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中空吹塑成型機(jī)壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展

制造塑料容器的成型方法有很多種，例如中空吹塑成型、注射成型、滾塑成型、壓縮成型、熱擠冷壓成型等。在眾多塑料容器的成型方法中，中空吹塑成型和注射成型是使用zui廣泛、產(chǎn)量zui大的兩種成型方法。據(jù)資料介紹，世界上80％～90％的中空容器是采用中空吹塑法成型的。中空吹塑成型技術(shù)是通過氣壓使塑化的型坯緊貼模具內(nèi)壁成型。型坯的生產(chǎn)方式為擠出式，即將加熱塑化的塑料熔體從各種形狀的模芯縫隙中擠出，形成各種形狀的筒狀型坯。擠出的型坯靠自重垂直懸掛。中空容器制品因其強(qiáng)度要求規(guī)定了zui小壁厚，而早期的中空吹塑成型設(shè)備缺少型坯壁厚控制系統(tǒng)，為使制品zui薄處達(dá)到zui小壁厚要求，制品的其它部位就要相應(yīng)加厚，造成材料的浪費(fèi)。為了節(jié)省成本、縮短制品冷卻時(shí)間、加快制品生產(chǎn)周期，一種比較經(jīng)濟(jì)的做法就是控制型坯壁厚。如501廣口桶，用普通中空吹塑成型機(jī)生產(chǎn)的制品凈重為3.5kg才能達(dá)到zui小壁厚要求，而使用型坯控制器，制品凈重2.4kg就可*zui小壁厚要求，節(jié)約原材料20％～30％，并且生產(chǎn)的制品厚薄均勻。
     1壁厚控制系統(tǒng)的技術(shù)要求
      壁厚控制系統(tǒng)是對模芯縫隙的開合度進(jìn)行控制的系統(tǒng)，即位置伺服系統(tǒng)。在中空容器的生產(chǎn)過程中，為了保證制品的質(zhì)量，要求被控量能夠準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)置值，同時(shí)還要求響應(yīng)過程盡可能快速。以簡單的10點(diǎn)壁厚控制器為例，在連續(xù)擠出的模式下，從模頭擠出一個型坯zui短時(shí)間約5s，在5s的時(shí)間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)一條有限長度的函數(shù)曲線，需要將其分成10個段落，在時(shí)間軸上，每個段落只有大約0.5s的時(shí)間，按照跟蹤理論，壁厚控制器的單位脈沖過渡時(shí)間應(yīng)為段落時(shí)間的1/5～1/10，即0.05～0.1s，這就要求系統(tǒng)響應(yīng)非常迅速。而在響應(yīng)如此迅速的同時(shí)，還要保證被控的位置量能夠準(zhǔn)確跟蹤設(shè)置值，否則，壁厚控制將失去意義。要達(dá)到上述兩種要求的控制效果，對于重載荷系統(tǒng)來說，正是壁厚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。另外，由于在型坯輪廓曲線上取l0個點(diǎn)來描繪曲線，點(diǎn)與點(diǎn)之間還須進(jìn)行插值處理，盡量使輪廓曲線光滑。
     2壁厚控制系統(tǒng)的控制原理
  壁厚控制系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋設(shè)計(jì)，其組成部分包括壁厚控制器、電液伺服閥、動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和作為信號反饋裝置的電子尺。用戶在壁厚控制器的面板上設(shè)定型坯壁厚軸向變化曲線，控制器根據(jù)曲線輸出大小變化的電壓或者電流信號至電液伺服閥，由電吹瓶機(jī)、吹膜機(jī)、吸塑機(jī)、塑料包裝機(jī)械、制袋機(jī)液伺服閥驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模芯的上下移動，從而造成模芯縫隙的變化。電子尺通過測量縫隙的大小得出相應(yīng)的電壓信號反饋給壁厚控制器。這就構(gòu)成了閉環(huán)的壁厚控制系統(tǒng)，如圖l所示。
    3壁厚控制器的現(xiàn)狀
    塑料加工機(jī)械的水平在很大程度上取決于測控水平的高低。            　　
    *塑料機(jī)械的控制系統(tǒng)普遍采用以可編程邏輯控制器（PLC）等為核心的可編程系統(tǒng)，并在一些高精度塑料機(jī)械上采用了模糊控制、統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC），以及基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和控制系統(tǒng)。美國的穆格（M00G）公司是電液伺服元件及伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域的。在吹塑控制領(lǐng)域，其獨(dú)立的壁厚控制系統(tǒng)中提供30點(diǎn)、100點(diǎn)的壁厚控制器（DIGIPACK），可用于控制儲料缸式和連續(xù)式吹塑成型機(jī)的型坯壁厚。儲料缸式機(jī)器常用于制造較大的容器。DIGIPACK根據(jù)儲料缸電子尺的反饋控制口模開度，液晶顯示屏（LCD）上的縱坐標(biāo)顯示儲料缸位置，橫坐標(biāo)顯示口模開度。連續(xù)式機(jī)器通常有多個模頭，DIGIPACK根據(jù)工作循環(huán)時(shí)間控制口模開度，此時(shí)LCD上的縱坐標(biāo)顯示循環(huán)時(shí)間，通常是以切刀動作作為一個完整循環(huán)的開始。目前在中空吹塑成型技術(shù)方面，國外的潮流是用整機(jī)控制及上位機(jī)和下位機(jī)方式控制，而壁厚控制則包括在整機(jī)控制中。仍以M00G公司為例，它提供整機(jī)控制（TMC）方案。國內(nèi)使用的壁厚控制器有穆格（M00G）、貝加萊（B＆R）、西門子（SIEMENS）等公司的產(chǎn)品，國外品牌牢牢占據(jù)著國內(nèi)市場。這種狀況和我國的塑料加工水平不高有直接關(guān)系。2003年我國的中空吹塑成型機(jī)產(chǎn)量已達(dá)3405臺，在這三千多臺機(jī)器中，絕大部分機(jī)器是由我國的廠家把機(jī)械部分做好，再裝上進(jìn)口的控制系統(tǒng)組裝起來。這就造成產(chǎn)品的成本高、附加值低，效益不顯著。如果能夠配上國產(chǎn)的壁厚控制器，則國內(nèi)中空吹塑成型機(jī)產(chǎn)業(yè)自然會躍上一個新臺階。
     4壁厚控制器的將來
  綜觀國外塑料機(jī)械工業(yè)技術(shù)，今后主要圍繞下列幾個方向發(fā)展。（1）微型化與大型化微型化是各類產(chǎn)品今后的重要發(fā)展方向，有越來越多的市場需求，在電子、信息、電器、醫(yī)療、生物等部門已表現(xiàn)出明顯的發(fā)展。目前雖然已有生產(chǎn)3mL塑料瓶的中空吹塑成型機(jī)，但是生產(chǎn)更小容積的應(yīng)用于醫(yī)療、生物方面的中空容器設(shè)備，已經(jīng)有一些國家正在研發(fā)中。大型化也是今后發(fā)展的方向之一。目前已出現(xiàn)生產(chǎn)5000L中空容器的商品化生產(chǎn)設(shè)備。而工業(yè)用各種大型中空容器的需求明顯，10000L甚至更大容積的塑料儲裝容器也已有需求。（2）個性化長期以來中空吹塑成型機(jī)的機(jī)型、功能、規(guī)格的劃一和固定不變已不能滿足市場需求。中空容器生產(chǎn)廠家需要靈活應(yīng)變，以適應(yīng)日新月異的市場需求，促使中空吹塑成型機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)、技術(shù)集成、專業(yè)化生產(chǎn)、采購能力與水平的提高，這既要求塑料機(jī)械企業(yè)在技術(shù)人才、技術(shù)創(chuàng)新方面具有雄厚實(shí)力，也要求企業(yè)能在*時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確把握客戶的個性化需求。（3）智能化自動控制技術(shù)在塑料機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用已發(fā)展到相當(dāng)高的水準(zhǔn)。設(shè)備單元的自動控制、參數(shù)的死循環(huán)控制、過程聯(lián)動、在線反饋控制等都借助電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在塑料機(jī)械上得到較廣泛的應(yīng)用。簡單地說，智能控制系統(tǒng)主要是指具有能理解工作人員的理念和意圖、能識別和檢測工作失誤、能回答人員提出的問題、能提出解決問題的辦法和措施并發(fā)出指令實(shí)施相應(yīng)的生產(chǎn)等功能的控制系統(tǒng)。智能化塑料機(jī)械的發(fā)展，將會明顯提高塑料機(jī)械的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，切實(shí)提高塑料機(jī)械高質(zhì)量、率、低損耗的生產(chǎn)能力，并為實(shí)現(xiàn)無人車間、無人工廠提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。（4）網(wǎng)絡(luò)化與虛擬化這在理念上和模式上都是全新的技術(shù)，它會使塑料機(jī)械的生產(chǎn)企業(yè)在質(zhì)量、效率、成本、服務(wù)、銷售等方面的競爭力大幅提高，從而使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益顯著增大。雖然虛擬技術(shù)的發(fā)展在各個工業(yè)部門都處于初始發(fā)展階段，但是，由于虛擬技術(shù)可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的潛力，將為虛擬技術(shù)今后的發(fā)展提供強(qiáng)大的推動力。
      5國內(nèi)壁厚控制器的發(fā)展對策
     一個實(shí)用的控制系統(tǒng)，*的控制理論固然重要，更重要的是實(shí)際應(yīng)用中解決實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn)。鑒于國內(nèi)中空吹塑成型機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，今后壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展之路主要是從空白入手，從無到有，從簡單到復(fù)雜?？梢韵葟?/span>10點(diǎn)的、應(yīng)用在一些對型坯壁厚精度要求不高的機(jī)器開始，開發(fā)出適用的壁厚控制器，先占據(jù)國內(nèi)的低端市場，然后進(jìn)行改良，開發(fā)出精度高的控制器。再增加點(diǎn)數(shù)至30點(diǎn)或者100點(diǎn)以上，運(yùn)用*的控制手段，參與競爭，與同步發(fā)展。
     6結(jié)語            　　
     國內(nèi)中空吹塑成型機(jī)壁厚控制系統(tǒng)的發(fā)展之路充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著我國加人WTO，國內(nèi)在知識和技術(shù)產(chǎn)權(quán)方面不斷完善，加大科技創(chuàng)新的投入，吸引專業(yè)技術(shù)人才，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和專業(yè)化生產(chǎn)，努力縮短國內(nèi)外技術(shù)水平上的巨大差距，已成為塑料機(jī)械領(lǐng)域有識之士的共識。