水辅成型水液压系统的压力比例控制试验研究

　　0 前言

　　水辅成型技术是近几年由气体辅助注射成型(简称气辅成型)发展而来的一种最新的流体辅助成型技术。水辅成型利用经过过滤的自来水替代气辅成型使用的氮气,通过水辅成型水液压系统加压并快速注射到塑料熔体中形成中空腔。由于工作介质的区别,水辅成型技术具有效率高、成本低、质量好等超越气辅成型的优势^[1-3]。

　　但是,水辅成型控制过程复杂,负载的压力流量耦合特性强。为避免注射口附近产生强烈的漩涡和引发严重的水-熔体界面不稳定性,水注射压力要求由低到高的斜坡控制^[3-4]。根据水辅成型循环工作特征设计的水液压系统,要求从节能、负载功率匹配和提高控制性能等方面出发,实现大流量水注射和冷却阶段的小流量保压补充塑料熔体收缩。笔者设计了水辅成型水液压传动和压力控制系统,并在此基础上进行了系统压力控制特性的仿真和试验研究。

　　1 压力控制系统设计与建模

　　1.1 水辅成型水液压比例系统设计

　　基于水辅成型工作特征设计的水液压系统主要由水增压缸、蓄能器、水液压泵、水液压比例溢流阀、控温水箱、电磁开关阀等组成,如图1所示。对应水辅成型工作过程,蓄能器压力p_A、比例溢流阀6控制的背压p_B和负载压力p_L如图2所示。在注射水注入模具型腔前,水液压系统等待塑料熔体注射完成和延迟结束的信号,增压缸15回推,蓄能器11蓄能。开始水注射时,换向阀12和换向阀21均上电,蓄能器排出液体,增压缸活塞左移,调节比例溢流阀6可以控制增压缸L口输出的压力,进而控制注射水注入模具型腔的负载压力^[5]。水注射阶段完成后进入保压冷却,水液压系统保持水注射阶段的状态。排水时,关闭换向阀21,此时可以使换向阀12失电,将增压缸向右回推。水辅成型系统由另外专用的通路排水,对应的进气排水阀包括一个进气阀和一个排水阀。打开进气阀控制向制件空腔吹入干燥空气,同时打开排水阀即可排水。一方面应用蓄能器平衡水注射阶段输出大流量和保压冷却阶段小流量补充塑料收缩,另一方面通过比例溢流阀调节增压缸背压腔压力,提升注射压力和实现压差控制系统的输出压力。

　　1.2 压力控制系统的建模

　　蓄能器快速补流过程中,可以近似认为是绝热过程,蓄能器内的流动为层流,并且忽略液体的压缩性,其线性化模型为^[6]：

　　式中:, n_a为气体多变指数, A_a为蓄能器内截面积, p_a0为预充气压力, V_a0为蓄能器总容积;