基于labview的橡胶加工分析仪开发方案
数据分析数据采集卡注塑模具压铸模具冲压模具
简介
暂无数据
正文
- 桂 春雷,
挑战:
无论控制还是数据处理，国内目前没有可参靠的方案供借鉴。只能依赖自己对国外设备的认知和10余年的工作经验积累，进行相关设计工作。
解决方案:
基于USB 6343 数据采集卡，利用NI LabVIEW 开发一套控制“直接驱动旋转电动机”DDR (Direct-driverotarymotors)按照预先设定的方式运行，然后采集扭力传感器输出的扭矩信号，运用离散傅里叶变换DFT，进行数据处理的橡胶加工分析仪系统设计方案。
1、引言：
橡胶是粘弹性体,其粘弹特性影响着胶料的加工性能、硫化胶的物理性能以及橡胶制品的使用性能。例如，作为非牛顿流体的橡胶，其粘性随着剪切力的增加而降低的特性，不仅对测试胶料的粘性很重要，而且对了解粘性如何随着剪切速率的增加而降低，这些性质对于胶料在制作过程的不同阶段的品质控制也很重要。目前行业依据ASTM D6601和ASTM D6204等标准，使用进口的橡胶加工分析仪等设备进行此类性能的检测。本文介绍了使用labview编程，使用NI数据采集卡，配合其它硬体，完成橡胶加工分析仪的设计。
2 、原理说明
本系统包括以下子系统：
1) 数据采集系统；
2) 动力控制系统
3) 温度控制系统
4) 数据分析运算系统
5) 模具系统
其结构示意图如图1所示：
图1
下面重点介绍动力控制系统、数据采集系统、数据分析运算系统
2.1、 动力控制系统
按照ASTM D 6601/ASTM D6204标准，从USB6343的AO端，使用Voltage Continuous Output.VI输出一个正弦模拟量型号，控制DDR驱动器的动作，如下图2
图2
2.2、 数据采集系统
扭力传感器安装在下图3所示的上模具部分。
图3
DDR电机按照预先设定的频率和幅值，带动图3所示的下模具，进行剪切运动。在上下模具之间的被测试样品，随着下模具的剪切运动产生变形，将扭力传递给上模具的扭力传感器。扭力传感器获得的扭力信号转换为电信号，通过线性放大后，进入USB6343的AI端口。 进行普通的橡胶交联测试，获得的原始扭力曲线，局部截取的扭力曲线如下图4所示。
图4
2.3、 数据分析系统
运用labview的Flat Sequence 程序结构结合面板，轻松完成前期的测试动作的设定。而使用labview内置的FFT计算VI，完成弹性和粘性的分解。因为，傅里叶变换运算，不仅可以进行有效的粘弹分解，还可以滤波。滤波是一种信号处理过程，该过程去掉或抑制信号中的某些部分，同时保留或放大另外的部分，可以有效抑制系统噪声（参考文献3）。
2.4、部分电路外观图
3、实验认证
运用上述组合，不仅可以完成普通的橡胶硫化测试，还可以完成橡胶加工分析中常用的温度扫描、频率扫描、应变扫描。例如：测试中温度的提高可以大大降低刚性较大的高聚物熔体的粘度。但是，柔性较大大的橡胶粘度受温度的影响较小，降低橡胶的粘度，关键在于降低分子量。如下图所示，测试的Tan Delta呈现随着温度的升高并没有呈现明显线性变化的趋势。
分子量相同，分子量分布不同的高聚物，它们的粘度随着剪切速率变化的幅度是不相同的。当剪切速率小时，分子量分布宽的试样的粘度比分子量分布窄的高；在剪切速率高时，分子量分布宽的，反而比分子量窄的小。更确切说，分子量分布宽的胶料，对剪切速率变化比较敏感，在剪切速率下粘度降低的多，加工就比较容易。下图是使用频率扫描测试的Tan Delta呈现随着频率的升高，呈现明显线性下降趋势的图像。对不同的材料获得不同的Tan Delta曲线，可以获得不同材料的粘度随着剪切速率变化的趋势图，分析材料的加工性。
橡胶制品添加炭黑后，拉伸强度可以提高几倍甚至几十倍。是橡胶工业中大量使用的补强材料。但是，炭黑的增加也对橡胶材料的流动性产生显着的影响。单纯从炭黑的角度看，影响体系流动性的因素有炭黑的用量，粒径，结构性及表面性质，其中用量和粒径影响最大。例如，我们利用小应变来测量炭黑颗粒大小。如下图中动态模量G’在不同应变的数据，如果G’数据大的材料，其使用的炭黑颗粒一般小；G’数据小的材料，其使用的炭黑颗粒一般大。
4、结论
综合上述，使用labview可以快速地实现橡胶加工分析仪的控制、数据分析以及后期的数据处理工作，从而为橡胶加工性分析设备提供有效的技术支持。如果修改现有的模具，还能拓展适用范围，应用到塑料加工中。
参考书目：
1、ASTM D 6601 – 02 Standard Test Method for Rubber Properties—Measurement of Cure and After-Cure Dynamic Properties Using a Rotorless Shear Rheometer
2、 ASTM D 6204 – 01 Standard Test Method for Rubber—Measurement of Unvulcanized Rheological Properties Using Rotorless Shear Rheometers
3、《数字滤波与快速傅里叶变换》清华大学出版社 程佩青