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摘要 扬声器纸盆自动化生产设备及工艺研究 研究生姓名： 导师姓名： 学校名称： 摘要 卫燕萍 汤文成教授 东南大学 国内纸盆生产厂家为扩大再生产，提高生产效率、产品质量，提高经济效益，迫切要求对纸盆生产 方式进行全面改造，研制整套的扬声器纸盆生产自动线及配套工艺。 文章介绍了扬声器纸盆的自动化生产设备，研究和设计了一种基于p l c 的气动控制回路，实现了对 气动元件的自动控制。提高了设备的自动化控制水平和系统的可靠性，确保工艺的重复性和稳定性。 着重分析了扬声器纸盆全自动生产设备机械系统及其成型机构、热压机构、物料传送机构等的设计 要点。该设备提高了纸盆的产量和质量，降低了产品成本。 对扬声器纸盆制造工艺进行了研究与改进，将捞浆成型改成注浆吸滤成型，大大改善了工作环境。 从系统建模的角度，以扬声器纸盆模具计算机辅助设计系统为例，采用i d e f 方法建立c a d 系统 的功能模型，并以a n s y s 8 0 为平台实现了系统中的有限元子模块，为高效地建立纸盆模具计算机辅助 设计系统提供了实现方法。借助m a s t e r c a m 软件对扬声器纸盆模具进行了c a d 建模与数控加工的编 程。 气压传动以其空气来源方便，无污染、组装方便、快速性好、安全可靠、洁净、小型轻量化、集成 化等突出优点，特别可远距离传输，明显优于液压、电子、电气控制。所以该扬声器纸盆自动化生产设 备采用了气动控制气动元件全部采用日本s t i c 公司生产的产品。 传动系统采用了大量的气缸作为执行元件，现有企业的电气控制柜中采用继电器接触器控制方 式，易出故障，可靠性不高。该成型机控制采用p l c 后，使其结构紧凑，安装自由度大，反应快，使用 安全可靠。同时，气缸的磁性开关以及一些传感器可直接与p l c 连接，省去了许多中间环节，简化了控 制系统。p l c 程序的编制简单，修改容易，使得系统动作顺序的调整十分方便。 本文的研究有一定的理论价值、实用价值和推广价值。 关键词：扬声器纸盆；自动化生产设备：设计；工艺 a b s t r a ( 了 t h e s t u d yo n t h ea u t o m a t e dp r o d u c t e q u i p m e n ta n d p r o c e s so fl o u d s p e a k e rr a d i oc o n ep a p e r c a n d i d a t ef o rm a s t e r ：w e iy a h - p i n g a d v i s e r ：p r o f t a n gw e n - c h e n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t i nc h i n a , m a n yp a p e rb a s i np l a n t s n o ws e e kf o raw h o l ea l t e r a t i o no fi t sp r o d u c t i v ew a y w h i c hd e v e l o pac o m p l e t es e t o fa u t o m a t i cl i n ea n dc o r r e s p o n d i n gt e c h n i c s t h u s ，t h e yc a n e n l a r g er e p r o d u c t i o na d v a n c ep r o d u c t i v ee f f i c i e n c ya n di t sq u a l i t y ，b o o s te c o n o m i ci n t e r e s t s t h e p a p e r i n t r o d u c e st h ea u t o m a t i o np r o d u c t i o ne q u i p m e n t 。d e v e l o pa n d d e s i g na a i r - p r e s s u r ed r o v e dc o n t r o ll o o pb a s e do np l c t h er e s e a r c hh a sr e a l i z ea u t o m a t i cc o n t r o lt o t h ea i r - d r o v e dc o m p o n e n t ，i m p r o v et h ea u t o m a t i o nc o n t r o ll e v e la n dr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m , w h i c hi n s u r et h er e p e t i t i o na n ds t a b i l i t yo ft e c h n i c s i te m p h a s i z e st h em e c h a n i c a ls y s t e mo fl o u d s p e a k e r se q u i p m e n ta sw e l la sd e s i g np o i n t o fs o m eo r g a n s ，s u c ha sm o l d i n g ，h o t - p r e s s i n g ，m a t e r i a l t r a n s m i s s i o n t h en e we q u i p m e n t a d v a n c et h eo u t p u ta n dq u a l i t yo fp a p e rh a s i n g r e a t l yr e d u c et h ec o s to fp r o 血c t a l s ot h et e c h n i c sa n ds l u r r ym o l d i n gh a sb e e np e r f e c t e d t h e s ec h a n g e si m p r o v et h ew o r k i n g e n v i r o o m e n t t h i sp a p e ri n t r o d u c e si d e f om e t h o d si nc o m p u t e r - a i d e ds y s t e mo fr a d i oc o n ep a p e r l o u d s p e a k e rm o u l d ，b u i l d st h ef u a c t i o nm o d e l so fc a ds y s t e m , a n di m p l e m e n t st h es u b s y s t e mo f f e af o rr a d i oc o n ep a p e rb a s e do na n s y s 8 0 i ts u p p l i e sah i g h l ye f f e c t i v ew a yo fm o d e l i n gc a d s y s t e mo fr a d i oc o n ep a p e rm o u l d t h ea i r - d r o v e dh a sm a n yo u t s t a n d i n gm e r i t s ，s u c ha st h ec o n v e n i e n ta n du n - p o l l u t e da i r s o u r c e ，e a s yi n s t a l i m e n t ，h i g hc e l e r i t y ，s a f e t ya n dr e l i a b i l i t y ，l u s t r a t i o n , i n t e g r a t i o n e s p e c i a l l yf a r d i s t a n tt r a n s m i s s i o n s ot h em o d e le x c e l so t h e rt r a d i t i o n a lw a y s ，t h u st h e a u t o m a t i o np r o d u c t i o ne q u i p m e n th a sa d o p t e da i r - p r e s s u r ed r i v e i t sw h o l ec o m p o n e n ti n t r o d u c e s t h ep r o d u c to fs m cc o m p a n y t h et r a d i t i o n a ls y s t e mm a d ev a s tc y l i n d e r sa st h ee x e c u t i v ee l e m e n t y e tm a n yc u r r e n t e n t e r p r i s ea d o p t e dr e l a y c o n t a c tc o n t r o lg o d e l ，w h i c hh a sas c r e wl o o s ea n dp o o r r e l i a b i l i t y t h em o l d i n gm a c h i n et h a ti n t r o d u c e di nt h ep a p e rb a s e do np l cp o s s e s s e sas t r i c t s t r u c t u r e ，a n dl a r g ei n s t a l l m e n tr o o m ，r a p i dr e a c t i o na sw e l la sh i g hs a f e t y m o r e o v e ro w i n g t 0t h ed i r e c tl i n kb e t w e e np l ca n dm a g n e t i cs w i t c h ，l e a v eo u tm a n ym i d d l et a c h e s op r e d i g e s t c o n t r o ls y s t e m ，p l cp r o g r a mi ss i m p l ea n de a s i l yb ea m e n d e d ，w h i c he n s u r et h ec o n v e n i e n c e a d j u s t m e n tt om o t i o ns e q u e n c eo fs y s t e m t h es t u d yo ft h i st e x th a sc e r t a i nt h e o r e t i ca n dp r a c t i c a la n dp r o m o t ev a l u e k e y w o r d ：l o u d s p e a k e rr a d i oc o n ep a p e r ；a u t o m a t i o np r o d u c t i o ne q u i p m e n t ；d e s i g n ：c r a f t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 ， 澎修三嗽 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 纸浆模塑制品是以纸浆为主要原料，在特制的模具上成型后经热压或烘干而成，我国纸浆模塑工 业起步于近十几年，1 9 8 3 年湘潭纸浆模塑厂从法国引进了第一条纸浆模塑蛋托生产线，之后辽宁、江 苏、北京、山东等地先后从英国、丹麦、台湾等国家和地区引进间歇式纸浆模塑生产线用于生产蛋托。 1 9 8 8 年南京轻工研究所和江阴机械五厂开发了第一条国产纸浆模塑生产线。1 9 9 0 年以来，纸浆模塑制 品已被广泛应用于禽蛋、水果、啤酒、农药等民用品的包装，并向工业仪器仪表、电子元器件、家用 电器、厨具等方面的包装发展，据不完全统计，纸浆模塑制品生产及设备制造厂家目前已达2 0 0 余家， 分布全国各地【1 】 1 2 纸浆模塑生产设备研究开发现状 1 2 1 本课题在国内外的研究动态 ( 1 ) 世界纸浆模塑工业制品的主要生产设备及发展概况： 纸浆模塑工业已有舳多年的发展历史，目前在英国、冰岛、加拿大等发达国家规模较大，工艺较 成熟。我国从1 9 8 4 年从法国埃尔公司引进一条转鼓式纸浆模塑生产线开始，到1 9 8 8 年国内自行研发 的第一条纸浆模塑生产线问世，我国纸浆模塑工业从无到有，并结束了纸浆模塑设备依赖进口的历史， 但在1 9 9 9 年以前，产品单一，档次较低，主要以禽蛋、水果和啤酒的托盘为主。随着出口贸易增加和 出口产品要求环保包装的限制，1 9 9 5 年以来，纸浆模塑工业在我国又有一个新的飞跃，到2 0 世纪9 0 年代后期，开始走向规模化和产业化。现在国产纸浆模塑设备不仅能够供应国内，而且已有生产线出 口到国外。 纸浆模塑制品的主要生产设备有：水力碎浆机、配浆池、成型机、烘干机、热压机、切边机等。 纸浆模成型机是生产纸浆模塑制品的主体设备之一，按成型方式分类有若干种，其中旋转式成型 机效率最高，适合于生产果托、蛋托、瓶托等批量大、深度较浅的定型专用产品；注浆式成型机主要 是用于生产快餐具、喇叭纸盆等形状简单、重量较轻的纸浆模制品；压铸成型机主要用来生产要求承 重力大，以定位功能为主的纸浆模制品；往复式和返转式成型机使目前纸浆模塑缓冲防震包装制品生 产的主要机型。我国9 5 的成型机是往复式成型机，生产效率低、耗能大，原材料适应2 0 世纪9 0 年 代中期才传入我国，并得以迅速发展和完善。随着国内返转工成型机的技术不断进步，越来越显示其 优越性和先进性。 就使用性能及生产工艺的差异而言，纸浆模塑制品大致可分为两类：一类是作为水果蔬菜托盘、食 品托盘、鸡蛋托盘、酒瓶包装箱以及家具、机械产品、电器元件的缓冲保护包装材料：另一类是以纸杯、 纸盘、纸餐盒为代表的纸浆模塑餐具。 由于成型、干燥、运动方式的差异，目前开发的纸桨模塑缓冲包装制品生产设备多种多样。成型 是指纸浆纤维在成型网模上沉积并过滤脱水，形成湿纸模毛坯，这是纸浆模塑制品生产过程中的关键 工序，直接影响着整个生产过程的产量和质量。 迄今为止，我国生产的纸浆模设备能够采用先进的气控技术，plg 人机界面等技术，能够综合 纸浆模塑工艺的要求采取独特的设计，以满足生产不同类产品需要。在确保成型效果和制品质量的情 况下，既可以大批量生产同一制品，也可以同时生产多种制品；还可以根据产品的规模灵活确定设备 的数量；实现全自动控制。 ( 2 ) 纸浆模塑制品的主要生产设备的不足： 经过十几年的努力。我国纸浆模塑设备水平虽然取得了长足的进步，但仍然存在着许多不足，主 要表现在： 1 ) 模具制造手段落后，效率低，成本高，导致了制品加工质量不高； l 东南大学硕士学位论文 2 ) 我国9 5 的成型机是往复式，三工位定型十分低调，自动化整体水平不高，生产效率低。设 备中的热压机还在一定范围内采用电加热，耗能巨大； 3 ) 适合纸塑专用小配件主要依赖进口； 4 ) 国内纸浆模型模塑尚未标准化 2 1 。 1 2 2 成型方式与设备 ( 1 ) 成型方式 根据成型设备脱水原理的不同，纸浆模塑制品的成型方式可分为真空成型法、液压成型法和压缩 空气成型法，其中以真空成型法应用较为普遍。 真空成型法是利用真空吸滤技术成型，即在低浓纸浆【浓度1 左右) 成型模内通真空，使模内腔 形成负压，纸浆中的纤维均匀地沉积附在成型模表面的成型网上，而大量的水分在真空抽吸时被带走。 当达到制件要求的厚度时，成型模从浆液中移出进行挤压脱水，直至制件含水率为7 5 - - - 8 0 再用压 缩空气使制件湿坯脱模。此法生产效率高，制品厚薄均匀，适用于制作不太深的薄壁制件，例如包装 蛋类、水果、碟盏、盘盒等的衬垫”1 。 液压成型法是利用液压技术，通过机械挤压产生较高的成型压力。其工作原理是成型模腔内注入定 量纸浆，成型上模在液压作用下向下挤压，使纸浆在成型腔内的网模上成型，水从网模下端排出。制品 经过真空吸附脱模，转入下一道工序。由于成型压力较大，此法适用于生产定量较重，密度较大的浅盘 式制品。 压缩空气成型法是利用气体动力学原理成型的。其工作过程是在可拆卸的金属网状型槽中装满纸浆 ( 浓度为0 7 l5 ) 后，通过阀门注入定量的容器，再向容器内部通入热的压缩空气( 压力为0 4 m e a 。 温度为3 7 7 。c 4 0 0 。c ) ，利用压缩空气在型槽内施加压力而成型。此法适用于外形复杂且紧度要求较 高的中空纸浆模塑制品，如瓶、桶、箱等。 ( 2 ) 成型设备 成型机是纸浆模塑生产线最主要的设备( 其附属设备包括提供成型脱水动力的真空泵和使湿纸模 转移的空气压缩机等) 。国内生产的成型机有很多。从机构运动方式上看，最常见的有回转式和上下移 动式两种。回转式纸浆模塑制品成型机结构如图1 - 1 所示它主要由成型转鼓( 装配有各种成型模具) 、 浆池、真空装置等组成。移送转鼓装有转移模具、动力装置和纸浆槽等。回转式成型机结构复杂。生 产能力大。配套所需的模具数量多，因而适用于生产需求量较大，品种变化不多的通用包装纸模制品( 如 蛋托等) 。此种成型机配套模具的重量不宜过重，否则会使成型机和移送转鼓转动时产生很大的转动惯 量，通常采用工程塑料或有色金属板冲压模具。 i - - u d l l 一暮誊箨- 重i p 曩蠢 憔p 哺潮 i - - l u l ll 一下t i i 忏 ，一下蕃簟葺t - - 葶蠢薯羹q t ，上t 羹置i 再_ - i 1 4 上- f 善确斌蠢蠢靠糟枸哥t 曩一 上下移动式成型机结构如图1 - 2 所示同，主要由上、下模板( 模具) 、糟体机架和控制装置等组成。 成型机槽体内装有一定液位的浆料。成型时下模板及成型模具在气缸的推动下沉入浆料槽内，成型模 具内与真空系统相通，使悬浮在浆料中的纤维吸附在其表面上成型。成型湿坯脱水达到一定干度后上 行与上模板闭合，转移模具内与真空相接，使湿纸模毛坯被转移。最后，上模板及模具在横向气缸的 2 第一章绪论 推动下前行至输送带上方，在压缩空气的作用下将其吹落送入干燥工段。上下移动式成型机结构简单， 配套的模具数量少，可随时通过更换模具生产不同的纸浆模塑制品。特别适用于生产专用工业品包装 制品，是目前国内采用最多的成型机形式。 从脱模与挤压方式上看，目前常见的有普通型纸模成型机、蛋盒专用机、垂直式成型机、贝洛依 特成型机等”1 。 蝶照 卜簟台l _ 乎 , - - i w r d w sl _ 4 一 _ | i 蚋锻和稍_ i 黼 础 1 1 ( w 曩矗赫薯虚誓执 叫t 姐矗鼍膏i 一州 _ _ 唧_ _ 毫黼和墨雌 m - a m a m m l mo - - w 1 l 诤i i - - 1 w w l h 花捌氇蠢 图卜3 所示是最普通的标准纸模制品成型机，能生产出各种各样的食品用托盘如蛋托、草莓托盘等。 成型机长达几十米，有4 5 个干燥箱。各个箱的温度可调节，可用煤气燃烧器加热。它靠真空作用把浆 料从浆槽吸到成型鼓的网面上，脱出的水分通过金属网排出，送到白水槽中。成型后的纸浆模塑制品通 过转移辊上伸出的凸形杆，由真空吸到上挤压部，靠活塞作用加压，挤压后转移辊旋转。由压缩空气把 纸浆模塑制品转移到干燥箱内进行干燥。 蛋托专用大型制造机如图1 4 所示。成型鼓为多面体，各面有数个凹模。纸浆从浆槽中被吸至成型 鼓的凹模上，成型鼓上凹模下的臂伸出，与转移辊上的凸模接触时，湿坯在凸面上靠真空吸住，凹面靠 组合弹簧压着，再转移到干燥箱内。纸模在干燥箱中翻转，因干燥收缩而落下。再移到二号转移辊上， 在辊的凸边上受组合弹簧的作用而落入槽中，被输送带夹持运行。在受热的凹凸模之间一边加热一边加 压。该机设有印刷、堆码、计数和打包( 包装) 机构，是一种成型机与印刷机联合的纸模加工设备。 - 麓瓤嫡鞋翻t 嘻獬 - 压力, b - w w m m w i wl _ 囊w - w u h w 聃避缸s - h w t m m l 穗麓 m 1 4 纛纛式蠢曩 卜魁簟，t l 博u 汗嚣d h _ 懈_ 制_ 童旺 m mi 且蠢瓤t 袖鲥置矗 垂直式成型机如图1 - 5 所示，这种成型机因采用垂直式干燥而得名。其成型滚筒上的金属网从浆槽 中吸附浆料。压力臂( 靠曲柄作用) 臂端凸模将滚筒上的托盘吸住而移动。同时，压力臂旋转1 8 0 0 0 ，将 托盘放在相反的一边，托盘由运输带送到干燥箱内。干燥箱的链上安装有杆，杆上有多个接收器并随着 运输带旋转干燥采用明火燃烧加热。这种成型机适宜安装在厂房不宽的车间内，生产形状单一的制品。 贝洛依特成型机如图1 _ 6 所示。该机的主要特点是采用机内干燥，纸模制品变形很小。贝洛依特成 型机整机占地面积小，价格较低，但需消耗较多的金属模网易玷污，需用高压水喷洗网面。 1 2 3 干燥方式 纸浆模塑制品成型后的干度约为2 0 左右，成品干度要达到9 0 9 5 以上。纸浆模塑缓冲包装制品的干燥 对制品的质量有着重要的影响，要防止干燥后产生过量的收缩变形导致强度削弱。 3 东南大学硕士学位论文 从干燥设备的形式上看，可分为烘道式干燥和模压干燥两大类间。烘道式干燥主要采用热风干燥， 加热源可以是燃煤、燃油或燃气，也有采用远红外线辐射干燥的。采用热风干燥时，热空气一方面作为 热源提供蒸发时所需要的热量。另一方面作为水分载体将不断蒸发的水分及时排走。由于制品在干燥烘 道里处于t l 由状态，易产生较大的扭曲变形和收缩变形。以烘道式干燥方式生产的纸浆模塑制品通常要 经过热压整形，以确保其平整、美观：但总的来说，经该方式生产的制品的外观、紧度以及强度都相对 较差。 采用远红外线辐射干燥方式，由于其辐射的能量能较深地渗透至制品的内部，制品内外干燥较均匀， 因而产生的扭曲变形较小。 模压干燥是依靠高温模具的加热作用使制品在短时间内迅速干燥定型，用于对外形和定量要求较高 的缓冲包装制品，如手机及一些电子产品的包装。 1 2 4 纸浆模塑餐饮具生产线 纸浆模塑餐饮具是我国近年来自主开发的产品，其性能要求与国外的纸餐盒有很大的差别。国外的 纸质餐饮具主要是聚乙烯( p e ) 淋膜纸板餐具，餐具中的纸纤维部分在自然环境中易降解、腐烂，但由于 生产餐具的纸板表面涂履了一层不可降解的聚乙烯膜，尚有占产品总量5 - 1 0 的p e 膜不能降解。因而p e 淋膜纸板餐具还不是一种可完全降解的餐具，而且这种纸板主要以木材为生产原料，成本较高。我国研 制的纸浆模塑餐饮具符合中餐的饮食特点，其生产设备、工艺、配方、卫生和理化指标的要求均很高。 目前纸浆模塑餐饮具的研究进展较快，其生产工艺、设备的某些性能指标已达到世界先进水平。 1 2 4 1 成型方式与设备 纸浆模塑快餐具主要采用真空吸附成型法，根据模具上浆方式的不同可分为注浆式 和吸浆式两大类。 注浆式成型机( 图卜7 ) 是最早开发用于生产纸浆模塑快餐盒的成型设各，工作时先通入一定量的水。 然后灌浆于浆槽中，使浆液与水混合均匀后，抽真空脱水后纤维便均匀地吸附在网模外表面：后经改进 采用浓度较稀的浆液，直接定量喷浆于网模表面”1 ，由于其成型后的湿纸模毛坯转移至热压干燥工位不 能实现自动转移，生产效率低。 吸浆式成型机采用活动网模的方式。将网模快速沉入均匀的浆槽中吸滩一段时间( 时间长短依制件 要求的厚度而定) 。退出后脱水以降低含水量，再由转移模送入干燥工段。 扣幢型节曩奢蠢鞭繁曩 胡聱o 缸 曩1 - i 牲蘩式藤瑟戢 卜重曩 q 嚏下飘h 麓王赫_ 吲嘲嘲i l 稚复式摹謦扈整机 目前已应用于生产的有往复式单板成型机( 图1 8 ) 、回转式多边形成型机( 图1 1 ) 、转动式双模板成 型机( 图1 - 9 ) 等。其中，回转式多边形成型机生产效率最高，但其制造精度要求高、模具数量多、投资 大、较适于生产批量大、深度较浅的纸浆模塑快餐具制品。往复式单板成型机和转动式成型机是目前生 产纸浆模塑快餐具较理想的成型设备，成型质量好，生产效率高、湿产品至烘道或热压干燥易实现自动 转移，设备运行稳定、可靠。而且，生产不同餐具产品只需简单地更换模具即可，使用和操作灵活、方 便。 4 第一章绪论 n 卜嘲量_ 蛾莹雏t 警- - 尊m 嘲睡_ 哼 气旺 霉1 4 鞭潮式飘鬟簟囊赢箍 1 2 4 2 热压干燥 模内热压干燥是目前纸浆模塑餐具生产的主要干燥方式。湿纸模毛坯在精密的上下热压模之间同时 进行连续的压榨和干燥。由于整个压榨、干燥过程都在模具中进行，制品的挺度、光滑度和成品率较高。 与烘道式干操相比，制品更加致密、平滑，其尺寸和形状更加准确。 干燥的加热方式主要有电、蒸汽、油、微波加热以及热超导传热等五种。 电加热是将电热元件埋入加热板内，通电后加热板发出热量，使紧贴其上的定型模受热升温，实现 对模内湿坯烘干定型。电加热具有干净、方便可靠，容易控制等优点。缺点是能耗大，成本高，加热板 加工困难：另外热压定型时将产生大量的水蒸汽，对导线( 特别是接头) 易产生腐蚀，导致漏电：模具升温 慢，热容量低，加热不稳定，生产率低。 蒸汽加热是将饱和( 或过饱和) 蒸汽通入加热板内，使紧贴其上的定型模受热升温，实现对模内湿坯 料烘干定型。蒸汽加热具有产品外观质量好、成品率高等优点。缺点是蒸汽对导管有腐蚀作用，易造成 穿孔，甚至会损坏模具；导热管加热温度较低，一般只能达到2 0 0 左右，有时难以满足工艺要求：蒸汽 加热时。加热管内的冷凝水无法顺利排出，降低模温，热效率低：模具受热不均，影响生产效率和产品 质量。油加热是将导热油通入加热板内，使定型模受热升温，实现对模内湿坯料烘干定型。 油加热具有以下优点：导热油封闭循环使用，热效率高：导热油压力低，对管道承压性能要求低；对 管道腐蚀极小；可以预埋导热管道，使模具受热均匀，而且能合理控制好管道与模具型腔的距离，提高 加热速度与生产率。不足之处是对管路密封性能要求高。 微波加热是指利用超高频交流电压产生微波，湿坯在微波场中受到变化频率极高的电场影响，水分 子由于振动、互相激烈碰撞摩擦产生内部热。微波加热主要优点有：热效率高，干燥速度快，时间短， 加热均匀。调节灵敏，控制方便，具有杀菌消毒性能。 ， 熟超导技术是利用热超导元件中的特殊介质分子的高速振荡摩擦来进行热能传导的。热超导介质所 灌注的载体经密闭后即形成热超导元件，热量在传递过程中几乎没有损耗，热效率较高”。 1 2 4 3 物料转移 物料转移是指坯料、半成品及成品从成型机、定型机到成品接料机构的移送和装卸。就转移方式而 言，主要有上模传送、网模传送，输送带传送以及机械手传送等。 上模传送是指吸浆后下模上行，与上模衙合：上模抽气形成负压，同时上、下模分离，湿坯料转移至 上模，上模带着湿坯料转移至热压定型工位，吹气使半成品落入热压定型下模：热压上模与下模闭合进 行热压。目前新开发的自动纸浆模塑生产线的传送部分大部分采用此种方式，通过带上模的传送小车在 承载导轨粱上的左右移动实现物料与工位的转移。 网模传送主要由人工操作，用于半自动生产线上。工作时带坯料的网模上行，连同餐具半成品一起 送至热压工位进行热压定型，再与定型模分离，最后一同送至落料工位。 机械手传送也是一种较常见的物料转移装置，主要由支架、真空吸头、吸头调节杆、带孔接头、气 管等组成。吸头调节杆为一中空的管子，安装在支架上，可上下移动，其下端有真空吸头相连，带孔接 5 东南大学硕士学位论文 头上有一与其内腔相通的通气孔。机械手可准确收集堆码制品工件，从而减少模具制造量，降低设备的 控制难度和制造成本。 1 2 4 4 附属装置 设备的附属装置有很多，现就目前生产中常用的模具、模网等归纳如下： ( 1 ) 模具 纸浆模塑包装容器大多为薄壳结构，要求制品厚度基本一致，要生产形状复杂的制品，对模具设计 和制造有很高的要求。而且模具材质必须具有抗腐蚀能力，并且在成型时具有良好延伸率。目前，在餐 具的模具制造中主要采用有色金属铸件( 以黄铜铸件晟为常见) 。另外，干燥时制品不可避免地要产生收 缩，因此，在确定模具尺寸时，对制品干燥产生的收缩量要有一定的补偿量，通常定为5 左右有的纸 浆模塑制品的模具结构复杂，生产周期长，成本高。采用l 删( l a m i n a t e do b j e c tm a n u f a c t u r i n g ，分 层实体制造工艺) 的快速成型技术开发纸浆模塑制品模具目前也在进展中。 铸造好的模具要进行机械加工，对于模具表面非规则形状的部位，可采用数控机床进行机械加工， 或经机械粗加工后采用人工研磨。分体结构的成型模加工时应预先将其各部分装配在一起后再进行机械 加工。加工后的成型模在彻底清除表面的毛刺后即可进行包网。为保证网与成型模表面之间贴合紧密， 一般预先将网用拉网模按成型模的表面形状压制成型。加工完成后的转移模表面必须光洁平整，成型模 表面的覆盖网不能有网丝被拉起。否则在成型转移时，极易使湿纸模毛坯的纤维被牵拉，造成成型转移 困难。 ( 2 ) 模网 模网除了要符合产品最终的外形要求，还应具有良好的过滤性、最小的浆料纤维流失、最小的水力 阻力、足够的强度和弹性，寿命长等特点。模网主要有金属网和塑料网，金属网主要有不锈钢网、黄铜 网和镀铬网。网目一般为4 0 - 6 5 目网丝直径在0 1 5 o 2 5 m 。最新开发的模网是采用烧结工艺制成的， 这类模网由球状的玻璃、铜，钢、陶瓷等为原料，经烧结和粘结后制成，其表面具有一定通径的孔道， 透气和滤水性能好。通常分为两层，即成型层和支撑层。模网能起到成型模与网托的双重作用，且由于 球形颗粒细且均匀，表面光滑，纸浆纤维不易进入孔隙，因此不易粘网具有易清洗、修复、可回收等 优点。采用这种模具可生产高平整度以及形状复杂的纸浆模塑制品。 1 2 5 纸浆模塑生产线控制系统 采用自动化技术，研制全自动纸浆模塑制品生产线是提高生产率、降低成本，加快纸浆模塑包装产 业化进程的迫切要求。目前国内纸浆模塑生产线控制系统采用最多的是可编程控制器( p l c ) 与单片机。 河北农业大学霍利民等人将可编程控制器用于回转式成型机的动作时序控制。其主要设备包括p l c 主机，回转盘等。回转盘上均匀分布着8 套模具( 由上模与下模组成) ，按顺时针进行标号，随转盘一同 进行转动。当回转盘转动时。模具上的开关在不同工位处得到相应的传感信号。利用传感信号进行编程， 以控制盘上各套模具的正压、负压和电磁阀。该设备采用两台p l c 主机【分盘上主机和盘下主机) ，盘上 主机随回转盘一起转动，用于处理接收到的信号：盘下主机固定不动，主要对回转盘的运行起控制作用 1 0 1 o 无锡轻工大学的章军等在上下移动式成型机上运用了单片机。其控制系统不仅可对压力进行测量、 控制、显示，而且对每个动作之间的时间间隔进行控制。以达到最佳的生产率与产品质量。对于不同产 品，各种参数各不相同，控制系统中还同时设有手动操作功能，用以试验各参数的最佳值，由键盘输入， 把最佳参数设定到数据存贮芯片中。c p u 采用8 9 c 5 1 单片机，压力传感器采用b p r - 2 型电阻丝式压力传感 器，显示器采用串行方式扩展4 片串入并出的移位寄存器7 4 l s l 6 4 。 迄今为止，我国生产的纸浆模设备能够采用先进的气控技术，p i g 人机界面等技术，能够综合纸浆 模塑工艺的要求采取独特的设计，以满足生产不同类产品需要。在确保成型效果和制品质量的情况下， 既可以大批量生产同一制品，也可以同时生产多种制品；还可以根据产品的规模灵活确定设备的数量； 实现全自动控制。但对扬声器纸盆全自动生产还未实现。 经过十几年的努力，我国纸浆模塑设备水平虽然取得了长足的进步，但仍然存在着许多不足，主 要表现在：1 ) 模具制造手段落后，效率低，成本高，导致了制品加工质量不高；2 ) 我国9 5 的成型机 是往复式，三工位定型，自动化整体水平不高，生产效率低设备中的热压机还在一定范围内采用电 6 第一章绪论 加热，耗能巨大；3 ) 适合纸塑专用小配件主要依赖进e l ；4 ) 国内纸浆模型模塑尚未标准化。 1 ) 生产设备将向高速、高效、多功能、高度自动化的方向发展。制造设备必将向多功能和高速 的方向发展为提高设备的生产率和企业效益，生产率较低的单机势必被生产线所替代，那些低档次 的生产线也将加速升级换代，向高速、高效、低耗、封闭无污染、高度自动化的方向发展。为了适应 产品的多品种，小批量的需求，设备可以设计成模块式的，功能可加可减，在短时间内可转换成新机 型，从而增加了设备的柔性和灵活性。 2 ) 设备的零部件生产将向通用化、系列化、标准化和专业化方向发展。要保证制造设备的高质 量，其零部件的生产必须实现通用化，系列化和标准化。一些发达国家生产的包装机械中，通用件、 标准件占整机零部件的7 0 ，有的高达9 0 ，远远高于我国的水平。机械零部件的生产专业化是提 高产品质量、降低成本的重要手段，也是生产设备发展的必由之路。设备上，很多零部件将由通用的 标准件厂和高度专业化的生产厂家生产。一些控制部件、结构部件与通用设备相同，可以借用。这样 对生产设备的维护、缩短设备的更新周期，提高其可靠性都极为有利。 3 ) 高新技术的广泛应用，使制造设备功能日趋先进，可靠性进一步增强。重视高新技术的应用已 成为提高设备的先进性、可靠性的主要途径。今后在研发制造设备时，应广泛采用c a d 、c a e 、有限 元分析、优化设计、可靠性设计、并行设计、模块化设计等现代设计方法，大力采用c a m ，c n c ， c a p p 等现代制造技术，以提高设备的设计、制造水平。还要大力推广和应用微机控制技术、在线监 测和显示技术，以适应多功能、高度可靠，易操作、低成本的要求，增加设备的灵活性、适应性。 ( 2 ) 扬声器制造工艺 扬声器的音质性能，主要体现在纸盆结构上最初的扬声器纸盆是以黑色照相纸剪贴锥状成形， 工艺简单。民国2 4 年，华光电机厂对纸盆的生产工艺作了改进，用三、五张丝绵纸剪成扇形，开始在 模具内进行热压加工成形，使纸盆的中间和边缘有了厚薄之分。同年，亚美无线电股份有限公司采用 纸浆为原料，通过打碎、稀释、热压成形的加工工艺，使扬声器的质量成倍提高。进入5 0 年代，利闻 无线电机厂制造出3 5 千克打浆机以代替人工打浆，用单头板压机在热压中成型，开始用半机械化的 设备生产，适应扬声器成批生产的需要。 6 0 年代开始，扬声器的工艺和设备，从原来的手工、半机械化向机械化，半自动化过渡。1 9 6 2 年，革新纸盆成型的托水膜结构，达到真空分离，控制了纸浆纤维分布的均匀度，并在打捞过程中用 三聚氢氦树脂施胶方法，提高了纸浆纤维的湿润度。纸盆成形机从四头脚踏倒浆到双头气动半自动 捞浆机从无到有，热压机从单头曲轴回转式四头到半自动，从而提高了纸盆的质量，频响和灵敏度； 并解决了椭圆型产品的中频谷点。掌握纸盆松紧度的控制。 跨入年代后，上海飞乐电声总厂又设计制造出新型的自动纸盆成型机。从日本、美国、意大利 等国引进纸盆自动成型机、纸盆复合5 边半自动成型机等设备，建成一条扬声器装配自动生产线，使 纸盆生产进入到一个新的水平，实现了扬声器装配自动化。 1 3 课题来源及选题依据 本课题来源于苏州上声电子厂。几十年来，国内纸盆生产的两大流程一一捞浆成型和纸盆是扬声 器的发声元件，是最主要的零配件之一。国内纸盆生产厂家为扩大再生产，提高生产效率、产品质量， 提高经济效益。迫切要求对纸盆生产方式进行全面改造，研制整套的扬声器纸盆生产自动线及配套工 艺。 市场与用户的需求信息是形成此项设计的主要推动因素。消费者潜在的需要；用户对现有产 品的反映；产品市场寿命周期产生的阶段要求；竞争对手的技术挑战；技术发展的推动；社 会的需要。 7 东南大学硕士学位论文 1 4 存在的问题及对策 1 4 1 存在的问题 由于我国纸浆模塑行业起步较晚，许多产品尚未规范化、标准化，应根据需要逐步完善。目前纸 浆模塑工业存在着生产成本居高不下、设备设计制造水平较低两方面的主要问题。生产设备的研制开 发、制品的结构设计和模具的加工能力、制品的系列化、标准化等方面的工作进展缓慢，远不能适应 国内外市场发展的需要。另外，纸浆模塑包装工业涉及的基础理论研究十分薄弱，也限制了行业水平 的进一步提高。 纸浆模塑制品生产设备主要由成型和热压、干燥等部分构成。其中，成型的好坏是决定制品质量 的关键，而成型的质量又取决于成型机质量、模具的结构和质量等因素。 目前我国虽已对成型机进行了开发和研究，产品类型己从单一的往复式，半自动式向回转式、全 自动方向发展，但目前仍以半自动生产线为主半自动生产设备自动化程度低，生产效率低，工人劳 动强度大。安全防护性能差，网模由人工转移，机器的各种动作由人工操作控制，坯料成型、热压定 型、切边分别由多个工作程序完成。制品合格率仅为9 5 左右全自动生产线是将各个工序集中在一 台机器上完成，工人劳动强度低，生产效率高，但设计、制造难度较大。在生产应用过程还存在着不 少技术难题，尤其是采用机械浆为原料的设备，普遍存在投资成本商、可靠性差、开机率低、智能调 节性差，从而造成产品生产成本变相增加。 1 4 2 对策 1 、进一步降低成本 纸浆模塑模制品干燥方面，目前我国绝大多数纸浆模塑生产厂家采用电加热干燥方式，其耗能大， 如何降低能耗是降低纸浆模塑制品生产成本的关键。采用导热油加热和有机热载体模内加热技术是今 后的发展方向。 对于一些批量大的制品，要求标准化、系列化和规格化，以降低成本。但为适应一些特殊产品的 需要，又要求模具多样化，因此，增加生产线的柔性程度也可以降低成本。如在生产线上或主机上， 通过更换模具即可生产出多种产品。因此要大力开发与运用c a d 及c a m 技术，研制高质量的模具，提 高模具制造加工水平，以提高成型质量与传热效果等，降低能耗。另外，制定和实施纸浆模塑制品及 设备的标准，加强测试手段，是提高制品和设备质量的技术保证之一，也是促进行业健康有序发展的 重要手段。 2 、提高设备自动化水平 提高设备的自动化水平可以降低操作人员工作强度，提高产品质量，降低能耗。目前应着重解决 自动化生产设备的可靠性、动作时序控制与生产过程控制的结合以及降低控制系统的成本等关键问题。 与生产线可靠性直接相关的首先是系统的总体设计，系统总体设计与设备的运行可靠性与稳定性直接 相关。必须对纸浆模塑生产工艺过程进行详细的分析，尽可能多的设置传感器，对现场出现的问题尽 量由控制系统自行处理。其次是对元器件的选型，应尽可能选用高可靠性与稳定性的器件，但同时还 必须注意降低成本。软件的设计与人机界面也是影响设备运行的可靠性与稳定性的重要一环。软件设 计中的逻辑故障会造成设备停机或运行错误，甚至造成设备重要部件损坏( 如模具，执行部件等) ；同时 在人机交互的情况下。可以及时调整过程参数，针对生产过程中出现的质量波动采用对应的措施。因 此必须对软件进行细致的设计，确保动作结果唯一性，对参数进行合法性检验，防止非法参数进入生 产过程而造成设备运行故障。 与纸浆模塑生产过程直接相关的现场参数有纸浆的浓度、真空系统的真空度，压缩空气的压力、 模具温度等，这些参数互相影响，关系复杂。如纸浆浓度直接影响产品的定量。浓度过低易造成产品 破损，浓度过高则增加产品重量，二者都将造成产品生产成本提高，因此浓度控制就变得非常重要， 人工控制精确度差，响应速度慢，而且由于纸浆模塑制品的生产过程中，设备机台分布比较分散，纸 浆输送管道较长，使得整个系统中浆料的浓度控制比较困难。真空度的高低同样影响纸模餐具的质量， 真空度与真空工作能力、真空用量、缓冲罐大小、管道长度等有关，也不容易直接进行控制。模具温 度也是影响产品质量的主要因素，温度过高时，可能烧焦产品且增加能耗：温度过低，则容易造成废品 8 第一章绪论 并可能产生产品粘模。目前热压控制通常是通过实验和统计分析的方法建立起热压曲线并根据它调 节热压时间。但是生产实际效果并不理想。 由于纸浆模塑包装制品的生产过程比较特殊，有冷，热两道工序，并且两道工序不能合并或相容， 存在物料转移的难题，这是纸浆模塑生产设备动作循环控制的关键。采用低成本的综合控制策略，使 生产设备动作循环控制与过程参数的控制相结合，从而稳定产品质量，这是真正实现纸浆模塑生产自 动化的有效途径。 3 、调研中发现捞浆成型的工作环境较差，拟改成注浆成型。气缸采用日本最大的气动元件制造商 生产的产品。 9 第二章扬声器纸盆生产工艺研究 2 1 扬声器分类 第二章扬声器纸盆生产工艺研究 锥形扬声器是目前应用最广泛的扬声器。锥形扬声器根据锥盆形状的不同通常有圆形扬声器和椭圆 扬声器两种，椭圆形扬声器主要是为了适应电视机和缩小收音机体积的需要而设计制造的，目前在电视 机和汽车音响中使用较多。圆形扬声器的标准尺寸通常用扬声器盆架的最大直径表示，单位用c m 或m 表示，习惯上常用英寸表示，两者之间的关系是1 英寸等于2 5 4 。锥形扬声器根据不同的使用频率 范围可分为全频带扬声器、低频扬声器、