注塑机电控之开关电源

　　开关电源在注塑机控制系统中扮演很重要的角色，是一个重要元件，而且是较容易发生故障的部件。开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是：

　　1.输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。

　　2.输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。

　　3.变换器：是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

　　4.输出整流滤波器：将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。

　　5.控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

　　6.保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

　　有的读者会产生这样的疑问，先把220V的交流变成了直流，然后通过变换器把直流变成交流，最后又把交流变成直流输出，兜了这么大的一个圈子，干吗不把220V的交流电直接变成所需要的直流呢？其实，交流市电先由电源变压器变压，整流滤波后得到未稳定的直流电压，再经过调整后得到所需要的直流电压，这种电源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的功频变换器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且调整管是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。总之这种电源不适合计算机用。

　　开关电源主要有以下特点：

　　1.体积小、重量轻：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的20～30%。

　　2.功耗小、效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化效率高，一般为60～70%，而线性电源只有30～40%。

　　注塑机电控中之继电器

　　一、继电器的工作原理和特性　　

　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

　　1、电磁继电器的工作原理和特性

　　电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

　　2、热敏干簧继电器的工作原理和特性

　　热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

　　3、固态继电器（SSR）的工作原理和特性

　　固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

　　二、继电器主要产品技术参数

　　1、额定工作电压

　　是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

　　2、直流电阻

　　是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。

　　3、吸合电流

　　是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

　　4、释放电流

　　是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。

　　5、触点切换电压和电流

　　是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。

　　三、继电器测试

　　1、测触点电阻

　　用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。

　　2、测线圈电阻

　　可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。

　　3、测量吸合电压和吸合电流

　　找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。

　　4、测量释放电压和释放电流

　　也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10～50％，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。

　　四、继电器的电符号和触点形式

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：

　　1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。

　　2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。

　　3.转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。

　　五、继电器的选用

　　1.先了解必要的条件

　　①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；

　　②被控制电路中的电压和电流；

　　③被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为　　选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。

　　2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。

　　3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。

　　注：这里所指的PET型胚由往复式螺杆注射装置和热流道模具成型而成。

二步法成型PET瓶的质量缺陷排除方法

　　型胚内部质量缺陷及排除方法

　　型胚质量的优劣最终反映在吹塑成型的制品上，例如在拉伸吹塑上，虽然采取了有效的措施，仍然达不到瓶子的质量要求，这说明型胚的内部质量存在缺陷。为提高型胚内部质量，下面几点要注意：

　　1）材料必须足够干燥，含水量低于0.005％。

　　2）尽可能保持低的注射速度和塑化转速，塑化转速50-100r/min，螺杆线速度8m-15m/min。

　　3）尽可能保持低的塑化背压，背压力0.5-1Mba。

　　4）树脂在机筒，热流道体和热流道注射嘴中的停机时间尽可能短。

　　5）热流道体、热流道注嘴和机筒的温度尽可能低。

　　6）材料干燥温度尽可能低。）模具冷却均匀

　　7）保压压力不可太高，保压时间不应太长。

　　三、拉伸吹塑PRT瓶是成型PET瓶的最后一个环节，直接关系到PET瓶的质量，所以对涉及到拉伸吹塑PET瓶的设备，工艺必须进行严格控制，才能拉伸吹塑加工出高质量的PET瓶。

　　﹡人工半自动吹塑PET瓶设备

　　﹡半自动红外线旋转

　　加热器主要功能：利用红外线特点，对型胚均匀加热至吹塑温度

　　加热器主要由：温度可调的红外线灯管加热装置，变频装置调速的电机驱动的链轮链条旋转的中心公转机构，按装于公链条上插入型坯的调速的自转机构，控制柜等组成。工作循环：人工插入型坯，型胚进行公转并且自转。在红外线幅射下，得到均匀加热，人工取出达到吹塑温度的型胚。﹡拉伸吹塑机。

　　主要功能：对达到吹塑温度的型胚进行轴向拉伸，然后用高压空气吹塑成型。

拉伸吹塑机主要由：气压机械合模机构，气压系统，拉伸吹塑装置，模具、控制系统等组成。

　　工作循环：人工把达到吹塑温度的型坯放入单（双）侧模腔中，型胚靠自身瓶口螺纹进行自定位，然后合模、压紧模具。封口气缸工作，封死瓶口，拉伸气缸工作，拉伸杆端顶住型坯底部进行轴向拉伸至模腔底部，高压空气吹入型坯内腔成形。经一定时间保压冷却后，拉伸杆退回，封口气缸活塞退回，开模，取出制品（PET成型瓶）。

　　拉伸吹塑PET瓶质量的缺陷排除方法（见下表）

如何进行精密注塑

　　塑料电子零部件大都采用注射成型，由于这些塑料件本身具有较高的设计精度，使用特殊的工程塑料加工，对这些塑料件不能采用常规的注射成型，而必须采用精密注射成型工艺技术。为了保证这些精密塑料件的性能、质量与可靠性及长期使用的稳定性，注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品，必须对塑料材料、注塑设备与模具设计及注塑工艺以及注塑现场管理进行完善。

　　我们通常说的精密注塑成型是指注塑制品的外型精度应满足严格的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。要进行精密注塑必须有许多相关的条件，而最本质的是塑料材料、注塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基本因素。设计塑料制品时，应首先选定工程塑料材料，而能进行精密注塑的工程塑料又必须选用那些力学性能高、尺寸稳定、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。其次应根据所选择的塑料材料、成品尺寸精度、件重、质量要求以及预想的模具结构选用适用的注塑机。在加工过程中，影响精密注塑制品的因素主要来自模具的温度、注塑工艺控制，以及生产现场的环境温度和湿度变化幅度及后天产品退火处理等方面。

　　就精密注塑而言，模具是用以取得符合质量要求的精密塑料制品的关键之一，精密注塑用的模具应切实符合制品尺寸、精度及形状的要求，模具材料应严格选取。但即使模具的精度、尺寸一致，其模塑的塑料制品之实际尺寸也会因收缩量差异而不一致。因此，有效地控制塑料制品的收缩率在精密注塑技术中就显得十分重要。

　　注塑模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的收缩率，由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的，而收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值，它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、到浇口的距离及位置有关，同时和模具冷却分布系统紧密相关。影响塑料收缩率的主要有热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等因素，而这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关。因此，在设计模具时必须考虑这些影响因素与注塑条件的关系及其表观因素，如注塑压力与模腔压力及充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构及浇口形式与分布，以及浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。上述因素的影响也因塑料材料不同、其它成型条件如温度、湿度、继续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变化而不同。

　　由于注塑过程是把塑料从固态(粉料或粒料)向液态(熔体)又向固态(制品)转变的过程。从粒料到熔体，再由熔体到制品，中间要经过温度场、应力场、流场以及密度场等的作用，在这些场的共同作用下，不同的塑料(热固性或热塑性、结晶性或非结晶性、增强型或非增强型等)具有不同的聚合物结构形态和流变性能。凡是影响到上述场的因素必将会影响到塑料制品的物理力学性能、尺寸、形状、精度与外观质量。这样，工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑料制品之间的内在联系会通过塑料制品表现出来。分析清楚这些内在的联系，对合理地拟定注塑加工工艺、合理地设计并按图纸制造模具、乃至合理选择注塑加工设备都有重要意义。精密注塑与普通注塑在注塑压力和注射速率上也有区别，精密注塑常采用高压或超高压注射、高速注射以获得较小的成型收缩率。综合上述各种原因，设计精密注塑模具时除考虑一般模具的设计要素外，还须考虑以下几点：①采用适当的模具尺寸公差；②防止产生成型收缩率误差；③防止发生注塑变形；④防止发生脱模变形；⑤使模具制造误差降至最小；⑥防止模具精度的误差；⑦保持模具精度。

　　收缩率会因注塑压力而发生变化，因此，对于单型腔模具，型腔内的模腔压力应尽量一致；至于多型腔模具，型腔之间的模腔压力应相差很小。在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下，必须以相同的注塑压力注射，使型腔压力一致。为此，必须确保使浇口位置均衡。为了使型腔内的模腔压力一致，最好使浇口入口处的压力保持一致。浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。所以，在浇口压力达到均衡之前，应先使流通均衡。

　　由于熔体温度和模具温度对实际收缩率产生影响，因此在设计精密注塑模具型腔时，为了便于确定成型条件，必须注意型腔的排列。因为熔融塑料把热量带入模具，而模具的温度梯度分布一般是围绕在型腔的周围，呈以主流道为中心的同心圆形状。

　　因此，流道均衡、型腔排列和以主流道为中心的同心圆状排列等设计措施，对减小各型腔之间的收缩率误差、扩大成型条件的允许范围以及降低成本都是必要的。精密注塑模具的型腔排列方式应满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的要求，且必须采用以主流道为对称线的型腔排列方式，否则会造成各型腔的收缩率差异。

　　由于模具温度对成型收缩率的影响很大，同时也直接影响注塑制品的力学性能，还会引起制品表面发花等各种成型缺陷，因此必须使摸具保持在规定的温度范围内，而且还要使模具温度不随时间变化而变化。多型腔模具的各型腔之间的温差也不得发生变化。为此，在模具设计中必须采取对模具加热或冷却的温度控制措施，且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小，必须注意温控-冷却回路的设计。在型腔、型芯温控回路中，主要有串联冷却与并联冷却两种连接方式。

　　从热交换效率来看，冷却水的流动应呈紊流。但是在并联冷却回路中，成为分流的一条回路中的流量比在串联冷却回路中的流量小，这样可能会形成层流，而且实际进入每条回路中的流量也不一定相同。由于进入各回路的冷却水温度相同，各型腔的温度也应相同，但实际上因各回路中的流量不同，且每条回路的冷却能力也不相同，致使各模腔的温度也不可能一致。采用串联冷却回路的缺点是冷却水的流动阻力大，最前面的型腔入口处的冷却水温度同最后型腔入口处的冷却水温度有明显的差别。冷却水出入口的温差因流量的大小而变化。对于加工.塑料件的小型精密注塑模具而言，一般从降低模具成本考虑，采用串联冷却回路较适宜。如果所使用的模温调节控制仪(机)的性能能在2℃内控制冷却水的流量，则各型腔的温差最大也可保持在2℃范围内。

　　模具型腔和型芯应有各自的冷却水回路系统。在冷却回路的设计上，由于从型腔和型芯上所摄取的热量不同，回路结构的热阻力也不一样，型腔与型芯入口处的水温会产生很大的温差。若采用同一系统，冷却回路设计也较困难。一般.塑料件用的小型注塑模具型芯都很小，采用冷却水系统有很大的困难。如有可能，可以采用被青铜材料制造型芯，对实心铍青铜型芯则可采用插入式冷却的方法。另外，在对注塑制品采取防止翘曲的对策时，也希望型腔与型芯之间保持一定的温差。因此设汁型腔与型芯的冷却回路时应能分别进行温度的调节和控制。为了保持在注塑压力、锁模力下的模具精度，设计模具结构时必须考虑对型腔零件进行磨削、研磨和抛光等加工的可行性。尽管型腔、型芯的加工已经达到高精度的要求，而且收缩率也同所预计的一样，但由于成型时的中心偏移，其所成型的制品内侧、外侧的相关尺寸都很难达到塑料零部件的设计要求。为了保持动、定模型腔在分型面上的尺寸精度，除了设置常规模具所常用的导柱、导套定中心外，还必须加装锥形定位销或楔形块等定位以确保定位精度准确、可靠。

　　精密注塑技术是塑料零部件的主要和关键生产技术，而精密注塑模具的设计是这项生产技术的主要部分，合理地设计精密注塑模具是获得精密制品的基础和必要前提。通过合理地确定模具的尺寸与公差、采取防止注塑制品产生收缩率误差、注塑变形、脱模变形、溢边等，以及确保模具精度等技术措施，并采用正确的精密注塑工艺、适用的工程塑料材料和精密的注塑设备，使之达到最佳的匹配！