聚合物注射成形中熔體密度超聲原位測(cè)量技術(shù)

in-situ density measurement for plastic injection molding via ultrasonic technology

作者列表

zhengyang dong（董正陽(yáng)）, peng zhao（趙朋）, kaipeng ji（紀(jì)凱鵬）, yuhong chen（陳宇宏）, shiquan gao（高世權(quán)）, jianzhong fu（傅建中）

關(guān)鍵詞

ultrasonic measurement, melt density, in-situ measurement, injection molding

超聲測(cè)量，熔體密度，原位測(cè)量，注射成形

原文鏈接

https://journal.hep.com.cn/fme/en/10.1007/s11465-022-0714-2

01 文章簡(jiǎn)介

聚合物注射成形過(guò)程中的密度變化直接反映了熔體的演變行為，直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的光學(xué)、力學(xué)等性能指標(biāo)，并包含了對(duì)成形過(guò)程監(jiān)控和優(yōu)化的豐富信息。因此，成形中聚合物熔體密度的原位測(cè)量具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。

本文首次提出了注射成形過(guò)程中聚合物熔體密度的超聲波原位測(cè)量方法。超聲探頭安裝位置如圖1所示，超聲回波包含了豐富的熔體演變信息，所提出的方法中結(jié)合了超聲信號(hào)的時(shí)域和頻域信號(hào)的分析。從時(shí)域信號(hào)中計(jì)算超聲速度，并通過(guò)頻域信號(hào)的全頻譜分析計(jì)算聲阻抗，兩者結(jié)合獲得聚合物熔體密度。

圖1 模具結(jié)構(gòu)及傳感器安裝示意圖

本文對(duì)注射成形中熔體信息進(jìn)行了超聲原位測(cè)量，聲速和聲阻抗均能準(zhǔn)確反映成形過(guò)程的不同階段，密度測(cè)量結(jié)果與pvt方法具有良好的一致性，如圖2所示。除此之外，本文進(jìn)行了不同工藝條件的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證本方法的適用性，包括不同的熔體溫度、注射速度、材料和模具結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，所提方法與pvt方法具有良好的一致性。該方法具有原位測(cè)量、無(wú)損、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物注射成形行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 超聲速度、聲阻抗和熔體密度在注射成形過(guò)程中的演變

02 文章亮點(diǎn)

本文首次提出了注射成形過(guò)程中聚合物熔體密度的超聲波原位測(cè)量方法。所提出的方法將超聲時(shí)域和頻域信號(hào)的分析相結(jié)合，分別計(jì)算熔體聲速及聲阻抗，從而獲得熔體密度。

所提出的超聲波密度測(cè)量方法可適應(yīng)不同的加工條件、不同的材料和不同的模具。本方法解決了現(xiàn)有原位測(cè)量方法成本高、模具加工復(fù)雜和制品表面損傷等問(wèn)題。

超聲波測(cè)量方法具有精度高、無(wú)損、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物注射成形領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

文章作者簡(jiǎn)介

趙朋教授，博士生導(dǎo)師，教育部青年長(zhǎng)江學(xué)者，浙江省“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才。一直從事聚合物精準(zhǔn)成形技術(shù)及裝備領(lǐng)域的研究工作，圍繞服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域的高端聚合物產(chǎn)品的成形制造需求，將機(jī)械、材料、聲/磁學(xué)有機(jī)交叉與結(jié)合，形成了具有自身特色與優(yōu)勢(shì)的前沿研究方向。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持多項(xiàng)國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目和企業(yè)委托橫向課題。近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)外權(quán)威期刊上發(fā)表sci論文70余篇；參編外文專著1部、副主編“十三五”規(guī)劃本科生教材2本；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利46項(xiàng)，其中39項(xiàng)已授權(quán)；參與制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。2019年獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)(排3)。

責(zé)任編輯：施惠文

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