?在不同的加工參數(shù)下，對聚合物流變性能的監(jiān)測能讓我們了解其熔融狀態(tài)，并預(yù)測注塑件的質(zhì)量。
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注塑能生產(chǎn)各種各樣具有復(fù)雜形狀的塑料制品，是一種高度自動化的成型方法，無需大量的成形后精加工，生產(chǎn)率高。但是，由于注塑不穩(wěn)定出現(xiàn)的任何缺陷都會造成物質(zhì)和能源的浪費(fèi)，只有初始參數(shù)設(shè)置合適，才能達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)定注射成型。然而在實(shí)際加工中，由于機(jī)器特性、模具狀況、環(huán)境溫度和濕度變化的影響，這是很難實(shí)現(xiàn)的。
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為了測量注射過程的成型狀況，庫爾特等人使用壓力和溫度傳感器來測量壓力和溫度變化對注塑的影響，Gao and Kazmer從新的角度解釋了參數(shù)設(shè)置對注塑件質(zhì)量的影響；一些商業(yè)設(shè)備在注射過程中利用了過程監(jiān)測或控制方法。但是這些裝置在功能上是有限的，修改它們的參數(shù)以符合實(shí)驗(yàn)要求也很困難。材料的流變性質(zhì)，反映了不同加工參數(shù)下的聚合物熔體狀態(tài)，在注射成型過程中尤其重要。
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根據(jù)我們以前的工作，我們開發(fā)了信號處理模塊原型，可以測算出注射過程中材料的流變特性，我們的模塊還提供了可編程的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。在我們的設(shè)備中，信號處理邏輯見圖1（a），實(shí)驗(yàn)裝置見圖1（b）。模制試驗(yàn)在注射機(jī)（Fanuc Roboshotα-S50iA）上進(jìn)行，我們使用的材料是奇美公司生產(chǎn)的聚碳酸酯（PC-110）。
圖1 （a）監(jiān)測裝置信號處理原理圖；（b）實(shí)驗(yàn)裝置。Sensor-T：溫度傳感器；Sensor-P：壓力傳感器；NI-USB 6000：USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備；SLP：開關(guān)電平點(diǎn)（溫度信號突然發(fā)生變化點(diǎn)）。
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我們準(zhǔn)備了含有一個壓力傳感器和一個溫度傳感器的試驗(yàn)?zāi)＞撸鲂盘柼幚砟K被連接到測試模和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖1（a）。這兩個傳感器所測量的信號被輸送到電荷放大器，在那里被轉(zhuǎn)換成電壓輸出。對于信號預(yù)處理，我們使用電路試驗(yàn)板設(shè)計(jì)一個簡單的邏輯電路，將數(shù)據(jù)傳送到一個數(shù)據(jù)采集裝置（DAQ）中，由LabVIEW軟件進(jìn)行信號處理。所測量的信號被收集時，剪切速率和聚合物熔體的相對粘度立即由信號處理模塊確定了，成型狀況的變化可以通過監(jiān)測這些流變性質(zhì)來確定。我們對某些參數(shù)進(jìn)行了簡化處理，使用相對粘度代替實(shí)際粘度。使用商用DAQ，我們也能夠驗(yàn)證由該模塊計(jì)算出的熔融狀態(tài)的流變性質(zhì)。
圖2表明，聚合物的相對粘度隨注射速度和熔融溫度的變化而變化。隨著注射速度增加，相對粘度降低到一個較低的值，隨著熔融溫度的降低，相對粘度升高。此數(shù)據(jù)表示，一個相對高的注射速度或高的熔融溫度可以降低材料的相對粘度。這個結(jié)果與其他團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的研究類似，如果聚合物在這些條件下進(jìn)行加工，則可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的制品質(zhì)量。
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圖2 聚合物的相對粘度隨注射速度和熔融溫度的變化圖。
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傳統(tǒng)的注射工藝的優(yōu)化是進(jìn)行一系列參數(shù)實(shí)驗(yàn)，從這些結(jié)果中確定最佳參數(shù)，此方法顯然是費(fèi)時的。我們正在開發(fā)一種新的方法來預(yù)知可行的參數(shù)，此方法是基于建立注射成型輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性模型（如注射速度、熔體溫度與輸出結(jié)果），采用回歸分析，預(yù)測未知因變量-自變量的函數(shù)。我們還引入了一個加權(quán)系數(shù)的概念來闡明參數(shù)的重要性。這些變量編程到模塊十分簡單，而且提供了另一種有效的方法來確定注射成型最適宜的設(shè)置參數(shù)。
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