專利名稱：一種圓形棒材擠出機成型控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高分子材料成型加工設備，特別是一種圓形棒材擠出機成型 控制裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)圓形棒材擠出成型時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，增大了熔體流動阻力，同時工藝參數(shù)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，即只 在熔體進入成型擠出機頭前進行溫度、壓力控制，對成型口模段真實熔體狀態(tài)沒有進行監(jiān) 測和控制，又由于聚合物熔體的高粘性、粘彈性，因此成型時存在以下缺點1、易出現(xiàn)擠出脹大擠出脹大增加了擠出模具設計難度，影響復合管精度；2、擠出模具流道內(nèi)壓降大使擠出復合管內(nèi)應力增加，導致變形增加，同時也增加 了能量消耗；3、擠出物表面缺陷由于擠出速度超過材料的臨界擠出速度而使制品表面產(chǎn)生 “鱉魚皮”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。以上三大難題嚴重影響制品精度、限制擠出速度提升，導致擠出能耗高。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)存在的上述問題，本實用新型要設計一種成型精度高、擠出速度 快、能耗低的圓形棒材擠出機成型控制裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種圓形棒材擠出機成型控制裝置，所述的擠出機包括擠出螺桿機、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 型裝置包括無氣輔段口模、口模進氣蓋板、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密封圈與口模進氣蓋板連接；所 述的無氣輔段口模、口模進氣蓋板、密封圈、氣輔口模外套、氣輔口模構(gòu)成一條潤滑氣體氣 路，所述的無氣輔段口模、氣輔口模外套和氣輔口模形成封閉氣室；所述的無氣輔段口模上 沿徑向開有熔體參數(shù)測試口，所述的口模進氣蓋板上沿軸向開有潤滑氣體進氣口，同時作 為潤滑氣體流量測量口，所述的氣輔口模和氣輔口模外套沿軸向開有潤滑氣體壓力和溫度 測量口 ；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)測試口內(nèi)、通過數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器和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數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器連接；
3所述的潤滑氣體參數(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滑氣體壓力和溫度測量口內(nèi)、 所述的氣體流量傳感器安裝在潤滑氣體流量測量口內(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數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器和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數(shù)據(jù)線與D/A 轉(zhuǎn)換器連接。本實用新型所述的神經(jīng)網(wǎng)絡控制器是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果1、由于本實用新型在圓形棒材成型過程中，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)壁對熔體的 摩擦阻力降到最低，通過神經(jīng)網(wǎng)絡控制氣墊膜的特性，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，縮短了成型周 期，節(jié)約了成本。2、由于本實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)潤滑氣體的均勻性，增強了氣膜的穩(wěn)定性。3、本實用新型在圓形棒材成型過程中對潤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 制目標離模膨脹率來調(diào)整輸入預設控制參數(shù)，如熔體壓力、溫度、潤滑氣體溫度、壓力、流量 等，通過在線檢測參數(shù)反饋并與輸入預設控制參數(shù)量進行偏差判別，驅(qū)動參數(shù)控制器向偏 差減小的方向運動，實現(xiàn)閉環(huán)控制。其次，由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法，能夠使系統(tǒng)在外 界干擾下的振蕩進行更好的阻尼匹配，并且對不同工況保持穩(wěn)定一致的控制效果，體現(xiàn)了 很強的魯棒性。

本實用新型共有附圖4張，其中圖1是圓形棒材擠出機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是潤滑氣體參數(shù)控制裝置示意圖。圖中，1、熔體參數(shù)測試口，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)絡控制 器，14、D/A轉(zhuǎn)換器，15、潤滑氣體壓力和溫度測量口，16、無氣輔段口模，17、封閉氣室，18、氣 輔口模外套，19、密封圈，20、口模進氣蓋板，21、氣輔口模。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖對本實用新型進行進一步地說明。如圖1-4所示，一種圓形棒材擠出機成型控制裝置，所述的擠出機包括擠出螺桿機、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氣輔段口模 16、口模進氣蓋板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通過密封圈19與口模進氣蓋板20連接； 所述的無氣輔段口模16、口模進氣蓋板20、密封圈19、氣輔口模外套18、氣輔口模21構(gòu)成 一條潤滑氣體氣路，所述的無氣輔段口模16、氣輔口模外套18和氣輔口模21形成封閉氣 室17 ；所述的無氣輔段口模16上沿徑向開有熔體參數(shù)測試口 1，所述的口模進氣蓋板20上 沿軸向開有潤滑氣體進氣口，同時作為潤滑氣體流量測量口，所述的氣輔口模21和氣輔口 模外套18沿軸向開有潤滑氣體壓力和溫度測量口 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)測試口 1內(nèi)、通過數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器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分別通過數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器14連接；所述的潤滑 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分別安裝在潤滑氣體壓力和溫度 測量口 15內(nèi)、所述的氣體流量傳感器6安裝在潤滑氣體流量測量口內(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分別通過數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器12、神經(jīng) 網(wǎng)絡控制器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分別通過數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器14連接。所述的神經(jīng)網(wǎng)絡控制器13是模糊 神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制器。本實用新型的控制方法，包括以下步驟A、通過擠出螺桿機塑化后的塑料熔體，經(jīng)過無氣輔段口模16構(gòu)成的無氣輔成型 流道，進入氣輔成型流道；同時，具有一定壓力的潤滑氣體經(jīng)由口模進氣蓋板20、氣輔口模 外套18、氣輔口模21構(gòu)成的封閉氣室17，并通過多孔質(zhì)氣輔口模21滲透進入由氣輔口模 21構(gòu)成的氣輔成型流道；B、當熔融塑料熔體及潤滑氣體進入成型流道過程中，潤滑氣體參數(shù)控制裝置對熔 體參數(shù)和潤滑氣體參數(shù)進行控制，具體步驟如下Bi、熔體參數(shù)控制在無氣輔段口模16段塑料熔體成型過程中，通過熔體參數(shù)測 試口 1內(nèi)的熔體壓力傳感器5、熔體溫度傳感器4檢測到當前成型過程中實際塑料熔體的壓 力、溫度反饋信號，并與螺桿擠出機預設的溫度、壓力指定信號作偏差判別，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器 12進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后將偏差信號經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡控制器13作用后輸入到D/ A轉(zhuǎn)換器14進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號輸入到熔體溫度控制器2、熔體 壓力控制器3中，通過擠出機上的調(diào)節(jié)器動作使熔體參數(shù)向減小偏差的方向變化，直到偏 差為零為止；B2、潤滑氣體參數(shù)控制在有氣輔口模21段塑料熔體成型過程中，口模進氣蓋板 20進氣口裝有氣體流量傳感器6，潤滑氣體流經(jīng)氣體流量傳感器6后進入口模進氣蓋板20 的進氣口 ；在潤滑氣體壓力和溫度測量口 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檢測當前氣輔口模21 段中潤滑氣體的壓力、溫度和流量反饋信號，并與預設的溫度、壓力和流量指定信號作偏差 判別，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器12進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后將偏差信號經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡控制器 13作用后，輸入到D/A轉(zhuǎn)換器14進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號輸入到氣 體溫度控制器10、氣體壓力控制器11和氣體流量控制器9，通過擠出機上的調(diào)節(jié)器動作使氣體參數(shù)向減小偏差的方向變化，直到偏差為零為止。本實用新型所述的神經(jīng)網(wǎng)絡控制器13的網(wǎng)絡為5-x-l結(jié)構(gòu)，即有五個輸入分別 為熔體擠出壓力、熔體溫度、氣體壓力、氣體流量和氣體溫度；一個輸出離模膨脹率；且包 含一個隱含層，隱含層神經(jīng)元數(shù)N由如下經(jīng)驗公式得出N = ^Nin+N0Ut+a式中，Nin為輸入神經(jīng)元個數(shù)，Nout為輸出神經(jīng)元個數(shù)，α為一個介于1和10之間 的常數(shù)，結(jié)合不同誤差精度要求來確定，α越大誤差精度越小。
權(quán)利要求一種圓形棒材擠出機成型控制裝置，所述的擠出機包括擠出螺桿機、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氣輔段口模(16)、口模進氣蓋板(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)通過密封圈(19)與口模進氣蓋板(20)連接；所述的無氣輔段口模(16)、口模進氣蓋板(20)、密封圈(19)、氣輔口模外套(18)、氣輔口模(21)構(gòu)成一條潤滑氣體氣路，所述的無氣輔段口模(16)、氣輔口模外套(18)和氣輔口模(21)形成封閉氣室(17)；所述的無氣輔段口模(16)上沿徑向開有熔體參數(shù)測試口(1)，所述的口模進氣蓋板(20)上沿軸向開有潤滑氣體進氣口，同時作為潤滑氣體流量測量口，所述的氣輔口模(21)和氣輔口模外套(18)沿軸向開有潤滑氣體壓力和溫度測量口(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)測試口(1)內(nèi)、通過數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器(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)分別通過數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器(14)連接；所述的潤滑氣體參數(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)分別安裝在潤滑氣體壓力和溫度測量口(15)內(nèi)、所述的氣體流量傳感器(6)安裝在潤滑氣體流量測量口內(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)分別通過數(shù)據(jù)線依次與A/D轉(zhuǎn)換器(12)、神經(jīng)網(wǎng)絡控制器(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成型控制裝置，其特征在于所述的神 經(jīng)網(wǎng)絡控制器(13)是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種圓形棒材擠出機成型控制裝置，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氣輔段口模上開有熔體參數(shù)測試口、口模進氣蓋板上開有潤滑氣體流量測量口、氣輔口模和氣輔口模外套上開有潤滑氣體壓力和溫度測量口，所述的工藝參數(shù)控制系統(tǒng)包括熔體參數(shù)控制裝置和潤滑氣體參數(shù)控制裝置。本實用新型的控制方法包括輸入潤滑氣體、實施熔體參數(shù)控制和潤滑氣體參數(shù)控制。由于本實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，縮短了成型周期，節(jié)約了成本。
文檔編號G05B13/02GK201689291SQ20102020023
公開日2010年12月29日 申請日期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, 張增猛, 熊偉, 王海濤, 馬文琦 申請人:大連海事大學