压力传感器在注塑模具中的应用

当今的竞争环境要求模具制造商不能只会制模，当面对用户提出的诸多问题时还要具有多面手的能力，例如当用户问到“我们应当使用什么收缩率？”时，他们需要充当塑料专家的角色；当问到“我们需要多高的模具温度，升温速度是多少？”时，他们就需要是充当工艺师；而当问到“还有其它制品脱模的方法吗？”，他们又需要充当自动化工程师。在过去这种多面手是根本不存在的，而现在凭借压力传感器的作用，就可使模具制造商具备这一能力。

这种压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。该数据可被记录在监测系统中，以用于实时调节模塑压力，并在模塑后进行检查或者排除生产过程中出现的故障。值得一提的是，这种经采集的压力数据可以成为针对此模具和此材料的通用工艺参数，换句话说，该数据可以在不同的注塑机上（使用相同的模具）指导生产。在此只讨论压力传感器安装在模腔内的情况。

压力传感器的类型

目前，在模腔中使用的压力传感器有两种类型，即平装型和间接型。平装型传感器是通过在模腔后面钻一个安装孔而插入模腔的，它的顶部与模腔的表面平齐（如图1所示），其电缆则从模具中穿过而与位于模具外表面的监测系统接口相连接。这种传感器的优点是不会受到脱模时的压力干扰，但是在高温条件下它很容易损坏，造成安装困难。      

图1 平装型传感器

间接型传感器分为滑动式和纽扣式两种结构。它们都能将塑料熔体施加在顶出器或固定销上的压力传递给模具顶出板或动模板上的传感器。滑动式传感器通常安装在已有的推件销下的顶出板上。而在进行高温模塑时，或者把低压传感器用于小顶销时，滑动式传感器一般会被安装在模具的动模板上，这时推件销通过顶出器套而起作用或者另使用一个过渡销（如图2所示）。过渡销具有两个作用，一是在使用现有顶出器的情况下，它能使滑动式传感器免受脱模压力的干扰。另一作用是当生产周期短、脱模速度快时，它能使传感器不受顶出板快速加速和减速的影响。 
 
图2 带顶出器套的滑动式间接传感器

滑动式传感器顶部的推件销的大小决定了所需传感器的大小。当模腔内需要安装多个传感器时，模具设计人员最好对它们使用同样大小的顶销，以避免模塑商出现设置错误或者调校错误。由于顶销的作用是向传感器传递塑料熔体的压力，故而不同的制品要采用不同尺寸的顶销。

图3 带过渡销的滑动式间接传感器

一般来说，纽扣式传感器要固定在模具内的某个凹窝处，由此使传感器的安装位置必须是加工人员最感兴趣的位置。若要拆卸这种传感器，则必须打开模板或者预先在结构上进行一些特殊的设计。

根据纽扣式传感器在模具内的位置的不同，可能需要在模板上安装电缆的集线盒。与滑动式传感器相比，纽扣式传感器的压力读数更可靠。这是由于纽扣式传感器始终被固定在模具的凹窝内，而不像滑动式传感器那样可以在钻孔内发生移动。因此应当尽可能地使用纽扣式传感器。

压力传感器的安装位置

如果压力传感器的安装位置正确，则它能够为模塑商提供最大量有用的信息。除了一些特例以外，用于过程监控的传感器通常应当被安装在模腔的后三分之一处，而用于控制模塑压力的传感器则应当安装在模腔的前三分之一处。对于极小型制品，压力传感器有时安装在流道系统内，但是这会使传感器监测不到浇口的压力。需要强调的是，当注料不足时，模腔底部的压力为零，因此位于模腔底部的传感器就成为监测注料不足的重要手段。随着数字传感器的使用，使得每一个模腔内都可以安装传感器，而从模具到注塑机的连接则只需一根网络线。如此一来，只要将传感器安装在模腔的底部，无需其它任何过程控制的接口，就可以杜绝注料不足的发生。

在上述大前提下，模具设计和制造商还要决定究竟在模腔内的哪一个凹窝处放置压力传感器，以及电线或电缆出口的位置。其设计原则是电线或电缆从模具内穿出来后不能够随意移动。一般的做法是在模具底座上固定一个连接器，然后使用另外一根电缆将模具与注塑机以及辅助设备连接起来。

压力传感器的重要作用

模具制造商能够利用压力传感器对即将交付使用的模具进行严格的试模，以对模具的设计加工进行改进。制品的成型工艺可以在第一次试模或者第二次试模的基础上进行设置和优化。这种经优化了的工艺可直接用于以后的各次试模中，从而减少了试模次数。随着试模的完成，不仅使模具达到了质量要求，而且还使模具制造商获得了一套经过验证了的工艺数据。这些数据将作为模具的一部分而交付给模塑商。如此一来，模具制造商提供给模塑商的就不仅仅是一套模具，而是模具和适合此模具的工艺参数复合在一起的一种解决方案。这种方案与单纯提供模具相比，其内在价值得到了提升。不但使试模成本大大降低，而且也缩短了试模的时间。

过去，制模厂家在被其用户告之模具常常出现充填不好、关键尺寸不正确等问题后，由于无从得知塑料在模具中的状态，他们只能根据经验来揣测发生问题的原因，从而不但会使其走弯路，而且有时还不能彻底解决问题。而现在他们只要根据模塑商从压力传感器所收集到的有关塑料在模具中的状态信息（如图4所示）进行分析，就可以准确地判断出问题的症结所在。 

 
图4 在一个模塑周期内，由压力传感器测得的模腔内的压力变化图

尽管并不是每一套模具都需要压力传感器，但是每一套模具都可以从压力传感器所提供的信息中获益。因此，所有的制模商都应当了解压力传感器在优化注射模具中所起的重要作用。那些相信压力传感器的使用在制造精密模具中起关键作用的模具制造商能够使他们的用户更为快速地生产出符合质量要求的产品，同时还可以促进他们的模具设计和制造技术的提高。