在使用注塑機的過程中，我們要懂得注塑機背壓控制方法，計量控制策略及其效果，在注塑成形加工中對于穩(wěn)定工藝條件、獲得精密優(yōu)質(zhì)制品有著十分重要的作用。背壓是影響計量動作的最重要的工藝參數(shù)之一，合適而穩(wěn)定的背壓值是保證產(chǎn)品品質(zhì)的必要條件。接下來由注塑機工廠為大家詳細講解。

1.背壓形成及其影響因素 

1.1背壓形成機理

注塑機計量過程中，螺桿的旋轉(zhuǎn)完成樹脂粒料在料筒中的往前堆積，同時達到對樹脂原料剪切的作用。當熔料越來越多時，樹脂原料便會產(chǎn)生一個對螺桿的反向作用力，就會形成背壓。背壓的適當提高有利于熔料中空氣的排出、增加熔料的塑化均勻性以及控制產(chǎn)品重量的一致性。

1.2背壓的影響因素

電動注塑機控制中，影響背壓的因素主要有三個：螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿結(jié)構(gòu)以及螺桿的后退速度。相同的工藝參數(shù)條件下，螺桿轉(zhuǎn)速越高，背壓越大；螺桿轉(zhuǎn)速一定的情況下，螺桿不同功能段的塑化能力不同，產(chǎn)生的背壓也不同；螺桿后退速度越慢，熔料背壓越大。

2.背壓控制算法

為了保證樹脂的均勻熔化，螺桿按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即螺桿轉(zhuǎn)速不進行調(diào)整，控制目標通過實時地調(diào)整螺桿的回退速度來實現(xiàn)。

2.1算法的基本原理

背壓控制的基本原理為：當設(shè)定背壓值一定時，螺桿的回退速度與當前的實際背壓值成反相關(guān)的關(guān)系。實際壓力值小于設(shè)定背壓值時，螺桿只旋轉(zhuǎn)不后退，當實際壓力值大于設(shè)定背壓值時，螺桿開始邊旋轉(zhuǎn)邊后退，而且實際壓力值與設(shè)定背壓值的差值越大后退速度越快；實際背壓值與設(shè)定背壓值接近時，速度抖動要小，以避免實際背壓壓力值的抖動。

2.2控制算法的實現(xiàn)

二次曲線在越遠離對稱軸的地方斜率越大，這樣的幾何關(guān)系與上述控制原理相符合：把設(shè)定的指令背壓值作為二次曲線的對稱軸，當實際背壓值遠大于指令背壓值時，螺桿的后退速度呈非線性的快速增大，使得實際壓力迅速下降；當實際背壓值與指令背壓值接近時，則利用其在對稱軸附近的平坦性保證后退速度的小波動；另外我們可以利用對稱軸所帶來的偏置，巧妙地避開外部干擾所導(dǎo)致的實際背壓值的偏置。

為了達到控制要求，提出的控制算法：當實際背壓值大于指令背壓值時，將兩者的差值進行放大，獲得所需的螺桿指令后退速度v，再計算出指令的位移增量，輸出給伺服驅(qū)動器。

3.實驗與分析

3.1注射電機控制模塊實現(xiàn)

我們利用狀態(tài)機的設(shè)計方法對注射電機控制模塊進行了開發(fā)。將整個注射電機的工藝分為七個不同的狀態(tài)，依次為：暫停態(tài)(pause)、注射速度態(tài)(inj＿fwd＿vel)、注射速度－壓力轉(zhuǎn)換態(tài)(inj＿fwd＿v2p)、注射保壓態(tài)(inj＿fwd＿prs)、計量前減壓態(tài)(inj＿bak＿unload1)、計量態(tài)(inj＿bak＿pre－load)以及計量后防流涎態(tài)(inj＿bak＿unload2)。描述了不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換、狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的條件和所需要的觸發(fā)動作。在inj＿bak＿preload狀態(tài)，塑化電機開始旋轉(zhuǎn)，注射電機按照本文所提出的算法進行回退，兩者配合完成背壓的控制。

3.2 實驗與分析

實驗中各機械、工藝及控制參數(shù)如下：通用螺桿直徑為21mm，原料為pp粒料，加熱器的溫度分別為185℃、210℃、200℃、170℃，控制周期為1ms；控制參數(shù)為poffset＝0.28mpa，a0＝9.5mm/min，a1＝85mm/(min·mpa)，a2＝95mm/(min·mpa2)。

為了觀察和比較不同背壓值下的控制效果，實驗設(shè)定四組背壓值分別為6mpa、8mpa、10mpa、12mpa，并設(shè)定兩組不同的轉(zhuǎn)速值80r/min、120r/min。實際的背壓控制效果，可以看出，背壓的實際控制輸出誤差在1mpa內(nèi)，考慮到外部干擾的影響(大約±0.35mpa)，實際效果達到控制要求。

為了觀察多級背壓時的控制效果，設(shè)定兩級背壓6mpa和10mpa，對應(yīng)轉(zhuǎn)速分別為75r/min、110r/min。設(shè)定三段背壓6mpa、12mpa、9mpa，對應(yīng)轉(zhuǎn)速分別為75r/min、110r/min、95r/min?？梢钥闯?，對于多級背壓，本算法也可以將輸出誤差控制在1mpa以內(nèi)，而且響應(yīng)的速度也令人滿意。

有時在計量過程的末期會出現(xiàn)壓力的峰值，這主要是由注射電機末期的減速造成的，經(jīng)過計量后減壓工藝之后，實際背壓值就會顯著減小。剔除控制末端的實際壓力峰值，計算得出對應(yīng)的實際背壓值的平均值以及iae(絕對誤差積分)值如表1所示。從表中可以看出實際背壓的輸出平均值與設(shè)定背壓值的誤差在1mpa以內(nèi)，而且當轉(zhuǎn)速變大時，實際的背壓輸出值會稍大于設(shè)定背壓值。該算法具有很好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

(1)本文提出了一種基于二次曲線的背壓控制算法，針對實際背壓值所處的區(qū)間選取不同的控制策略。

(2)通過實驗驗證，在不同背壓設(shè)定值以及不同設(shè)定轉(zhuǎn)速下，通過該算法得到的實際控制輸出背壓值的誤差平均值可以控制在1mpa以內(nèi)。

(3)本算法可以較好地處理多級背壓的工藝要求。

(4)本算法具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

最后，注塑機工廠指出電動注塑機與傳統(tǒng)的液壓型注塑機在背壓控制上有著顯著的不同：傳統(tǒng)液壓型注塑機通過節(jié)流閥來控制背壓值，而電動注塑機則需要通過計量電機的旋轉(zhuǎn)和注射電機的回抽兩個動作的配合來控制背壓值。通過建立物理模型的方式計算計量過程中注射電機回退的速度，以滿足設(shè)定的背壓曲線，但是由于各阻尼力的不確定性和時變性、外部的電磁干擾以及模型的復(fù)雜度等原因，上述文獻中提出的算法在實現(xiàn)上有一定難度。本文提出了一種易于實現(xiàn)的控制方法，經(jīng)過驗證，該方法滿足了計量過程對于背壓的工藝要求。