專(zhuān)利名稱(chēng)：一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高分子材料成型加工設(shè)備，特別是一種圓形棒材擠出機(jī)成型 控制裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)圓形棒材擠出成型時(shí)多采用非滑移粘著剪切口模擠出方式，即熔融的塑料熔 體直接與口模內(nèi)壁面相接觸，增大了熔體流動(dòng)阻力，同時(shí)工藝參數(shù)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，即只 在熔體進(jìn)入成型擠出機(jī)頭前進(jìn)行溫度、壓力控制，對(duì)成型口模段真實(shí)熔體狀態(tài)沒(méi)有進(jìn)行監(jiān) 測(cè)和控制，又由于聚合物熔體的高粘性、粘彈性，因此成型時(shí)存在以下缺點(diǎn)1、易出現(xiàn)擠出脹大擠出脹大增加了擠出模具設(shè)計(jì)難度，影響復(fù)合管精度；2、擠出模具流道內(nèi)壓降大使擠出復(fù)合管內(nèi)應(yīng)力增加，導(dǎo)致變形增加，同時(shí)也增加 了能量消耗；3、擠出物表面缺陷由于擠出速度超過(guò)材料的臨界擠出速度而使制品表面產(chǎn)生 “鱉魚(yú)皮”和擠出破裂等現(xiàn)象，擠出物表面質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)限制了擠出速度的提高，影響生 產(chǎn)效率。以上三大難題嚴(yán)重影響制品精度、限制擠出速度提升，導(dǎo)致擠出能耗高。解決傳統(tǒng) 擠出成型工藝的關(guān)鍵是口模與熔體之間的減粘降阻及擠出成型工藝參數(shù)控制。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型要設(shè)計(jì)一種成型精度高、擠出速度 快、能耗低的圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置，所述的擠出機(jī)包括擠出螺桿機(jī)、調(diào)節(jié)器及成 型控制裝置，所述的成型控制裝置包括口模成型裝置和工藝參數(shù)控制系統(tǒng)，所述的口模成 型裝置包括無(wú)氣輔段口模、口模進(jìn)氣蓋板、氣輔口模外套、氣輔口模和密封圈，所述的氣輔 口模外側(cè)安裝有氣輔口模外套，所述的氣輔口模外套通過(guò)密封圈與口模進(jìn)氣蓋板連接；所 述的無(wú)氣輔段口模、口模進(jìn)氣蓋板、密封圈、氣輔口模外套、氣輔口模構(gòu)成一條潤(rùn)滑氣體氣 路，所述的無(wú)氣輔段口模、氣輔口模外套和氣輔口模形成封閉氣室；所述的無(wú)氣輔段口模上 沿徑向開(kāi)有熔體參數(shù)測(cè)試口，所述的口模進(jìn)氣蓋板上沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體進(jìn)氣口，同時(shí)作 為潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口，所述的氣輔口模和氣輔口模外套沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體壓力和溫度 測(cè)量口 ；所述的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)包括熔體參數(shù)控制裝置和潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置，所述 的熔體參數(shù)控制裝置由熔體壓力傳感器、熔體溫度傳感器、熔體溫度控制器、熔體壓力控制 器、A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，所述的熔體壓力傳感器和熔體溫度傳感 器分別安裝在熔體參數(shù)測(cè)試口內(nèi)、通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和D/A轉(zhuǎn) 換器連接，所述的熔體溫度控制器和熔體壓力控制器分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器連接；
3所述的潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置包括氣體壓力傳感器、氣體溫度傳感器、氣體流量傳感器、氣 體壓力控制器、氣體流量控制器、氣體溫度控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、D/A轉(zhuǎn)換 器，所述的氣體壓力傳感器和氣體溫度傳感器分別安裝在潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口內(nèi)、 所述的氣體流量傳感器安裝在潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口內(nèi)，所述的氣體壓力傳感器、氣體溫度 傳感器和氣體流量傳感器分別通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和D/A轉(zhuǎn)換 器連接，所述的氣體壓力控制器、氣體流量控制器和氣體溫度控制器分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A 轉(zhuǎn)換器連接。本實(shí)用新型所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、由于本實(shí)用新型在圓形棒材成型過(guò)程中，采用多孔質(zhì)氣輔口模結(jié)構(gòu)，使口模與 塑料熔體之間形成穩(wěn)定氣墊膜，由于氣體的摩擦系數(shù)極低，氣墊膜層將口模內(nèi)壁對(duì)熔體的 摩擦阻力降到最低，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制氣墊膜的特性，使擠出成型由非滑移粘著擠出方式 轉(zhuǎn)換成近似完全滑移非粘著擠出方式，塑料熔體在流道內(nèi)呈柱塞狀擠出，實(shí)現(xiàn)了降低擠出 壓力，節(jié)省能耗，基本消除了離模膨脹，提高了制品精度，減少了材料浪費(fèi)，縮短了成型周 期，節(jié)約了成本。2、由于本實(shí)用新型在氣輔成型區(qū)域，氣輔口模采用多孔質(zhì)材料，保證了注入成型 區(qū)潤(rùn)滑氣體的均勻性，增強(qiáng)了氣膜的穩(wěn)定性。3、本實(shí)用新型在圓形棒材成型過(guò)程中對(duì)潤(rùn)滑氣體及塑料熔體參數(shù)采用了閉環(huán)在 線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，因此能夠?qū)崿F(xiàn)最佳制品質(zhì)量下的最優(yōu)工藝條件控制。首先，根據(jù)控 制目標(biāo)離模膨脹率來(lái)調(diào)整輸入預(yù)設(shè)控制參數(shù)，如熔體壓力、溫度、潤(rùn)滑氣體溫度、壓力、流量 等，通過(guò)在線檢測(cè)參數(shù)反饋并與輸入預(yù)設(shè)控制參數(shù)量進(jìn)行偏差判別，驅(qū)動(dòng)參數(shù)控制器向偏 差減小的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。其次，由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，能夠使系統(tǒng)在外 界干擾下的振蕩進(jìn)行更好的阻尼匹配，并且對(duì)不同工況保持穩(wěn)定一致的控制效果，體現(xiàn)了 很強(qiáng)的魯棒性。

本實(shí)用新型共有附圖4張，其中圖1是圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)示意圖。圖2是圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置的口模成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是熔體參數(shù)控制裝置示意圖。圖4是潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置示意圖。圖中，1、熔體參數(shù)測(cè)試口，2、熔體溫度控制器，3、熔體壓力控制器，4、熔體溫度傳 感器，5、熔體壓力傳感器，6、氣體流量傳感器，7、氣體溫度傳感器，8、氣體壓力傳感器，9、氣 體流量控制器，10、氣體溫度控制器，11、氣體壓力控制器，12、A/D轉(zhuǎn)換器，13、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 器，14、D/A轉(zhuǎn)換器，15、潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口，16、無(wú)氣輔段口模，17、封閉氣室，18、氣 輔口模外套，19、密封圈，20、口模進(jìn)氣蓋板，21、氣輔口模。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地說(shuō)明。如圖1-4所示，一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置，所述的擠出機(jī)包括擠出螺桿機(jī)、調(diào)節(jié)器及成型控制裝置，所述的成型控 制裝置包括口模成型裝置和工藝參數(shù)控制系統(tǒng)，所述的口模成型裝置包括無(wú)氣輔段口模 16、口模進(jìn)氣蓋板20、氣輔口模外套18、氣輔口模21和密封圈19，所述的氣輔口模21外側(cè) 安裝有氣輔口模外套18，所述的氣輔口模外套18通過(guò)密封圈19與口模進(jìn)氣蓋板20連接； 所述的無(wú)氣輔段口模16、口模進(jìn)氣蓋板20、密封圈19、氣輔口模外套18、氣輔口模21構(gòu)成 一條潤(rùn)滑氣體氣路，所述的無(wú)氣輔段口模16、氣輔口模外套18和氣輔口模21形成封閉氣 室17 ；所述的無(wú)氣輔段口模16上沿徑向開(kāi)有熔體參數(shù)測(cè)試口 1，所述的口模進(jìn)氣蓋板20上 沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體進(jìn)氣口，同時(shí)作為潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口，所述的氣輔口模21和氣輔口 模外套18沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口 15 ；所述的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)包括熔體 參數(shù)控制裝置和潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置，所述的熔體參數(shù)控制裝置由熔體壓力傳感器5、熔 體溫度傳感器4、熔體溫度控制器2、熔體壓力控制器3、A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13、 D/A轉(zhuǎn)換器14，所述的熔體壓力傳感器5和熔體溫度傳感器4分別安裝在熔體參數(shù)測(cè)試口 1內(nèi)、通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13和D/A轉(zhuǎn)換器14連接，所述的 熔體溫度控制器2和熔體壓力控制器3分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器14連接；所述的潤(rùn)滑 氣體參數(shù)控制裝置包括氣體壓力傳感器8、氣體溫度傳感器7、氣體流量傳感器6、氣體壓力 控制器11、氣體流量控制器9、氣體溫度控制器10、A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13、D/A 轉(zhuǎn)換器14，所述的氣體壓力傳感器8和氣體溫度傳感器7分別安裝在潤(rùn)滑氣體壓力和溫度 測(cè)量口 15內(nèi)、所述的氣體流量傳感器6安裝在潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口內(nèi)，所述的氣體壓力傳 感器8、氣體溫度傳感器7和氣體流量傳感器6分別通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制器13和D/A轉(zhuǎn)換器14連接，所述的氣體壓力控制器11、氣體流量控制器9和氣體 溫度控制器10分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器14連接。所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13是模糊 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。本實(shí)用新型的控制方法，包括以下步驟A、通過(guò)擠出螺桿機(jī)塑化后的塑料熔體，經(jīng)過(guò)無(wú)氣輔段口模16構(gòu)成的無(wú)氣輔成型 流道，進(jìn)入氣輔成型流道；同時(shí)，具有一定壓力的潤(rùn)滑氣體經(jīng)由口模進(jìn)氣蓋板20、氣輔口模 外套18、氣輔口模21構(gòu)成的封閉氣室17，并通過(guò)多孔質(zhì)氣輔口模21滲透進(jìn)入由氣輔口模 21構(gòu)成的氣輔成型流道；B、當(dāng)熔融塑料熔體及潤(rùn)滑氣體進(jìn)入成型流道過(guò)程中，潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置對(duì)熔 體參數(shù)和潤(rùn)滑氣體參數(shù)進(jìn)行控制，具體步驟如下Bi、熔體參數(shù)控制在無(wú)氣輔段口模16段塑料熔體成型過(guò)程中，通過(guò)熔體參數(shù)測(cè) 試口 1內(nèi)的熔體壓力傳感器5、熔體溫度傳感器4檢測(cè)到當(dāng)前成型過(guò)程中實(shí)際塑料熔體的壓 力、溫度反饋信號(hào)，并與螺桿擠出機(jī)預(yù)設(shè)的溫度、壓力指定信號(hào)作偏差判別，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器 12進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后將偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13作用后輸入到D/ A轉(zhuǎn)換器14進(jìn)行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到熔體溫度控制器2、熔體 壓力控制器3中，通過(guò)擠出機(jī)上的調(diào)節(jié)器動(dòng)作使熔體參數(shù)向減小偏差的方向變化，直到偏 差為零為止；B2、潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制在有氣輔口模21段塑料熔體成型過(guò)程中，口模進(jìn)氣蓋板 20進(jìn)氣口裝有氣體流量傳感器6，潤(rùn)滑氣體流經(jīng)氣體流量傳感器6后進(jìn)入口模進(jìn)氣蓋板20 的進(jìn)氣口 ；在潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口 15內(nèi)分別安裝氣體壓力傳感器8和氣體溫度傳感器7 ；通過(guò)氣體壓力傳感器8、氣體溫度傳感器7和氣體流量傳感器6檢測(cè)當(dāng)前氣輔口模21 段中潤(rùn)滑氣體的壓力、溫度和流量反饋信號(hào)，并與預(yù)設(shè)的溫度、壓力和流量指定信號(hào)作偏差 判別，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器12進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后將偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器 13作用后，輸入到D/A轉(zhuǎn)換器14進(jìn)行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到氣 體溫度控制器10、氣體壓力控制器11和氣體流量控制器9，通過(guò)擠出機(jī)上的調(diào)節(jié)器動(dòng)作使氣體參數(shù)向減小偏差的方向變化，直到偏差為零為止。本實(shí)用新型所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器13的網(wǎng)絡(luò)為5-x-l結(jié)構(gòu)，即有五個(gè)輸入分別 為熔體擠出壓力、熔體溫度、氣體壓力、氣體流量和氣體溫度；一個(gè)輸出離模膨脹率；且包 含一個(gè)隱含層，隱含層神經(jīng)元數(shù)N由如下經(jīng)驗(yàn)公式得出N = ^Nin+N0Ut+a式中，Nin為輸入神經(jīng)元個(gè)數(shù)，Nout為輸出神經(jīng)元個(gè)數(shù)，α為一個(gè)介于1和10之間 的常數(shù)，結(jié)合不同誤差精度要求來(lái)確定，α越大誤差精度越小。
權(quán)利要求一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置，所述的擠出機(jī)包括擠出螺桿機(jī)、調(diào)節(jié)器及成型控制裝置，其特征在于所述的成型控制裝置包括口模成型裝置和工藝參數(shù)控制系統(tǒng)，所述的口模成型裝置包括無(wú)氣輔段口模(16)、口模進(jìn)氣蓋板(20)、氣輔口模外套(18)、氣輔口模(21)和密封圈(19)，所述的氣輔口模(21)外側(cè)安裝有氣輔口模外套(18)，所述的氣輔口模外套(18)通過(guò)密封圈(19)與口模進(jìn)氣蓋板(20)連接；所述的無(wú)氣輔段口模(16)、口模進(jìn)氣蓋板(20)、密封圈(19)、氣輔口模外套(18)、氣輔口模(21)構(gòu)成一條潤(rùn)滑氣體氣路，所述的無(wú)氣輔段口模(16)、氣輔口模外套(18)和氣輔口模(21)形成封閉氣室(17)；所述的無(wú)氣輔段口模(16)上沿徑向開(kāi)有熔體參數(shù)測(cè)試口(1)，所述的口模進(jìn)氣蓋板(20)上沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體進(jìn)氣口，同時(shí)作為潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口，所述的氣輔口模(21)和氣輔口模外套(18)沿軸向開(kāi)有潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口(15)；所述的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)包括熔體參數(shù)控制裝置和潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置，所述的熔體參數(shù)控制裝置由熔體壓力傳感器(5)、熔體溫度傳感器(4)、熔體溫度控制器(2)、熔體壓力控制器(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(13)、D/A轉(zhuǎn)換器(14)構(gòu)成，所述的熔體壓力傳感器(5)和熔體溫度傳感器(4)分別安裝在熔體參數(shù)測(cè)試口(1)內(nèi)、通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(13)和D/A轉(zhuǎn)換器(14)連接，所述的熔體溫度控制器(2)和熔體壓力控制器(3)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器(14)連接；所述的潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置包括氣體壓力傳感器(8)、氣體溫度傳感器(7)、氣體流量傳感器(6)、氣體壓力控制器(11)、氣體流量控制器(9)、氣體溫度控制器(10)、A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(13)、D/A轉(zhuǎn)換器(14)，所述的氣體壓力傳感器(8)和氣體溫度傳感器(7)分別安裝在潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口(15)內(nèi)、所述的氣體流量傳感器(6)安裝在潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口內(nèi)，所述的氣體壓力傳感器(8)、氣體溫度傳感器(7)和氣體流量傳感器(6)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(13)和D/A轉(zhuǎn)換器(14)連接，所述的氣體壓力控制器(11)、氣體流量控制器(9)和氣體溫度控制器(10)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器(14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置，其特征在于所述的神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(13)是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種圓形棒材擠出機(jī)成型控制裝置，包括口模成型裝置和工藝參數(shù)控制系統(tǒng)，所述的口模成型裝置的無(wú)氣輔段口模上開(kāi)有熔體參數(shù)測(cè)試口、口模進(jìn)氣蓋板上開(kāi)有潤(rùn)滑氣體流量測(cè)量口、氣輔口模和氣輔口模外套上開(kāi)有潤(rùn)滑氣體壓力和溫度測(cè)量口，所述的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)包括熔體參數(shù)控制裝置和潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制裝置。本實(shí)用新型的控制方法包括輸入潤(rùn)滑氣體、實(shí)施熔體參數(shù)控制和潤(rùn)滑氣體參數(shù)控制。由于本實(shí)用新型使擠出成型由非滑移粘著擠出方式轉(zhuǎn)換成近似完全滑移非粘著擠出方式，塑料熔體在流道內(nèi)呈柱塞狀擠出，實(shí)現(xiàn)了降低擠出壓力，節(jié)省能耗，基本消除了離模膨脹，提高了制品精度，減少材料浪費(fèi)，縮短了成型周期，節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)G05B13/02GK201689291SQ20102020023
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者關(guān)廣豐, 弓永軍, 張?jiān)雒? 熊偉, 王海濤, 馬文琦 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)