專利名稱：成形板材的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堆積料數(shù)量監(jiān)測(cè)方法、板材成形方法和板材溫度測(cè)量方法及與上述方法相關(guān)的設(shè)備，特別是涉及堆積料數(shù)量監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備，板材成形方法和設(shè)備以及板材溫度測(cè)量方法和設(shè)備。最好是在板材成形加工中采用上述監(jiān)測(cè)方法和板材成形方法，其中，將控制在所需溫度的塑性材料如塑料、橡膠或類似材料供入一對(duì)成形輥之間的間隙的上游端。上述輥對(duì)大致平行并控制在所需溫度下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，被加工材料來(lái)自連接到擠出機(jī)上的平模，平模還有一狹縫狀出料部分，當(dāng)在成形輥之間間隙的上游端形成塑性材料堆積料時(shí)，該材料在輥對(duì)之間被擠壓成板材并在間隙的下游端被運(yùn)走。
在上述板材成形方法中來(lái)自連接擠出機(jī)的平模的塑性材料，以所需的溫度供入成形輥對(duì)之間間隙的上游端，該輥對(duì)被控制在所需的溫度下并以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在間隙的上游端形成了塑性材料堆積料，形成堆積料的塑性材料被拉入轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥?zhàn)钫糠值拈g隙(以下簡(jiǎn)稱“間隙”)，該材料被擠壓成板材并在該間隙的下游端被運(yùn)走。影響采用上述板材成形方法獲得的板材質(zhì)量的一個(gè)主要因素是將堆積料的數(shù)量或從間隙中心算堆積料的高度保持在一適當(dāng)?shù)闹怠６逊e料數(shù)量缺乏會(huì)產(chǎn)生稱做“折皺斑”的表面缺陷。相反堆積料數(shù)量過(guò)多，則呈波紋狀的表面缺陷，稱做“堆積斑”，將在板材運(yùn)動(dòng)方向以一定間隔沿板材橫向延伸。另外，成形輥會(huì)被彎曲，使板材在橫向上的厚度分布不均勻。為了生產(chǎn)出具有所需特性并沒(méi)有上述缺陷的板材，精確控制堆積料的數(shù)量h是必要的。
日本專利申請(qǐng)47955/1973和28657/1978公開(kāi)了一種設(shè)備，其中，將一束光從堆積料上游端或側(cè)向照到堆積料上，堆積料的數(shù)量通過(guò)光的反射或透射來(lái)測(cè)量，進(jìn)而，控制來(lái)自平模的塑性材料或成形輥的轉(zhuǎn)速，以便將堆積料的數(shù)量h調(diào)整到所需的值。
按照上述利用光幅射測(cè)量堆積料數(shù)量的方法，堆積料數(shù)量的最大值只能通過(guò)從側(cè)向施加光束來(lái)獲得，而料的橫向分布則無(wú)法測(cè)量。而當(dāng)從料的上游端施加光束時(shí)，可測(cè)量料在橫向或整個(gè)區(qū)域的分布。但是，堆積料的上游端在成形輥?zhàn)饔孟伦冋?，呈狹谷狀。平模設(shè)置的盡量靠近堆積料，以封住谷狀部分上游端的大部分，尤其是，堆積料部分形成在間隙的內(nèi)部，使測(cè)量難以進(jìn)行。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種監(jiān)測(cè)堆積料數(shù)量的方法和設(shè)備，它能準(zhǔn)確地控制所述堆積料的數(shù)量。
本發(fā)明的另一目的是提供一種成形板材的方法和設(shè)備，它能按照準(zhǔn)確控制的堆積料數(shù)量制成高質(zhì)量板材。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種測(cè)量板材溫度的方法和設(shè)備，以便更準(zhǔn)確地控制堆積料的數(shù)量。
為了達(dá)到以上目的，按照本發(fā)明，一方面提供一種在板材成形中監(jiān)測(cè)堆積料數(shù)量的方法，其中，將控制在所需溫度的塑性材料供到轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥對(duì)之間間隙的上游端。被加工料來(lái)自連接到擠出機(jī)上的平模。而輥對(duì)大致平行并控制在所需的溫度下，平模還有一狹縫狀出料口部分。當(dāng)在成形輥間隙的上游端形成塑性材料堆積料時(shí)，該塑性材料在成形輥之間受到擠壓并形成板材，而后，在上述間隙的下游端被送走。通過(guò)對(duì)從成形輥出來(lái)的板材溫度的測(cè)量，就能計(jì)算出堆積料的數(shù)量。
根據(jù)要求，得測(cè)板材的溫度數(shù)據(jù)表明該板材在橫向上至少多個(gè)位置的溫度分布。
根據(jù)供入間隙上游端的塑性材料的溫度特性校正被測(cè)板材的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出堆積料數(shù)量。
另外，還根據(jù)成形輥的溫度數(shù)據(jù)來(lái)校正被測(cè)板材的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出堆積料數(shù)量。
板材溫度可通過(guò)非接觸式溫度測(cè)量裝置進(jìn)行。該裝置對(duì)著由送出上述間隙的板材的表面和相對(duì)該板材表面的成形輥表面所形成的楔形空間的內(nèi)部。
在本發(fā)明的板材成形中的一種堆積料數(shù)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中，將控制在所需溫度的塑性材料供入成形輥對(duì)間間隙的上游端，該輥對(duì)大致平行并控制在所需溫度下轉(zhuǎn)動(dòng)，塑性材料來(lái)自與擠出機(jī)相連的平模，平模上有一狹縫狀出口部分。當(dāng)在成形輥間隙的上游端形成塑性材料的堆積料時(shí)，該塑性材料在成形輥之間被擠壓并形成板材并在上述間隙的下游端被送走。該設(shè)備包括測(cè)量從成形輥間隙送出的板材溫度的溫度測(cè)量裝置和收集與顯示由溫度測(cè)量裝置測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)以計(jì)算堆積料數(shù)量的顯示裝置。
上述溫度測(cè)量裝置測(cè)量板材橫向上至少多個(gè)位置的溫度。
由溫度數(shù)據(jù)計(jì)算堆積料數(shù)量的算術(shù)運(yùn)算部分最好連接在上述溫度測(cè)量裝置和顯示裝置之間。
需要提供一第一溫度傳感器，來(lái)探測(cè)供入上述間隙的塑性材料的溫度，并連接一測(cè)量數(shù)據(jù)處理部分以校正根據(jù)上述溫度測(cè)量裝置和顯示裝置之間的第一溫度傳感器輸出的溫度數(shù)據(jù)。
另外，還需提供一檢測(cè)成形輥溫度的第二溫度傳感器，并連接一測(cè)量數(shù)據(jù)處理部分以校正根據(jù)上述溫度測(cè)量裝置和顯示裝置之間的第二溫度傳感器輸出的溫度數(shù)據(jù)。
上述第一和第二溫度傳感器至少分別檢測(cè)橫向上被檢測(cè)對(duì)象的多個(gè)位置的溫度。
上述溫度測(cè)量裝置是一個(gè)紅外輻射溫度計(jì)，它安裝成面對(duì)由送出上述間隙的板材的表面和相對(duì)該板材表面的成形輥表面所形成的楔形空間的內(nèi)部。
上述紅外輻射溫度計(jì)具有的結(jié)構(gòu)使其能測(cè)量板材吸收波段的紅外線。
另一方面，本發(fā)明提供了一種板材成形方法，其中，將控制在所需溫度的塑性材料供到轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥對(duì)之間間隙的上游端。被加工料來(lái)自連接到擠出機(jī)上的平模。而輥對(duì)大致平行并控制在所需的溫度下，平模還有一狹縫狀出料口部分。當(dāng)在成形輥間隙的上游端形成塑性材料堆積料時(shí)，該塑性材料在成形輥之間受到擠壓并形成板材，而后，在上述間隙的下游端被送走。通過(guò)對(duì)從成形輥出來(lái)的板材溫度的測(cè)量，就能根據(jù)測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)控制各種成形條件。
提供的塑性材料、成形輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及成形輥的間隙，均作為受控的成形條件。
得測(cè)板材的溫度數(shù)據(jù)表明板材橫向上多個(gè)位置的溫度分布。
最好建立一個(gè)將溫度數(shù)據(jù)設(shè)定為被測(cè)板材溫度數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，使其做為相應(yīng)于使用的塑性材料在橫向上溫度分布的分布基準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，其板材成形方法可包括將一厚度值設(shè)定為待成形板材的成形目標(biāo)值的步驟；根據(jù)設(shè)定的厚度來(lái)設(shè)定來(lái)自擠出機(jī)的塑性材料供應(yīng)量和成形板材的輥對(duì)的間隙的步驟；初始成形的步驟，其中，將塑性材料從連接到擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出料口的平模供到成形輥的間隙上，當(dāng)在上述間隙的上游端形成塑性材料的堆積料時(shí)，在上述成形輥之間擠壓并成形塑性材料，在該間隙的下游端將成形的板材送走；根據(jù)初始成形的板材的平均厚度設(shè)定成形輥轉(zhuǎn)速的步驟以及如下的步驟，它包括測(cè)量從成形輥間隙中送出的板材溫度，調(diào)整一機(jī)構(gòu)以便調(diào)整橫向上料流分布，該機(jī)構(gòu)至少是在平模的出料口附近，這樣，將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)調(diào)整到相應(yīng)于所需的堆積料數(shù)量的預(yù)定值，進(jìn)而調(diào)整以從成形輥間隙的中心算起的高度表示的堆積料數(shù)量。
還需提供一個(gè)步驟，即在調(diào)整堆積料數(shù)量后，測(cè)量出自成形輥的板材的厚度并根據(jù)測(cè)得的值調(diào)整成形輥間隙的橫向上材料的分布。
按照本發(fā)明的一種板材成形設(shè)備包括一臺(tái)擠出機(jī)，用來(lái)提供控制在所需溫度的塑性材料，一連接到該擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出制成在所需溫度的塑性材料，一連接到該擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出口部分的平模，一對(duì)大致平行并具有預(yù)定間隙的成形輥，該成形輥旋轉(zhuǎn)用來(lái)擠壓并成形來(lái)自平模并控制在預(yù)定溫度的塑性材料，該設(shè)備還包括溫度測(cè)量裝置，用來(lái)測(cè)量出自成形輥間隙的板材溫度；控制裝置，根據(jù)溫度測(cè)量裝置測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)將各種因素控制到最佳成形條件。
上述控制因素最好包括擠出機(jī)上塑性材料的喂料部分，成形輥的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分和成形輥的間隙調(diào)整部分。
上述溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)最好應(yīng)能產(chǎn)生至少關(guān)于板材橫向上的被測(cè)部分并產(chǎn)生與每一橫向被測(cè)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)輸出。
將溫度數(shù)據(jù)設(shè)定為待測(cè)板材溫度數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)最好能根據(jù)在板材橫向上的位置而變化。
另一方面，擠出機(jī)包括一擠出塑性材料的擠出頭，一具有狹縫狀出料口的平模，一從擠出頭中將塑性材料供向平模的齒輪泵，由控制裝置控制的因素包括擠出頭螺桿和齒輪泵的轉(zhuǎn)速。
上述控制因素還包括調(diào)整在連接擠出機(jī)的平模橫向上料流分布的機(jī)構(gòu)。
溫度測(cè)量裝置最好為非接觸測(cè)量裝置，尤其是一紅外輻射溫度計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種在板材成形中測(cè)量送出的板材的溫度的方法。其中，將控制在所需溫度的塑性材料供到轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥對(duì)之間間隙的上游端，上述輥對(duì)大致平行，并控制在所需溫度，而料流來(lái)自連接到擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出料口的平模，特征在于板材溫度通過(guò)非接觸溫度測(cè)量裝置測(cè)量，該裝置對(duì)著由出自上述間隙的板材表面和以一較小間隔相對(duì)該板材表面的成形輥表面形成的楔形空間的內(nèi)部。
本發(fā)明還提供一種在板材成形中測(cè)量送出的板材溫度的測(cè)量設(shè)備，其中，將控制在所需溫度的塑性材料供到轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥對(duì)之間間隙的上游端，成形輥大致平行并控制在所需溫度下轉(zhuǎn)動(dòng)，料流來(lái)自連接到擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出口料的平模，塑性材料由成形輥擠壓和成形，并且在上述間隙的下游端送走。該設(shè)備還包括非接觸式溫度測(cè)量裝置和支承上述非接觸式溫度測(cè)量裝置使其面對(duì)上述楔形空間內(nèi)部的裝置，上述裝置還用于沿間隙掃描被測(cè)部分。
上述非接觸式測(cè)溫裝置最好是紅外輻射溫度計(jì)，它用來(lái)測(cè)量板材吸收波段的紅外線。
根據(jù)上述本發(fā)明特征，一種控制在所需溫度下的塑性材料從連接到擠出機(jī)上的平模供到成形輥之間間隙的上游端，當(dāng)該材料被控制在所需溫度下，即適于成形并低于塑性材料的溫度下的成形輥冷卻時(shí)，被拉入轉(zhuǎn)動(dòng)的成形輥的間隙，在那里受到擠壓并被成形。然后，做為板材在間隙的下游端被送走。這樣，成形輥上塑性材料的冷卻就與堆積料數(shù)量有關(guān)。也就是說(shuō)，形成堆積料的塑性材料由成形輥轉(zhuǎn)動(dòng)的表面拉入間隙并形成板材。如果有大量堆積料，到達(dá)間隙處的塑性材料通過(guò)和成形輥接觸就會(huì)冷卻較長(zhǎng)時(shí)間。而如果堆積料很少，塑性材料受到冷卻也較少。這樣，如果堆積料少，送出的板材溫度較高，反之，如果堆積料多，則板材溫度低。因此，根據(jù)上述理論，本發(fā)明包括監(jiān)測(cè)堆積料數(shù)量的方法和設(shè)備。
根據(jù)出自上述間隙的板材溫度和堆積料數(shù)量的關(guān)系，或上述與堆積料數(shù)量非直接相關(guān)的溫度和事先掌握的板材質(zhì)量的關(guān)系，本發(fā)明的板材成形方法包括測(cè)量出自上述間隙的板材溫度的步驟以及控制下面將描的與堆積料數(shù)量相關(guān)的部分，以便按照測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，將溫度調(diào)整到所需數(shù)值的步驟。由于堆積料數(shù)量根據(jù)來(lái)自平模的塑懷材料供應(yīng)量、成形輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和成形輥間隙的大小變化，因而需要控制一個(gè)或多個(gè)成形條件。
板材溫度可從間隙的下游端測(cè)量，因?yàn)樵谙掠味瞬皇茏璧K，可容易地進(jìn)行測(cè)量。更精確的測(cè)量可利用的非接觸式紅外輻射溫度計(jì)進(jìn)行。
板材溫度是通過(guò)在橫向上多個(gè)位置或整個(gè)寬度上連續(xù)掃描被測(cè)部分而測(cè)量的。因而，就可獲得上述控制的平均值。最好能進(jìn)一步獲得橫向上的溫度分布，以便通過(guò)調(diào)整一機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整料流在橫向上的分布或料流在成形輥間隙橫向上的分布，該機(jī)構(gòu)設(shè)在平模出料口附近。借此，控制堆積料數(shù)量在橫向上的分布。
通過(guò)測(cè)量由來(lái)自上述間隙的板材表面和以一小間距面對(duì)板材表面的成形輥表面形成的楔形空間內(nèi)部，在成形輥表面為可反射表面的條件下，板材溫度可通過(guò)紅外輻射溫度計(jì)利用空腔輻射效應(yīng)更精確地測(cè)量。在利用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量的情況下，就能通過(guò)測(cè)量板材吸收波段的紅外線來(lái)排除干擾。
下面參看通過(guò)附圖描述的本發(fā)明實(shí)施例。


圖1為本發(fā)明操做實(shí)例的框圖；圖2為板材成形部分和板材溫度測(cè)量部分的局部放大圖3為主控制部分的方框圖；圖4為溫度檢測(cè)處理系統(tǒng)的方框圖；圖5為表明送出的板材溫度和堆積料數(shù)量h之間關(guān)系的視圖；圖6為表明相應(yīng)于板材橫向上測(cè)量位置x的板材溫度θ(χ)的一個(gè)例子的視圖；圖7為從圖1和圖2下方看的平模的視圖；圖8為成形輥的彎曲控制部件的示意平面圖；圖9為沿圖8中Ⅸ-Ⅸ線剖切的視圖；圖10為表示成形加工的一個(gè)例子的流程圖；圖11A至11C為在使板材溫度θ(X)均勻的處理過(guò)程中，表示板材溫度θ(X)和板材厚度t(X)之間關(guān)系的圖表。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例將參考圖1至圖10描述如下。在圖1中，參考號(hào)1代表一臺(tái)擠出機(jī)，當(dāng)將原材料3直接經(jīng)料斗2或未示明的計(jì)量供料器輸送到螺桿4上時(shí)，原材料會(huì)由輸送中的剪切作用產(chǎn)生的熱和加熱/冷卻熱交換器5的溫度控制而熔化，然后，在齒輪泵7作用下經(jīng)屏6輸送至平模10。參考號(hào)8代表螺桿4的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，而參考號(hào)9代表齒輪泵7的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
一加熱器(未示出)安裝在平模10上，經(jīng)齒輪泵7輸送的塑性材料14，如熔化的塑料、橡膠或類似材料被控制在所需溫度并供到圖2中的成形輥11、12之間間隙13的上游端。安裝在平模10上的加熱器具有這樣的結(jié)構(gòu)，使其能確定適當(dāng)?shù)臋M向溫度分布。調(diào)整料流在橫向上的分布的機(jī)構(gòu)，如已知的唇部調(diào)整裝置17a、阻塞桿17b、加熱器和其他裝置設(shè)在做為平模10出料口的唇部10a附近(見(jiàn)圖2和圖7)，這樣，從唇部10a輸出的塑性材料14的橫向分布(圖7中水平方向)就可得到調(diào)整。
成形輥12在其兩端由軸承31和32支承旋轉(zhuǎn)(如圖8所示)。軸承31和32固定在一未示出的框架上。成形輥11在其兩端由主軸承33和34支承旋轉(zhuǎn)。一種控制在所需溫度的可調(diào)溫流體流入成形輥11和12之間。如圖1和圖9所示，主軸承33、34安裝在可架39、40上。該支架可通過(guò)介降裝置37、38，如螺紋桿或類似裝置抵住框架而垂直運(yùn)動(dòng)，升降裝置由馬達(dá)35和36驅(qū)動(dòng)，相互沿反向等量轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，就構(gòu)成了輥?zhàn)訖M向控制裝置。參看圖1，其中只示出主軸承34。主軸承33、34通過(guò)活動(dòng)支架39、40的導(dǎo)軌41、42安裝在活動(dòng)支架39、40上，面對(duì)限制器43、44的斜塊45、46設(shè)在主軸承33、34上。楔形間隙調(diào)整件47、48插入限制器和斜塊之間。間隙調(diào)整件47、48在馬達(dá)49、50作用下垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主軸承33、34被壓力裝置51、52，如汽缸或類似裝置推向成形輥12時(shí)，成形輥11、12之間的間隙就被設(shè)定在所需的值。
如圖8所示，輔助軸承53、54可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在成形輥11的端部，處于主軸承33、34的外邊。輔助軸承53、54被如安裝在可動(dòng)支架39、40上的氣缸或類似機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置55、56向下拉(如圖8所示)，產(chǎn)生一個(gè)彎曲成形輥11的力(力的方向見(jiàn)圖8)，反抗堆積料滾壓力。這樣，來(lái)調(diào)整成形輥11、12之間間隙13的橫向分布，這就是輥?zhàn)訌澢刂?。成形?1、12通過(guò)馬達(dá)57、58轉(zhuǎn)動(dòng)(見(jiàn)圖1)。
在圖1和圖2中溫度測(cè)量裝置20設(shè)在輥11、12之間間隙13的下游端。溫度測(cè)量裝置20用來(lái)測(cè)量來(lái)自間隙13的板材15的溫度。在本例中，采用一非接觸式紅外輻射溫度計(jì)。紅外輻射溫度計(jì)對(duì)著由來(lái)自間隙13的板材15的表面和與該表面相對(duì)的成形輥11的表面形成的楔形空間的內(nèi)部(圖2)，該溫度計(jì)對(duì)板材15的溫度的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量剛剛從間隙13出來(lái)的板材15表面的紅外線輻射進(jìn)行的。在采用紅外輻射溫度計(jì)21做為本例中的溫度測(cè)量裝置20的情況下，它是根據(jù)板材15的吸收波段或塑性材料14的種類而工作的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)塑性材料最好測(cè)量波長(zhǎng)為3.4μm左右的紅外線，這樣可消除板材15以外的其他物質(zhì)產(chǎn)生的紅外輻射干擾。
如圖2所示，紅外輻射溫度計(jì)21安裝在一掃描頭24上。而掃描頭24沿設(shè)在支架22上的導(dǎo)軌23移動(dòng)。導(dǎo)軌23與成形輥12平行沿伸。當(dāng)掃描頭24移動(dòng)時(shí)，紅外輻射溫度計(jì)21沿間隙13運(yùn)動(dòng)。由紅外輻射溫度計(jì)21、掃描頭24和其他部件組成的溫度測(cè)量裝置20產(chǎn)生一系列間歇的或具有適當(dāng)間隔的板材溫度θ(X)，做為與掃描頭24的位置或板材15橫向測(cè)量位置X相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)。板材溫度θ(X)數(shù)據(jù)輸入圖1中的控制部件60。
相應(yīng)于板材溫度θ(X)的所需值或設(shè)定值θS(X)從設(shè)定溫度存儲(chǔ)部件61輸入控制部件60(見(jiàn)圖1)。然后，溫度傳感器62，如紅外輻射溫度計(jì)式類似裝置，用來(lái)連續(xù)檢測(cè)從包括橫向或整個(gè)寬度上多個(gè)位置的平模輸出的塑性材料14的出料溫度θt(X)；溫度傳感器63a，通過(guò)檢測(cè)成形輥11的溫度θr；或者溫度傳感器63b，用來(lái)在多個(gè)位置或橫向上連續(xù)地檢測(cè)成形輥11的表面溫度θr(X)，以上傳感器的輸出均連接到控制部件60上。
如圖4所示，控制部件60將溫度測(cè)量裝置20測(cè)得的板材溫度θ(X)與設(shè)定溫度儲(chǔ)存部件61的設(shè)定值θS(X)在比較部分60-2處進(jìn)行比較，獲得一相應(yīng)于測(cè)量位置X的差值Δθ(X)并在控制和算術(shù)運(yùn)算部分60-3處計(jì)算在橫向上該兩數(shù)值之差的平均值Δθ。這里，板材溫度θ(X)根據(jù)出料溫度θt(X)和輥?zhàn)訙囟圈萺(X)(或θr，以下稱為θr(X)變化。因此，為了避免溫度θt(X)、θr(X)變化產(chǎn)生的影響，最好根據(jù)溫度θt(X)、θr(X)(如圖4所示)利用計(jì)算處理部分60-1對(duì)板材溫度θ(X)(或設(shè)定值θS(X))進(jìn)行修正。上述差值Δθ和Δθ(X)顯示在顯示裝置70上。顯示裝置70可顯示板材溫度θ(X)或經(jīng)上述修正的值θ′(X)，或顯示經(jīng)上述控制與算術(shù)運(yùn)算部件60-3轉(zhuǎn)換成堆積料數(shù)量h的值。
當(dāng)板材溫度θ(X)與設(shè)定值θS(X)之間出現(xiàn)平均值差Δθ時(shí)，控制部件60的控制和算術(shù)運(yùn)算部件60-3至少控制一組不同的成形條件，如螺桿4和齒輪泵7的馬達(dá)8和9的轉(zhuǎn)速，成形輥11、12的馬達(dá)57和58的轉(zhuǎn)速。當(dāng)出現(xiàn)相應(yīng)于測(cè)量位置X的值差Δθ(X)時(shí)，控制和運(yùn)算部件60-3控制至少一個(gè)橫向料流分布調(diào)整機(jī)構(gòu)，如唇部調(diào)整裝置17a、阻塞桿17b和其他部件，輥?zhàn)訖M向控制馬達(dá)35、36和控制輥?zhàn)訌澢尿?qū)動(dòng)裝置55、56。
圖3是一主控制方框圖，其中溫度測(cè)量裝置20，溫度傳感器62、63，一檢測(cè)堆積料滾壓力的檢測(cè)器64和下面將要描述的厚度計(jì)65連接到控制部件60上。來(lái)自成形輥11、12的板材15的溫度和厚度測(cè)量值做為電信號(hào)輸入控制部件60。這些信號(hào)在控制部件60內(nèi)接受中央處理單元和其他部件的運(yùn)算處理，然后將控制信號(hào)輸出到橫向流料分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)80內(nèi)，該調(diào)整機(jī)構(gòu)包括做為塑性材料供料部件的擠出機(jī)的螺桿的馬達(dá)8、齒輪泵馬達(dá)9。唇部調(diào)整裝置17a和其他部件，成形輥驅(qū)動(dòng)馬達(dá)57、58，調(diào)整成形輥之間間隙的馬達(dá)49、50、輥?zhàn)訖M向控制馬達(dá)35、36和控制輥?zhàn)訌澢尿?qū)動(dòng)裝置55、56。
對(duì)調(diào)整成形輥之間間隙的馬達(dá)49、50，輥?zhàn)訖M向控制馬達(dá)35、36，控制輥?zhàn)訌澢尿?qū)動(dòng)裝置55、56的控制應(yīng)與成形輥11、12的彎曲相關(guān)，因?yàn)槎逊e料滾壓力與堆積料的數(shù)量h相關(guān)(即成形輥11、12擠壓塑性材料14的力)，該控制對(duì)制成的板材15的厚度產(chǎn)生直接的影響。所以，最好上述控制的設(shè)定應(yīng)參考檢測(cè)堆積料滾壓力的檢測(cè)器64和厚度計(jì)65的輸出數(shù)據(jù)。圖1中，參考號(hào)66代表板材15厚度設(shè)定的存儲(chǔ)部件。
檢測(cè)堆積料滾壓力的檢測(cè)器64包括一檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)壓力裝置52通過(guò)斜塊46和間隙調(diào)整件48作用到限制器44上的力。在本實(shí)施例中，例舉了一通過(guò)推算作用到限制器44上的力而獲得堆積料滾壓力的系統(tǒng)。其中，作用到限制器44上的力是通過(guò)檢測(cè)器64檢測(cè)壓力裝置52的壓力或輸出得到的。
下面將描述本發(fā)明設(shè)備的作用。在擠出機(jī)1內(nèi)熱熔化并被平模10上設(shè)置的加熱器(未示出)控制在所需溫度的塑性材料14，根據(jù)螺桿4和齒輪泵7的轉(zhuǎn)速以適當(dāng)?shù)臄?shù)量從平模10輸出。平模10輸出經(jīng)橫向料流分布調(diào)整機(jī)構(gòu)如唇部調(diào)整裝置17a或類似裝置處理的塑性材料14，以便在整個(gè)寬度上具有幾乎相等的供料分布。
如圖2所示，從平模10輸出的塑性材料14在成形輥11、12之間間隙13的上流端形成了堆積料14a并在根據(jù)堆積料的數(shù)量h而施加的轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，半強(qiáng)制性地將其拉入間隙13，進(jìn)而被壓成板材15并且在間隙13下游端被送走。
在這種情況下，成形輥通常被控制在適于板材成形的溫度θr。該溫度低于塑懷材料14的輸出溫度θt，塑性材料14來(lái)自其內(nèi)部具有一控制在預(yù)定溫度的流體通過(guò)的平模10。因此，形成堆積料14a塑性材料14被成形輥11、12冷卻成為板材15。
在本實(shí)例中，由于塑性材料14與成形輥11的接觸長(zhǎng)度幾乎等于堆積料的數(shù)量h，以相當(dāng)高的速度通過(guò)堆積料14a的一部分進(jìn)而由間隙13送出的板材15相朝輥?zhàn)?1一側(cè)的表面溫度θ取一與堆積料數(shù)量h相關(guān)的值。圖5表明了表面溫度θ和堆積料數(shù)量h的關(guān)系。這樣，堆積料數(shù)量h可從下式獲得h=f(θ、θt、θr、t、T、A、B)其中，θ、θt、θr分別代表權(quán)材溫度，T代表塑性材料14與成形輥11、12的接觸時(shí)間，它根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率確定，A代表一常數(shù)，它根據(jù)塑性材料的性質(zhì)，如比熱、比重、熱傳導(dǎo)率和其他特性來(lái)確定，B代表另一常數(shù)，它根據(jù)成形輥的性質(zhì)來(lái)確定。
出自間隙13的板材15與成形輥11分離并沿成形輥12輸送。出自間隙13的板材15上與成形輥11相對(duì)一側(cè)的表面溫度θ由溫度測(cè)量裝置20來(lái)測(cè)量。
溫度測(cè)量裝置20的紅外輻射溫度計(jì)21對(duì)著由成形輥11的表面和板材15上與其相對(duì)的表面形成的楔形空間16的內(nèi)部。由于上述兩表面幾乎正對(duì)著并且成形輥11的表面反射紅外線，上述空間內(nèi)部產(chǎn)生了類似于空腔輻射的狀態(tài)。這樣，板材15的表面溫度θ可由紅外輻射溫度計(jì)21更精確地測(cè)量。
由于測(cè)量頭24在導(dǎo)軌2上往復(fù)移動(dòng)，紅外輻射溫度計(jì)21在板材15的橫向上掃描，進(jìn)而得到與橫向被測(cè)位置X相關(guān)的板材溫度θ(見(jiàn)圖6)并將其輸入控制部件60。
如圖4所示，控制部件60將板材溫度θ(X)和在設(shè)定溫度存儲(chǔ)部件66中的設(shè)定值θS(X)在比較部件60-2中進(jìn)行比較。同時(shí)，根據(jù)圖1中溫度傳感器62、63測(cè)得的出自平模10的塑性材料14的溫度θt(X)和成形輥11的溫度θr(X)的差值，在測(cè)量處理部件60-1中將板材溫度修正到設(shè)定值。控制部件還輸出相應(yīng)于測(cè)量位置X的板材溫度和設(shè)定值之差Δθ(X)并計(jì)算其平均值之差Δθ，在本實(shí)施例中，在堆積料數(shù)量h的公式中為變量的板材厚度t和接觸時(shí)間T的變化的修正則被省略。
在圖5中可清楚看到，如果板材溫度的平均值θ，高于設(shè)定值θS(X)的平均值θS(X)，在測(cè)量時(shí)的堆積料數(shù)量h1表示的值低于所需值hs。因此，應(yīng)根據(jù)差值ΔQ的絕對(duì)值，通過(guò)減小成形輥11、12之間間隙來(lái)增加整個(gè)寬度上的堆積料數(shù)量h。另外，通過(guò)增加螺桿4和齒輪泵7的轉(zhuǎn)速進(jìn)而增加塑性材料14供應(yīng)量，或減低成形輥11、12的轉(zhuǎn)速可獲得類似效果。當(dāng)具有相應(yīng)于測(cè)量位置X的差值Δθ(X)時(shí)，堆積料數(shù)量h將通過(guò)調(diào)整橫向料流分布調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖7中的唇部調(diào)整裝置17a和其他裝置而部分改變，進(jìn)而將堆積料數(shù)量h(X)的橫向分布調(diào)整到預(yù)定分布值。
上述實(shí)施例涉及到通過(guò)測(cè)量出自間隙13的板材15的溫度θ(X)而將堆積料數(shù)量h(X)控制到所需值的方法。不言而喻，當(dāng)堆積料數(shù)量h(X)是獲得板材15質(zhì)量的最重要參數(shù)時(shí)，通過(guò)事先將板材溫度θ(X)控制到可獲得高質(zhì)量板材15并將溫度本身做為控制目標(biāo)以代替直接控制堆積料h(X)的數(shù)量時(shí)，就可獲得類似效果。
做為對(duì)板材15的最終厚度產(chǎn)生影響的因素，堆積料數(shù)量h(X)，來(lái)自平模10的塑性材料14的截面厚度和成形輥11、12的彎曲程度是相互關(guān)連的。
因此，為構(gòu)成一自動(dòng)化系統(tǒng)以形成一厚度更均勻，無(wú)變形的板材，必須順序地實(shí)行下述調(diào)整，(1)通過(guò)平模10進(jìn)行橫向料流分布的調(diào)整；(2)進(jìn)行板材15的橫向厚度分布調(diào)整(輥?zhàn)有敝谩⑤佔(zhàn)訌澢?，(3)堆積料數(shù)量h的調(diào)整。
圖10代表使用本發(fā)明設(shè)備的具體成形步驟的一個(gè)實(shí)例的流程圖。
首先，設(shè)定做為成形目標(biāo)的板材厚度(步驟100)。
相應(yīng)于厚度的設(shè)定值，擠出機(jī)1的螺桿馬達(dá)8和齒輪泵馬達(dá)9的轉(zhuǎn)速和成形輥11、1的間隙13均設(shè)置為預(yù)定值(步驟101)。
其次，開(kāi)動(dòng)劑出機(jī)1，將塑性材料14供到成形輥11、12之間，并被擠壓和形成板材。然后在間隙13下游端作為初始成形產(chǎn)品送出，接著測(cè)量初始成形的板材厚度t(步驟102)。
成形輥11、12的轉(zhuǎn)動(dòng)速度按照被測(cè)的板材15的厚度t來(lái)控制，這樣，確定了基本板材厚度t(平均值)(步驟103)。
經(jīng)過(guò)上述步驟后，出自成形輥11、12之間間隙13的板材15的溫度θ(X)通過(guò)溫度測(cè)量裝置20來(lái)測(cè)量。然后，參見(jiàn)圖4和以上描述，將進(jìn)行精確控制，以便利用橫向料流分布調(diào)整機(jī)構(gòu)，如平平10的唇部調(diào)整裝置17a和其他裝置將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)θ(X)調(diào)整到相應(yīng)于所需的堆積料數(shù)量h(X)的預(yù)先給定的值θS(X)(步驟104、105)。
接下來(lái)是測(cè)量板材15的厚度t(X)并控制輥?zhàn)訌澢筒怀Ｐ枰妮佔(zhàn)游灰?步驟106、107)。
通過(guò)上述步驟，最終獲得了初始設(shè)定的板材厚度。
圖11A至11C代表在采用溫度測(cè)量裝置20和板材厚度計(jì)65進(jìn)地的板材成形試驗(yàn)中，取自以一時(shí)間差測(cè)量板材溫度θ(X)和板材厚度t(X)的同步測(cè)量位置。為了便于理解板材溫度θ和板材厚度t的相互關(guān)系，在圖11A至11C中數(shù)值增長(zhǎng)的方向是相反的。試驗(yàn)中采用的塑性材料是聚碳酸酯(PC)。平模10的寬度和出料量分別為1100mm和160kg/H。平模10的出料溫度θt和成形輥11、12的溫度θr分別控制在275℃和140℃。
堆積料數(shù)量h(X)和溫度測(cè)量裝置20測(cè)得的板材15的溫度θ(X)之間的關(guān)系最好直接通過(guò)試驗(yàn)來(lái)保證。不過(guò)由于上述理由，直接測(cè)量堆積料數(shù)量h(X)非常困難，所以在試驗(yàn)中平模10和成形輥11、12的間距比實(shí)際板材成形中要長(zhǎng)，因而用肉眼來(lái)保證堆積料數(shù)量h(X)，另外，成形輥11、12的壓力控制在低于實(shí)際板材成形中的值，以便成形輥11、12的彎曲減到最小值。這樣，試驗(yàn)是在將成形輥11、12之間間隙13盡可能保持恒定的情況下是行的。
板材15的厚度t與堆積料數(shù)量h具有高正比關(guān)系。當(dāng)堆積料數(shù)量h大時(shí)板材就厚，反之則薄。
圖11A代表在上述特殊的成形條件下，板材成形的初始狀態(tài)。從圖中可清楚地看到，板材厚度t(X)和板材溫度θ(X)呈反比關(guān)系。因此，基于上述理由，板材溫度θ(X)也可以認(rèn)為與堆積料數(shù)量h(X)具有可靠的關(guān)系。實(shí)際上，通過(guò)視覺(jué)觀察就可注意到板材兩端的堆積料數(shù)量h大，而在中央?yún)^(qū)域小。于是，板材溫度θ(X)和堆積料數(shù)量h(X)的相互關(guān)系就可清楚地看到。然后，在成形狀態(tài)，由于在板材中央?yún)^(qū)域堆積料數(shù)量h不足就會(huì)產(chǎn)生稱做“折皺斑”的表面缺陷，而由于在板材兩端堆積料數(shù)量過(guò)多，就會(huì)產(chǎn)生稱做“堆積斑”的表面缺陷。這樣，通過(guò)板材溫度θ(X)來(lái)計(jì)算堆積料數(shù)量h(X)，就能預(yù)知上述表面缺陷。因此，對(duì)檢測(cè)板材的表面缺陷來(lái)說(shuō)，板材溫度θ(X)是非常有效的。
圖11B代表一種狀態(tài)，其中，與圖11A的狀態(tài)相比平模10和成形輥11、12之間距離已經(jīng)縮小了，間隙13減到最小值以增加滾壓力。這樣，就設(shè)定了實(shí)際板材成形條件，平模10對(duì)間隙13的出料分布進(jìn)行了調(diào)整，板材中央?yún)^(qū)域的厚度分布已校正成平均的。結(jié)果，可以看到除了在板材最端部外，板材的厚度t幾乎是平均的。但是板材溫度θ(X)在中央?yún)^(qū)域的分布稍高。原因是堆積料數(shù)量h在中央?yún)^(qū)域小于端部。
如上所述，堆積料數(shù)量h(X)在板中央?yún)^(qū)域小于端部的現(xiàn)象的起因在于板材厚度分布t(X)是平勻的，而成形輥11、12在擠壓板材的力作用下彎曲，間隙13在輥?zhàn)又醒氪笥趦啥?。在這樣的成形條件下，由于在某種程度上板材表厚度是平均的面堆積料數(shù)量是不平均的，板材表面缺陷就容易產(chǎn)生，就難于獲得均勻的板材。當(dāng)板材厚度t(X)是平勻的情況下，會(huì)由于堆積料數(shù)量h不適當(dāng)而產(chǎn)生表面缺陷，這就必須連續(xù)監(jiān)控堆積料數(shù)量h。
圖11C代表一種狀態(tài)，其中，平模10的橫向料流分布和成形輥11、12的轉(zhuǎn)速均受到調(diào)整，以便將板材溫度θ(X)修正到一確定值，從而使堆積料數(shù)量h(X)均勻。這與圖11B中不同。從圖11C中可清楚地看到，當(dāng)板材溫度θ(X)平緩時(shí)，在板材中央?yún)^(qū)域，板材厚度t(X)具有一凸起分布。而在除邊緣部分的兩端部分則較薄。原因是由于堆積料數(shù)量h均勻，上述輥?zhàn)訌澢a(chǎn)生了凸起的分布。
如上所述，通過(guò)將板材溫度θ(X)修正到所需的值可使板材質(zhì)量均勻并且在堆積料數(shù)量h給定在所需的值的條件下，避免了表面缺陷的產(chǎn)生。但是板材厚度分布由于輥?zhàn)訌澢兂赏蛊馉睢Ｔ趫D11C形成的狀態(tài)中，在整個(gè)寬度上厚度均勻的理想而高質(zhì)量的板材可以在均勻的堆積料狀態(tài)下通過(guò)采用中央凸起的輥?zhàn)踊蛞惠佔(zhàn)訌澢拚龣C(jī)構(gòu)如輥?zhàn)訌澢鷻C(jī)構(gòu)或輥?zhàn)有敝没蝾愃蒲b置來(lái)獲得。上述實(shí)施例舉一種情況，其中，對(duì)來(lái)自間隙13的板材15的溫度θ(X)進(jìn)行測(cè)量，按照獲得的結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整成形條件，但是最重要的是可靠地控制堆積料數(shù)量h(X)。當(dāng)然，成形條件也可手動(dòng)調(diào)整。
由于板材溫度θ是在非常按近平模10的出料的位置測(cè)量的，與板材厚度計(jì)相比，控制裝置的時(shí)間1帶后非常短。這樣，即使在板材初始成形階段容易產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)精確控制，并且在很短時(shí)間內(nèi)就能確定獲得所需板材產(chǎn)品的成形條件。另外，本發(fā)明系統(tǒng)可排除各種干擾，以很高的產(chǎn)量生產(chǎn)出高質(zhì)量板材。
權(quán)利要求
1.一種板材成形設(shè)備，包括一臺(tái)擠出機(jī)，用來(lái)提供控制在所需溫度的塑性材料，一連接到該擠出機(jī)上并具有一狹縫狀出口的平模，一對(duì)大致平行并具有預(yù)定間隙的成形輥，該輥用來(lái)擠壓并成形來(lái)自平模的塑性材料，特征在于還包括溫度測(cè)量裝置，它測(cè)量出自成形輥間隙的板材溫度，控制裝置，它根據(jù)上述溫度測(cè)量裝置測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)將各種因素控制到最佳成形條件。
2.按照權(quán)利要求1的板材成形設(shè)備，其中，控制因素是擠出機(jī)上塑性材料的喂料部分。
3.按照權(quán)利要求1的板材成形設(shè)備，其中，控制因素是成形輥的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分。
4.按照權(quán)利要求1的板材成形設(shè)備，其中，控制因素是成形輥的間隙調(diào)整部分。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4的板材成形設(shè)備，其中，上述溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)能產(chǎn)生至少關(guān)于板材橫向上多個(gè)測(cè)量位置的數(shù)據(jù)輸出。
6.按照權(quán)利要求5的板材和成形設(shè)備，其中，溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)使其能掃描板材橫向被測(cè)部分并產(chǎn)生與每一橫向被測(cè)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)輸出。
7.按照權(quán)利要求5的板材成形設(shè)備，其中，將溫度數(shù)據(jù)設(shè)定為待測(cè)板材溫度數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)在板材橫向上的位置而變化。
8.按照權(quán)利要求1的板材成形設(shè)備，其中，擠出機(jī)包括一擠出塑性材料的擠出頭，一具有狹縫狀出料口的平模，一從擠出頭中將塑料材料供向平模的齒輪泵，由控制裝置控制的因素包括擠出頭螺桿和齒輪泵的轉(zhuǎn)速。
9.按照權(quán)利要求5的板材成形設(shè)備，其中，上述控制因素還包括調(diào)整在連接擠出機(jī)的平模橫向上料流分布的機(jī)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求1的板材成形設(shè)備，其中，溫度測(cè)量裝置是非接觸式測(cè)量裝置。
11.按照權(quán)利要求10的板材成形設(shè)備，其中，上述溫度測(cè)量裝置是一紅外輻射溫度計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在塑性材料加工中，堆積料數(shù)量的監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備，板材成型方法和設(shè)備以及板材溫度測(cè)量方法和設(shè)備。在板材成型中，將塑性材料從平模供到成型輥間隙的上游。當(dāng)在成型輥間隙的上游端形成塑性材料堆積料時(shí)，該材料在輥對(duì)之間被擠壓成板材并在間隙的下游被送走。而堆積料數(shù)量的監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)板材溫度、板材厚度以及對(duì)成型輥溫度等的測(cè)量和計(jì)算而進(jìn)行的。
文檔編號(hào)B29C43/58GK1097679SQ9410343
公開(kāi)日1995年1月25日 申請(qǐng)日期1994年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月21日
發(fā)明者八木正幸, 草鄉(xiāng)敏彥 申請(qǐng)人:東芝機(jī)械株式會(huì)社