設備控制器或更高級的開路或閉路控制系統(tǒng)的質量， 最終是根據(jù)開關過程能夠以多快的速度、多可靠的運行，以及多高的重復精度來確定的。以下范例說明不同開關切換過程的行為，解釋其對熔體流動性能、模塑特性以及過程控制的影響。
反應時間的長短
開關切換信號的時間延遲影響熔體的有效流動距離，特別是在注塑過程中更是如此。根據(jù)切換方法之不同，從信號發(fā)生時刻到最終產生作用之間，存在一定反應時間。例如，在注塑過程中，為了開啟一個截流噴嘴，根據(jù)壓力之不同，模腔壓力信號的切換閾值可以通過程序設計設置為例如100巴大小。如果由于延遲時間長，切換系統(tǒng)速度慢，則在信號發(fā)生作用之前，相對長的一段時間已經過去，而在這段時間里，熔體在繼續(xù)移動。另外一方面，如果使用高速動態(tài)切換系統(tǒng)，則延遲時間相對短暫，熔體在模腔內幾乎沒有向前移動任何距離。
為了能夠控制注塑過程，了解所有時間和所有狀態(tài)下的熔體所在位置極其關鍵，以影響結合線位置和熔體前沿的匯合以及一般而言零件的填充等。為此，非常值得注意去確保開關切換過程能夠快速反應并具備高重復精度。在市場上，一般我們可以看到反映速度快與慢的各種開關切換系統(tǒng)（圖1）。對不同零件幾何形狀的影響，反映在同樣容積的注塑熔體是如何影響不同零件截面方面。
圖1：注塑過程中，不同反應時間內的流動距離。
根據(jù)模腔截面和切換系統(tǒng)時間延遲的情況，熔體流動不同的距離。
在反應時間為0.5毫秒的高速系統(tǒng)上，不同注塑速率對熔體流動距離幾乎沒有產生什么差異；而在反應時間為25毫秒的慢速系統(tǒng)上，熔體流動距離就要大得多。因此，開關切換信號的反應越慢，熔體位置就越難于掌握和控制。來自實踐中的這兩個例子說明：開關切換系統(tǒng)的反應速度，對于熔體前沿高重復精度的可靠控制是何等重要。
不同開關切換方法
不僅僅時間延遲會影響熔體流動距離和工藝過程的可靠性，而且開關切換方法也會對此產生影響。因此，多年以來，在不少機器控制器上，均用圖解方式顯示保持壓力的開關切換閾值。把螺桿位置閾值的精確度，以及切換的穩(wěn)定度用作注塑機賣點，是人們通常使用的方法。但是人們經常忘記，即使機器工藝過程保持恒定，注塑填充仍然受到許多波動因素的影響。這從日本Koyo Kasei公司生產的汽車通風系統(tǒng)零部件（圖）這個實例中可以看到，在這個例子中用模具壁溫度傳感器檢測填充是否完整。如果熔體達到安裝于流道末端的傳感器，系統(tǒng)自動進行切換至保壓狀態(tài)，并發(fā)出零件為良品的信號。如果沒有達到傳感器位置，零件沒有完全注塑，該壞零件將作為不良品而被摒棄。
當今常見的切換工藝方法有：
■ 以螺桿行程位置作為切換依據(jù)的方法；
■ 以模腔壓力閾值作為切換依據(jù)的方法；
■ 檢測模腔壓力上升起始點(熔體前沿檢測)作為自動切換依據(jù)的方法；
■ 檢測模腔溫度上升起始點(熔體前沿檢測)作為自動切換依據(jù)的方法。
這些方法對工藝及其穩(wěn)定性影響的差異非常大。前兩種方法與自動切換方法在許多方面都有著根本性的差別。根據(jù)螺桿行程進行切換和根據(jù)壓力進行切換的這兩種方法都必須始終根據(jù)具體機器的整定值和材料的選擇，進行人工調整工作點或進行填充分析，進而實現(xiàn)優(yōu)化。如果機器整定值或材料性質發(fā)生變化，這種優(yōu)化必須重新進行。
另外一方面，自動切換工藝則可自動適應工藝條件，并提供精確切換信號，而與整定值無關。這樣做，不僅不必尋找有效基礎整定值，也不必在注塑過程中，進行費時耗力的重復試驗。但是，更為重要的是工藝條件變化時所產生的后果，在實際情況中，工藝條件容易發(fā)生變化。
在一個比較研究分析中（注塑機：320A Alldrive 600-170，生產廠家：Arburg GmbH + Co KG；材料類型：聚苯烯，495F，生產廠家：BASF SE），熔體溫度變化跨越盡可能最大的注塑范圍。對于僅部分充填測試棒的小劑量注塑，以及電動注塑機行為比較穩(wěn)定的情況而言，流動距離只會出現(xiàn)小的差異（圖2），而在注塑件較大，注塑機性能較差時，流動距離的差異就會非常明顯。但是，即使在這些“順勢療法（homoeopathic）”注塑條件下，也可清楚地看出依據(jù)行程和壓力切換的兩種工藝均不能對工藝波動作出反應，因而自動造成不同的流動距離。
圖2：在使用不同熔體溫度的狀態(tài)下，四種切換工藝所產生的流動距離。
只有使用模具壁溫時，自動化過程才會出現(xiàn)相等的流動距離。圖中同時顯示標準偏差數(shù)值。
換言之，兩種自動切換工藝并不會造成流動距離的差異，正好對應于生產中的理想狀態(tài)。較小標準偏差也有顯示出自動切換的優(yōu)越性。因此，塑料制品生產廠家如果使用取決于行程的切換信號，而且在切換過程中檢測壓力閾值，那么，他們一般都必須面對成品未完全充填概率較高的局面。在采用部分填充測試棒進行同一系列的試驗中（圖3），唯有檢測溫度升高而自動產生的切換信號不會造成流動距離波動（試驗系列1）。據(jù)觀察，流動距離波動最大的情況發(fā)生在取決于螺桿位置的切換信號上（試驗系列2）。
圖3：采用四種切換工藝的部分填充測試棒流動距離對比（波動最小/最大：測試系列1/4）。
只有通過溫度信號自動觸發(fā)的零件現(xiàn)實同等流動距離。通過螺桿位置斷開填充工藝的零件，其測量獲得的差異最大。
自動確定黏度值
在開啟截流噴嘴或開啟和關閉排氣型芯時，采用壓力或溫度信號自動檢測熔體前沿，對保壓自動切換有著明顯的優(yōu)越性。但是，該工藝還提供更為廣泛的可能性，用于確定、監(jiān)測、甚至可以用于控制各種重要工藝參數(shù)，如剪切速率和剪切應力等，而且據(jù)此還可以確定模具內的黏度。這種工藝（專利正在審批過程中）所必須具備的惟一先決條件，是首先要在流道內安裝一個模腔壓力傳感器，然后再在其后流動方向上安裝一個模腔壁溫度傳感器（圖4）。
一旦熔體抵達壓力傳感器，就會自動檢測到所出現(xiàn)的壓力增加P1。如果熔體抵達溫度傳感器，溫度升高T1就會被自動檢測到（圖5）。然后，從熔體需要覆蓋兩個傳感器之間的流動距離開始，在每個周期結束時，各自的剪切速率就被確定下來。在熔體抵達溫度傳感器的確切瞬間，相應壓力數(shù)值（計算剪切應力所需的與大氣壓之間的壓差Δp）就被確定下來。由于這些數(shù)值都是自動確定的，與傳感器位置無關，因此，處理起來極其簡便，實際上就是撳動按鈕而已。
圖5：剪切速率從熔體流經壓力傳感器與溫度傳感器之間的距離所需時間差△t中計算出來，
在時間T 1上測量的壓力用于確定剪切應力。
這種測量方式的目的并非是要取代比如實驗室流變儀，使用實驗室流變儀可在等溫條件下確定黏度功能。其目的也不是要取代被轉換成流變儀的注塑機，因為這兩種方法都不反映其對模腔流動行為的實際影響。 對于在生產中的長久使用更有意義的一個問題是，熔體流動性能是如何變化的，以及在不同工藝條件下怎樣才能影響其性能變化。畢竟，在理想狀態(tài)下確定的黏度功能是有用的，盡管它并不能與真實狀態(tài)相比。因此，必須假設，使用每件模具的機器在尺寸和設計上都不相同，而且同一臺機器的整定值也不會有同樣的流動狀態(tài)，即使同系列的機器也是如此。所以，連續(xù)不斷地測量模腔內的黏度是適當?shù)摹?
然而在試驗中發(fā)現(xiàn)，不同熔體溫度對剪切速率值幾乎沒有什么影響，倒是觀察到模具溫度對剪切應力有著明顯的影響 (圖6)。今天，由Priamus系統(tǒng)技術公司供應的所有系統(tǒng)上都配備了注塑模具多頻道模內黏度直接自動測量功能。
圖6：采用不同熔體和模具溫度確定的測試棒模具的黏度、剪切應力和剪切速率。
與流變儀里的情況相比，在熱模具和冷模具中測得的剪切應力明顯差異非常大。
用于工藝控制的熔體前沿檢測
近十年來，使用溫度傳感器自動檢測熔體前沿，借此平衡熱澆道系統(tǒng)，已經有數(shù)百個成功的應用范例。同時，也可對冷澆道系統(tǒng)進行控制和平衡。例如，在液態(tài)硅注塑過程中，根據(jù)周期間熔體前沿的檢測情況，計算截流噴嘴自動開啟的延遲時間。但是，新穎之處在于，通過壓力升高的自動檢測，這些自動控制和平衡工藝也可以采用模腔壓力傳感器運行。由于上面描述過的原因，以壓力閾值為基礎的開環(huán)和閉環(huán)工藝對注塑工藝會產生相對不太有利的影響，所以，這種檢測功能是有意義的。
其中一個原因是，非常小的壓力傳感器容易接觸到模腔孔壁，造成力量分散，因而降低靈敏度（圖7）。特別是多腔模具，由于每個模腔都安裝壓力傳感器，必須考慮到由于壓力波動而產生的測量誤差會很大。每當壓力信號出現(xiàn)交叉，就表示傳感器靈敏度自安裝以來已經發(fā)生了變化，測量誤差已經發(fā)生了。
圖7：由于容差要求極其嚴格，特別是非常小的模腔壓力傳感器有接觸中心孔進而損失靈敏度的風險。
圖8所示實例為一個顯然不平衡的8腔模具壓力曲線，第一個模腔比其他模腔更早地得以填充。經驗證明，控制和平衡使用壓力閾值的熱澆道系統(tǒng)是困難的，因為隨著壓力水平的增加，安裝誤差造成的曲線之間的距離減少了。這些曲線的交叉甚至表明，這些模腔里不存在流量差異。但是，這與壓力隨時間的增加又是矛盾的。另外一方面，壓力增加的自動檢測能夠可靠地檢測這種情況，從而可以用于平衡工藝偏差。
圖8：8個模腔壓力增加的時間差說明工藝出現(xiàn)不平衡。由于安裝誤差和傳感器靈敏度發(fā)生變化，
結果，隨著壓力的增加，該差異降低，所以，采用閾值進行平衡并不恰當。壓力增加將自動消除這些安裝誤差。
簡單的試驗系列說明，簡單選擇切換工藝，可對熔體流動距離以及工藝可靠性和重復性帶來重大影響。采用壓力和溫度傳感器，自動檢測熔體前沿，可以防止如偶爾發(fā)生的注塑件未能填滿等這類日常出現(xiàn)的問題，或者至少也能夠對其可靠地進行檢測。
另外一方面，固定壓力或取決于行程的切換閾值會對工藝行為產生非常不利的影響，增加工藝波動風險。在模具里直接自動確定黏度，首次為我們提供了一種手段，可使注塑工藝過程中流動性能的有效波動實現(xiàn)可視化。
相關鏈接
注塑機中用到的壓力傳感器：MSP5100壓力傳感器
