塑料在當今世界具有極為重要的作用，已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。塑料加工工業(yè)是我國制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一。本文是一篇核心論文發(fā)表網(wǎng)投稿的論文范文，主要論述了當今塑料工業(yè)加工成型機械的新技術(shù)。

　　[摘 要]根據(jù)塑料工業(yè)發(fā)展低耗、高效、環(huán)保型“綠色”加工成型技術(shù)的重大需求，隨著塑料機械技術(shù)不斷創(chuàng)新，闡述了塑料塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工的演變，分析了驅(qū)動與傳動方式從間接驅(qū)動到直接驅(qū)動再到負載敏感驅(qū)動的變化，介紹了過程控制系統(tǒng)從電氣控制到數(shù)字化控制再到智能化控制的發(fā)展，著重討論了新技術(shù)研究在解決制約塑料加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源、環(huán)境、能源三大問題所能發(fā)揮的作用。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)塑料機械相比較，新型塑料機械加工能耗降低，在多相多組份復合材料、生物質(zhì)復合材料等物料體系的加工方面具有獨特優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)塑料加工成型過程節(jié)能降耗、廢舊塑料循環(huán)利用以及塑料可再生資源替代。

　　[關(guān)鍵詞]塑料機械,塑化輸運,驅(qū)動與傳動,過程控制

　　塑料原料及其輔料都要通過加工成型設備形成所需形狀、結(jié)構(gòu)與性能，成為有實用價值的材料與制品，這種加工成型設備統(tǒng)稱為塑料機械。一般塑料機械都由擠壓系統(tǒng)、驅(qū)動與傳動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)以及制品成型系統(tǒng)等部分組成。目前，國內(nèi)外塑料機械的發(fā)展主要集中在這幾個部分的技術(shù)創(chuàng)新，以實現(xiàn)塑料機械具有節(jié)能降耗、無分揀廢舊塑料合金化加工和生物質(zhì)復合材料共混加工的功能和特征。例如，塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅(qū)動與傳動方式從間接驅(qū)動到直接驅(qū)動再到負載敏感驅(qū)動、控制系統(tǒng)從電氣控制到數(shù)字化控制再到智能化控制，每一次技術(shù)創(chuàng)新性研究都會推動行業(yè)的技術(shù)進步。

　　1 塑化輸運方法

　　1.1 振動剪切形變加工

　　以螺桿作為結(jié)構(gòu)標志和原理特征的擠壓系統(tǒng)消耗的能量遠高于塑料塑化輸運所需要的能量，能量利用率較低。因此，降低擠壓系統(tǒng)的能耗是塑料機械的重大技術(shù)難題。

　　通過對傳統(tǒng)螺桿擠壓系統(tǒng)的研究可以發(fā)現(xiàn)普通螺桿不能強化塑料加工的傳質(zhì)傳熱過程。使螺桿擠壓系統(tǒng)的螺桿在轉(zhuǎn)動同時還做軸向周期性振動，實現(xiàn)了塑料加工過程由振動剪切形變支配，提高了塑料加工過程中傳質(zhì)傳熱效率。

　　1.2 體積拉伸形變加工

　　由于多組份不相容塑料一般不能直接共混加工，螺桿加工設備很難實現(xiàn)通用塑料功能化改性加工和無分揀廢舊塑料的回收處理。因此，多組份體系共混增容是塑料改性加工的技術(shù)瓶頸。

　　實現(xiàn)塑料塑化輸運過程的力場分為剪切力場和拉伸力場，其中在剪切力場作用下，物料在輸運過程中速度梯度與輸運方向垂直，而在拉伸力場中，速度梯度與輸運方向平行。在螺桿擠壓系統(tǒng)中，由于塑料是熱的不良導體，加上剪切流場中是層流換熱，導致傳熱效率低，完成塑化輸運過程需要一個很長的熱機械歷程。

　　2 驅(qū)動與傳動方式

　　2.1 擠出機的驅(qū)動與傳動

　　傳統(tǒng)的塑料擠出機一直采用“電動機+減速箱+擠壓系統(tǒng)”的間接驅(qū)動方式。這種方式的應用會帶來能耗過大、效率低、控制響應慢等諸多問題若采用“電動機+擠壓系統(tǒng)”的直接驅(qū)動方式，直接消除減速箱的能量消耗，將提高擠出機的驅(qū)動與傳動效率同時可提高控制響應速度和控制精度。

　　用低速大扭矩矢量變頻異步直接驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動葉片擠壓系統(tǒng)，研制成功矢量變頻異步直接驅(qū)動葉片塑化擠出設備。來自料斗的物料在螺旋輸送過程中吸收驅(qū)動裝置的鐵耗和銅耗產(chǎn)生的熱量而被預熱到一定溫度，使葉片擠壓系統(tǒng)塑化輸運物料所需的能量減少。同時，這種驅(qū)動系統(tǒng)與葉片擠壓系統(tǒng)集成化的直接驅(qū)動葉片塑化擠出設備與電磁動態(tài)塑化擠出設備相比較，能量消耗進一步降低，擠出穩(wěn)定性大為提高。

　　2.2 注塑機的驅(qū)動與傳動

　　現(xiàn)用注塑機注射和保壓過程均是通過直線運動來實現(xiàn)的。這種直線注射和保壓方式在不同的注塑機中都存在一系列缺點。在傳統(tǒng)的液壓式注塑機中，塑化過程由液壓馬達驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)運動，注射和保壓過程用油缸驅(qū)動柱塞或螺桿直線運動。整個塑化注射裝置部件多，結(jié)構(gòu)復雜，成本高。尤其是在螺桿一線式注塑機中，螺桿和止逆環(huán)后大量未塑化好的物料參與注射時的直線運動，運動慣量大，摩擦阻力大，使注射時能量消耗大，注射速度和注射位置控制困難。在全電動注塑機中，注射運動往往通過滾珠絲桿將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為注射柱塞或螺桿的直線注射運動，除了與上述液壓注射機存在相同的問題外，還存在另外的問題：①傳動系轉(zhuǎn)動慣量更大，注射速度和位置控制困難;②滾珠絲桿易磨損;③噪音大;④設備成本和維修高。

　　3 過程控制系統(tǒng)

　　塑料制品加工成型是利用外場如力場、溫度場等使塑料產(chǎn)生熱機械形變的過程，而塑料機械是實施這一過程的手段與工具，它是一個過程裝備。

　　塑料制品加工過程由于存在非線性、不確定性、時變性和不完全性等因素，一般無法獲得精確的過程數(shù)學模型，因此塑料機械的常規(guī)控制系統(tǒng)很難對過程實施精確控制。因此，先進加工成型過程控制系統(tǒng)是衡量塑料機械技術(shù)水平的重要標志之一。

　　以往塑料機械的過程控制系統(tǒng)都是采用通過對工藝條件(溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等)控制來達到對制品質(zhì)量 (重量、尺寸、表面質(zhì)量和性能等)的傳統(tǒng)控制。該控制系統(tǒng)由于對工藝條件、物料特性和操作的不同而產(chǎn)生的變化難以很好地響應，很難實現(xiàn)精準控制的目的。在塑料加工過程中，產(chǎn)品質(zhì)量與工藝參數(shù)和過程變量之間的關(guān)系是難以確定的，而且塑料種類繁多和加工工藝條件多變，尤其是現(xiàn)在廢舊塑料回收循環(huán)利用以及可再生植物纖維資源利用對控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。需要確定控制模型的傳統(tǒng)自動控制技術(shù)更是難以勝任多相多組分體系加工過程的控制。可以利用先進的測量與傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、非線性系統(tǒng)等現(xiàn)代手段，在產(chǎn)品質(zhì)量與工藝參數(shù)和過程變量之間建立反饋與耦合關(guān)系，對塑料加工成型過程實施智能化的精準控制控制。只有這種不需要預先知道確定制模模型的智能化控制系統(tǒng)才能滿足目前塑料機械發(fā)展需要。下面結(jié)合葉片塑化擠出和注射成型過程控制簡要介紹在塑料機械智能化控制系統(tǒng)研究方面的進展。

　　4 展望

　　塑料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要從節(jié)能減排、廢舊塑料回收循環(huán)利用以及塑料可再生資源替代出發(fā)，通過對塑料機械擠壓系統(tǒng)、驅(qū)動與傳動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)以及制品成型系統(tǒng)等部分的創(chuàng)新研究與突破，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的塑料綠色加工成型技術(shù)與裝備。在塑料機械的塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅(qū)動與傳動方式從間接驅(qū)動到直接驅(qū)動再到負載敏感驅(qū)動、控制系統(tǒng)從電氣控制到數(shù)字化控制再到智能化控制等方面的研究取得了很好的進展。希望通過塑料機械行業(yè)同仁們的共同努力，將上述研究成果與行業(yè)的其他先進技術(shù)集成，加快產(chǎn)業(yè)化與商品化的進程，為推動我國乃至國際塑料機械技術(shù)進步做出貢獻。

　　參考文獻

　　[1] 楊智韜.聚合物葉片擠出機熔體正位移輸送與混合特性研究[D].廣州：華南理工大學，2009.

　　[2] 瞿金平.電磁動態(tài)塑化擠出方法及設備[P].中國專利90101034.0，1990;美國專利5217302，1993;歐洲專利044306B1，1995.

　　[3] 瞿金平.電磁式聚合物動態(tài)注射成型方法及裝置[P].中國專利ZL96108387.5，1999.

　　核心科技論文發(fā)表期刊推薦《兵工學報》是中國兵工學會主辦的綜合性學術(shù)物，它以反映兵器科學與技術(shù)領(lǐng)域的最新科研成果，促進學科發(fā)展，繁榮學術(shù)交流為宗旨，以介紹與兵器相關(guān)的基礎理論、應用研究、實驗分析和工藝技術(shù)等為主要內(nèi)容。其專業(yè)涉及軍用車輛、軍用光學、光電子技術(shù)、通信技術(shù)、火炮、彈藥技術(shù)、控制技術(shù)、應用力學、化學工程、機械工程、材料科學和應用數(shù)學等諸多領(lǐng)域。