專利名稱：一種圓形棒材擠出機成型控制裝置及控制方法
技術領域：
本發明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 裝置及控制方法。
背景技術：
傳統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 體直接與口模內壁面相接觸，增大了熔體流動阻力，同時工藝參數采用開環控制系統，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沒有進行監 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、擠出模具流道內壓降大使擠出復合管內應力增加，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生 “鱉魚皮”和擠出破裂等現象，擠出物表面質量缺陷的出現限制了擠出速度的提高，影響生 產效率。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 擠出成型工藝的關鍵是口模與熔體之間的減粘降阻及擠出成型工藝參數控制。
發明內容
為解決現有技術存在的上述問題，本發明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及控制方法。為了實現上述目的，本發明的技術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、調節器及成 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控制系統，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 ；所述的工藝參數控制系統包括熔體參數控制裝置和潤滑氣體參數控制裝置，所述 的熔體參數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轉換器、神經網絡控制器、D/A轉換器，所述的熔體壓力傳感器和熔體溫度傳感器分 別安裝在熔體參數測試口內、通過數據線依次與A/D轉換器、神經網絡控制器和D/A轉換器 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據線與D/A轉換器連接；所述的潤滑氣體參數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轉換器、神經網絡控制器、D/A轉換器，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、所述的 氣體流量傳感器安裝在潤滑氣體流量測量口內，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據線依次與A/D轉換器、神經網絡控制器和D/A轉換器連接， 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據線與D/A轉換器 連接。本發明所述的神經網絡控制器是模糊神經網絡自適應控制器。一種圓形棒材擠出機成型控制裝置的控制方法，包括以下步驟A、通過擠出螺桿機塑化后的塑料熔體，經過無氣輔段口模構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由口模進氣蓋板、氣輔口模外套、氣輔 口模構成的封閉氣室，并通過多孔質氣輔口模滲透進入由氣輔口模構成的氣輔成型流道；B、當熔融塑料熔體及潤滑氣體進入成型流道過程中，潤滑氣體參數控制裝置對熔 體參數和潤滑氣體參數進行控制，具體步驟如下B1、熔體參數控制在無氣輔段口模段塑料熔體成型過程中，通過熔體參數測試口 內的熔體壓力傳感器、熔體溫度傳感器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A/D轉換器進行模擬 量到數字量的轉換，然后將偏差信號經過神經網絡控制器作用后輸入到D/A轉換器進行數 字量到模擬量的轉換，并將轉換后的信號輸入到熔體溫度控制器、熔體壓力控制器中，通過 擠出機上的調節器動作使熔體參數向減小偏差的方向變化，直到偏差為零為止；B2、潤滑氣體參數控制在有氣輔口模段塑料熔體成型過程中，口模進氣蓋板進氣 口裝有氣體流量傳感器，潤滑氣體流經氣體流量傳感器后進入口模進氣蓋板的進氣口 ；在 潤滑氣體壓力和溫度測量口內分別安裝氣體壓力傳感器和氣體溫度傳感器；通過氣體壓力 傳感器、氣體溫度傳感器和氣體流量傳感器檢測當前氣輔口模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A/D轉換器進行模 擬量到數字量的轉換，然后將偏差信號經過神經網絡控制器作用后，輸入到D/A轉換器進 行數字量到模擬量的轉換，并將轉換后的信號輸入到氣體溫度控制器、氣體壓力控制器和 氣體流量控制器，通過擠出機上的調節器動作使氣體參數向減小偏差的方向變化，直到偏 差為零為止。本發明所述的神經網絡控制器的網絡為5-x-l結構，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，隱含層神經元數N由如下經驗公式得出
_8] N = 4Nin+N0Ut+a式中，Nin為輸入神經元個數，Nout為輸出神經元個數，a為一個介于1和10之間 的常數，結合不同誤差精度要求來確定，a越大誤差精度越小。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、由于本發明在圓形棒材成型過程中，采用多孔質氣輔口模結構，使口模與塑料 熔體之間形成穩定氣墊膜，由于氣體的摩擦系數極低，氣墊膜層將口模內壁對熔體的摩擦 阻力降到最低，通過神經網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換成近似完全滑移非粘著擠出方式，塑料熔體在流道內呈柱塞狀擠出，實現了降低擠出壓力， 節省能耗，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，節約 了成本。2、由于本發明在氣輔成型區域，氣輔口模采用多孔質材料，保證了注入成型區潤 滑氣體的均勻性，增強了氣膜的穩定性。3、本發明在圓形棒材成型過程中對潤滑氣體及塑料熔體參數采用了閉環在線神 經網絡控制方法，因此能夠實現最佳制品質量下的最優工藝條件控制。首先，根據控制目標 離模膨脹率來調整輸入預設控制參數，如熔體壓力、溫度、潤滑氣體溫度、壓力、流量等，通 過在線檢測參數反饋并與輸入預設控制參數量進行偏差判別，驅動參數控制器向偏差減小 的方向運動，實現閉環控制。其次，由于采用了神經網絡控制方法，能夠使系統在外界干擾 下的振蕩進行更好的阻尼匹配，并且對不同工況保持穩定一致的控制效果，體現了很強的 魯棒性。
本發明共有附圖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控制系統示意圖。圖2是圓形棒材擠出機成型控制裝置的口模成型裝置結構示意圖。圖3是熔體參數控制裝置示意圖。圖4是潤滑氣體參數控制裝置示意圖。圖中，1、熔體參數測試口，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轉換器，13、神經網絡控制 器，14、D/A轉換器，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。
具體實施例方式下面根據附圖對本發明進行進一步地說明。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、調節器及成型控制裝置，所述的成型控制裝 置包括口模成型裝置和工藝參數控制系統，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 ；所述的工藝參數控制系統包括熔體參數 控制裝置和潤滑氣體參數控制裝置，所述的熔體參數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轉換器12、神經網絡控制器13、D/A 轉換器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測試口 1內、
6通過數據線依次與A/D轉換器12、神經網絡控制器13和D/A轉換器14連接，所述的熔體溫 度控制器2和熔體壓力控制器3分別通過數據線與D/A轉換器14連接；所述的潤滑氣體參 數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轉換器12、神經網絡控制器13、D/A轉換器 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、所述的氣體流量傳感器6安裝在潤滑氣體流量測量口內，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分別通過數據線依次與A/D轉換器12、神經網絡控 制器13和D/A轉換器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分別通過數據線與D/A轉換器14連接。所述的神經網絡控制器13是模糊神經網 絡自適應控制器。一種圓形棒材擠出機成型控制裝置的控制方法，包括以下步驟A、通過擠出螺桿機塑化后的塑料熔體，經過無氣輔段口模16構成的無氣輔成型 流道，進入氣輔成型流道；同時，具有一定壓力的潤滑氣體經由口模進氣蓋板20、氣輔口模 外套18、氣輔口模21構成的封閉氣室17，并通過多孔質氣輔口模21滲透進入由氣輔口模 21構成的氣輔成型流道；B、當熔融塑料熔體及潤滑氣體進入成型流道過程中，潤滑氣體參數控制裝置對熔 體參數和潤滑氣體參數進行控制，具體步驟如下B1、熔體參數控制在無氣輔段口模16段塑料熔體成型過程中，通過熔體參數測 試口 1內的熔體壓力傳感器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A/D轉換器 12進行模擬量到數字量的轉換，然后將偏差信號經過神經網絡控制器13作用后輸入到D/ A轉換器14進行數字量到模擬量的轉換，并將轉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，通過擠出機上的調節器動作使熔體參數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A/D轉換器12進行模擬量到數字量的轉換，然后將偏差信號經過神經網絡控制器 13作用后，輸入到D/A轉換器14進行數字量到模擬量的轉換，并將轉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，通過擠出機上的調節器動作使 氣體參數向減小偏差的方向變化，直到偏差為零為止。本發明所述的神經網絡控制器13的網絡為5-x-l結構，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，隱含層神經元數N由如下經驗公式得出N = ^Nin+Noul+a式中，Nin為輸入神經元個數，Nout為輸出神經元個數，a為一個介于1和10之間 的常數，結合不同誤差精度要求來確定，a越大誤差精度越小。
權利要求
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、調節器及成型控制裝置，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控制系統，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)；所述的工藝參數控制系統包括熔體參數控制裝置和潤滑氣體參數控制裝置，所述的熔體參數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轉換器(12)、神經網絡控制器(13)、D/A轉換器(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測試口(1)內、通過數據線依次與A/D轉換器(12)、神經網絡控制器(13)和D/A轉換器(14)連接，所述的熔體溫度控制器(2)和熔體壓力控制器(3)分別通過數據線與D/A轉換器(14)連接；所述的潤滑氣體參數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轉換器(12)、神經網絡控制器(13)、D/A轉換器(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、所述的氣體流量傳感器(6)安裝在潤滑氣體流量測量口內，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)分別通過數據線依次與A/D轉換器(12)、神經網絡控制器(13)和D/A轉換器(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)分別通過數據線與D/A轉換器(14)連接。
2.根據權利要求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 經網絡控制器(13)是模糊神經網絡自適應控制器。
3.一種圓形棒材擠出機成型控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟A、通過擠出螺桿機塑化后的塑料熔體，經過無氣輔段口模(16)構成的無氣輔成型流 道，進入氣輔成型流道；同時，具有一定壓力的潤滑氣體經由口模進氣蓋板(20)、氣輔口模 外套(18)、氣輔口模(21)構成的封閉氣室(17)，并通過多孔質氣輔口模(21)滲透進入由 氣輔口模(21)構成的氣輔成型流道；B、當熔融塑料熔體及潤滑氣體進入成型流道過程中，潤滑氣體參數控制裝置對熔體參 數和潤滑氣體參數進行控制，具體步驟如下Bi、熔體參數控制在無氣輔段口模(16)段塑料熔體成型過程中，通過熔體參數測試 口(1)內的熔體壓力傳感器(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A/D轉 換器(12)進行模擬量到數字量的轉換，然后將偏差信號經過神經網絡控制器(13)作用后 輸入到D/A轉換器(14)進行數字量到模擬量的轉換，并將轉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，通過擠出機上的調節器動作使熔體參數向減小偏差的方 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A/D轉換器(12)進行模擬量到數字量的轉換，然后將 偏差信號經過神經網絡控制器(13)作用后，輸入到D/A轉換器(14)進行數字量到模擬量 的轉換，并將轉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)，通過擠出機上的調節器動作使氣體參數向減小偏差的方向變化，直到偏差為零 為止。
4.根據權利要求3所述的一種圓形棒材擠出機成型控制裝置的控制方法，其特征在 于所述的神經網絡控制器(13)的網絡為5-x-l結構，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，隱含層神經元數N由如下經驗公式得出 式中，Nin為輸入神經元個數，N。ut為輸出神經元個數，a為一個介于1和10之間的常 數，結合不同誤差精度要求來確定，a越大誤差精度越小。
全文摘要
本發明公開了一種圓形棒材擠出機成型控制裝置及控制方法，所述的成型控制裝置包括口模成型裝置和工藝參數控制系統，所述的口模成型裝置的無氣輔段口模上開有熔體參數測試口、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，所述的工藝參數控制系統包括熔體參數控制裝置和潤滑氣體參數控制裝置。所述的方法包括輸入潤滑氣體、實施熔體參數控制和潤滑氣體參數控制。由于本發明使擠出成型由非滑移粘著擠出方式轉換成近似完全滑移非粘著擠出方式，塑料熔體在流道內呈柱塞狀擠出，實現了降低擠出壓力，節省能耗，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，節約了成本。
文檔編號B29C47/92GK101863115SQ20101018022
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者關廣豐, 弓永軍, 張增猛, 熊偉, 王海濤, 馬文琦 申請人:大連海事大學