塑料在當今世界具有極為重要的作用，已經廣泛應用于國民經濟的各個領域。塑料加工工業是我國制造業發展最快的行業之一。本文是一篇核心論文發表網投稿的論文范文，主要論述了當今塑料工業加工成型機械的新技術。

　　[摘 要]根據塑料工業發展低耗、高效、環保型“綠色”加工成型技術的重大需求，隨著塑料機械技術不斷創新，闡述了塑料塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工的演變，分析了驅動與傳動方式從間接驅動到直接驅動再到負載敏感驅動的變化，介紹了過程控制系統從電氣控制到數字化控制再到智能化控制的發展，著重討論了新技術研究在解決制約塑料加工產業發展的資源、環境、能源三大問題所能發揮的作用。研究結果表明，與傳統塑料機械相比較，新型塑料機械加工能耗降低，在多相多組份復合材料、生物質復合材料等物料體系的加工方面具有獨特優勢，有利于實現塑料加工成型過程節能降耗、廢舊塑料循環利用以及塑料可再生資源替代。

　　[關鍵詞]塑料機械,塑化輸運,驅動與傳動,過程控制

　　塑料原料及其輔料都要通過加工成型設備形成所需形狀、結構與性能，成為有實用價值的材料與制品，這種加工成型設備統稱為塑料機械。一般塑料機械都由擠壓系統、驅動與傳動系統、過程控制系統以及制品成型系統等部分組成。目前，國內外塑料機械的發展主要集中在這幾個部分的技術創新，以實現塑料機械具有節能降耗、無分揀廢舊塑料合金化加工和生物質復合材料共混加工的功能和特征。例如，塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅動與傳動方式從間接驅動到直接驅動再到負載敏感驅動、控制系統從電氣控制到數字化控制再到智能化控制，每一次技術創新性研究都會推動行業的技術進步。

　　1 塑化輸運方法

　　1.1 振動剪切形變加工

　　以螺桿作為結構標志和原理特征的擠壓系統消耗的能量遠高于塑料塑化輸運所需要的能量，能量利用率較低。因此，降低擠壓系統的能耗是塑料機械的重大技術難題。

　　通過對傳統螺桿擠壓系統的研究可以發現普通螺桿不能強化塑料加工的傳質傳熱過程。使螺桿擠壓系統的螺桿在轉動同時還做軸向周期性振動，實現了塑料加工過程由振動剪切形變支配，提高了塑料加工過程中傳質傳熱效率。

　　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，螺桿加工設備很難實現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瓶頸。

　　實現塑料塑化輸運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，物料在輸運過程中速度梯度與輸運方向垂直，而在拉伸力場中，速度梯度與輸運方向平行。在螺桿擠壓系統中，由于塑料是熱的不良導體，加上剪切流場中是層流換熱，導致傳熱效率低，完成塑化輸運過程需要一個很長的熱機械歷程。

　　2 驅動與傳動方式

　　2.1 擠出機的驅動與傳動

　　傳統的塑料擠出機一直采用“電動機+減速箱+擠壓系統”的間接驅動方式。這種方式的應用會帶來能耗過大、效率低、控制響應慢等諸多問題若采用“電動機+擠壓系統”的直接驅動方式，直接消除減速箱的能量消耗，將提高擠出機的驅動與傳動效率同時可提高控制響應速度和控制精度。

　　用低速大扭矩矢量變頻異步直接驅動系統驅動葉片擠壓系統，研制成功矢量變頻異步直接驅動葉片塑化擠出設備。來自料斗的物料在螺旋輸送過程中吸收驅動裝置的鐵耗和銅耗產生的熱量而被預熱到一定溫度，使葉片擠壓系統塑化輸運物料所需的能量減少。同時，這種驅動系統與葉片擠壓系統集成化的直接驅動葉片塑化擠出設備與電磁動態塑化擠出設備相比較，能量消耗進一步降低，擠出穩定性大為提高。

　　2.2 注塑機的驅動與傳動

　　現用注塑機注射和保壓過程均是通過直線運動來實現的。這種直線注射和保壓方式在不同的注塑機中都存在一系列缺點。在傳統的液壓式注塑機中，塑化過程由液壓馬達驅動螺桿旋轉運動，注射和保壓過程用油缸驅動柱塞或螺桿直線運動。整個塑化注射裝置部件多，結構復雜，成本高。尤其是在螺桿一線式注塑機中，螺桿和止逆環后大量未塑化好的物料參與注射時的直線運動，運動慣量大，摩擦阻力大，使注射時能量消耗大，注射速度和注射位置控制困難。在全電動注塑機中，注射運動往往通過滾珠絲桿將伺服電機的旋轉運動轉化為注射柱塞或螺桿的直線注射運動，除了與上述液壓注射機存在相同的問題外，還存在另外的問題：①傳動系轉動慣量更大，注射速度和位置控制困難;②滾珠絲桿易磨損;③噪音大;④設備成本和維修高。

　　3 過程控制系統

　　塑料制品加工成型是利用外場如力場、溫度場等使塑料產生熱機械形變的過程，而塑料機械是實施這一過程的手段與工具，它是一個過程裝備。

　　塑料制品加工過程由于存在非線性、不確定性、時變性和不完全性等因素，一般無法獲得精確的過程數學模型，因此塑料機械的常規控制系統很難對過程實施精確控制。因此，先進加工成型過程控制系統是衡量塑料機械技術水平的重要標志之一。

　　以往塑料機械的過程控制系統都是采用通過對工藝條件(溫度、壓力和轉速等)控制來達到對制品質量 (重量、尺寸、表面質量和性能等)的傳統控制。該控制系統由于對工藝條件、物料特性和操作的不同而產生的變化難以很好地響應，很難實現精準控制的目的。在塑料加工過程中，產品質量與工藝參數和過程變量之間的關系是難以確定的，而且塑料種類繁多和加工工藝條件多變，尤其是現在廢舊塑料回收循環利用以及可再生植物纖維資源利用對控制系統提出了新的挑戰。需要確定控制模型的傳統自動控制技術更是難以勝任多相多組分體系加工過程的控制。可以利用先進的測量與傳感技術、計算機技術、非線性系統等現代手段，在產品質量與工藝參數和過程變量之間建立反饋與耦合關系，對塑料加工成型過程實施智能化的精準控制控制。只有這種不需要預先知道確定制模模型的智能化控制系統才能滿足目前塑料機械發展需要。下面結合葉片塑化擠出和注射成型過程控制簡要介紹在塑料機械智能化控制系統研究方面的進展。

　　4 展望

　　塑料工業的可持續發展需要從節能減排、廢舊塑料回收循環利用以及塑料可再生資源替代出發，通過對塑料機械擠壓系統、驅動與傳動系統、過程控制系統以及制品成型系統等部分的創新研究與突破，形成具有自主知識產權的塑料綠色加工成型技術與裝備。在塑料機械的塑化輸運方法從純剪切形變加工到振動剪切形變加工再到體積拉伸形變加工演變、驅動與傳動方式從間接驅動到直接驅動再到負載敏感驅動、控制系統從電氣控制到數字化控制再到智能化控制等方面的研究取得了很好的進展。希望通過塑料機械行業同仁們的共同努力，將上述研究成果與行業的其他先進技術集成，加快產業化與商品化的進程，為推動我國乃至國際塑料機械技術進步做出貢獻。

　　參考文獻

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