中空吹塑成型机壁厚控制系统的发展

中空吹塑成型机壁厚控制系统的发展

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中空吹塑成型机壁厚控制系统的发展

制造塑料容器的成型方法有很多种, 例如中空吹塑成型、注射成型、滚塑成型、压缩成型、热挤冷压成型等。在众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最广泛、产量最大的两种成型方法。据资料介绍, 世界上80％～90％的中空容器是采用中空吹塑法成型的。中空吹塑成型技术是经过气压使塑化的型坯紧贴模具内壁成型。型坯的生产方式为挤出式, 即将加热塑化的塑料熔体从各种形状的模芯缝隙中挤出, 形成各种形状的筒状型坯。挤出的型坯靠自重垂直悬挂。中空容器制品因其强度要求规定了最小壁厚, 而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统, 为使制品最薄处达到最小壁厚要求, 制品的其它部位就要相应加厚, 造成材料的浪费。为了节省成本、缩短制品冷却时间、加快制品生产周期, 一种比较经济的做法就是控制型坯壁厚。如501广口桶, 用普通中空吹塑成型机生产的制品净重为3.5kg才能达到最小壁厚要求, 而使用型坯控制器, 制品净重2.4kg就可完全满足最小壁厚要求, 节约原材料20％～30％, 而且生产的制品厚薄均匀。

1 壁厚控制系统的技术要求

壁厚控制系统是对模芯缝隙的开合度进行控制的系统, 即位置伺服系统。在中空容器的生产过程中, 为了保证制品的质量, 要求被

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控量能够准确地跟踪设置值, 同时还要求响应过程尽可能快速。以简单的10点壁厚控制器为例, 在连续挤出的模式下, 从模头挤出一个型坯最短时间约5s, 在5s的时间内要实现一条有限长度的函数曲线, 需要将其分成10个段落, 在时间轴上, 每个段落只有大约0.5s的时间, 按照跟踪理论, 壁厚控制器的单位脉冲过渡时间应为段落时间的1/5～1/10, 即0.05～0.1s, 这就要求系统响应非常迅速。而在响应如此迅速的同时, 还要保证被控的位置量能够准确跟踪设置值, 否则, 壁厚控制将失去意义。要达到上述两种要求的控制效果, 对于重载荷系统来说, 正是壁厚控制系统设计的难点。另外, 由于在型坯轮廓曲线上取l0个点来描绘曲线, 点与点之间还须进行插值处理, 尽量使轮廓曲线光滑。

2 壁厚控制系统的控制原理

壁厚控制系统采用闭环反馈设计, 其组成部分包括壁厚控制器、电液伺服阀、动作执行机构和作为信号反馈装置的电子尺。用户在壁厚控制器的面板上设定型坯壁厚轴向变化曲线, 控制器根据曲线输出大小变化的电压或者电流信号至电液伺服阀, 由电吹瓶机、吹膜机、吸塑机、塑料包装机械、制袋机液伺服阀驱动执行机构控制模芯的上下移动, 从而造成模芯缝隙的变化。电子尺经过测量缝隙的大小得出相应的电压信号反馈给壁厚控制器。这就构成了闭环的壁厚控制系统, 如图l所示。

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3 壁厚控制器的现状

塑料加工机械的水平在很大程度上取决于测控水平的高

低。

国外先进塑料机械的控制系统普遍采用以可编程逻辑控制器(PLC)等为核心的可编程系统, 并在一些高精度塑料机械上采用了模糊控制、统计过程控制(SPC), 以及基于网络的远程监控、故障诊断和控制系统。美国的穆格(M00G)公司是全球电液伺服元件及伺服系统设计及制造领域的领导者。在吹塑控制领域, 其独立的壁厚控制系统中提供30点、 100点的壁厚控制器(DIGIPACK), 可用于控制储料缸式和连续式吹塑成型机的型坯壁厚。储料缸式机器常见于制造较大的容器。DIGIPACK根据储料缸电子尺的反馈控制口模开度, 液晶显示屏(LCD)上的纵坐标显示储料缸位置, 横坐

标显示口模开度。连续式机器一般有多个模头, DIGIPACK根据工作循环时间控制口模开度, 此时LCD上的纵坐标显示循环时间, 一般是以切刀动作作为一个完整循环的开始。当前在中空吹塑成型技术方面, 国外的潮流是用整机控制及上位机和下位机方式控制, 而壁厚控制则包括在整机控制中。仍以M00G公司为例, 它提供整机控制(TMC)方案。国内使用的壁厚控制器有穆格(M00G)、贝加莱(B＆R)、西门子(SIEMENS)等公司的产品, 国外品牌牢牢占据

着国内市场。这种状况和中国的塑料加工水平不高有直接关系。中国的中空吹塑成型机产量已达3405台, 在这三千多台机器中, 绝

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大部分机器是由中国的厂家把机械部分做好, 再装上进口的控制系统组装起来。这就造成产品的成本高、附加值低, 效益不显著。如果能够配上国产的壁厚控制器, 则国内中空吹塑成型机产业自然会跃上一个新台阶。

4 壁厚控制器的将来

综观国外塑料机械工业技术, 今后主要围绕下列几个方向发展。

(1)微型化与大型化微型化是各类产品今后的重要发展方向, 有越

来越多的市场需求, 在电子、信息、电器、医疗、生物等部门已表现出明显的发展。当前虽然已有生产3mL塑料瓶的中空吹塑成型机, 可是生产更小容积的应用于医疗、生物方面的中空容器设备, 已经有一些国家正在研发中。大型化也是今后发展的方向之一。当前已出现生产5000L中空容器的商品化生产设备。而工业用各种大型中空容器的需求明显, 10000L甚至更大容积的塑料储装容器也已有需求。(2)个性化长期以来中空吹塑成型机的机型、功能、规格的划一和固定不变已不能满足市场需求。中空容器生产厂家需要灵活应变, 以适应日新月异的市场需求, 促使中空吹塑成型机的模块化设计、技术集成、专业化生产、国际采购能力与水平的提高, 这既要求塑料机械企业在技术人才、技术创新方面具有雄厚实力, 也要求企业能在第一时间内准确把握客户的个性化需求。(3)智能化自动控制技术在塑料机械工业中的应用已发展

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