1 概况

1.1基本情况

海绵（商品名称为聚氨酯软质泡沫塑料）无论是在工业生产、基础建设中，还是人民生活中，几乎随处可见，因为它具有质轻松软、富有弹性、易于加工等特点，所以被广泛用于保温、隔热、吸音、防震、衬垫等，是较为普及的建筑材料、工业成品包装材料、家具坐垫材料和冷藏设备等材料。

随着塑料制品的广泛应用及其产量的迅猛增长，塑料机械已成为建材、包装、电子电气、汽车、石化、机械等行业的重要技术设备。近几年来，我国对塑料机械需求量的年均增长率为6%左右，但国内塑料机械的年增长率在30%左右，是增长最快的行业之一，仅2001年我国塑料机械工业总产值81亿元，在全国机械工业的194个行业中，塑料机械行业的主要经济指标均居前列，目前我国的主要塑料机械制造企业有近400家，大部分分布在东南沿海一带。近几年来汕头地区塑料机械行业迅猛发展，已形成了产品门类齐全，互为依托、结构紧密，具备了高新技术的优势、科技创新、制度创新的塑料产业链体系，该地区有大中型企业200余家，企业群体规模不断扩大，技术开发创新、管理制度、改革创新等一系列巨大变化已引起了国内外同行业的瞩目。

环形聚氨酯软质泡沫塑料切割机是塑料加工机械重要装备之一，属于塑料聚氨酯海绵深加工设备，目前国内海绵切割机虽然有平切机、角切机、压形机、异形机、直切机仿形切割机等多种机型，但由于其产量小、自动化程度低、适应范围窄等缺点，所以远远不能满足国内市场的要求。而国内多数企业也只是花费大量外汇引进国外设备。水平环形切割机目前在国内尚属空白，因其具备了效率高、性能好、准确度高等优点，所以受到了业内人士的极大关注。

1.2国内目前的现状

我国的塑料工业虽然经过了几年的快速发展，取得了一定的成绩，但从整体实力来看，还处于刚刚起步的发展阶段，目前我国塑料机械工艺、技术水平不高，基本停留在较低档次，主要表现在品种少、效率低、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。从整体来看，我国塑料机械的实力不断增强，水平在日益提高，但与国外相比，其产业结构非常不合理，大规模企业极少，国内塑料机械企业中大部分是乡镇小企业或其它行业改产与兼业企业，规模偏少的合资企业以及民营企业，这类企业大都既缺乏技术力量，又缺乏设备和管理，只能生产普通产品。随着塑料制品的广泛应用及其产量的迅猛增长，研究开发具有高技术含量、高性能、高质量、高产量的塑料机械将成为当务之急。

2 研究开发的必要性

2.1研究开发的意义

海绵是一种名副其实的多细胞有机体，它由若干不同类型、在特定功能方面紧密协调的细胞组成，当海绵被切碎各部分通过足够的筛眼被挤压而使细胞的所有联结都断裂时，这些分离的细胞仍然能重新把它们集合成完整的有机体，由于海绵的特殊性能，为海绵加工带来了很多的困难。海绵切割机必须根据其弹性体易压缩变形的特点，目前国内的切割机不论是平切机、角切机、压形机、异形机或是直切机都是靠凹凸齿形轮压缩海绵体，所以形成误差大，加工的尺寸等均受到限制。我国塑料机械起步较晚，一直跟随国外市场而行，形成引进仿制设备，再投入生产的模式，国内专门从事塑料机械研究的机构太少，尤其是在与企业联合开发上与国外差距很大。装备研究开发水平的高低直接关系到产品品种的多少和技术性能的好坏，因此我们必须走集团化道路，开发高技术、高性能、高质量的产品。塑料机械必须向自动化、智能化、集成化方向发展。欧美、日本等先进塑料机械制造业已经出现了微型化与大型化、柔性化与灵捷化并存、自动化与智能化、网络化与虚拟化、个性化与规模经营相辅的新趋势，我国的塑料机械若要在国际上取得应有的地位，必须跟上这一潮流。

本项目的研究成功，将打破塑料深加工尖端装备方面多年来一直由外国垄断的局面，将促进我国塑料深加工产业的迅速发展。项目产业化后将替代进口，为国家为企业节约了大量的外汇，以便我国塑料深加工技术水平接近国际同行业技术水平。

2.2研究开发的重要性

目前，我国国内聚氨酯泡沫塑料海绵生产厂家近七百家之多，全国范围内具有泡沫海绵环形切割机厂家仅有三、四家，而且全部是靠花大量的外汇购进的，每台约60万美金，没有实力的企业不可靠花巨资引进如此昂贵的装备。轻工业西安机械设计研究所着手研究的环形切割机造价约进口设备的三分之一，完全可以替代进口设备。。环形切割机研究成功也将打破此项技术国外多年的垄断，并在此行业中争到一席之地，推动加快了我国海绵深加工业发展，填补了国内空白。

3 技术可行性

3.1研究内容

全自动带刀割切环形切割机主要用于将较高密度（达200kg/m3）的再生泡绵以及Basotect泡绵等类似材料的泡块有效且经济地剖切成薄片产品，即将泡材放置于粘性输送带上，当前进移动时，环式带刀将泡块剖切成所需厚度的薄片，剖切泡块产品长度取决于输送带的长度，剖切好的产品直接取离生产线或通过卷绕装置加工成卷状产品。本项目的主要研究内容就是根据塑料聚氨酯海绵弹性体可变形的原理，将其固定在环形支架上，然后根据生产的需要连续不断切割出所需要的片状产品。其中为了保证料块不走偏，设计有专门的纠偏装置，可补偿长度方向的尺寸变化，保证了输送系统能适应物料长度方向的变化。输送带系统中设有垂直导向辊，通过控制台来调整齿轮机构，保证了料块的切割过程中的合适宽度以及准确的模向尺寸。

环形海绵切割机由三大部分组成，一是30米长的导轨可以保证机器的有效工作范围。切割部分是本项目的重点研究内容，切割机是全部实现了自动化控制人机界面，所有的部分都设计有自动和手动两大部分，如本机设有两个切割部分，通过螺旋驱动来调整每个料块所需要的宽度，并且由计算装备显示每个切割点的位置、轨迹的中心和两个切刀的隔距等。

每个切割部分装有4个宽度3mm刀片（直径为300m）,如果在工作一段时间发现切刀纯了，本机上还设有一个环状磨擦驱动轮，可以对刀片进行研磨，以保证切刀处于最佳工作状态。

水平环形切割机主要完成最大高度1000mm，宽度2400mm料块的连续切割，连动部修整切割，斜切割部分主要完成斜面的切割，保证料块尾部接头平整。

3.2技术先进性

①该机适应泡材的最大高度可达1000mm，最大宽度2400mm，生产效率是国产水平切割机的4-5倍，加工精度可达到0.05mm。
②目前国产的片材加工机械、产品均需人工粘接，即影响了表面的美观，又影响了生产效率，还无法保证产品质量，相比泡材来说，海绵加工产品可以按无限长考虑。
③通过水平切割，边部修整、斜边切割等系列动作，完全可以保证产品的质量，产品可连续成型、自动成卷、自动计数、自动排料、性能稳定。
④本装备完全实现了自动化控制，人机界面直接对话，随时可通过自动控制系统完成数据设定和修改，可以随转换自动和手动状态。
⑤带刀在切割过程中会出现磨损，使得A点会有不同程度的后退，刀刃也会因切削发热而纯化，切削效果下降，切割面精度和表面质量将会受到影响，为了保持刀刃的锋利性和切削过程中切刀原点回归的一致性（这是切割机片料产品质量的保证），本机设计了两处专门的机构：○A.自动磨削机构；○B.自动补偿机构。该两处机构通过自控系统可使泡料切刀至始至终保持在一个理想的状态下，使切割不随时间和泡料的多少而变化。
⑥纠偏机构，泡料在运送过程中，由于机械方面、自控方面、泡料本身的误差等综合因素，难免会可能出现偏移的现象，通过纠偏机构可随时发现、随时纠正，保证在不停机的情况下生产出合格的产品。
⑦进口环形水平切割机的进口价格为60万美金（主机40万，引导机架20万），国产化后的环形切割机市场价约为进口设备的1/3。

水平环形聚氨酯软质泡沫塑料切割机的优点：

①AUTOCAD编控一体化软件，无须产生加工代码，只需生成加工路线，选择加工工件即可加工，方便、快捷、省去编制大量加工代码的时间，大大减少您的劳动强度；
②支持自动排料、套料工作，最大程度的节省图形处理时间和原料成本；
③支持数字化仪输入功能；
④运动控制卡开发的数控加工软件简单直观，支持无人看守；
⑤人性化参数设置窗口，可自行设定加工速度、运行加工速度等。加工条件、工作效率大幅度提高；
⑥机械结构合理紧凑，采用进口电子变频器控制运行马达，高精度直导轨使整个系统运行平衡；
⑦海绵输送采用进口优质防滑输送传动，保证了传送精度；
⑧加工状况回显方便，实时监控；
⑨设有自动纠偏机构，保证了产品的质量；
⑩设有自动带刀磨削机构，随时可以对带刀进行磨削，保证带刀的锋利性；
○11全面的安全系统保障了操作中无事故发生，本系统包括四个带连锁开关的安全有机玻璃门及断丝保护刹车装置，一旦进入危险区，安全门刀线马达和步进电机就停止运转，还设有防止设备故障操作的限位开关。

3.3技术创新

①.环形切割机设置有两种不同的模式，可以用来完成不同产品的生产需求：○A.直接切割模式（可用于切边或切割同一种厚度泡料）；○B.程序操作模式（可用于周期性数据削减以得到一个高的生产效率）。
②.调节切割机构，可使泡料宽度从800mm～2400mm。
③.带刀在带刀盒中的间隙仅有0.01mm，带刀的外径伸出盒长≤10mm，为了保证L值在运行过程中不变化，所以为带刀专门设计了自动补偿机构和自动磨削机构。在自动补偿机构的作用下，带刀一直保持在要求的值上，确保切割后泡料的精度不随时间变化。由于泡料的特殊性，带刀应始终保持在非常锋利的状态下，在自动磨削机构的作用下，保证了带刀生产要求。
④.在传送带上设有两个纠偏站，通常可以解决泡料在传输速度上可能引起的误差。
⑤.装置中设计有磨刀粉尘收集系统，用户可以进行模块式拼装，收集在磨刀过程产品的金属粉尘。磨刀粉尘的收集对设备性能稳定和机器寿命是有利的。
⑥.泡料环形切割机的环形机架，可以按计算好的自动模式自动补充每切割一层泡材所带来的尺寸上的变化，保证切刀在每一周切割时泡料所受的张紧力相等，保证了切割产品的质量。机架的自动补偿移动机构与泡材的密度、性能有直接的关系。

4 产业化前景

泡沫塑料由于其有良好的缓冲性能和吸振性能成为近代广泛使用的缓冲材料，因泡沫塑料具有重量轻、易加工、保护性能好、适应广、价廉物美的优势，所以近年来发展的很快，有关资料介绍仅PP泡沫塑料一项，美国年消耗量为3.5万吨，欧洲为1.7万吨，日本为1万吨，亚洲其他国家为0.7万吨，可见泡沫塑料消耗量是惊人的。

4.1市场意义

中国加入世界经贸组织（WTO）后，国外的机械制造业加速了对华转移，世界一些知名的塑料企业，如德国、日本等国家的公司先后“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心，国外塑料机械制造商的进入给中国塑料机械行业带来了发展活力，同时也使中国塑料机械制造企业充满了机遇与挑战。该项目的研究成功，将是我国在塑料机械行业中的一个亮点。不但提高了行业中的技术含量，同时提高了与国外企业竞争的条件。另外，该项目可替代进口，填补国内空白，为国家节约了大量的外汇，为企业创造了更大的经济效益。

4.2市场容量

近几年来，我国对塑料机械需求量的年均增长率为6%左右，2001年塑料机械工业总产值81亿元，在全国机械工业的194个行业中塑料机械行业的主要经济指标均居前。我国的聚氨酯泡沫海绵生产企业有七百多家，但大多数为小型企业，技术落后、设备陈旧、产量小、精度低、产品品种单调，要改变目前国内聚氨酯海绵深加工的落后状况，必须从工艺和装备抓起，而我国的海绵加工机械企业的现状起步晚，一直跟随国外市场而行，国内专门从事塑料机械研究的机构太少，尤其是在联合开发上，与国外差距甚大，无自主产品结构，从而导致了塑料加工机械水平低、性能差、生产效率低等。而高水平、高性能的产品则供不应求，甚至是空白。综上述分析，水平环形聚氨酯软质泡沫塑料切割机的市场前景将是十分广阔的。

5 效益与风险预测

5.1市场前景

欧美发达国家有人预言，21世纪的材料领域是塑料的天下，而中国21世纪塑料工业是（包括塑料机械工业）最大的市场，目前我国塑料机械业产值为100亿元/d左右，而国内市场需求约为200亿元/d，还有很大的市场空间，专家预言，今后十年将是国内塑料机械行业迅猛发展的时期。

我国的聚氨酯泡沫塑料的生产始于20世纪50年代，聚氨酯泡沫塑料工业发展至今已有40余年，2001年我国聚氨酯泡沫塑料的产量为55万吨，2003年的产量达到80万吨，从聚氨酯泡沫塑料迅速发展的形势来分析，塑料加工机械的市场一定很广阔，所以我所开发的水平环形切割机市场开发空间是巨大的。

5.2社会效益

①水平环形聚氨酯软质泡沫塑料切割机的研制成功，将标志着我国塑料泡沫深加工技术与国际先进技术同步，同时是我国塑料泡沫深加工行业的一个亮点，今后将逐步成为市场的主导。
②节省了大量的外汇，有力的支持和促进了我国塑料深加工业的发展，提高了我国在该行业的竞争能力。
③提高了泡沫塑料产品质量，为推动我国塑料工业的发展起到了促进作用。
④经济效益方面：进口一台切割机需要60万美元（合人民币492万元），国产化后的切割机价格约164万元，如果加上备品、备件和维修方面的费用，每年能为社会和企业节约大量资金。

6 结论

随着人们对聚氨酯泡沫塑料认识的加深，泡沫塑料产品的应用领域将进一步拓宽，泡沫塑料以其特有的优点为社会带来了巨大的经济效益，给人民生活带来了极大的方便，我国虽然是泡沫塑料产品的消费大国，但泡沫塑料产业的现状是传统成份重、起点低、产品结构缺乏竞争力。而世界上塑料机械正朝着无人化、智能化方向发展，欧美、日本等工业发达国家和地区的先进塑料制造企业的新产品正向着微型与大型化、柔性化与灵捷化、自动化与智能化方向发展，所以中国的塑料机械生产企业应该走集团化道路，以备参与市场竞争。

中国塑料机械要想占领市场，并在国际市场上争得一席之地，就必须解决下列几个方面的问题：

①加大技术仿绘。国内专门从事塑料机械研究的机构太少，从事塑料机械产品研究设计的力量薄弱导致塑机产品技术含量低，扩大塑机研究机构、开拓新技术，创出自己的专利产品，以提高塑机“身价”。
②利用国际塑机成果。利用国际上已有的塑机成果，不走重复研究、开拓之路，改造中国的塑料机械，使其产品的档次尽快提高。
③采用先进工艺装备。只有先进的工艺装备才能提高效率，保证质量和降低成本。
中国加入WTO后，进一步改善了中国塑料机械行业的国际市场环境，所以要抓住机遇，充分利用好相关政策，发挥本土（国内市场）劳动力成本低和社会稳定、国内生产总值持续增长的优势。采用有效的措施，使塑料机械有一个新发展。