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施靖f l t p 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 摘要 冰箱作为白色家电，已成为人们日常生活中重要的家电之一。冰箱真空吸塑 成型机作为冰箱生产、制造行业的一个重设备，其性能的稳定，生产的节拍快慢， 将直接关系到整个产品的优劣和生产的产能。 本文结合本公司实际生产的工况情况，对f l t p 7 5 9 型真空吸塑成型机提出了 改进思路和想法，完成了总体机械结构恢复和设备整体工艺布局。对冰箱的主要 构成部件作了简单介绍，并针对冰箱的内胆成型过程与成型方法作了介绍。比较 了单工位真空吸塑成型机和多工位真空吸塑成型机优缺点。在改进设计中对多工 位真空吸塑成型机结构原理、结构特点等做了较详细的研究和论述。并对吸塑机 的加热原理，加热类型，真空度要求等因素进行了深入分析。并提出了适合本设 备改造的技术方案。在此基础上，根据其性能参数，进行了设备的选型。然后针 对f l t p 7 5 9 型真空吸塑成型机温度控制系统和真空度控制系统，分别进行了硬件 和p l c 程序设计。以友好美观的人机交互界面、较高的控制水平，圆满地完成了一 恢复改造任务。最后针对温度控制系统进行建模，并采用模糊p i d 组合控制策略 的研究。 该机恢复后，整个系统较好的恢复了原机的性能参数。重新设计开发的温度 与真空度控制系统运行稳定，控制精度完全达到设计和使用要求。 关键词：真空吸塑成型机；温度控制；真空控制；仿真；模糊p i d 扬州大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e f r i g e r a t o r , o n ek i n do fw h i t ea p p l i a n c e s ，h a sb e e nb e c o m i n go n eo ft h em o s t i m p o r t a n th o u s e h o l da p p l i a n c e si nd a i l yl i f e t h ep l a s t i ca b s o r b e r , a so n eo ft h em o s t i m p o r t a n te q u i p m e n t s i nt h e p r o d u c t i o nl i n e o ft h e r e f r i g e r a t o r , i t ss t a b i l i t y a n d p r o d u c i n go fr h y t h mr a t e o fs p e e dp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o d u c t i o no f r e f r i g e r a t o r s t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h et y p ea n dt h ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo ft h ep l a s t i c a b s o r b e rf l t p - 7 5 9a c c o r d i n gt ow o r kc o n d i t i o n s r e s u m et h ew h o l em a c h a n i c a l s t r u c t u r ea n dc o m p l e tt h et e c h n i c a la r r a n g e m e n t m a k eas i m p l ei n t r o d u c t i o no ft h e p r i m a r yp a r to fb r i d g ea n d t h ep r o c e s sa n dm e t h o do fi n n e rp a r to ft h eb o d y i ta l s og i v e t h ed i f f e r e n c eb e t w e e np l a s t i c - a b s o r b i n gm a c h i n ew i t l ls i n g l ew o r k i n gp o s i t i o na n dt h e m a c h i n ew i t hm u l t i - w o r k i n gp o s i t i o n s t h e nt h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s e t co ft h e m a c h i n eh a v eb e e ns t u d i e dd e e p l y o nt h eb a s eo ft h ed e e pa n a l y s e so fh e a t i n g m e c h a n i s m ，t y p eo fh e a t e ra n dd e g r e eo fv a c u u m ，t h em a c h i n e st y p eh a sb e e nf i x e d a c c o r d i n gt of u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s a n dp r o m o t eat e c h n i cs c h e m ew h i c h i ss u i t a b l e f o rt h ee q u i p m e n tr e c o n s t r u c t i o n t h eh a r d w a r ea n dc o d eo fp l co ft h ec o n t r o l l e r so f t e m p e r a t u r ea n dv a c u u m o nf i j p - 7 5 9h a v eb e e nd e s i g n e d w i t ht h es o d a l i t ya n ds l i n k y m e n - m a c h i n ee x c h e n g e a b l ei n t e r f a c e ，a n dt h em o r ea d v a n c e dc o m t r o ll e v e l ，t h e r e c o n s t r u c t i o nt a s ki sp e r f e c t l yc o m p l e t e d a tt h es a m et i m e ，t h em o d e lo ft e m p e r a t u r e o ff i t p 一7 5 9h a sb e e nb u i l ta n di t sf u z z y - p i dc o n t r o l l e rh a sb e e ns t u d i e dd e e p l ya n d d i s c u s s e di nd e t a i l a f t e rr e c o v e r e d ，t h ew h o l es y s t e mw o r kc o r r e c t l ya s s a n l ea st h ep r o t o t y p e m a c h i n e k e y w o r d ：v a c u u mp l a s t i c - a b s o r b i n gm a c h i n e ；t h et e m p e r a t u r ec o n t r o l ；t h e v a c u u mc o n t r o l ；s i m u l a t e ；f u z z y p i d i i 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 第一章绪论 随着冰箱制造设备的不断发展，家用冰箱的性能、质量、款式和品种正在迅 速发展。目前使用真空吸塑成型机制作冰箱内胆，已成为国内冰箱生产厂家生产 冰箱内胆的首选方式。 1 1 国内外概况 真空吸塑成型机可将各类模片吸塑成不同形状的塑料罩，或以透明胶 片披覆封盖在纸板上，形成包装。可应用在家电、汽车、航天、建材、家 具、广告玩具、五金、食品、电子、药品等的包装。由于我国正处于加速 发展的阶段，自动高速吸塑成型机在我国有着巨大的市场。我国经过多年 的发展，己经在全国各地发展出了不同的自动高速吸塑成型机生产厂商， 如：上海机电设备研究所、惠州市惠城新时代包装装演厂、上海佳湖机械 设备有限公司等。国内吸塑成型设备如雨后春笋。从南到北，从东到西， 遍地开花。客户多为沿海大十城市及内地省会城市的经济发达地区。成型 机在各行业应用广泛【2 】f 3 】【4 1 。 自动高速吸塑成型机一般采取的供电方式有3 8 0 v ，5 0 h z 三相四线制与 2 2 0 v ，5 0 h z 两种，采用的加热方式有固定边连续红外线电热瓦等方式。自 动高速吸塑成型机一般使用压缩空气进行驱动机构中的运动部件，高档机 型常选用油压站进行驱动机构中的主要关键运动部件。在实际使用过程中， 许多自动高速吸塑成型机一般采用独立控制温度的方法，保证热量均衡。 对于高速吸塑成型机来说，需要对工作温度环境与运动部件动作的精确性 进行控制。由此对于控制自动高速吸塑成型机进行智能温度测控及运动的 自动控制对于提高生产率和降低生产成本有着重要的意义。 由于国内各行业对吸塑机需求空间很大。成型机的发展速度近年来发 展非常快。从2 0 0 1 年至2 0 0 4 年，设备的需求量，每年以3 0 的速度增长， 随着国民经济的发展，市场的完善，行业的前景还将更加广阔。在2 0 0 5 年 的上海展会上，成型机的参展商就已经达到l o 多家。 随着工业自动化的普及与发展，要求有更加先进、稳定、可靠的监控 的设备加入到控制系统中，以完成数据的采集并控制输出设备安全运行。 随着大规模的集成电路技术、超大规模的集成电路技术的迅猛发展，特别 是微处理器的出现与广泛地运用于工业生产的各个方面。为高速吸塑成型 2 扬州大学工程硕士学位论文 机等包装机械的自动控制技术的发展奠定了良好的技术基础。由于微处理 器的体积小，功能强、可靠性较强、纠错能力好、性价比高，现代工业控 制趋向于使用可编程控制器对各种设备进行智能化控制。但是国内的成型 设备在产品技术上处在半自动、自动化阶段，在生产上还没有达到规模化、 集约化，与发达国家的数字化，程控化相比，有着较大的差距。由现有的 机械化转向数字化，程控化，这是吸塑机的发展方向。但是，由于这种设 备达不到真正的工业化批量生产，国内吸塑生产厂家。盲目地模仿，不恰 当的价格竞争，广告宣传方面的误导等等原因。使吸塑设备一直在低价位 徘徊。当数字化、程控化设备推向市场时，又会让企内人士很难接受它的 价位( 国内吸塑机只有几万元至几十万元，国外进口设备要几十万元、上百 万元以至于上千万元1 。 1 2 项目的实施过程 整个项目经过接近一年的时间，经历了生产的总体规划，设备的恢复 与改进设计论证、方案选择、方案论证、系统开发和系统调试等四个阶段。 期间我们先后克服了工艺不熟、设备资料不全、信号干扰以及人为干扰等 许多困难，出色的完成了设备的恢复与改进性设计任务，实现了吸塑机的 动作可靠控制、温度智能控制以及压力的可靠控制等功能。本文主要是针 对真空吸塑成型机的温度控制和真空压力控制进行了设计。 1 3 论文工作和内容安排 本论文主要是针对真空吸塑成型机恢复改造过程中温度与真空度控制 进行了研究，并做出了改迸住设计，并对温度控制进行了理论研究和建模 与仿真。论文主要分为六章： 第一章，绪论部分。主要介绍了项目的背景及主要研究的内容，国内外研 究情况。对论文工作进行了安排。 第二章，吸塑成型原理。介绍了吸塑成机的结构种类。对进口机和国产机进 行了简单的对比，阐述了各自的优缺点，并详细介绍了冰箱内胆 的成型过程。 第三章，真空成型机改造的总体方案。概述了了真空吸塑成型机总体改造规划 方案和工艺方案，然后介绍了f l t p 7 5 9 型真空吸塑成型机的结构、 施蜻f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 参数，并针对设备现有情况提出了不足，针对不足之处提出了改 进思路，为改进型设计提供了依据。 第四章，吸塑成型机的电器控制软硬件改进设计。主要通过对控制系统总 体方案进行设计与比较、系统的运行方式、系统硬件设计的依据 等方面分别加以讨论，完成系统的硬件部分设计。 第五章，温度系统仿真研究。详细地介绍了p i d 控制算法，并针对本系统 加热控制进行了仿真。 第六章，系统供电设计及调试。本章主要针对改进型设计部分，介绍了系 统的供电设计、抗干扰措施以及系统调试的过程。 结论，对前期的改进性设计工作进行了总结，并对以后的改造提出了建 议。 4 扬州大学工程硕士学位论文 第二章真空吸塑成型机的成型工作原理 本章概述了吸塑成机的结构种类。对进口机和国产机进行了简单的对比， 阐述了各自的优缺点，并详细介绍了冰箱内胆的成型过程。 2 1 冰箱主要零部件的成型模 冰箱作为一个日常家电产品，主要由各种五金件( 侧板、后板、面板等) 、 塑料内胆、定位板、内装附件及压缩机、制冷管道等组成。生产制造过程 中主要涉及到的模具有滚轧模、冲压模、吸塑模、注塑模、发泡模等。图 2 1 是冰箱主要零部件成型方法。其中，内胆作为冰箱的一个重要功能件和 外观件( 是箱、门体的重要组成部分) ，其质量的好坏，对整个产品的质量 和销售起着重要的作用，主要采用吸塑成型机进行吸塑模成型p j 。 图2 1 冰箱主要零部件的成型模 2 2 吸塑成型机的组成原理 2 2 1 吸塑成型机的组成及工作过程2 1 1 4 1 1 5 1 1 6 】 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 真空吸塑成型机是由上料工位、预加热工位、主加热工位、真空成型 工位，切边工位、出料区、控制台等组成，如图2 2 所示。整个生产设备 按照线性组合起来，完成整个内胆加工成型的功能。其工作过程如下： 真空吸塑成型机在加工冰箱内胆时，塑料板材h i p s 或a b s 在上料工 位被真空吸盘输送到输送链条上，然后输送链条将板材输送到预加热工位 进行预加热、预加热到一定时间后，在将板材输送到主加热工位进行加热， 加热到一定温度后，输送到真空成型工位，通过内胆模具和框架的配合， 利用真空吸附成型的原理，使工件成型，冷却后输送到切边工位，切边机 对内胆进行切边，将四周的废边切除掉，输送到下料工位，加工过程结束。 在加工过程中，工件一直按照直线向前运行，故也称作直线型真空成型机。 l 、上料工位2 、预加热工位3 、主加热工位 4 、真空成型工位5 、切边工位6 、出料区7 、控制台 图2 2 改造吸塑机总体图 6 扬州大学工程硕士学位论文 上料工位主要功能为将待加工成型的塑料板材h i p s 或a b s 输送到预 加热工位；塑料板材的加工范围为2 0 0 0 1 0 0 0 x 2 4 r a m ，在输送板材时，将 板材通过叉车放倒在手动输送小车上，然后将输送小车推到固定位置，板 材由吸盘传送到上料工作台上，扳材对中装置将板材对中后，通过安装在 输送链条上的输送夹具固定板材，输送到下一工位。扳材储备高度最大 9 0 0 m m ，采用托盘堆积式分两处储存，根据设定- ，吸盘吸取不同位置的板 材当错误的输送两张或两张以上板材时发出报警并自动停止，如图2 3 所示。 图2 ：3 上辩工位 预加热工位主要功能为将待加工成型的迸符预加热；上下两面辐射器 进行加热，分区进行姗热控制，i 力热时有掉料探测装置，如果板材湿度过 高变形严重，系统将立即自动关闭加热系统，防止板材掉到加热器上，造 成火灾；板材加热到一定时问后，通过链条输送巍下一工位。 主加热工位主要功能为将待加工成型的进行最终加热；主加热工位结 构和预加热工位基本相似，不过上下两面辐射器数量更多，温度控制也更 准确，对预热过的板材再进行加热，每个辐射器均进行加热控制。以保证 按照需要的温度进行控制，加热到一定时间后，输送封下一工位进行真空 吸附成型； 蓖蜻f l l p 一7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 7 该工位是这个吸附机的重要组成部分，主要功能为将加热到一定温度 的板材，利用模兵和框架将板材固定、形成模具、板材、框架的密闭空间， 然后先吹泡，再模具顶升、真空系统吸附动作将板材吸附在模具表面上， 形成冰箱内胆形状；经过冷风机进行冷却，冷却完成定型后模具退出，内 胆被输送到下一个工位即完成内胆成型，如图2 4 所示 图2 4 真空成型工位 切边工位主要功能为将加工成型内胆四周的废边切掉，最终成为一个 合格的产品，输送到下料工位，操作人员将内胆成品取出，准备下一道工 序生产，如图2 5 所示。 8 扬州大学工程硕士学位论文 图2 5 切边工位 吸塑模在吸胆的过程中，当塑料板加热至热塑性状态，吸贴在模具表 面时，模具表面温度，必须接近坯材的温度，以避免坯料突然冷却，为此， 必须对模具加温。 厚板材可两面同时进行加热。板材的边缘部分比中心部分加热慢，因 为边缘部分散热较多。为了保证板材的加热均匀，加热器的面积应大于板 材面积。模具温度对内胆的质量及生产率都有影响。如果模温过低，塑料 板和型腔一接触就会产生冷斑或内应力以致产生裂纹。而模温太高时，塑 料板可能粘附在型腔上，内胆脱模时会变形，而且延长了生产周期，因此 模温应控制在一定范围，一般在5 0 一7 0 左右。表2 1 列出了各种材料 的板加热温度和模具温度，可供参考。 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 9 表2 1 各种板材加热温度与模具温度 翰辩比蕊种凳哦肇潍j 堑1 1 ：i嫒 i 渤瞧f 1 ：ll 缳溢缝1 ：l 暇1 f ) 5 a1 3 l 卜1 8 ( 1 8 5 a i t s1 0 7a1 3 ( k 1 9 0 8 57 ( b 8 5 p v ：1 3 8al l 肌l ) o 6 5 p m m a1 1 9a1 5 卜1 9 0 8 58 5 - 9 5 c a 81 3 8a1 4 0 - 1 9 0l l 6 0 - 6 5 i ：1 2 0al8 扣2 2 0 1 4 01 2 0 i j i j e 1 2 5a2 3 ( 卜2 6 01 9 51 5 0 l 隅1 3 5气2 2 5 - 2 3 52 0 0l 啪 p pd 9 l喊：l4 卜1 7 08 5 l d p i h i j i ：o 垒5吣l3 0 _ 1 7 58 0 e p e t1 3 5 蜮： 1 5 0 - 1 7 51 5 0 p e e k ”1 2 6心：1 7 0 _ 1 8 01 3 0l s o a ：光定性材秘溅：事撼性奉薹描 内胆的冷却一般不单靠接触模具后的自然冷却，要增设风冷或水冷装 置加速冷却。风冷设备简单，只要一台风扇即可，水冷可分为喷雾式和在 模内开冷却水槽的方法，冷却水槽应沿内胆的周边布设，并在重要的凸起 部加强冷却，冷却水槽应距型腔表面8 毫米以上，以避免产生冷斑。冷却 水槽的开设有不同的方法，可以将铜管或不锈钢管铸人模具内，对于小型 模具，管径为3 8 毫米，对于大型模具，管径为1 2 毫米左右，也可以在 模具上铣槽，用铣槽的方法必须加盖板，以保证密封。 2 2 2 真空吸塑成型机的种类 1 、自动成型机和人工成型机的特点 从控制方式来说，吸塑成型机有自动化成型机和人工成型两种。自动 化成型机适合大批量生产，可以从板材运输到板材加热、吸塑加工、冷却、 脱模到最后产品运出整个过程都实现自动化。自动化成型机效率高，产品 l o 扬州大学工稃硕士学位论文 质量稳定，工人工作强度低，但产品尺寸受到机器限制。模具尺寸小于机 器规定尺寸时，要增加内孔尺寸与模具外尺寸、外边缘尺寸与机器压框尺 寸相同的附加压框，否则会增加板材余料。自动化成型机所用到的模具主 要是钢模。人工成型的方法就比较简单，主要设备是板材加热烘房、压缩 机、压框和模具。板材加热后，用人手把板材拿出放到模具上，压框夹紧 模具边缘，然后吸气成型。模具尺寸不受限制，只要有足够大的烘房就可 以了。人工成型方法效率低，受人为因素影响比较大，因此一般不用钢模， 绝大多数是用玻璃钢模具。 2 、单工位成型机和多工位成型机的特点 从工位来分，吸塑成型机有单工位成型机和多工位成型机两种 单工位人工上料，板材加热，成型，冷却，成品取出在一个工位完成。 效率低工人劳动强度大。 如图2 3 所示。单工位吸塑机结构紧凑，整个吸塑机被封闭起来，热 损失小，相对较为节能，加热效率相对较高。控制方式也较为简单。但由 于许多控制元件执行元件被封闭在高温环境下，所以对元件的要求相对较 高，液压系统的冷却也非常重要。 图2 3 单工位吸塑机 多工位吸塑机有3 工位、4 工位、5 工位等。3 工位吸塑机分为上料工 施靖h t p 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 i i 位，加热工位，成型下料工位( 如图2 4 所示) 。4 工位吸塑机分为上料工 位预加热工位加热工位。成型下料工位( 如图2 5 所示) 。5 工位吸塑 机可分为上料工位，预加热工位，加热工位，成型工位，切边下料工位( 如 图2 6 所示) 。也有吸塑机带破碎挤工位，切边后的废料，报废的板材，可 重新经破碎后与新科按一定比例混合后，加工成新的板材，热板直接进入 吸塑机，只需迸简单的加热调整就可以吸塑成型。这种吸塑机可尽可能的 降低材料消耗和能源消耗，但是整个设备制造和控制方法也更为复杂，价 格也相应较高。 图2 4 三工位吸型机 图2 5 四工位吸塑机 扬州大学工程硕士学位论文 图2 6 多工位吸塑机 2 3 吸塑成型机的成型方法 冰箱吸塑成型模是真空成型模的一种，其基本原理是把热塑性塑料板 或片进行固定，并用辐射加热的方法进行加热，当加热到塑料软化的温度 后，对塑料中心位置进行吹气，使之形成一个中空的气泡，然后模具套人 塑料气泡内，再用真空泵通过抽真空的方法将板材和模具之间的空气抽掉， 借大气的压力，使板材紧贴在模具上而成型，经过冷却保压，最后借助吹 入压缩空气使模具从内胆中脱出。主要有凹模真空成型、凸模真空成型、 凹凸模先后抽真空的成型方法、吹泡真空成型、柱塞推下真空成型和带有 气体缓冲装置的真空成型等方法【7 儿1 4 】【45 1 。 2 3 1 凹模真空成型( 直接成型) 将板材固定在固定框内加热软化，凹模上升真空成型的方法，如图2 7 所示，其特点为： 1 ) 成型条件的调整既少又简单，容易成型；2 ) 成品的外形尺寸精度 高；3 ) 只可进行浅的成型；4 ) 不均匀的地方较多；5 ) 容易成批取出；6 ) 成品的强度较大。 花靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 加热 c = = = = = = = = o e j e 暑 成型脱模 图2 7 凹模真空成型 2 3 2 凸模真空成型( 悬垂成型) 将板材固定在固定框内，用凸模将板材推上去，伸展后正空成型的方 法。这是最早最简单的一种真空成型方法，如图2 8 所示，把板材固定在 模腔的上方，为防止空气进人板材和型腔中间，固定部分要加密封圈，把 加热器移到夹紧的塑料板的上方。板软化后移开加热器，把型腔内的空气 抽走，塑料板就覆盖在凹模上。最后冷却后取出内胆。该成型模的特点为： 1 ) 模具制作容易；2 ) 成型条件的调整既少又简单容易成型；3 ) 成型 品内侧尺寸精度高；4 ) 可进行较深的成型；5 ) 与直接成型相比，可取得 厚度较均匀的产品。 加热预张成型 图2 8 凸模真空成型 铲瓣 铲 霏 1 4 扬州大学工程硕士学位论文 用凹模成型法成型的内胆外表面精度较高。一般用于成型深度不大的 内胆，如果深度很大时，特别是小型内胆，其底部拐角处就会显著变薄。 多型腔的凹模真空成型比同个数的凸模真空成型经济，因为凹模与凹模之 间彼此间距可以近些，用同样面积的塑料板，可加工更多的内胆。 2 3 3 导块协助成型 用导块将固定在固定框内，加热软化后的板材向下推，进行真空成型 的方法。如图2 9 所示，成型过程为： 板材加热一导柱下降一模具上升一抽真空一风扇冷却一脱模 成型模的特点为： 1 ) 可调整厚度；2 ) 成型品的外形尺寸精度高；3 ) 因为是凹模，所以 脱模容易，很少会产生下切。 预张 成型 嘲幽 图2 9 导块协助成型 2 3 4 吹泡真空成型( 空间滑动成型) 使用悬垂成型的变形方法，使加热软化的板材由压缩空气吹起，用凸 模向上推，伸展后真空成型的方法。将塑料板紧固在凸模上，加热后移去 加热器。通过凸模型腔将塑料板吹鼓后将凸模顶起，停止吹气。凸模抽真 空，塑料板附着在凸模外表面上。这种成型方法成型的内胆，塑料板和模 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 1 5 具接触的那部分的厚度接近原来的板厚，可是经弯曲部分后塑料板沿凸模 的侧壁延伸，而上部的塑料板与凸模接触后不再移动。由于塑料板在加热 时是悬空的，避免了热板和冷模过早地接触。塑料板如果过早地粘附在凸 模上，内胆壁厚的均匀性就会变差，因此凸模真空成型相对凹模真空成型， 壁厚的均匀性好。此成型法同凸模真空成型比，因入模前先将塑料板吹起 了一球波状，易于像冰箱内胆等引伸比大的内胆的成型，因此，在成型效 果上要优于凸模真空成型，与凹凸模先后抽真空的成型方法基本相似，易 于保证壁厚均匀和成型质量。吹泡真空成型多用于凸起形状的薄壁内胆。 其凸模可以避免收缩，所成型的内胆内表面尺寸较为精确。结构上又比凹 凸模先后抽真空的成型和带有气体缓冲装置的真空成型等简单。如图2 1 0 所示，其成型过程为： 板材加热一吹气一模具上升一抽真空一风扇冷却一脱模。 该成型模有如下特点： 1 ) 与悬垂成型相比，可进行更深的成型；2 ) 几乎不出现收缩；3 ) 不均匀 的地方较少；4 ) 成型的强度较高。 预张成型 图2 1 0 吹泡真空成型 2 3 5 下拉成型 使用直接成型的变形方法，使加热软化的板材由压缩空气吹起，用凸 1 6 扬州大学工程硕士学位论文 模向上推，伸展后真空成型的方法，如图2 1 l 所示，其特点为： 1 ) 与直接成型相比，可进行较深的成型；2 ) 比起直接成型，不均匀 的地方较少。 图2 1 l下拉成型 2 3 6 导块协助下拉成型( 冲锻成型) 导块协助成型与下拉成型相结合的方法。加热的板材由压缩空气吹起， 伸展成半球形，凹模上升，导块下降的真空成型方式，如图2 1 2 所示。其 成型过程如下： 板材加热一吹气一导柱下降一模具上升一抽真空一风扇冷却一脱模。 其特点为： 1 ) 使用凹模，可取得厚度均匀的成品，是更高级的成型方法；2 ) 难 以成批取出；3 ) 适合大型深冲的产品； 预张预张成型 舀硝世龆龆却 图2 1 2导块协助下拉成型 蓖靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 1 7 设计冰箱吸塑成型模时应注意几点：( 1 ) 吸塑模加温是通过预埋在模内 的铜管通热水来实现的；( 2 ) 水管选用中1 2 x 1 的紫铜管，铜管耐压1 5 m p a ； ( 3 ) 铜管分布均匀合理，间隔不大于1 0 0 m m ：( 4 ) 所有水管用“锡铅6 0 0 ”熔 焊埋在水管槽内，水管槽宽为1 6 r a m ，水管挡边高1 6 m m ，厚6 m m ；水管 之间用软管相接。 2 4 冰箱内胆的吸塑成型过程 冰箱内胆的吸塑成型常用吹泡真空成型，其成型过程如为【4 】【5 】【7 】【4 7 】： ( 1 ) 将热塑性塑料板材置于吸塑成型模上；( 2 ) 夹紧板材，并加热到软化 温度；( 3 ) 在吸塑模内抽真空或用压缩空气将板材压人模内，板材即被紧贴 在模腔内而成型；( 4 ) 充分冷却；( 5 ) 用压缩空气自模内吹出制件。 所采用的专用模具可以加工大尺寸且薄壁的制件，模具表面质量较高， 对于影响脱模的结构位置必须采用抽芯( 活块) 式设计，不宜加工不同壁厚 和带嵌件的制件，模具上开有抽真空孔、模具内设有进出气、进出水口， 总体结构比较复杂。基于这些成型要求和特点，对于是否采用抽芯和采用 何种结构抽芯、抽气孔的大小和位置、确定型腔尺寸、设计边缘密封结构 和加热、冷却装置等是冰箱吸塑模结构设计中的关键部分。特别是抽芯结 构的设计，是整个吸塑模结构设计中最关键的地方，必须要针对不同的内 胆、不同的部位进行具体的分析及考虑设计什么样的结构。其结构的好坏 将直接关系到模具设计的成败，制件能否按要求成型、脱模。 抽芯部位运动必须灵活、平稳、脱模顺畅、无卡胆现象。复位时，位 置正确，吸塑时，抽芯块相对于模具本体没有移动。冰箱吸塑模上一般有 直抽芯机构、斜抽芯结构、旋转抽芯结构等三种。 下面简述冰箱内胆吸塑成型的工艺过程。内胆的尺寸为1 2 0 0 m m 1 0 0 0 m m x 4 0 0 m m ，所用a b s 板材是尺寸为1 4 0 0 m m 1 2 0 0 m m 4 m m ，板 材的基本特性如前表2 1 所示。采用铝合金模，带冷却水管和6 0 0 m m 厚的 真空箱。吸塑机原理如图2 1 3 所示，吸塑成型过程分六个阶段完成。 1 8 扬州大学工程硕士学位论文 1 、堆料车2 、上料机械手3 、输送部分 4 、加热部分5 、成型部分6 、卸料部分 图2 1 3 四工位真空成型机结构示意图 第一阶段：首先要确认板材正反，因为如采用1 4 1 b 发泡，板材抗1 4 1 b 面一定要靠发泡料，如果弄反，板材在1 4 1 b 的作用下会变脆，使发泡箱体 报废。因此看清材料正反面是很重要的。 第二阶段：再看看板材是否从刚开封的包装袋中取出，若不是，板材 还需放到烘房中烘干。因为如果板材潮湿，在加温时会使板材表面起气泡， 外观质量恶化，严重时还会使板材在成型过程中拉裂。 第三阶段：同时模具装到吸塑机上，调整位置和压框，对模具的上升 过程和时间进行预先设定；模具项部不能超出吸塑机工作平台，然后就对 模具加温，约到6 0 左右。 第四阶段：板材放到自动送料装置上，机器把板材送到吸塑机工作台 上( 如果没有此机构就要用手工把板材放到工作台上) ，压框由上而下把板 材压紧。 第五阶段：然后加热机构移到工作台上方，对板材进行加热，一般加 热到1 2 0 左右，时间2 3 分钟；如果是先进的设备，还可以对加热器进 行区域温度设定，拉伸大的地方适当增大加热温度；加热完后，加热机构 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 1 9 移开，同时模具开始向上移。为了防止模具在上升过程中过早碰到板材， 使零件产生痕迹，在模具上升到要碰到板材前，从模具的吸气孔吹出空气， 把板材吹得鼓起来。模具继续上升，升到要求的位置后，停止上升，开始 吸气，吸气气压一般是0 6 0 9 个大气压，具体看板材的厚度和性能而定。 吸气时间很快，一般是几秒钟，然后冷却约2 分钟，在冷却过程中要保持 真空箱的负压不能下降太厉害，以免出现板材回弹，造成尺寸不准，最好 负压下降不要超出原来吸气气压的2 0 。冷却最主要的方式是风冷，有些 为了提高生产效率，也会用到水雾喷洒冷却。 第六阶段：冷却后就是脱模，对于自动吸塑机来说就是模具下降，脱 离工件，对脱模斜度有一定的要求，否则脱模不顺利会把零件拉破裂。接 着就是上升压框，取出零件。到此为止，吸塑成型过程就算是完成了。 对于完整的零件来说，还需对成型出来的工件进行切边和组装加工。 切边加工可以是手工，也可以是三维数控铣加工。 要保证零件成型顺利和尺寸合格，塑件和模具的设计都是非常重要的 方面。由于塑料板材在成型时有变形、壁厚变薄等缺点，因此只适用于强 度、尺寸要求不高的零件。为了壁厚不会出现太薄以致拉破的现象，引伸 比( 深度与宽度之比) 不能大于l 。为了顺利脱模，脱模斜度在1 4 度之 间。另外，应避免有锐角，圆角尽量大一些，在大平面的地方设计加强筋。 在模具设计方面，材料一般是用铸铝，铸出一个比零件外形大一点的铸件， 中间是空的，多用于配置温水铜管，控制模具工作时的温度。模具设计的 关键是抽气孔的布置、数目和尺寸，抽气孔一般是沿四角以及底部和侧壁 交界处布置，气孔的直径一般为0 5 l m m ，最大不要超过板材厚度的5 0 ， 孔距为2 0 3 0 m m 。模具的尺寸根据零件尺寸预留1 3 的收缩量。最后就 是模具边缘要有密封装置，使空气不进真空室。 真空吸塑成型在冰箱内胆上的应用越来越成熟，工艺也在不断地发展 提高。 扬州大学工程硕士学位论文 第三章真空吸塑成型机改造的总体方案 本章概述了了真空吸塑成型机总体改造规划方案和工艺方案，然后介绍了 f l t p 7 5 9 型真空吸塑成型机的结构、参数，并针对设备现有情况提出了加 热控制不足，真对不足之处提出了改进思路。为加热系统的改造提供了依 据。 3 1 现有设备状况 3 1 1 现有吸塑设备的状 1 4 s l i “l 我公司共总共有1 2 台吸塑设备生产线，其中有3 台吸塑设备带挤板破 碎，8 台属于九十年代设备，2 台属于八十年代的设备，2 台属于六十年代 的设备，每台设备的具体情况如表3 1 所示： 表3 1 设备总体状况 蜃生制造厂聿及成型面大 上料 成型成模整形出 节 设 产 购买年份 工位尺寸成型方式方式型翼帆科拍 鲁类 耀度模放方件 别 n 吼具 置 式，s 合模 力 上辩( 预热) 一加 英田s h e l l y 型号 热一成型一捌件量大：糟真空 l o 7 门凸下 姝 自 u l o 1 9 ”年 进出一整型一倒 2 o l o 7 机械手压空 体模置动犀 件进出一整型一 量小成型 天 钷环l5 成品取出 安 对阐 5 0 s 上料一预热一加量大； 如 日本浅野研兜 真空压力 籍 燕一成型一定位 1 8 6 0 9 6 0 0 凸上自 所1 9 9 3 年型机械手压空 1 0 体一送辩一整型一 量小：模置动犀 号e l 7 5 9 2 0 - e x成型 x n 产品取出 1 1 0 0 x 5 3 525 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 2 1 堆垛小车t 辩一门 机械手送辩一第量大：1 2 0 合模 真空 门上菱电嚣自制。一加热一第二加 l b o o x 啪 凸下力自 机械手压空4 0 上 体 1 9 9 4 燕 热一成型一定位量小：糖模置i 0 0 0 动 成型 羹_ 整型一下辩一1 2 5 6 0 0 k h 新 成品取出 线量大： 日本拽野研究所挤板一定位一成人工饲料真空压力 籍1 0 啪6 凸 上 自 1 9 9 5 年型一剪切一整型 喷气输送压空 i o 3 0 体t 小t模置动 墅号：e f l 4 7 3 一蕞碎装置送料 成型矾 1 2 6 t 大；人工倒料 日本溲野研究挤板一定位一成 真空压力 门 1 7 如鲫1 2 d 喷气输凸下 自 所1 9 6 5 年型一剪切一整型 压空l o 3 0 上体量小；送装置 横量动 型号班l 柳脒一破碎成型k n 菱l o 6 送科 旧 t 丈 人工倒料整形 日本拽野研究所挤板一定位一成真空 线籀1 8 6 0 x 6 6 05 5 0 喷气输凸上推力自 1 9 6 5 电 型一剪切一整型压空 体 量小i送装置模置1 0 动 型号日= l 蛳既一硅碎 成型 1 2 卯6 送料x n t 大； 日本漶野研究所，预热一加热一成真空 门 2 l 1 2 6 2 0 人工凸下人 1 9 9 3 年型号l型一手工制品一压空无 永体量小：上料横置工 p h s l - 1 1 2 0 - p w b 取出成型 康 分 量大： 日车洼野研究所，预热一加热一成真空 厂糟2 l 1 2 0 06 人工 凸下人 1 9 9 3 年型号基一手工翻晶压空无 体量小：上辩模置工 p 啪l - 1 1 2 0 - p w b取出成型 己改 成真 丈t空压上羹 上料一预热一加 门童大利棒洛克尼公2 0 9 7 0m空成凸下 自制自 热一成型一叠型机械手门 豢暧 司1 9 9 5 年 量小： 改前型模置( 改动 一下件 明7 9 0 x 5 7 0 ( 但造) 岛末成 折 功) 线 己改 大：上菱 上料一预热一加成真1 0 3 籍童大科棒洛克尼公 2 0 9 0 9 7 0 5 5 0凸上自制自 热一成型- 整型 机械手空压糟 暖司1 9 9 5 年小t改前 模i( 改动 一下件空成 7 9 0 x 册 造) 型 扬州大学工程硕士学位论文 苴 工大t 4 9 意大利梅洛克尼公上辑一加热成 6 真空凸下人 位 1 5 0 0 1 0 0 0人工 无 九 集司1 9 1 5 年 型一下件成型模置工 门量小： 明 骚 岛 四 旧 工 量大： 7 2 线 童大利梅洛克尼公上辩一预热一加 6 加真空凸下自 位1 5 0 0 x 姗帆艟手有糟 司1 9 8 5 年热一成型一下件成型 横 置动 籍量小： 暇 3 2 设备改造方案 3 2 1 总体方案 本方案是根据扬州科龙有限公司总体工艺方案要求制定。该方案制定 了扬州科龙吸塑设备、工艺方案，考虑吸塑零件的设备加工能力应达到总 体方案中的年产3 0 0 万台冰箱冷柜的目标，及先满足前期二年内先后投产 的三条线到五条生产线的生产能力的要求。 产品种类以冰箱为主，同时也适应市场提供冷柜产品。目标年产3 0 0 万台冰箱和冷柜，首期1 - 2 年内达到年生产能力9 0 1 7 0 万台。 所有吸塑设备摆放在扬州科龙4 号厂房，设备艺布置图3 1 所示。 施靖f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 箨簿瞥扯氍静” 。蚓剥v l 嘲瞩z 卸 m 十镌r ：如 。黟 “_ 噼军甏虿霭车 了 j h h l 7 盛 t l f ，盔 _ m - j 鬻 ， e压f 图3 i 吸塑车间平面布局 真空吸塑成型机设备主要以恢复其原有功能为主。因现在只两条生产 线建成投产，计划先恢复改造六台真空吸塑成型机，它们分别为：天安门 扬州大学工程硕士学位论文 体吸塑机l 台、箱体吸塑机l 台，分别为英国s h e l l y ，型号l f 2 0 1 0 ，1 9 9 3 年产门吸；日本浅野研究所，型号e l t p - 7 5 9 ，1 9 9 3 年产箱吸。永康单工位 门吸2 台日本布株式会社，型号p h s l - 1 1 2 0 一p w b ，1 9 9 3 年产。崇明旧线门 吸1 台、箱吸1 台，意大利梅洛克尼公司，单工位吸塑机，1 9 8 5 年产门吸； 意大利梅洛克尼公司，四工位吸塑机，1 9 8 5 年产箱吸。其它真空吸塑成型 设备等到以后扩产时在进行恢复改造。 本次恢复基本要求为，天安门吸塑机改为箱体吸塑机吸。永康单工位 箱吸改为门体、箱体吸塑共用，崇明旧线箱体吸塑机改为门体、箱体吸塑 共用。同类机型模具装配具备通用性要求，不同机型尽可能通用。 冲剪设备及整形方式：箱胆基本全用机械自动冲剪整形，天安线2 台 机用已有配套机，崇明旧线四工位箱吸塑机恢复自配置冲剪机l 台，永康箱 吸机配置剪板机一台，考虑恢复崇明新线的冲剪机一台，能单独操作供其 他机冲剪使用。要求永康2 台机，崇明2 台机模具上能够装整形压刀在机 械冲剪机达不到冲孔要求的情况下，冲孔方式可采用自制简易冲孔机2 台。 门胆整形基本采用模具带压刀，手工整形方式。 3 2 2 设备改造的工艺要求 吸塑设备以恢复为主，并结合现有生产工艺和设备本身特点加以改造， 生产的节拍和产能恢复后不能低于设备原有水平，基本工艺参数满足原有 的新设备的设计要求吸塑出的内胆产品质量要求要达到相应的冰箱冰柜 产品图纸设计的装配、性能、使用要求。设备的运行动作必须可靠、协调、 到位，达到吸塑成型的实际要求。 辅助动力、能源技术要求 ( 1 ) 压缩空气总气压：o 6 - 一0 8 m p a ( 2 ) 真空度：箱吸o 0 8 o 1 m p a ，门吸o 0 7 一o 1m p a ( 3 ) 总电压：3 相 3 8 0 v l o 1 5 频率5 0 h z 2 相2 2 0 v频率5 0 h z 施蜻f l t p - 7 5 9 型真空吸塑成型机改进设计 ( 4 ) 最大水、电、气消耗量( 参见设备专机) 3 3 吸塑成型工艺方案 3 3 1 产能的计算依据 年产量为第一年、第二年产能为9 0 1 7 0 万台；两年后达到年产3 0 0 万 台。一年工作日为2 3 0 天，日工作时间为2 l 小时，双班。 3 3 2 箱胆、门胆加工能力的计算 l 、门胆的吸塑能力 依据：生产效率7 0 s 套 成品率9 5 需要量9 0 万台年：9 0 0 0 0 0 0 9 5 = 9 4 7 3 6 8 套 1 7 0 万台年：1 7 0 0 0 0 0 0 9 5 = 1 7 8 9 4 7 4 套 3 0 0 万台年：3 0 0 0 0 0 0 0 9 5 = 315 7 8 9 5 套 2 、门体吸塑成型能力计算 ( 1 ) 按1 7 0 万台年生产规模，门吸设备的数量及生产能力，表3 2 所 示。 表3 2 门体吸塑成型产能 节拍日产量年产量总生产能力 名称产家数量 ( s ，件)( 套)( 套)( 套) 永康三工位日本19 08 4 01 9 3 2 0 0 崇明四工位意大l6 0 ( 箱改f d1 2 6 02 8 9 8 0 0 ( 旧) 利 崇明单工位意大14 91 5 5 43 5 7 4 2 0 2 1 4 4 5 2 0 ( 旧) 利 前三台( 8 4 0 4 2 0 ) 崇明四工位意大l6 01 2 6 02 8 9 8 0 0 后= 苗( 1 3 0 4 1 0 0 ) ( 新)利 上菱挤板门吸日本13 0 、 2 5 2 05 7 9 6 0 0 上菱四工位上菱 l 4 01 8 9 04 3 4 7 0 0 扬州大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 按3 0 0 台年的生产规模，需增加门吸设备的数量和生产能力，表3 3 所示。 表3 3 新购门体吸塑成型产能 名称产家数量 节拍日产量年产量总生