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机械毕业设计论文
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长玻纤增强反应注射成型生产线,机械毕业设计论文
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南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 长玻纤增强反应注射成型 生产线 工艺试验系统设计 指 导 教 师 : 2007 年 4 月 6 日 nts 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 ：本文中概述了反应注射成型（ RIM）的原理、特点、工艺过程和发展，介绍了工业中常用的 聚氨酯反应注射成型（ RIM-PU）的生产线设计方案，并对部分影响 RIM制品质量的因素进行了简单阐述。 关键词 ：反应注射成型、质量因素 一、反应注射成型（ RIM）工艺概述 反应注射成型 (reaction injection molding， RIM)，是直接从低黏度的单体或齐聚物快速大批量制造复杂制件成品的一种工艺技术。这些单体或齐聚物在进入模腔的瞬间碰撞混合，在模腔中通过交联或想分离形成固体聚合物。制件成型的周期极短，通常几分钟，最快的如聚脲 RIM 成型周期不足 1 分钟。它同传统的热塑性树脂注射成型（ TIM）完 全不同， RIM 是在模腔中进行聚合反应，不是借助冷却形成固体聚合物。它同其他反应成型工艺如单体浇注或热固注射成型不同，虽然这些工艺也用聚合反应形成制件形状，但他们是利用热的模壁活化反应，而 RIM 的单体温度和模壁温度相差不多，反应是借助单体之间的相互碰撞而活化。 聚氨酯反应注射成型（ RIM-PU）是工业生产中所广泛使用的一种反应注射成型工艺。它主要是由低黏度、高活性的异氰酸酯、聚醚多元醇等为反应原料。 RIM-PU本身指无增强材料的工艺过程，而 RRIM-PU（ reinforced reaction injection molding）聚氨酯增强反应注射成型是在 RIM-PU的基础上完善发展起来的。它是在 RIM聚氨酯中加入增强剂，不仅保留了 RIM 成型的优点 , 而且可大幅度增加弯曲强度 , 减少热膨胀系数。RRIM-PU所用的增强剂一般有玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维及不锈钢纤维等。用量最大的是玻璃纤维。玻纤 RRIM-PU增强材料是在 RIM-PU基础体系中添加玻璃纤维，以提高改善复合材料的刚性和热稳定性能，同时也可降低制品的成本。 二、工艺过程概述 反应注射成型用两种主液体 , 使用不同的催化剂、发泡剂和改性剂 , 可得到硬质 或软质、密度不同的发泡体制品。反应注射设备一般都包括两组液料的供给系统和液料泵nts 出、混合及注射系统。 目前大多数 RIM材料皆以聚氨酯树脂为基础 , 还常加入填料和其它添加剂。其成型过程通常由成型物料准备、充模造型和固化定型三个阶段组成。首先将异氰酸酯和多元醇两种原料分别放入两只容器内 , 精确控制桶内物料的温度 , 两种原料分别通过各自的加热系统及定量泵进入混合注射器内混合 , 材料混合后发生化学反应 , 然后迅速、完全被注射入模具型腔内 , 待固化后即可启模。反应注射成型工艺流程见下图。 三 、聚氨酯模塑发泡生产线 设计 根据制品特点和生产批量大小 ,相应的生产线配置也有所区别 ,一般按工艺要求分为转台式模塑发泡生产线和椭圆环形式模塑发泡生产线。 3.1 转台式模塑发泡生产线 右图为转台式模塑发泡生产线。从图中 可以看出 ,该生产线主要由回转转台、模架、温控装置及开泡输送部分组成。转台回转速度根据生产节拍自动调节 ,模架根据制品不同 ,有气动式、液压式 ,分别采用气囊和液压锁模。该类生产线由于占地面积小 ,工艺布局简单 ,适合于大批量、同品种制品生产 ,如生产高回弹汽车坐垫、靠垫及头枕、方向盘、仪表盘、保险扛、摩托车坐垫等冷熟化工艺制品。 3. 2 椭圆环形式模塑发泡生产线 下 图为椭圆环形式模塑发泡生产线。椭圆环形式模塑发泡生产线采用椭圆轨道布局 ,模架沿环形轨道连续运行 ,生产线采用电机传动 ,链条牵引模架移动 ,线速度根据生nts 产节拍自动调节 ,采用机器人 (Robat)带动混合头 ,自动识别模具号移动轨迹浇注。该类生产线结构复杂 ,控制先进 ,自动化程度高 ,多用于单硬度和多硬度汽车坐垫的批量生产。生产线根据需要可配置远程监控系统 ,进行生产现场实时监控 ,并将生产线当前运行状态按顺序记录 ,将相关工艺参数 ,如发泡料温度、压力、组分流量、原料用量等保存和输出。 四 、影响产品质量的因素 在 RIM 的生产中，一些 注塑过程工艺参数及 原料的使用情况都会影响 RIM 制品的质量。 4.1 过程工艺参数对 RIM 制品的力学性能的影响 4.1.1 混合温度对聚氨酯弹性体性能的影响 随着反应进一步进行 ,体系粘度 会 进一步增加 ,混合会变得更加困难 ,因此 ,混合前应该为体系提供良好混合的条件。温度会明显地影响体系组分的粘度。两组分的粘度均随着温度的升高而降低。只有在两组分的粘度较为接近时 ,混合效果才会好 ,由此得到的弹性体的性能较佳。但是考虑到如果温度过高 ,两组分反应速度过快 ,同样会影响混合效果 。 4.1.2 两组分质量比对聚氨酯弹性体性能的影响 即使配方相同 ,如果 A、 B 组分的比例不同 ,得到的弹性体的性能也会有所不同。实验证明 ,相互混合的两个组分体积相差不是很大时 ,弹性体的性能最好。 4.1.3 成型压力对聚氨酯弹性体性能的影响 注射压力也是影响弹性体性能的一个重要参数。成型压力增加 ,各项性能均有所增加 ,这是因为压力增加 ,弹性体的致密程度增加。但是增加的幅度不大。在实际应用中 ,一般采取的注射压力为 4. 0 5. 0 MPa 。 4.2 反应原料对 RIM-PU 工艺质量的影响 4.2.1 催化剂 nts RIM-PU 要求快速反应，常采用催化剂来加速体系反应速度。选用催化剂的时候，应注意催化剂对反应混合物在模腔中流动性、脱模时间和制品力学性能的影响。 4.2.2 发泡剂 发泡剂的用量和类型的选择同制品的性能要求相关。发泡剂用量过多，则会由于其扩散，导致 RIM 制件产生大的收缩。使用水作发泡剂时， RIM 使用的传统多元醇活性下降，不易获得皮层密实的整皮泡沫，故多选用低不饱和度的多元醇或锡胺混合催化剂等。 4.2.3 增强材料 RIM 用增强材料的目的是改善制品刚性，提高耐热性能，降低热膨胀系数和降低成本等。可用的 增强材料类型很多。增强材料对 RRIM 材料性能有以下影响。 (1) 密度： RRIM 材料的密度随材料的用量增加而增加。 (2) 硬度： RRIM 材料的邵氏硬度同增强材料的用量无关或变化极少。 (3) 拉伸强度：纤维类增强材料几乎不影响拉伸强度。 (4) 断裂伸长率：纤维状增强材料的加入引起 RRIM 材料断裂伸长率的锐减；片状增强材料引起断裂伸长率下降程度更大，但导致抗冲击性能下降。 (5) 撕裂强度：玻纤材料的加入使 RRIM 材料的抗撕裂性能略有改善。 (6) 弯曲模量：增强材料的加入引起的变化难于简单描述，但总的倾向是增强材料的用量增加 RRIM 的弯曲模量增加。 (7) 冲击强度：增强材料的用量增加 RRIM 材料的抗冲击性能下降。 (8) 线膨胀系数：添加增强材料后 RRIM 材料的线膨胀系数随添加量的增加显著下降。 (9) 收缩率： RRIM-PU 材料脱模后收缩率因添加玻纤增强材料而下降。 此外，模具、 执行情况、环境、操作人员的实际水平都影响制品的质量。尤其是模具直接影响着制品的成品率，模具的精度高，浇口位置、气孔位置工艺参数更是关系重大。 五 、 RIM的应用和发展 5.1 发展史 RIM技术是在制备聚氨酯硬质泡沫塑料工艺的基础上发展起来的。 50年代用低压机使料液回转混合制备聚氨酯弹性体和聚氨酯泡 沫塑料。 1967年 Bayer -Bauydur问世。 1969年首次报导用高压碰撞混合生产聚氨酯泡沫塑料，出现第一台具有自清净和循环混合头nts 的 RIM设备。 1974年美国大量采用 RIM工艺生产大型聚氨酯制件。 1979年用玻璃纤维增强的聚氨酯 RIM生产汽车挡泥板和车体板。 1980年玻璃纤维增强 SRIM问世。 1983年尼龙 RIM开始小量生产。 1984年聚脲 RIM开发成功。 80年代初先后报导了聚双环戊二烯RIM、丙烯酸酯 RIM、环氧 RIM、酚醛 RIM和不饱和聚酯 RIM等的开发工作。 5.2 应用现状 如今，聚氨酯已成 为开发较成熟、应用范围最广泛的体系，约占全部 RIM材料的 90%，其应用领域具有代表性。主要用作汽车内外制件，翼子板（ fascia）约占 72%（ 1989年），其次是内饰件如方向盘、仪表板、臂靠 *约 13%），模塑窗用量约 6%。建材、体育娱乐行业、机电工业也广泛使用聚氨酯 RIM材料。 1989年全世界耗用聚氨酯基 RIM约 131000t，其中美国约站 42.75%，日本约 19.82%，欧洲占 17.6%； 1992年美国用量为 89000t， 1993年为 96000t， 1994年为 105000t。美国聚氨酯 RIM在非运输部门的应用比例已达到 36%以上。聚氨酯 RIM弹性体用量远远多于聚氨酯浇铸弹性体，后者用量 1993年 31000t，约为 RIM弹性体的 32%。 5.3 发展趋势 聚氨酯 RIM 发展迅速，特别是在 80 年代初相继获得三次大的突破，使脱模时间从约 60s 缩短至约 10s，成型周期从约 320s 降至约 45s。虽然如此，今年来聚氨酯 RIM 面临着许多挑战，如改性热塑性聚烯烃、 SMC 等材料的强劲竞争；环境保护提出了越来越严格的要求，迫使聚氨酯 RIM 在进一步改进工业、提高材料性能、降低成本、减少污染 等方面进行了大量的工作，初步取得一些进展。现正扩大应用这些成果并沿着这些方面继续进行工作。 参考文献： 1 反应注射成型法，产业资讯， 2006 2 刘远中等，低密度纤维增强反应注射成型聚氨酯材料，聚氨酯工业， 2002 3 姜志国等， PUU_RRIM制品中玻璃纤维的取向，中国塑料， 2000 4 阎宝瑞，可编程控制器在反应注射成型机中的应用，自动化仪表， 2003 5 吴壮利， RIM聚氨酯加工设备及其在汽车内饰件生产中的应用，聚氨酯工业，2006 6 王士才等，玻璃纤维增强聚氨酯反应注射 成型，现代塑料加工应用， 1997 nts 7 李爱平等，低压灌注设备配比调节方法的改进研究，工程塑料应用， 2005 8 曹长兴等，反应注射成型设备混合系统的类型与性能，塑料科技， 2004 9 胡海青，热固性塑料注射成型（四）反应注射成型（ RIM）与增强反映注射成型（ RRIM），热固性树脂， 2001 10 李俊贤，反应注射成型技术及材料，聚氨酯工业， 1995 11 影响反应注射成型产品质量的因素，面向快速模具的反应注射成型计算机仿真与实验研究 12 赵菲等， RIRIM 机在聚氨酯弹性体加工中的工 艺探索，聚氨酯工业， 2002 13 申长雨等，反应注射成型技术，塑料成型加工讲座， 2002 14 袁伟，高密度结构反应注射成型聚氨酯材料的开发，化学推进剂与高分子材料，2005 15 吴张永，汽车用塑料注塑新技术的进展，现代塑料加工应用， 2002 16 Mapleston P. PUR Processing Goes an Natural with Fibers. Plastics Technology , 1999 17 吴舜英等，泡沫塑料成型，化学工业出版社， 1999 nts 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一、需要研究和解决的问题： 通过查阅文献以及对文献的学习和分析，对即将开展的工作中的主要需要解决的问题进行了汇总。 1、了解反应注射成型的工艺，设计生产工艺试验方案，研究影响制品质量的因素 2、 长玻纤反应注射成型生产线 的 总体设计 方案的拟订，画出生产线总体设计图； 3、 ABB 机器人控制系统研究以及接口设计； 二、拟采用的研究手段（途径）： 针对课题中出现的以上几个问题，将在接下来的 时间里通过以下途径来解决。 1、查阅相关书籍资料，了解关于反应注射成型的基本原理。 (1)了解反应注射成型的工艺过程 反应注射成型的工艺过程包括两个工位的操作：反应注射过程和发泡成型过程。反应注射过程包括：原材料的配制、双组分混合比例的计量、反应物的混合、注射 。 发泡成型过程包括：模架归位、闭模、发泡成型和定型、开模、制品脱模 。 (2)了解影响反应注射成型制品质量的主要因素 影响反应注射成型制品质量和产量的主要因素有三方面：原材料、成型工艺和设备。 原材料对工艺质量的影响因素主要有反应组分、混合比 例、催化剂、发泡剂、增强材料；成型工艺中的主要工艺参数有压力（包括注射压力、贮料筒的背压、模腔压力）、温度（混合温度、模具温度）、注射时间和注射速度；设备为固定条件，故不做考虑。 (3)制品质量衡量标准 参考成熟的工艺分析，并结合实际应用，选定制品的一些主要实用性能作为衡量其工业质量的标准，如：力学性能、表面质量、工业产量等。 (4)工艺试验设计 根据上述对反应注射成型工艺的进一步了解，在仅某一因素改变的情况下进行试验，记录不同因素对反应注射成型制品质量的影响。将记录下的试验数据进行比较分析，并做出最终 的工艺试验报告。 2、 总体生产线系统布局设计 nts 根据实际情况，查阅有关工业物流方面书籍资料，设计总体的生产线系统布局。 (1)系统组成 根据长玻纤增强反应注射成型的需要，系统的基本构成包括以下三个单元： 长玻纤增强反应注射成套设备（包括一套 ABB 机械手及附件；另有一套两年单班的零备件包）（主机单元） 压力机及模具（模架单元） 机械手直线移动轨道及小车部分（小车单元） (2)系统布局 根据实际情况，系统采用直线型排列方式。 小车单元： 负责机械手直线移动的小车及轨道位于中间，压力机分两列布置在轨道的两侧。由沿导 轨移动的小车搭载机械手及注射装置（混合头、玻纤输送、高压换热等）根据各模架单元的服务要求完成长玻纤增强树脂的注射。 主机单元： 长玻纤增强反应注射成套设备（不包括 ABB 机械手机混合头等注射设备）自成一体 ， 可以根据车间的工作空间灵活设置。该成套设备与其他单元的连接仅仅是原料的通道、控制信号线及电源线等。 模架单元：按照实际需要，安排十个工位， 沿导轨长度方向的两侧各设计五个模架工位进行规划，模架单元先按照八个工位建设，剩余的两个工位目前用于小车单元的维护、保养以及玻纤输送装置的调整等。根据工艺需要，每个模架单 元包括两个工位： 反应注射工位和发泡成型工位，此外还包括压力机的布置。 对于三个单元的布局安排，主要根据空间条件进行，对三单元进行控制接口和物料输送设备的连接。最终用 CAD 软件绘出平面布局图。 3、 ABB 机器人的控制 (1)ABB
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