復(fù)雜滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制方法和裝置，特指一種利用溫度與氣體流量傳感器監(jiān)測(cè)滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度，并利用計(jì)算機(jī)控制流量伺服閥調(diào)節(jié)內(nèi)部循環(huán)氣道的氣體流量，進(jìn)而控制空氣流場(chǎng)溫度的方法。
技術(shù)背景
[0002]滾塑成型是一種依靠模具內(nèi)部熔融態(tài)材料的重力流動(dòng)成型的工藝。模具內(nèi)的高分子材料在復(fù)雜熱與運(yùn)動(dòng)的作用下，逐漸均勻的融化并附著在模具內(nèi)表面的型腔之上，形成和模具型腔相同的制品。溫度是影響滾塑成型工藝的主要因素，在滾塑設(shè)備結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)和聚合物原材料一定的情況下，滾塑成型的溫度參數(shù)對(duì)制品的質(zhì)量有直接的影響，因此滾塑成型工藝中對(duì)溫度的自動(dòng)控制成為了滾塑行業(yè)內(nèi)關(guān)心的焦點(diǎn)。滾塑工藝中的內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度，一直是影響滾塑工藝的重要因素，滾塑工藝過(guò)程中不僅需要控制模具表面的溫度精度，更重要的是控制模具內(nèi)部的空氣流場(chǎng)溫度。滾塑模具內(nèi)部為中空狀，空間較大，內(nèi)部空氣由于模具的局部受熱產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)分布，從而誘發(fā)內(nèi)部高分子材料相變過(guò)程的不均勻，最終使得產(chǎn)品性能下降，因此，穩(wěn)定的空氣流場(chǎng)溫度對(duì)滾塑工藝和成型過(guò)程的控制有重要的意義。然而由于滾塑模具呈密閉狀，且傳統(tǒng)方法一般只能通過(guò)紅外測(cè)溫儀測(cè)得模具本身的溫度，難以直接測(cè)試及控制滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外通用的滾塑成型設(shè)備，較少配備溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置和自動(dòng)控溫裝置，而是通過(guò)人工按照生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使用紅外測(cè)溫槍定點(diǎn)定時(shí)地測(cè)量模具表面的溫度，然后根據(jù)測(cè)得的溫度，手動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)夤艿郎先細(xì)饬髁康拇笮?，?shí)現(xiàn)控制加熱點(diǎn)溫度進(jìn)而控制模具表面溫度的效果。然而，上述操作不僅安全性差，而且很難控制滾塑工藝過(guò)程中模具內(nèi)外壁的溫度和物料的溫度變化。由于不能實(shí)時(shí)并精確的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)成型工藝過(guò)程中的溫度參數(shù)，目前存在滾塑成型效率低、能耗大，所加工出的制品質(zhì)量精度不高的問(wèn)題。
[0004]國(guó)外滾塑工藝研究起步較早，研究水平相對(duì)較高，如Shih-Jung Liu , Kwang HwaFu等人旨在探討增強(qiáng)鰭片方式對(duì)滾塑成型的加熱/冷卻效率的影響。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單軸機(jī)對(duì)滾塑成型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并能夠測(cè)量在內(nèi)部循環(huán)空氣的溫度，在模具整體表面擴(kuò)展加上類(lèi)似鰭片的造型，通過(guò)增加和改變表面積，進(jìn)而增強(qiáng)和改變傳熱，以減少工藝周期所需時(shí)間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，帶針片模具表面表現(xiàn)出最高的加熱和冷卻效率。在滾塑中使用針片，在相同的條件下可以得到更好的效，然而在其過(guò)程中忽略了模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度對(duì)滾塑產(chǎn)品的影響。
[0005]在國(guó)內(nèi)已有的滾塑模具溫度控制方法中，只涉及到模具自身溫度場(chǎng)的控制方法。如專(zhuān)利CN201210154562.2涉及一種滾塑設(shè)備溫度無(wú)線測(cè)試裝置，其忽略了滾塑中模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度對(duì)滾塑工藝的影響。因此，本專(zhuān)利針對(duì)上述專(zhuān)利在滾塑工藝溫度控制上的不足，提出了一種控制滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的方法。
[0006]在已有的滾塑工藝溫度控制裝置中，主要依靠各種不同功能的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)滾塑工藝中模具與相關(guān)加熱點(diǎn)溫度的測(cè)量。專(zhuān)利CN201220240143.6涉及一種滾塑工藝的自動(dòng)控制系統(tǒng):系統(tǒng)通過(guò)安裝在模具上的溫控傳感器獲得模具內(nèi)部的溫度，溫控傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC系統(tǒng)控制滾塑機(jī)的點(diǎn)火裝置及溫度輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了滾塑機(jī)的參數(shù)自動(dòng)控制，但是所用溫控傳感器同樣存在無(wú)法測(cè)量模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的問(wèn)題。內(nèi)部氣體的流動(dòng)需要特殊的裝置加以引導(dǎo)和控制，因此，本發(fā)明針對(duì)滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度控制提出了一種特殊的結(jié)構(gòu)和裝置。本發(fā)明適用于多種外部加熱方式的滾塑工藝，可優(yōu)化滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的均勻性，從而提升滾塑工藝的自動(dòng)化水平和滾塑制品的質(zhì)量。
[0007]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能控制滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的裝置及方法，本發(fā)明為首次提出該裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中面臨的滾塑模具內(nèi)部溫度場(chǎng)受熱不均勻的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能控制滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的裝置，同時(shí)提供一種相適應(yīng)的方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種復(fù)雜滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制裝置，其特征是它包括搖擺系統(tǒng)1，通過(guò)搖擺系統(tǒng)I控制床體2的上下擺動(dòng)，通過(guò)床體2控制滾塑模具4的旋轉(zhuǎn)，從而使得滾塑模具4上下擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行，滾塑模具4的加熱通過(guò)點(diǎn)火裝置3來(lái)實(shí)現(xiàn)，室溫空氣通過(guò)變頻風(fēng)機(jī)10經(jīng)過(guò)進(jìn)氣管道9再經(jīng)進(jìn)氣口流量閥6最后經(jīng)與滾塑模具同步旋轉(zhuǎn)的滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17進(jìn)入滾塑模具4內(nèi)部，滾塑模具4內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度通過(guò)非接觸式溫度傳感器5采集，然后傳遞給計(jì)算機(jī)11，經(jīng)計(jì)算機(jī)11處理再反饋給變頻風(fēng)機(jī)10來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，如此循環(huán)反復(fù)，最終使其溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)；其中進(jìn)氣管道9與進(jìn)氣口流量閥6通過(guò)連接法蘭8進(jìn)行連接，滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17由氣體分配端14、氣體輸送管18和旋轉(zhuǎn)接頭13組成，氣體分配端14的進(jìn)氣端通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭13與進(jìn)氣管12相連，進(jìn)氣管12與進(jìn)氣口流量閥6相連，通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭12使得滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17能隨滾塑模具一起轉(zhuǎn)動(dòng)而使得包括進(jìn)氣口流量閥6在內(nèi)的送氣機(jī)構(gòu)不能隨滾塑模具一起轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體分配端14的出氣端與沿軸向方向伸入滾塑模具內(nèi)的氣體輸送管18的進(jìn)氣口相連通，在每根氣體輸送管18均設(shè)有多個(gè)出氣口 16 ;在氣體分配端14上連接有一端伸入滾塑模具中用于安裝非接觸式溫度傳感器5的安裝支架15，非接觸式溫度傳感器5的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)11電氣連接；在進(jìn)氣管道9上安裝有進(jìn)氣口氣體流量傳感器7。
[0010]滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17隨滾塑模具4 一起左右旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭13使得進(jìn)氣口流量閥6、連接法蘭8與進(jìn)氣管道9不隨滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)一起旋轉(zhuǎn)，但能隨滾塑模具(4)同步擺動(dòng)。
[0011]通過(guò)非接觸式溫度傳感器5，采集滾塑模具4內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度值，并通過(guò)RS232接口傳入計(jì)算機(jī)11，通過(guò)計(jì)算機(jī)11接受非接觸式溫度傳感器5傳入的溫度數(shù)據(jù)，與目標(biāo)溫度比較，從而通過(guò)進(jìn)氣口氣體流量傳感器7和進(jìn)氣口流量閥6來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣口的氣體流量，如此循環(huán)，直至其溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
[0012]所述的氣體輸送管18的數(shù)量至少為二根，它們以等間隔布置在滾塑模具的軸心線周?chē)?br>[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種復(fù)雜滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制方法，利用非接觸式溫度傳感器5，滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)11等實(shí)現(xiàn)了滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的閉環(huán)控制，溫度控制精確，大幅提高了滾塑儲(chǔ)罐壁厚的均勻性，其特征在于它包括以下步驟:
(O開(kāi)啟滾塑加工系統(tǒng)，加入高分子滾塑材料，并加熱模具表面；
(2)滾塑模具4內(nèi)部的非接觸式溫度傳感器5和進(jìn)氣口氣體流量傳感器7連續(xù)不斷地實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，分別傳入計(jì)算機(jī)11中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡1、II中；
(3)數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大和A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)RS232接口傳輸給計(jì)算機(jī)11，計(jì)算機(jī)11對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后計(jì)算機(jī)11根據(jù)處理好的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果在計(jì)算機(jī)11中以圖線的形式顯示出來(lái)；
(4)計(jì)算機(jī)11根據(jù)非接觸式溫度傳感器5接收到的滾塑模具4內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較并計(jì)算，得到溫度的差值，隨后通過(guò)計(jì)算機(jī)11控制進(jìn)氣口流量閥6，改變進(jìn)氣口的空氣流速；
(5)進(jìn)氣口流量閥6與變頻風(fēng)機(jī)10接收到計(jì)算機(jī)11的信號(hào)后，使室溫空氣進(jìn)入滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17，在滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)17的作用下，使得模具內(nèi)部的空氣流場(chǎng)溫度值不斷發(fā)生改變，在計(jì)算機(jī)11連續(xù)實(shí)時(shí)接收調(diào)節(jié)過(guò)后的溫度后，與設(shè)定的溫度值進(jìn)行再比對(duì)，得到溫度的差值，隨后再通過(guò)計(jì)算機(jī)11控制進(jìn)氣口流量閥6和變頻風(fēng)機(jī)10，改變進(jìn)氣口的空氣流速，如此循環(huán)下去，直至采集的滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度的差值保持在一定的范圍內(nèi)。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
本發(fā)明的有益效果是:
(1)利用傳感器、流量閥、變頻風(fēng)機(jī)、計(jì)算機(jī)等使?jié)L塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度穩(wěn)定在一定范圍，解決了傳統(tǒng)內(nèi)部流場(chǎng)溫度參數(shù)無(wú)法控制的難題；
(2)利用傳感器傳入的信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)流量閥與變頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行直接控制，響應(yīng)速度快，精度高，自動(dòng)化程度大大提高；
(3)通過(guò)自動(dòng)化裝置控制滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)的溫度，從而提升了滾塑制品的產(chǎn)品質(zhì)量，從而使得產(chǎn)品壁厚更加均勻。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明的滾塑模具內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制裝置示意圖。
[0016]圖2本發(fā)明的滾塑模具內(nèi)部氣體流動(dòng)示意圖。
[0017]圖3本發(fā)明的滾塑模具氣體流道結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0018]圖中:1為搖擺系統(tǒng)，2為床體，3為點(diǎn)火裝置，4為滾塑模具，5為非接觸式溫度傳感器，6為進(jìn)氣口流量閥，7為進(jìn)氣口氣體流量傳感器，8為連接法蘭，9為進(jìn)氣管道，10為變頻風(fēng)機(jī)，11為計(jì)算機(jī)，12為進(jìn)氣口，13為旋轉(zhuǎn)接頭，14為氣體分配端，15為安裝支架，16為出氣口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例一。
[0021]如圖1-3所示。
[0022]本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)雜滾塑工藝內(nèi)部空氣流場(chǎng)溫度的控制方法和裝置。例如成型