專利名稱：注塑多模腔模具熱流道溫度同步控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱流道控制系統(tǒng)，特別是涉及在一個模具內(nèi)同時使用多個熱流道的注塑多模腔模具。
背景技術(shù)：
注塑成型是現(xiàn)代工業(yè)中使用最為廣泛的塑料加工成型工藝之一。為了提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，如

圖1(a)所示的配備熱流道系統(tǒng)的多模腔模具因其具有一模多產(chǎn)品的特性，逐漸在注塑工業(yè)中得到越來越廣泛的應用。雖然多模腔模具有著高效的特性，但由于多模腔之間特性的不一致性，近幾十年來一直困擾著塑料工業(yè)界。這種不一致性主要是由模具流道之間的不平衡造成的，如圖1(b)所示。造成不平衡的原因很多，主要有塑料熔體溫度分布的不均勻，流道加工的不一致，模具溫度分布的不均勻以及注塑時間的不穩(wěn)定等。過去研究人員曾嘗試通過模具設(shè)計加工的角度解決這個問題?，F(xiàn)今隨著模具計算機輔助設(shè)計軟件的推廣和高速自動化模具加工技術(shù)的成熟，模具設(shè)計加工本身已經(jīng)不是困難的問題。不過，過去一直被忽視的熱流道系統(tǒng)的溫度控制問題，對于多模腔的平衡問題具有同等重要的作用。在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)里，每個熱流道都是通過一個單獨的控制器控制溫度。同一個多模腔模具內(nèi)的不同熱流道溫度控制器之間不存在任何協(xié)調(diào)與同步。圖2(a) 所示為一個典型的熱流道升溫過程溫度曲線。熱流道首先要加熱到一個低于加工溫度的設(shè)定值以消除加熱器內(nèi)的殘余水分，稱之為軟啟動。之后就可加熱至預先設(shè)定的加工溫度以便注塑成型過程的進行。在連續(xù)注塑加工過程中，熱流道溫度可能隨著注塑過程的循環(huán)往復而在設(shè)定點附近呈現(xiàn)周期性的波動。當熱的塑料熔體流經(jīng)熱流道時，流道溫度隨著剪切熱與熔體的溫度分布而變化。當溫度的變化表現(xiàn)出一個穩(wěn)定的周期性波動時，系統(tǒng)可視為達到一個動態(tài)平衡狀態(tài)。對于多模腔的模具來說，盡管每一個分流道都達到了自己的動態(tài)平衡狀態(tài)，但是由于它們之間控制的獨立性，各流道之間還是存在著顯著的差異，如圖2 (b) 所示。這種流道溫度的不同步性所造成的同一個時間點不同流道溫度之間的差異會導致各個模腔內(nèi)熔體流動的不平衡，從而形成不同模腔內(nèi)制品質(zhì)量的顯著差異。圖1所示為一個典型的例子，其中1號模腔的溫度較之3號模腔為高，則1號流道內(nèi)的熔體壓力降較之3號流道為低，因而熔體較易于流入1號模腔。在注塑過程中就很容易發(fā)生1號模腔已經(jīng)注滿， 但是3號模腔仍然欠注的問題。在極端情況下，為了注滿3號模腔，會造成1號模腔因注射壓力過高而出現(xiàn)飛邊的情況。在其他一些情況下，雖然沒有出現(xiàn)明顯的欠注和飛邊等現(xiàn)象， 但由于不同模腔內(nèi)的塑料材料經(jīng)歷了不同的熱歷程，使得不同模腔內(nèi)的制品具有質(zhì)量上的差異，比如密度，尺寸以及機械性能等。
從以上的分析中可以得出結(jié)論，熱流道的溫度變化不僅導致了不同注射周期之間的差異，而且造成了一個注射周期內(nèi)不同模腔之間的差異。圖3所示為傳統(tǒng)的熱流道溫度控制系統(tǒng)，其中每一個流道都是由一個獨立的控制器進行溫度測量和控制。圖3的傳統(tǒng)多模腔熱流道溫度控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中，模具有N個熱流道，每個配備一個或多個加熱器。為了便于講解且不失一般性，假設(shè)每個熱流道只使用一個加熱器。在圖3中清晰可見，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，每個熱流道溫度都由一個獨立的控制器進行測量和控制。 控制器的目標是保持溫度在預定的設(shè)定值上。在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)里，沒有考慮不同熱流道之間動態(tài)性能的差異，也沒有在不同控制器之間進行通訊和同步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種用于具有多個模腔的熱流道模具的控制系統(tǒng)，其可以提供多個熱流道的同步控制，將不同模腔之間的不平衡減至最小，以及在不同模腔之間獲得均衡的熔體流動。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于多模腔熱流道模具的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括一個同步控制器，該同步控制器與填充同一個模具內(nèi)多個模腔的多個熱流道連接， 并且用于為多個熱流道提供同步控制，該同步控制器同時檢測多個熱流道的溫度，并根據(jù)檢測到的溫度和一個同步算法對多個熱流道進行同步控制，其目的是使得不同熱流道之間的熱歷程相同，并使得不同熱流道內(nèi)的熔體流動得到平衡。在本發(fā)明中，不同熱流道之間的同步控制可以通過一個基于傳統(tǒng)預測控制的預測控制算法實現(xiàn)。每個熱流道的同步控制算法可通過優(yōu)化預測控制的第一目標函數(shù)得到
權(quán)利要求
1.一種多模腔熱流道控制系統(tǒng)，包括一個同步控制器，用于為一個模具內(nèi)的多個模腔進行填充的多個熱流道提供同步控制，每個熱流道配備一個或多個加熱器，其中，同步控制器與多個熱流道相連，同時測量多個熱流道的溫度，基于測得的溫度和同步算法對多個熱流道進行同步控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模腔熱流道控制系統(tǒng)，其中每個熱流道還包括一個單獨的用于對其進行控制的下位控制器，同步控制器通過測得的溫度和同步算法確定下位控制器的設(shè)定值曲線；并將確定的設(shè)定值曲線發(fā)送到相應的下位控制器，下位控制器根據(jù)對應的設(shè)定值曲線對多個熱流道同時進行控制，從而為多個熱流道提供同步控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模腔熱流道控制系統(tǒng)，其中同步控制器包括多通道溫度測量模塊，同時測量多個熱流道的溫度，同步算法模塊，根據(jù)同步算法為多個熱流道提供控制參數(shù)，以及多通道加熱器控制模塊，根據(jù)控制參數(shù)對多個熱流道的加熱器同時進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模腔熱流道控制系統(tǒng)，其中同步控制以一個預測控制的方法獲得，同步算法通過優(yōu)化以下預測控制的第一目標函數(shù)獲得j(n n2,n3,nu)=e\ f^rO) fjs>kjt+jI t)-yk(t+j11))[y-w, [k-i其中，J(N1; N2, N3, Nu)為第一目標函數(shù)，N1設(shè)為溫度響應的死區(qū)時間，N2設(shè)為工作點附近的溫度過渡響應時間，N3設(shè)為一個注射周期的時間，凡表示同步控制最快的響應時間，+ 表示根據(jù)時間t及時間t之前的信息作出的對t+j時刻的溫度預測， w(t+j)是t+j時刻的溫度設(shè)定值，Au(t+j-l)是t+j-1時刻同步控制器輸出變化量， λ+1々 + _/…-Λ々 + ·/Ι々是兩個相鄰熱流道的溫度預測的差，δ (j), y (j)和λ (j)為加權(quán)指標，其中，通過優(yōu)化第一目標函數(shù)，不同熱流道之間的溫度差異能夠最小化，從而平衡不同熱流道內(nèi)的熔體流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模腔熱流道控制系統(tǒng)，其中同步算法通過優(yōu)化以下的第二目標函數(shù)來獲得J(NllN2iN3) = ElfjYG)[J=N1其中，J(N1; N2, N3)為第二目標函數(shù)，N1設(shè)為溫度響應的死區(qū)時間，N2設(shè)為工作點附近的溫度過渡響應時間，N3設(shè)為一個注射周期的時間，+ 表示的是根據(jù)時間t及時間t之前的信息作出的對t+j時刻的輸出預測，w(t+j)是t+j時刻的溫度設(shè)定值， …+ …是兩個相鄰熱流道的溫度預測的差，δ (j)和Y (j)為加權(quán)指標，其中，通過優(yōu)化第二目標函數(shù)，最小化多個熱流道的設(shè)定值曲線之間的曲線差異，以平衡不同熱流道內(nèi)的熔體流動。
6.一種為多模腔熱流道提供同步控制的方法，包括以一個同步控制器同時對多個熱流道的溫度進行測量，并且根據(jù)測得的溫度和同步算法為多個熱流道提供同步控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中根據(jù)測得的溫度和同步算法為多個熱流道提供同步控制的步驟包括 同步控制器根據(jù)測得的溫度和同步算法確定多個熱流道的溫度設(shè)定值曲線； 同步控制器將確定的設(shè)定值曲線分別發(fā)送到多個熱流道的單獨的下位控制器；以及下位控制器根據(jù)確定的設(shè)定值曲線同時對各個熱流道的溫度進行控制，從而達到多個熱流道的同步控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中根據(jù)測得的溫度和同步算法為多個熱流道提供同步控制的步驟包括 同步控制器根據(jù)測得的溫度和同步算法確定不同熱流道的控制參數(shù)；以及同步控制器根據(jù)確定的控制參數(shù)直接對多個熱流道同時進行控制，從而達到不同熱流道的同步控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中同步控制通過一個預測控制的方法獲得，同步算法由對以下預測控制的第一目標函數(shù)的優(yōu)化計算所得
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中同步算法根據(jù)以下的第二目標函數(shù)優(yōu)化所得
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多模腔模具熱流道控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括一個對多個熱流道進行同步控制的同步控制器。每個熱流道裝備了一個或多個加熱器。同步控制器與各個熱流道相連，同時測量各個熱流道的溫度，并根據(jù)所測得的溫度和同步算法為各個熱流道提供同步控制。各個熱流道的同步控制方案通過一個類似預測控制的方法獲得。
文檔編號B29C45/73GK102333631SQ201080006877
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者楊毅, 高福榮 申請人:香港科技大學