用双轴跟踪系统进行注塑模具的型腔在充型过程的流动行为的可视化分析.docx
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用双轴跟踪系统进行注塑模具的型腔在充型过程的流动行为的可视化分析
用双轴跟踪系统进行注塑模具的型腔在充型过程的流动行为的可视化分析
H．Yokoi,N.Masuda,H.Mitsuhata
工业科学研究所，东京大学，4-6-1，komaba，meguro-ku153-8505，东京，日本
摘要
本研究的目的是开发一个系统，控制流动前沿动态，扩大了观察流动前沿区域，并自动跟踪流动。
据说，这个系统的发展是为了注射成型缺陷的观察和开发系统的审定。
开发过程两轴跟踪系统可观察流动行为在流场速度高达350毫米/秒。
除了流痕，我们能够在第一时间抓住银条纹形成的照片。
发达的系统验证了注射成型缺陷的假设，还提供了一个新的工具，用于探索新的前沿喷泉流动分析。
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关键词：
注塑成型；可视化；跟踪系统；模具；喷泉流
1简介
在聚合物加工中，注塑成型称为了一种最重要和受欢迎的成型技术。
注塑成型工艺被广泛应用于工业生产几何形状复杂的成型制品，具有高生产力、高精度和低成本。
一个主要的应用是用于产品外观的模塑产品。
因此，外表面外观是一个重要的要求。
这些区域的外部缺陷是注塑成型的主要挑战。
在这一背景下，作者开发了一个玻璃-插入模具，用于直接和动态观察注射成型充填过程的聚合物成各种形状的腔[1,2]。
许多成形缺陷产生在这一关键的灌装过程而融化的树脂流入腔。
我们能够阐明在灌装过程中流动行为的机制和成型缺陷的原因。
为观察流动行为，在观察区，以及都需要高倍率，跟踪系统允许相机移动的观察位置和流动前沿有相同的速度。
教学回放系统[3]的应用是有限的，因为跟踪速度模式必须事先设定。
这种限制是由于频繁发生的充填过程的意外现象。
因此，有必要建立一个自动跟踪系统，可以衡量的同步流前视图的流动前沿领域。
本研究的目的是开发一个系统，动态地衡量流动前沿的模具型腔，并自动跟踪。
发展这样一个系统，成型缺陷的观察，和上缺陷假设的验证将会在这里得到公示。
2流动前沿跟踪系统
固定摄像机的视场和流动前沿位置对应的流动前沿的速度变化的方法有：
（a）“'教学回放系统”提前测试流动速度模式，并基于实测数据进行跟踪。
（b）“'进程系统”测量在注射成型过程中的流动速度和系统自动跟踪运动。
方法（b）能控制摄像机的位置，测量位置在任何时候能反馈到生产系统。
其灵活性也能跟踪更复杂的流动行为。
然而，要求反馈控制可能存在观察高注射成型率的技术难点。
图1流动前沿跟踪系统
作者[4,5]已发展跟踪系统，研究纤维取向过程和以恒定速度的流动。
只有部分填充过程可用以前开发的跟踪系统观察。
在这项研究中，我们试图从厚度方向到流动方向（Y方向）跟踪流动前沿，同时用上面提到的进程方法
（二）测量流场反向。
摄像机的位置按照高速视频摄像机的观察区域流动前沿的中心进行调整。
流动前沿位置在过程中被测量。
移动台在跟踪方向进行相机移动。
从Y（侧方向）和Z（前方向）这两个方向观察，高速摄像机安装在Y和Z的两轴驱动单元，对应相机的移动方向。
高速摄像机按最轻的标准选择摄像头，以提高高速跟踪响应性能。
高速摄像机使用HAS-TURTLE（Ryokosha）andHSV-1000（南汽影像技术）。
通过使用可视化模具后，我们可以从高速摄影机对应的集中光区提取光线的白色区域和阴影流动前沿的边界。
为提高采油速度，在高速度型腔厚度的线阵相机扫描中心，前位以亮度改变位置进行计算。
所用的线阵相机是线扫描率4500hz和测量速度为500赫兹的CCD-EYE（电荷耦合器件）。
线阵相机的布局与观察方向相当不同。
图1显示了从侧面观察的跟踪系统的图片。
该线阵相机和高速摄像机用驱动单元驱动，2个相机一起移动。
图2显示了从前方的观察布局。
线阵摄像机被设置用于观察型腔的侧面，流动前沿位置总是用背光衡量。
用于控制驱动单元的流程如图3所示，它是利用Y和Z方向双方观察。
首先，基本进给速度模式准备通过整体腔充填模式的初步可视化实验输入教学回放系统。
下一步，启动跟踪实验后，以上基本模式（参考模式）通过比较在跟踪过程的线扫描相机的一个衡量结果进行检测。
收集摄像机的位置，然后完全以驱动单元的连续数据的进程反馈跟踪目标。
这样，连同流动前沿位置，自动调整摄像机的位置和移动速度跟随流动前沿。
这个系统是有效率的，特别是在从侧面方向观察的情况下，其中观察相机和扫描相机是彼此固定在同一移动台。
图2从前面的方向观察
图3驱动单元控制流程图
3实验方法
在这项工作中建立一个跟踪系统，我们使用的可视化模具[6]从侧面观察。
型腔的形状为长方形（50mmx120mm），如图4所示。
空腔两侧是由相互平行玻璃块（25mmx30mmx120mm）制成的。
块用楔插入和固定。
玻璃的一侧用于照明，而另一侧是用于观测相机。
光线透过玻璃可以从另一边观察。
为前方观察，最后块的腔被去除，对外开放直接观察流动前沿。
树脂使用的是聚丙烯（GrandPolyproJ105,GrandPolymer）。
此外，聚丙烯（GrandPolyproJ600）与弹性体混合（50/50）。
注塑成型条件见表1。
注塑机使用的是Ultra-75NIVA（住友重工）。
图4腔形状
表1成型条件
4流动前沿跟踪系统的实验评价
在这项工作中，我们试图通过实验从侧面跟踪观察评价流动前沿的业绩。
我们立足教学回放的评价和在高注射速度下传统跟踪方法的困难的学习研究。
图5显示了教学回放和在线系统在驱动配置的比较。
图5中两条曲线的偏差是相应于在线系统的校正量。
偏差的补偿从内到外变化，调整进程系统。
捕获率（根据关于在流动行为可观察这期间的总流的时间（%））在流速为170和350毫米/秒分别为96%和66%。
图5系统驱动配置的过程和教学回放系统之间的关系（注入率：
28.6立方厘米/秒）
5各种成型缺陷的流动前沿跟踪观察
5.1、观察不稳定流动行为
一般来说，流动前沿从中间向两边流动。
由于不同的注射成型条件，和不同的材料，塑料在中心的流动可能不稳定。
这种不稳定可以从图6边缘观察得到。
树脂是用聚丙烯（甲醇-甲烷化流程，大聚合物）。
在图6中，可以看到流动前沿从移动腔壁到固定腔壁旋转，然后往相反方向反复扭转。
一般来说，在样品的两边替代闪亮和枯燥模式是由于以前的报告[7]中提到的不稳定、不对称的喷泉流动。
然而，我们无法观察到任何在聚丙烯不稳定的喷泉流动的情况下所造成的缺陷表现，但是可清楚地观察到在聚丙烯弹性体（50/50）的缺陷表现。
这些结果证实，非对称的喷泉流动可能发生在高填充速度，但它不总是导致替代流痕。
与不对称喷泉流动的具体材料特性的结合应导致替代流痕的发生，它可以被明显地从成型样品的两个表面看到。
图6不稳定流在流动前沿观察（PP（J105），T=2mm，注射率28.6cm3/s）
5.2、观察银纹的产生
银纹是表面的银彩色树脂条纹的外观。
这是由于在喷泉流中的气泡产生的。
通过从相对相机流前所面临的流动观察，我们能够用相机获得银纹的形成（图7）。
流动前沿的压力接近大气压力。
这就是为什么气熔体中像气泡产生的突然膨胀。
当气泡达到流动前沿，它们像气球那样拓展，在腔壁的两侧分解成2部分，然后向四周推进，造成银条纹。
此处显示的是先形成银条纹时的图片。
从学术研究的角度看，银色条纹的形成过程中具有重要意义。
上述结果与当前安装实验地验证了注射成型缺陷的形成，并开辟新的喷泉流的分析的领域。
图7观察银条纹产生的不稳定流（PP（J105），T=2mm，注射率7.2cm3/s）
6结论
（1）我们开发了一个在线跟踪系统，使用线阵摄像机测量流动前沿位置。
自动跟踪流体运动的位置。
（2）传统上，从侧面可以以6.6立方厘米/秒的注射率观察静态跟踪系统。
所开发的系统中，在流动前沿速度约350毫米/秒时，我们能够观察到立方35厘米/秒。
我们用实验验证了一般的注射成型缺陷的假设。
（3）我们成功地利用在线反馈控制跟踪流动前沿，捕获流动前沿行为的图片。
从照片，它被发现不对称的喷泉流动仍然发生在聚丙烯注射率高的情况下，虽然没有形成流痕，这是完全不同于一般它应该导致替代流痕得到形成的理解。
（4）我们可以直接从流动前沿边沿观察银条纹的形成。
气泡被发现扩大了腔壁的两边，造成皮肤层的银条纹。
致谢
我们想表达对弗兰西斯教授（马萨诸塞州洛厄尔大学）的感谢，因为是在他的建议下我们才编写本文。
参考文献
[1]H.Yokoi,T.Hayashi,K.Toda,N.Morita,Directobservationofjettingphenomenaunderahighinjectionpressurebyusingaprismatic-glassinsertedmold,in:
ProceedingsoftheConferenceANTEC’88,1988,p.329.
[2]H.Yokoi,Y.Murata,K.Oka,H.Watanabe,Visualanalysisofweldlinevanishingprocessbyglass-insertedmold,in:
ProceedingsoftheConferenceANTEC’91,1992,p.367.
[3]H.Yokoi,H.Mitsuhata,Visualizationanalysisofflowphenomenaininjectionmoldbytracingmovieapparatus,in:
ProceedingsoftheConferenceJSPP’98,PartI,1998,p.351.
[4]H.Yokoi,Visualanalysisofflow-marksgenerationprocessbyusingglass-insertedmold,vol.PPS-10,1994,p.171.
[5]H.Yokoi,Y.Murata,H.Harada,Visualanalysisoffiberorientationprocessbyglass-insertedmold,in:
ProceedingsoftheConferenceANTEC’94,PartII,1994,p.824.
[6]H.Yokoi,N.Masuda,R.Kosaki,Measurementofshearstressdistributionsonamoldcavitywallduringthefillingprocess,in:
ProceedingsoftheConferenceANTEC’94,1994,p.833.
[7]H.Yokoi,Directanddynamicvisual-analysisoffiberorientationprocess,vol.PPS-11,1995,p.133.
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