[发明专利]注塑多模腔模具热流道温度同步控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求于2009年2月6日提交的题目为“MULTI-CAVITY HOT-RUNNERS CONTROL SYSTEM”的美国临时申请No.61/202,228的优先权，其内容以引文方式整体并入。

技术领域

本发明涉及热流道控制系统，特别是涉及在一个模具内同时使用多个热流道的注塑多模腔模具。

背景技术

注塑成型是现代工业中使用最为广泛的塑料加工成型工艺之一。为了提高生产效率、降低生产成本，如图1(a)所示的配备热流道系统的多模腔模具因其具有一模多产品的特性，逐渐在注塑工业中得到越来越广泛的应用。虽然多模腔模具有着高效的特性，但由于多模腔之间特性的不一致性，近几十年来一直困扰着塑料工业界。这种不一致性主要是由模具流道之间的不平衡造成的，如图1(b)所示。造成不平衡的原因很多，主要有塑料熔体温度分布的不均匀，流道加工的不一致，模具温度分布的不均匀以及注塑时间的不稳定等。

过去研究人员曾尝试通过模具设计加工的角度解决这个问题。现今随着模具计算机辅助设计软件的推广和高速自动化模具加工技术的成熟，模具设计加工本身已经不是困难的问题。不过，过去一直被忽视的热流道系统的温度控制问题，对于多模腔的平衡问题具有同等重要的作用。在现有的控制系统里，每个热流道都是通过一个单独的控制器控制温度。同一个多模腔模具内的不同热流道温度控制器之间不存在任何协调与同步。图2(a)所示为一个典型的热流道升温过程温度曲线。热流道首先要加热到一个低于加工温度的设定值以消除加热器内的残余水分，称之为软启动。之后就可加热至预先设定的加工温度以便注塑成型过程的进行。在连续注塑加工过程中，热流道温度可能随着注塑过程的循环往复而在设定点附近呈现周期性的波动。当热的塑料熔体流经热流道时，流道温度随着剪切热与熔体的温度分布而变化。当温度的变化表现出一个稳定的周期性波动时，系统可视为达到一个动态平衡状态。对于多模腔的模具来说，尽管每一个分流道都达到了自己的动态平衡状态，但是由于它们之间控制的独立性，各流道之间还是存在着显著的差异，如图2(b)所示。这种流道温度的不同步性所造成的同一个时间点不同流道温度之间的差异会导致各个模腔内熔体流动的不平衡，从而形成不同模腔内制品质量的显著差异。图1所示为一个典型的例子，其中1号模腔的温度较之3号模腔为高，则1号流道内的熔体压力降较之3号流道为低，因而熔体较易于流入1号模腔。在注塑过程中就很容易发生1号模腔已经注满，但是3号模腔仍然欠注的问题。在极端情况下，为了注满3号模腔，会造成1号模腔因注射压力过高而出现飞边的情况。在其他一些情况下，虽然没有出现明显的欠注和飞边等现象，但由于不同模腔内的塑料材料经历了不同的热历程，使得不同模腔内的制品具有质量上的差异，比如密度，尺寸以及机械性能等。

从以上的分析中可以得出结论，热流道的温度变化不仅导致了不同注射周期之间的差异，而且造成了一个注射周期内不同模腔之间的差异。图3所示为传统的热流道温度控制系统，其中每一个流道都是由一个独立的控制器进行温度测量和控制。

图3的传统多模腔热流道温度控制器系统结构框图中，模具有N个热流道，每个配备一个或多个加热器。为了便于讲解且不失一般性，假设每个热流道只使用一个加热器。在图3中清晰可见，在传统系统中，每个热流道温度都由一个独立的控制器进行测量和控制。控制器的目标是保持温度在预定的设定值上。在传统控制系统里，没有考虑不同热流道之间动态性能的差异，也没有在不同控制器之间进行通讯和同步。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于具有多个模腔的热流道模具的控制系统，其可以提供多个热流道的同步控制，将不同模腔之间的不平衡减至最小，以及在不同模腔之间获得均衡的熔体流动。

根据本发明的一方面，提供了一种用于多模腔热流道模具的控制系统，该控制系统包括一个同步控制器，该同步控制器与填充同一个模具内多个模腔的多个热流道连接，并且用于为多个热流道提供同步控制，该同步控制器同时检测多个热流道的温度，并根据检测到的温度和一个同步算法对多个热流道进行同步控制，其目的是使得不同热流道之间的热历程相同，并使得不同热流道内的熔体流动得到平衡。

在本发明中，不同热流道之间的同步控制可以通过一个基于传统预测控制的预测控制算法实现。

每个热流道的同步控制算法可通过优化预测控制的第一目标函数得到：