中空吹塑成型機壁厚控制系統的發展

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、產量zui大的兩種成型方法。據資料介紹，世界上80％～90％的中空容器是采用中空吹塑法成型的。中空吹塑成型技術是通過氣壓使塑化的型坯緊貼模具內壁成型。型坯的生產方式為擠出式，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度要求規定了zui小壁厚，而早期的中空吹塑成型設備缺少型坯壁厚控制系統，為使制品zui薄處達到zui小壁厚要求，制品的其它部位就要相應加厚，造成材料的浪費。為了節省成本、縮短制品冷卻時間、加快制品生產周期，一種比較經濟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生產的制品凈重為3.5kg才能達到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，節約原材料20％～30％，并且生產的制品厚薄均勻。
     1壁厚控制系統的技術要求
      壁厚控制系統是對模芯縫隙的開合度進行控制的系統，即位置伺服系統。在中空容器的生產過程中，為了保證制品的質量，要求被控量能夠準確地跟蹤設置值，同時還要求響應過程盡可能快速。以簡單的10點壁厚控制器為例，在連續擠出的模式下，從模頭擠出一個型坯zui短時間約5s，在5s的時間內要實現一條有限長度的函數曲線，需要將其分成10個段落，在時間軸上，每個段落只有大約0.5s的時間，按照跟蹤理論，壁厚控制器的單位脈沖過渡時間應為段落時間的1/5～1/10，即0.05～0.1s，這就要求系統響應非常迅速。而在響應如此迅速的同時，還要保證被控的位置量能夠準確跟蹤設置值，否則，壁厚控制將失去意義。要達到上述兩種要求的控制效果，對于重載荷系統來說，正是壁厚控制系統設計的難點。另外，由于在型坯輪廓曲線上取l0個點來描繪曲線，點與點之間還須進行插值處理，盡量使輪廓曲線光滑。
     2壁厚控制系統的控制原理
  壁厚控制系統采用閉環反饋設計，其組成部分包括壁厚控制器、電液伺服閥、動作執行機構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定型坯壁厚軸向變化曲線，控制器根據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、吹膜機、吸塑機、塑料包裝機械、制袋機液伺服閥驅動執行機構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的電壓信號反饋給壁厚控制器。這就構成了閉環的壁厚控制系統，如圖l所示。
    3壁厚控制器的現狀
    塑料加工機械的水平在很大程度上取決于測控水平的高低。            　　
    *塑料機械的控制系統普遍采用以可編程邏輯控制器（PLC）等為核心的可編程系統，并在一些高精度塑料機械上采用了模糊控制、統計過程控制（SPC），以及基于網絡的遠程監控、故障診斷和控制系統。美國的穆格（M00G）公司是電液伺服元件及伺服系統設計及制造領域的。在吹塑控制領域，其獨立的壁厚控制系統中提供30點、100點的壁厚控制器（DIGIPACK），可用于控制儲料缸式和連續式吹塑成型機的型坯壁厚。儲料缸式機器常用于制造較大的容器。DIGIPACK根據儲料缸電子尺的反饋控制口模開度，液晶顯示屏（LCD）上的縱坐標顯示儲料缸位置，橫坐標顯示口模開度。連續式機器通常有多個模頭，DIGIPACK根據工作循環時間控制口模開度，此時LCD上的縱坐標顯示循環時間，通常是以切刀動作作為一個完整循環的開始。目前在中空吹塑成型技術方面，國外的潮流是用整機控制及上位機和下位機方式控制，而壁厚控制則包括在整機控制中。仍以M00G公司為例，它提供整機控制（TMC）方案。國內使用的壁厚控制器有穆格（M00G）、貝加萊（B＆R）、西門子（SIEMENS）等公司的產品，國外品牌牢牢占據著國內市場。這種狀況和我國的塑料加工水平不高有直接關系。2003年我國的中空吹塑成型機產量已達3405臺，在這三千多臺機器中，絕大部分機器是由我國的廠家把機械部分做好，再裝上進口的控制系統組裝起來。這就造成產品的成本高、附加值低，效益不顯著。如果能夠配上國產的壁厚控制器，則國內中空吹塑成型機產業自然會躍上一個新臺階。
     4壁厚控制器的將來
  綜觀國外塑料機械工業技術，今后主要圍繞下列幾個方向發展。（1）微型化與大型化微型化是各類產品今后的重要發展方向，有越來越多的市場需求，在電子、信息、電器、醫療、生物等部門已表現出明顯的發展。目前雖然已有生產3mL塑料瓶的中空吹塑成型機，但是生產更小容積的應用于醫療、生物方面的中空容器設備，已經有一些國家正在研發中。大型化也是今后發展的方向之一。目前已出現生產5000L中空容器的商品化生產設備。而工業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的機型、功能、規格的劃一和固定不變已不能滿足市場需求。中空容器生產廠家需要靈活應變，以適應日新月異的市場需求，促使中空吹塑成型機的模塊化設計、技術集成、專業化生產、采購能力與水平的提高，這既要求塑料機械企業在技術人才、技術創新方面具有雄厚實力，也要求企業能在*時間內準確把握客戶的個性化需求。（3）智能化自動控制技術在塑料機械工業中的應用已發展到相當高的水準。設備單元的自動控制、參數的死循環控制、過程聯動、在線反饋控制等都借助電子技術與計算機技術在塑料機械上得到較廣泛的應用。簡單地說，智能控制系統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出指令實施相應的生產等功能的控制系統。智能化塑料機械的發展，將會明顯提高塑料機械的運行穩定性和可靠性，切實提高塑料機械高質量、率、低損耗的生產能力，并為實現無人車間、無人工廠提供堅實的技術基礎。（4）網絡化與虛擬化這在理念上和模式上都是全新的技術，它會使塑料機械的生產企業在質量、效率、成本、服務、銷售等方面的競爭力大幅提高，從而使企業的經濟效益顯著增大。雖然虛擬技術的發展在各個工業部門都處于初始發展階段，但是，由于虛擬技術可帶來巨大經濟效益的潛力，將為虛擬技術今后的發展提供強大的推動力。
      5國內壁厚控制器的發展對策
     一個實用的控制系統，*的控制理論固然重要，更重要的是實際應用中解決實際問題的經驗。鑒于國內中空吹塑成型機的生產現狀，今后壁厚控制系統的發展之路主要是從空白入手，從無到有，從簡單到復雜。可以先從10點的、應用在一些對型坯壁厚精度要求不高的機器開始，開發出適用的壁厚控制器，先占據國內的低端市場，然后進行改良，開發出精度高的控制器。再增加點數至30點或者100點以上，運用*的控制手段，參與競爭，與同步發展。
     6結語            　　
     國內中空吹塑成型機壁厚控制系統的發展之路充滿了機遇和挑戰。隨著我國加人WTO，國內在知識和技術產權方面不斷完善，加大科技創新的投入，吸引專業技術人才，實現規模化和專業化生產，努力縮短國內外技術水平上的巨大差距，已成為塑料機械領域有識之士的共識。