塑料在當(dāng)今世界具有極為重要的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(dāng)今塑料工業(yè)加工成型機(jī)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(jī)械技術(shù)不斷創(chuàng)新，闡述了塑料塑化輸運(yùn)方法從純剪切形變加工到振動(dòng)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(dòng)與傳動(dòng)方式從間接驅(qū)動(dòng)到直接驅(qū)動(dòng)再到負(fù)載敏感驅(qū)動(dòng)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(jī)械相比較，新型塑料機(jī)械加工能耗降低，在多相多組份復(fù)合材料、生物質(zhì)復(fù)合材料等物料體系的加工方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，有利于實(shí)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(jī)械,塑化輸運(yùn),驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng),過程控制

　　塑料原料及其輔料都要通過加工成型設(shè)備形成所需形狀、結(jié)構(gòu)與性能，成為有實(shí)用價(jià)值的材料與制品，這種加工成型設(shè)備統(tǒng)稱為塑料機(jī)械。一般塑料機(jī)械都由擠壓系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(jī)械的發(fā)展主要集中在這幾個(gè)部分的技術(shù)創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)塑料機(jī)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(fù)合材料共混加工的功能和特征。例如，塑化輸運(yùn)方法從純剪切形變加工到振動(dòng)剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)方式從間接驅(qū)動(dòng)到直接驅(qū)動(dòng)再到負(fù)載敏感驅(qū)動(dòng)、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(huì)推動(dòng)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

　　1 塑化輸運(yùn)方法

　　1.1 振動(dòng)剪切形變加工

　　以螺桿作為結(jié)構(gòu)標(biāo)志和原理特征的擠壓系統(tǒng)消耗的能量遠(yuǎn)高于塑料塑化輸運(yùn)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(jī)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(qiáng)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(dòng)同時(shí)還做軸向周期性振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了塑料加工過程由振動(dòng)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(shè)備很難實(shí)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(shí)現(xiàn)塑料塑化輸運(yùn)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(yùn)過程中速度梯度與輸運(yùn)方向垂直，而在拉伸力場中，速度梯度與輸運(yùn)方向平行。在螺桿擠壓系統(tǒng)中，由于塑料是熱的不良導(dǎo)體，加上剪切流場中是層流換熱，導(dǎo)致傳熱效率低，完成塑化輸運(yùn)過程需要一個(gè)很長的熱機(jī)械歷程。

　　2 驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)方式

　　2.1 擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)

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

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

　　2.2 注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)

　　現(xiàn)用注塑機(jī)注射和保壓過程均是通過直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。這種直線注射和保壓方式在不同的注塑機(jī)中都存在一系列缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)的液壓式注塑機(jī)中，塑化過程由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，注射和保壓過程用油缸驅(qū)動(dòng)柱塞或螺桿直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)塑化注射裝置部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。尤其是在螺桿一線式注塑機(jī)中，螺桿和止逆環(huán)后大量未塑化好的物料參與注射時(shí)的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)慣量大，摩擦阻力大，使注射時(shí)能量消耗大，注射速度和注射位置控制困難。在全電動(dòng)注塑機(jī)中，注射運(yùn)動(dòng)往往通過滾珠絲桿將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為注射柱塞或螺桿的直線注射運(yùn)動(dòng)，除了與上述液壓注射機(jī)存在相同的問題外，還存在另外的問題：①傳動(dòng)系轉(zhuǎn)動(dòng)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(shè)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(jī)械形變的過程，而塑料機(jī)械是實(shí)施這一過程的手段與工具，它是一個(gè)過程裝備。

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

　　以往塑料機(jī)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(dá)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(yīng)，很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(dòng)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(jìn)的測量與傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(shí)施智能化的精準(zhǔn)控制控制。只有這種不需要預(yù)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(jī)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(jī)械智能化控制系統(tǒng)研究方面的進(jìn)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(jī)械擠壓系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的塑料綠色加工成型技術(shù)與裝備。在塑料機(jī)械的塑化輸運(yùn)方法從純剪切形變加工到振動(dòng)剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)方式從間接驅(qū)動(dòng)到直接驅(qū)動(dòng)再到負(fù)載敏感驅(qū)動(dòng)、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(jìn)展。希望通過塑料機(jī)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(jìn)技術(shù)集成，加快產(chǎn)業(yè)化與商品化的進(jìn)程，為推動(dòng)我國乃至國際塑料機(jī)械技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

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　　核心科技論文發(fā)表期刊推薦《兵工學(xué)報(bào)》是中國兵工學(xué)會(huì)主辦的綜合性學(xué)術(shù)物，它以反映兵器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的最新科研成果，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，繁榮學(xué)術(shù)交流為宗旨，以介紹與兵器相關(guān)的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用研究、實(shí)驗(yàn)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(xué)、光電子技術(shù)、通信技術(shù)、火炮、彈藥技術(shù)、控制技術(shù)、應(yīng)用力學(xué)、化學(xué)工程、機(jī)械工程、材料科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域。