注塑機(jī)的每一個(gè)工步都設(shè)置一個(gè)按鈕，當(dāng)我們把按鈕按下時(shí)機(jī)器就會(huì)執(zhí)行該按鈕對(duì)應(yīng)的那一步動(dòng)作。

2、控制方案

1、按下啟動(dòng)按鈕SB，在電磁閥YV1作用下，注塑機(jī)開(kāi)始閉模。

2、到達(dá)閉模終止限位開(kāi)關(guān)SQ1 ，注塑機(jī)停止閉模，在電磁閥YV2的作用下，注塑機(jī)開(kāi)始進(jìn)料

3、到達(dá)進(jìn)料限位限位開(kāi)關(guān)SQ2，注塑機(jī)射臺(tái)停止進(jìn)料，在電磁閥YV3作用下，注塑機(jī)開(kāi)始加熱。

4、加熱延時(shí)5s時(shí)間到后，注塑機(jī)停止加熱，在電磁閥YV4作用下，注塑機(jī)開(kāi)始射臺(tái)前進(jìn)，

5、射臺(tái)前進(jìn)終止，到達(dá)限位開(kāi)關(guān)SQ3，在電磁閥YV5作用下，注塑機(jī)開(kāi)始注塑機(jī)注射壓力1（高速）。

6、延時(shí)3S后，在電磁閥YV6的作用下，注塑機(jī)開(kāi)始注塑機(jī)注射壓力2（低速）。

7、延時(shí)2S，在電磁閥YV7作用下，注塑機(jī)開(kāi)始冷卻。

8、延時(shí)4S后，注塑機(jī)電磁閥YV8作用下注塑機(jī)射臺(tái)后退。

9、射臺(tái)后退停止，到達(dá)限位開(kāi)關(guān)SQ4后，在電磁閥YV9作用下，注塑機(jī)開(kāi)模。

10、到達(dá)開(kāi)模終止限位開(kāi)關(guān)SQ5后，注塑機(jī)在電磁閥YV10作用下，注塑機(jī)頂針前進(jìn)。

11、到達(dá)頂針開(kāi)關(guān)前進(jìn)終止限位開(kāi)關(guān)SQ6, 注塑機(jī)在電磁閥YV11作用下，注塑機(jī)頂針后退。

12、到達(dá)注塑機(jī)頂針后退終止限位開(kāi)關(guān)SQ7后，注塑機(jī)復(fù)位。

13、在任意運(yùn)行過(guò)程中可以通過(guò)X0按鈕強(qiáng)行中斷并返回。

14、在注塑機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)之前，可以通過(guò)X14的按鈕講自動(dòng)模式切換為手動(dòng)控制模式。

15、在手動(dòng)模式下，可以通過(guò)X1到X13分別控制閉模，開(kāi)模，射臺(tái)前進(jìn)，射臺(tái)后退，注射，保壓1檔，注射，保壓2檔，加熱，進(jìn)料，冷卻，頂針前進(jìn)，頂針后退。

3、創(chuàng)新點(diǎn)

（1）分段調(diào)節(jié)原料進(jìn)入模具的速度以及壓力，

這樣一些較為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品可以降低不良率。

（2）分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，并且可以任意切換。

四、硬件設(shè)計(jì)與接線

   1、PLC I/O地址分配表

本次注塑機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的輸入設(shè)備：限位開(kāi)關(guān) *8

輸出設(shè)備：電磁閥 *8

考慮到實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備，決定利用通用控制模塊上的LED燈的代替模擬電磁閥的輸出作用效果。因此所得到的I/O地址分配表如下：

2、PLC外圍接

3、PLC功能表圖

• 自動(dòng)控制功能表圖
  

（2）手動(dòng)控制功能表圖

•      控制箱接線圖
  

五、軟件編寫(xiě)與調(diào)試

1、自動(dòng)控制梯形圖

2、手動(dòng)控制梯形圖

3、程序調(diào)試

七、總結(jié)與心得體會(huì)

1、總結(jié)

在剛拿到時(shí)，我先對(duì)進(jìn)行了大致的分析和計(jì)劃，考慮到注塑機(jī)的工作方式與工作流程，注塑機(jī)借助11個(gè)電磁閥YV1～YV11完成閉模、進(jìn)料、加熱、射臺(tái)前進(jìn)、注射保壓高速和低速擋、射臺(tái)后退、開(kāi)模、頂針前進(jìn)、頂針后退、復(fù)位。等工序，是一步一步完成的，所以決定采用順序控制得步進(jìn)指令進(jìn)行梯形圖的編程。剛開(kāi)始時(shí)，由于我對(duì)注塑機(jī)的工作原理不夠理解，工作流程不夠吃透，導(dǎo)致了對(duì)行程開(kāi)關(guān)SQ1的狀態(tài)沒(méi)有把握好，自動(dòng)控制梯形圖編程時(shí)寫(xiě)錯(cuò)狀態(tài)，后來(lái)通過(guò)和同學(xué)的討論，將其改正過(guò)來(lái)。在手動(dòng)控制的編程過(guò)程中，犯了線圈重復(fù)使用控制的誤，導(dǎo)致手動(dòng)控制的功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，之后通過(guò)軟件調(diào)試和程序監(jiān)視，完成了對(duì)程序的修改，完成了對(duì)手動(dòng)控制的要求。在進(jìn)行硬件的測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)了，PLC實(shí)驗(yàn)箱輸入模塊的X10 、X11兩個(gè)輸入位置互換了，所以在后面的線路連接中，我特別注意了這兩個(gè)輸入。通過(guò)這次工程，把學(xué)過(guò)的比較零碎的知識(shí)系統(tǒng)化，真正的能夠把學(xué)過(guò)的知識(shí)落到實(shí)處，深刻理解了‘實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)’這一句真理。所謂學(xué)以致用不外乎就是這樣的。

此次設(shè)計(jì)我們組探討了注塑機(jī)的工作原理和工作方式，并從網(wǎng)上收集資料，通過(guò)仔細(xì)的學(xué)習(xí)和比較發(fā)現(xiàn)，一些注塑機(jī)在完成模具注射的時(shí)候，產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)一些瑕疵，為此我們采用分段注射的方式，改良產(chǎn)品，提高優(yōu)品率。注塑機(jī)借助11個(gè)電磁閥YV1～YV11完成閉模、進(jìn)料、加熱、射臺(tái)前進(jìn)、注射保壓高速和低速擋、射臺(tái)后退、開(kāi)模、頂針前進(jìn)、頂針后退、復(fù)位，由于工作流程是一步一步完成的，為此我們決定采用順序控制得步進(jìn)指令進(jìn)行梯形圖的編程。在自動(dòng)模式開(kāi)啟運(yùn)行的過(guò)程中，這些步驟的運(yùn)行需要用到很多行程開(kāi)關(guān)和定時(shí)器，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，資源有限，我們用現(xiàn)有模塊上面的按鈕代替形成開(kāi)關(guān)給PLC一個(gè)信號(hào)，用LED燈模擬輸出的電磁閥。完成了自動(dòng)模式的編程之后，我們對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)：在運(yùn)行過(guò)程中中斷并推出和手動(dòng)控制模式，這些功能可也是的注塑機(jī)更加靈活的應(yīng)用。關(guān)于注射過(guò)程的分段控制，如何判斷、選擇并切換注射速度和壓力是一個(gè)難題，模具的形狀和大小有可能影響到注射的效果，從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。由于實(shí)驗(yàn)室的資源有限，于是我們就假設(shè)根據(jù)工程的經(jīng)驗(yàn)，先已知模具注射的最優(yōu)的注射速度和壓力，通過(guò)定時(shí)器設(shè)定時(shí)間，切換注射的速度和壓力，通過(guò)這樣的方式來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)的工作流程。

射膠速度與制品質(zhì)量的密切關(guān)系使它成為注塑成型的關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)確定填充速度分段的開(kāi)始、中間、終點(diǎn), 并實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)置點(diǎn)到另一個(gè)設(shè)置點(diǎn)的光滑過(guò)渡，可以保證穩(wěn)定的熔體表面速度以制造出期望的分子取問(wèn)及最小的內(nèi)應(yīng)力。我們建議采用以下這種速度分段原則：1）流體表面的速度應(yīng)該是常數(shù)。2）應(yīng)采用快速射膠防止射膠過(guò)程中熔體凍結(jié)。3）射膠速度設(shè)置應(yīng)考慮到在臨界區(qū)域（如流道）快速充填的同時(shí)在入水口位減慢速度。4）射膠速度應(yīng)該保證模腔填滿(mǎn)后立即停止以防止出現(xiàn)過(guò)填充、飛邊及殘余應(yīng)力。

設(shè)定速度分段的依據(jù)必須考慮到模具的幾何形狀、其它流動(dòng)限制和不穩(wěn)定因素。速度的設(shè)定必須對(duì)注塑工藝和材料知識(shí)有較清楚的認(rèn)識(shí)，否則，制品品質(zhì)將難以控制。

2、心得體會(huì)

這周我們做了基于PLC的塑料注塑成型機(jī)。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的調(diào)試與仿真，其功能基本達(dá)到要求。在這短暫的一周里，我深深的感覺(jué)到自己所學(xué)知識(shí)的膚淺和在實(shí)際運(yùn)用中的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的匱乏。本設(shè)計(jì)以PLC為核心，通過(guò)對(duì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)分析，完成了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。我主要負(fù)責(zé)I/O地址分配，硬件設(shè)計(jì)和程序流程圖的繪制。針對(duì)本設(shè)計(jì)中的注塑機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中的許多功能還有待于擴(kuò)展、完善。由于時(shí)間倉(cāng)促，知識(shí)量有限，設(shè)計(jì)中也還存在著一些不足，對(duì)于設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

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