长玻纤增强反应注射成型生产线设计【任务书+开题报告+毕业论文】
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长玻纤增强反应注射成型生产线
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毕业设计（论文）任务书 学 院（系）： 机械工程学院 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控制系统设计 起 迄 日 期 : 设计 (论文 )地点 : 指 导 教 师 : 专业 负责 人 : 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1、研究、设计一类长玻纤增强反应注射成型生产线的控制并进行一定范围的工程开发 2、通过本课题的研究，锻炼学生的创新设计能力、外文阅读能力、自己查阅资料的能力与独立思 考问题的能力和发现并解决问题的能力。 3、针对该具体课题，希望学生能了解国内当前该领域的现状，在此基础上做出一些成果，使大学学到的知识得到综合应用，为进一步深造或走向工作岗位打下良好的基础。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 长玻纤增强反应注射生产线总体设计； 有轨自动导引小车控制系统与接口设计； 模架分系统的控制及其接口设计； 系统集成和现场试验； 要求独立完成系统设计，现场运行试验，并提供齐全、正确、统一的技术文件和毕业设计说明书。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、 毕业设计论文。要求书写规范、结构严谨、图表清晰，研究内容的表述要言简意赅，得出的结论要证据确凿。 2、 导轨小车的设计图纸和 制系统方案设计。 3、 总体设计图纸。 4、 系统集成， 现场运行试验和调试。 4主要参考文献： 1 张晓明 ,刘雄亚 北京：化学工业出版社 2 毛孟进 产车间自控方案设计及应用 2006， 10（ 2）： 1014. 3 吴壮利 氨酯加工设备及其在汽车内饰件生产中的应用 2006， 21（ 4）： 4548. 4 J， J la1989， 25： 487 5 in 562. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2007 年 3 月 05 日 3 月 17 日 3 月 18 日 4 月 05 日 4 月 06 日 4 月 29 日 4 月 30 日 5 月 13 日 5 月 14 日 6 月 10 日 6 月 11 日 6 月 20 日 6 月 26 日 7 月 6 日 熟悉毕业设计要求。 查阅资料，完成外文资料翻译工作 撰写开题报告及文献综述 生产线总体设计 导轨小车的控制系统方案设计 导引小车的设计图纸，系统集成和现场试验 文档整理、撰写毕业设计说明书 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 学院（系）意见： 院（系）领导： 年 月 日 长玻纤增强反应注射成型生产线控制系统设计 摘要 长玻纤增强泡沫塑料作为一种性能优良的工程塑料，其应用范围和技术水平得到了迅速的发展。本文通过对扬州丽华汽车内饰有限公司实际情况分析，生产线采用直线式布局，对总体进行分单元设计，各单元分别设计控制系统，小车单元选用先进的伺服控制。 关键 词 长玻纤增强反应注射成型 控制系统 人机界面 1 绪论 聚氨酯反应注射成型是由低粘度、高活性的异氰酸酯、聚醚多元醇及扩链剂等，经高压碰撞混合，通过化学、物理等变化反应、成型同步完成的新兴聚合物加工成型技术，它具 有成型温度低、成型压力小、能耗小、设计弹性大、制品性能优越等特点，因此得到了迅速的发展和应用 1， 2。随着高性能反应注射成型技术的不断成熟，在反应成型基础上发展起来的长玻纤增强反应注射成型技术已成为反应注射成型领域中比较引人注目的研究开发热点 3。但是，我国的长玻纤增强反应注射成型技术起步比较晚，并且受到国内外市场需求的影响而发展缓慢，国内许多工业场合的反应注射成型仍然由人工借助简单的机械装置来完成，自动化程度低，生产效率低下，且一些作业环境对身体也会造成一定的伤害 4。通过对我国长玻纤增强反应注射成 型现状的分析，发现对长玻纤增强反应生产线具有重要的意义。 2 总体设计方案的制定 本课题以扬子丽华汽车内饰汽车内饰有限公司的长玻纤增强反应注射成型生产线设计为依托。本设计在查阅国内外有关资料的基础上，对生产线的空间整体布局做出规划。制定了三种方案：转台式模塑发泡生产线、椭圆环形式模塑发泡生产线、直线式生产线。转台式模塑发生产线的工位呈圆形分布，只适合于大批量、同品种制品生产 5， 6,而扬子丽华汽车内饰公司生产的产品是多样性的，模具要可以根据生产的要求灵活调整，同时由于扬子丽华汽车内饰公司的模架尺寸较大且 大小不一，如果按圆形分布，对于直径方向的尺寸要求很大，而公司车间空间有限；生产线呈椭圆形分布，可以满足车间布局的布局需要，但该类生产线结构复杂 ,控制先进 ,自动化程度高 , 无疑增加了公司的成本，对于公司的生产运行不是一个经济可行的方法；生产线呈直线形分布，移动小车每边各放置了五个工位，可以很大节约空间，且模架部分均为公司原有液压机改造而来，节约了成本，移动台车采用简单的直线式移动，避免了复杂传动结构的设计。因此直线性的生产线可以很好的满足公司的需要。经过分析，本设计最终选择生产效率高且经济可行的直线式生产线， 直线式生产线布局图见图 图 直线式生产线布局方案 3 直线式生产线设计 根据所选择的生产线布局方案，对生产线进行详细设计，由于生产线总体结构复杂，每个部分也有不同功用，因此本设计对生产线总体设计采用进行分单元进行设计方法。主要分为：长玻纤增强反应注射成型设备（主机单元）、模具及压力机（模架单元）、直线移动轨道及小车部分（小车单元）三个部分。 主机单元主要由原料罐系统、计量系统、混合头系统、机器人及玻纤储存与输送等部分组成。该单元由扬子汽车内饰公司从德国克劳斯玛菲公司成套引进，该部分的设 备自成一体，其中反应注射用混合头系统安装在机器人的末端，由其为反应注射成型提供所需的空间位姿；机器人及混合头系统、玻纤储存与输送装置等一起安装在小车单元的移动平台上，完成对模架单元各工位的注射服务。 小车单元由运动轨道、移动小车、驱动装置等构成，此外，其上还将直接安装有克劳斯玛菲提供的组分管道、坦克链及托架、 纤储存及输送装置、高压换热装置等设施，驱动装置采用德国 以减少传动环节误差。动力传递采用齿轮齿条，可以保证传动精度。 模架单元主要由压力机及控制 系统、模架输送装置及控制系统、成型模具、模具的温度控制等组成。与一般发泡生产线不同的是，本设计将物料注射工位从反应成型工位分离出来，主要是出于从安装在机械手上的混合头浇注空间的需求和自动化操作两方面的考虑。对于模架的控制系统，本设计采用压力机和模具输送装置两部分分别设计控制系统。压力机采用原有控制系统，输送装置采用简单的按钮起停控制。 4 直线式生产线控制系统设计 本设计的控制系统由构成系统的三个独立单元分别设计控制系统。 图 系统控制结构 小车单元控制系统作为主机单元与模架单元之间的桥梁，上起着系统控制的功能：接收模架单元的浇注服务请求、反馈浇注结束信息、控制小车单元自主运行；根据模架单元的服务请求向主机单元发送模架单元服务申请信息、小车单元到位信息、接受主机单元反馈的浇注服务状态信息等。 主机单元接收小车单元传达来的模架单元服务信息，控制反应注射成套设备完成对指定单元的浇注服务，并向小车单元反馈浇注服务状态信息。 模架单元通过浇注服务申请按钮向小车单元发送服务请求信息，等待浇注服务；在接收到小车单元反馈的浇注结束信息后，控制压 力机完成模具闭合、锁模、保压、开模等一系列动作。 5 控制方案的制定 根据控制系统的要求共设计了两种方案，通过比较选用控制精度更高的伺服控制系统（如图 不仅仅是因为技术先进，更因为交流伺服控制系统故障率低，操作简单，控制定位精度高等优点极大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的最大化创造了有力的条件。 P L 德国 S E W 摆线 针 轮减 速 机直 联 变频 电 机齿 轮齿 条人 机 界 面主 机 单 元模架单元小 车单 元直 线移 动发 送 模 架信 号到 位 信 号驱 动图 控制系统方案 6 小车单元控制系统设计 型 根据控制系统功能实现的要求，确定输入共有 33个数 字量，输出共有 16 个数字量。本设计选择西门子 编程控制器 , 4点输入 /16点输出，共有40 个数字量 I/O。由于 要增加 入输出混合模块，此外为了扩大 设计选择接入 实现与主机单元机器手之间的通信 7。 内存地址的分配 将输入输出与 地址一一相对应，为后面 7， 8。 地址分配与 图 线图 定系统的运行方式 将系统组成三个部分结合起来，确定整个系统运行方式，系统运行方式如图 图 系统运行方式 编制用户程序 分成十三个网络，包括一些接口程序的编制，网络之间相互关联，最终实现系统的控制功能。 a) 统启动。其中包含了运行指示和声光报警。 图 系统启动梯形 图 b) 伺服控制器编程零点。 系统启动后，按下回零点按钮， 1”，当检测到定位 0点位置时，输出定零点信号给伺服控制器，将当前位置值定为伺服控制器的位移移动计算的起点。 图 定伺服控制器编程零点梯形图 c) 统停止指示。 初始状态下，使能 动状态标志 行 指示 1”，停止指示灯亮。停止指示与运行指示互锁。一旦系统运行后，运行指示 “ 1”，常闭触点断开， 出 0”，停止指示灯灭。 急停状态下，停止指示灯亮。 图 系统停止指示梯形图 d) 停指示。 系统启动后，小车运行时，使能 状态位“ 1”，小车急停按钮或主机急停按钮被按下，急停指示灯亮，同时 车停止运行。 图 急停指示梯形图 e) 障指示。 系统启动后，主机发生故障且小车故障没有复位时， 态位为“ 1”，系统故障指示灯亮。在故障复位后，故障复位的长闭触点断开， 0”，故障指示灯灭。 图 故障指示梯形图 f) 障复位。 系统启动后，按下故障复位按钮 统复位。 图 故障复位梯形图 g) 位浇注申请状态的编程。 形图见图 工位浇注信号主要取决于 设计采用了 浇注服务申请时刻不同时，先申请者先服务的原则，如服务申请时刻相同时，按工位号小者优先服务规则。本程序使用 中 图 工位浇注申请梯形图 h) 配给伺服控制器各个工位信号。 反应注射成型的生产线共有十个工位，如果每个工位即有一个输出给伺服控制一个位置信号，大大增加了 数字量，也增加了与伺服控制器连接的复杂性。设计选择对输出数字量排列组合的方法，以较少的输出 对应于模架十个工位的选择输出。具体如下： 1) 工位 1浇注 “ 1” ，输出 1”，表示小车运行到工位 1位置； 2) 工位 2浇注 “ 1” , 输出 1”，表示小车运行到工位 2位置； 3) 工位 3浇注 “ 1” ，输出 1”，表示小车运行到工位 3位置； 4) 工位 4浇注 “ 1” ，输出 1”，表示小车运行到工位 4位置； 5) 工位 5浇注 “ 1” ，输出 1”，表示小车运行到工位 5位置； 6) 工位 6浇注 “ 1” ，输出 1”， 表示电机运行到工位 6位置； 7) 工位 7浇注 “ 1” ，输出 1”，表示电机运行到工位 7位置； 8) 工位 8浇注 “ 1” ，输出 1”，表示电机运行到工位 8位置； 9) 工位 9浇注 “ 1” ，输出 1”，表示电机运行到工位 9位置； 10) 工位 10 浇注 1” ，输出 “ 1”，表示小车运行到工位 10位置； 图 配伺服控制器工位信号梯形图 i) 小车定位梯形图编程 本设计采用伺服控制器的到位信号与实际工位位置信号相比较的方法。只有当伺服控制器的信号与到位 信号所指定位置相同时，伺服控制器才发信号给电机刹车，小车准备停在工位位置信号指定的位置。 网络分为三大部分： 1) 每个工位位置传感器检测到的信号利用传送指令传送到目标操作数 图 传送工位检测信号梯形图 2) 伺服控制器控制的小车到位信号传送到目标操作数 图 传送伺服控制器到位信号梯形图 3) 位信号的确定。 将小车应该准确停车位置 当前伺服控制的小车到位信号 比较，当过上微分操作指令发出一个 个扫描周期的脉冲。表示小车到位状态的 1”，对于工位申请的网络断开，表示小车浇注申请的 0”，网络断开，使能 0”。伺服控制器控制电机刹车，小车准确停车。 图 到位信号确定梯形图 j) 主机单元接口。 当系统启动后，使能 “ 1”，小车准确停车后，到位指示 “ 1”，发出小车停车到位状态 主机单元，同时将模架单元的浇注申请信号传送给主机单元。 图 与主机单元接口梯形图 k) 模架单元的接口。 当系统启动后，如果主机浇注完成后，输出浇注结束信号 模架单元。 图 与模架单元接口梯形图 人机界面设计 人机界面是现代化控制系统不可工具，实现人与机器之间的信息交互，本设计选择7， 8， 9。 7 结论 本设计以相关项目为基础， 对长玻纤增强反应注射成型生产线进行了系统的论述。对于小车的控制系统设计完成了小车各种功能的实现，开发了完整的小车控制系统，在现场运行得到了良好的实际效果，达到了预期的目标。同时提高了企业的生产效率，并节约生产空间和生产成本。 本文主要完成了以下几方面的工作： 1) 长玻纤增强反应注射成型生产线总体设计及车间总体布局； 2) 根据小车控制系统的功能，选择合适的 3) 根据小车运行的流程图，分块编制小车的 4) 实现小车与模架和主机单元的信息交互。 参 考 文 献 1 申长雨 ,陈静波 ,刘春太 ,李菁 注射成型技术 J1999,27(10)： 272 陈长青 ,郦华兴 J1994,9(2)： 343 梁书恩 ,田春蓉 ,王建华 ,周秋明 J 业 ,2006,21(6)： 104 曹长兴 ,李睃 J2004,(2)： 425 毛孟进 J2006,1(2)： 396 天津电仪职大 M 电子工业出版社 , 1995. 7 张进秋 M 机械工业出版社 , 2004. 8 周万珍 ,高鸿斌 M 电子工业出版社 , 2004. 9 易泓可 M 机械工业出版社 , 2005. 步 骤 1 ： 1 ） L F I 主 机 启 动 ， 等 待 浇 注 命 令 ， 2 ） 小 车 启 动 ， 3 ) 模 架 自 检步 骤 2 ： 三 单 元 准 备 就 绪 ， 小 车 启 动 ， 系 统 进 入 浇 注 等 待 状 态步 骤 3 ： 模 架 操 作 工 按 下 浇 注 工 位 就绪 信 号步 骤 4 ： 小 车 运 输 机 械 手 至 相 应 工 位 ， 向 主 机单 元 发 送 工 位 信 号 ， 浇 注 命 令步 骤 5 ： 主 机 根 据 模 架 号 确 定 浇 注 活 动 ， 浇注 结 束 后 发 送 浇 注 结 束 信 号 给 小 车 单 元步 骤 6 ： 小 车 发 送 浇 注 结 束 信 号 给 相 应 模架 。 模 架 完 成 退 模 、 合 模 动 作小 车 设 置 的 开 关 是 否 停 止转 向 步 骤 3 重 复 运 行结 束 、 待 机是否系 统 运 行 方 式 ：长玻纤增强反应注射成型 技术及应用 摘要 ： 本文介绍了反应成型 和长玻纤增强反应成型 原理和 工艺， 讨论了长玻纤增强反应成型材料的增强和破坏机理 ， 论述 了长玻纤增强反应成型特点及 其 一些应用 。 关键词 ： 反应注射成型（ 长玻纤增强反应注射成型（ 长玻纤 一、引言 反应注射成型工艺 (从 70 年代发展起来的一项新型高分子加工技术，反应注射成型具有工艺简单、设备能耗低、生产周期短、劳动强度低、易于实现自动化连续生产等诸多特点 ,适合结构复杂、薄壁、大型制品的成型等优点 ,目前在汽车、仪表、机电产品、建筑 、制鞋、印刷、印染等行业等领域应用十分广泛 ,使用的树脂有聚氨酯、环氧树脂、聚酯甲基丙烯酸系共聚物、有机硅等。 增强反应注射成型（ 氨酯，是在 氨酯基础上完善发展起来的，它是在 氨酯中加入增强剂，使之在保持 艺的基本优点基础上，又赋予 多的优异性能。 品具有模量高、耐热性能好、线膨胀系数小等特点， 因而特别适合替代钢材做汽车车体和各种结构部件。 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，而用量最大的为玻璃纤维。 玻纤 在 础体系中添加玻璃纤维，以提高和改善复合材料的刚性和热稳定性能，同时亦可以降低制品成本，因此，自 80 年代以来，玻纤 国目前 5%以上。而我国的 玻纤 步较晚，也相对较落后，因此对 玻纤 究具有重要的现实意义和应用价值。 二、 反应 注射 成型原理和工艺 所谓“ 反应注射成型 是一种成型热固性树脂的特殊注射成型方法。它是由低粘度高活性的原料 ,经过高压碰撞 混合 ,在模腔中发生聚合反应 ,直接固化成型为塑件的特殊注射成型方法。因为热固性树脂液态单体的聚合、聚合物的造型、定型是在一个流程中完成的 ,所以也称为“一步法”注射技术。 应注射成型（ 艺 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出、混合及注射系统。 料的固化时间一般少于 1 常是 20 s,与大多数塑料加工过程不同 ,周期时间同制品壁厚相对无关。 目前大多数 料 皆以聚氨酯树脂为基础 ,聚氨酯反应注射的两种主浆料是多元醇和二异氰酸酯 ,每种原料浆中除树脂外 ,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图 1。 图 1 反应注射成型工艺流程图 三、 长玻纤 增强反应注射成型法 （ 长玻璃纤维增 强聚氨酯反应注射成型工艺 (在聚氨酯反应注射成型工艺基础上开发的一种新型增强 产技术。该技术是在高压浇注机混合头附近将长玻璃纤维切割成长度为 长纤维， 料注入模腔之前，在混料腔内与直接添入的切碎纤维浸润、混合，经化学反应固化成型，制得玻璃纤维增强 P U 制品。 （一） 、 玻纤增强和破坏的机理 当聚氨酯材料与长玻纤通过 合成纤维增强聚氨酯泡沫塑料后，材料的模量与其强度都得到了提高，这是什么原因呢？这可以从纤维增强和破坏的机理的过程来理解。 在拉 伸应力作用下 ,基体的薄弱部位首先产生裂纹 ,当裂纹遇到纤维时 ,可能出现终止、偏转、纤维脱粘拉出、纤维带树脂外壳拉出、纤维断裂等几种情形。当玻璃纤维长度小于临界纤维长度时 ,在拉伸载荷作用下 ,泡沫内的裂纹扩展 ,裂纹遇到玻璃纤维时发生终止或转向 ,最终玻璃纤维被拔出、树脂被拉断破坏 ,此时增强效果较差。而当玻璃纤维长度大于临界纤维长度时 ,玻璃纤维被拉断 ,起到的增强效果较好。 在压缩应力作用下 , 增强反应成型塑料的破坏主要是由树脂支柱的弯曲、扭转变形引起的。在纤维增强泡沫塑料体系中 ,纤维贯穿于若干个泡孔 ,使其周围一定范围 内的泡孔以其为核心联成一个较大的柱体 ,承受压缩应力时纤维的存在减少了树脂细杆及薄膜的弯曲扭转变形 ,相应提高了其破坏应力及压缩模量。 （二） 、 与传统的 反应成型 工艺比较的特点为 ： A 、 料与长纤维在混合头处开始混合，一直到进入模具。 在进入模具之前就二者就已混合良好，使纤维的分布非常的均匀，可以大大提高原料的充模性能，同时可以显著提高材料的机械性能。 材料机械性能的提高为减少原料的用量提供可能，尤其是一些大型薄壁制件，在引入 艺后可以大大减少材料的用量， 同时降低了制件本身的重量。 B、 由于纤维 长短和浇注数量的可调节性，工件不同部分的纤维含量和长度可以根据负载（使用要求）的不同来调整， 从而达到最佳的性能成本比（性能重量比）。 C、 完全省略预成型工艺，相应的工艺成本可以百分之百地去除，（预成型或编织的纤维和普通长纤维的价格相差很多），从而大大降低生产成本。 D、 艺加工的材料强度高， 重量轻， 在汽车行业的应用前景非常好。现在， 各大原料公司都在对其进行研究， 包括 有相当数量的设备被他们应用在实验室中做研究开发。预计在不久的将来， 该工艺可获得大规模的应用。（目前德国宝马汽车公司、江森内饰件公司等已经将该工艺应用于大批量生产）。 E、 天然纤维也可以替代玻璃纤维应用于这种设备中， 从而进一步降低成本。拓展应用领域。 F、 在大型部件的制造方面， 艺的优势尤为明显：密度（强度）可以根据需要调整，可以省略大型予成型或编织件的搬运装模、以及在模具内的均匀排布， 可大大提高生产效率并节省 了 原料。 三 、 长玻纤增强反应注射成型技术的 一些应用 近年来，国 内 外对 注射反应成型 又作了较大改进，采用 长玻纤增强 材料预置于模具中强化制品的物理性能，使其刚性 和强度甚至赶上钢材，但质量却只有钢材的 55。 一种很有发展前途的聚氨酯制品，该类聚氨酯制品在汽车上可以制作方向盘、保险杠、车身壁板、发动机罩、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板 门内板、仪表台、保险杠、皮卡车的货柜挡板、顶棚，以及其他增强结构件 等多种部件。 下面我们举例介绍在汽车方面的三个应用。 1、 方向盘 方向盘是汽车安全件之一，为保证驾驶员的行车安全，要求方向盘在发生碰撞时能吸收大部分冲击能量，满足这一要求的最佳材料就是聚氨酯 注射反应成型 泡沫塑料。汽车方向盘一般采用 艺一次成型制 成，其外表是一层坚韧致密的聚氨酯皮层、内部是具有高回弹性的聚氨酯泡沫，从内芯到表皮密度逐渐增大，中间预置钢骨架，从而保证了方向盘既有牢固的强度，又有较好的弹性；现在基于轻量化考虑，出现了一种采用玻璃纤维增强尼龙 替钢骨架的趋势。在制作聚氨酯方向盘工艺过程中，调整原料配比和模具温度，特别是使模具温度与化学发泡反应达到精确平衡，是制得优良成品质量的关键。 2、 保险杠 保险杠是汽车部件中最早采用塑料制作的大型部件，当前中低档轿车普遍采用改性聚丙烯，高档轿车则采用聚氨酯制造。聚氨酯保险杠是通过 艺在模具中注入聚氨酯反应物制作而成，内部一般嵌有钢质加强筋。近年来，开始出现采用微孔聚氨酯弹性体制作新型悬架结构保险杠。由于微孔弹性体硬度低、压缩率高，通过变形能够吸收 80的冲击能量，其余的冲击能量可转移到底架上，这种保险杠具有质轻、安全、平稳、消音的功效。 3、 车身壁板 聚氨酯车身壁板通常采用 艺制造，通过 长 玻璃纤维的增强作用，使聚氨酯制品的弹性模量大大提高，在高、低温条件下均有很好的抗冲击性。 采用 造的车身壁板，进一步提高了制品的综合性能，具有优异的耐热性和尺寸稳定性。聚氨酯车 身壁板与钢板车身相比，质量轻、耐腐蚀、汽车在低速碰撞时 更 不易变形 。 四、 结束语 随着玻璃纤维制品制造技术的发展和 纤维增强泡沫塑料 作为一种性能优良的工程塑料品种在合成枕木、汽车制造、管道建设等诸多领域将会大量投入使用 ,市场需求不断增长 ,潜力巨大 ,并出现了生物聚醚型和新型纤维、天然纤维增强聚氨酯泡沫塑料等新的发展动向。 发和制造企业与机构提供发展良机。 参考文献 1、 张晓明 ,刘雄亚 编著 .纤维增强热塑性复合材料及其应用 . 化学工业出版社 月第 1版 2、 毛孟进 宁波化工 、 2期 3、 张惠敏 ,姜法治 橡胶技术与装备 6卷 第 1期 4、 李光耀 ,姜胜远 .汽车与配件 2 5、 冯小军 模具制造 期 6、 曹长兴，李睃 .塑料科技 期 7、 申长雨 ,陈静波 ,刘春太 , 李菁 . 工程塑料应用 7卷，第 10期 8、 胡海青 题讲座 . 热固性树脂 . 2001年 7月 第 16卷第 4期 9、 梁书恩 ,田春蓉 , 王建华 , 周秋明 聚氨酯工业 . 2006年第 21卷第 6期 10、 杜俊超，孙海欧，于文杰 料制备研究 . 化学推进剂与高分子材料 卷第 1期 11、 陈长青 , 郦华兴 . 湖北工学院学报 9卷第 2期 12、 吴壮利 .聚氨酯工业 1卷第 4期 13、 刘益军 译 现代加工技术 期 15、 王士才 ,李宝霞 现代塑料加工应用 0月第 9卷第 5期 15、 丁祥勇 客车技术与研究 5卷第 1期 16、 卢子兴 ,田常津 ,王仁 实验力学 , 1995年 10月 17、 李国忠 ,于衍真 高分子材料科学于工程 1997年 8月 计 输入输出接口及通道分配 输入 1， 小车各个工位的选择按钮 ， 启动、停止、两点输入 3， 为防止小车在运行过程中碰到物或者人设一红外感应器， 1输入 4， 为使小车准确停靠，在每个工位设传感器，小车前进和后退进入工位的顺序不一样，每个工位设前进后退两个传感器，为了保证停靠准确，在小车上设前进传感器，后退传感器，和位置传感器，这样可以感知停靠偏左还是偏右，停靠准确时三个感应器均接通，共10*2+3=23输入 5，每个工位设呼叫按钮（即接收模架单元的浇注申请） ， 自动运行选择和手动选择按钮 7， 浇注服务的状态信息一输入 共 50个输入 输出 1， 小车的前进和后退两点输出，表现为电机的正反转 2， 输出到位状态信息、浇注信息 给机械手 3， 输出浇注结束信号给模架 4， 小车手动，自动运行指示灯两点输出 3，小车的加速、减速、匀速三点输出 4，各个工位的指示灯十点输出 5， 小车前进，后退指示灯两点 6， 非正常 状态报警输出 共 20个输出 根据输入输出点数选择西门子 列 30点输入输出型，加两个扩展模块，最大 I/0 分几大块 1， 小车自动与手动选择控制 2， 小车到达工位指示灯控制 3， 每个工位呼叫指示控制 4， 小车启动和运行方向选择控制 5， 小车的速度变换控制 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控制 系统设 计 指 导 教 师 : 2007 年 4 月 2 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔 工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 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 ：本文介绍了反应成型和长玻纤增强反应成型原理和工艺，讨论了长玻纤增强反应成型材料的增强和破坏机理，论述了长玻纤增强反应成型特点及其主要应用领域。 关键词 ：反应注射成型（ 长玻纤增强反应注射成型（ 长玻纤 一、引言 反应注射成型工艺 (从 70 年代发展起来的一项新型高分子加工技术，反应注射成型具有工艺简单、设备能耗低、生产周期短、劳动强度低、易于实现自 动化连续生产等诸多特点 ,适合结构复杂、薄壁、大型制品的成型等优点 ,目前在汽车、仪表、机电产品、建筑、制鞋、印刷、印染等行业等领域应用十分广泛 ,使用的树脂有聚氨酯、环氧树脂、聚酯甲基丙烯酸系共聚物、有机硅等。 增强反应注射成型（ 氨酯，是在 氨酯基础上完善发展起来的，它是在 氨酯中加入增强剂，使之在保持 艺的基本优点基础上，又赋予多的优异性能。 品具有模量高、耐热性能好、线膨胀系数小等特点，因而特别适合替代钢材做汽车车体和各种结构部件。 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，而用量最大的为玻璃纤维。 玻纤 在 础体系中添加玻璃纤维，以提高和改善复合材料的刚性和热稳定性能，同时亦可以降低制品成本，因此，自 80 年代以来，玻纤 国目前 量已占 55%以上。而我国的玻纤 步较晚，也相对较落后，因此对玻纤 究具有重要的现实意义和应用价值。 二、反应注射成型原理和工艺 所谓“反应注射成型 是一种成型热固性树脂的 特殊注射成型方法。它是由低粘度高活性的原料 ,经过高压碰撞混合 ,在模腔中发生聚合反应 ,直接固化成型为塑件的特殊注射成型方法。因为热固性树脂液态单体的聚合、聚合物的造型、定型是在一个流程中完成的 ,所以也称为“一步法”注射技术。 应注射成型（ 艺 反应注射成型（ 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出、混合及注射系统。 料的固化时间一般少于 1 常是 20 s,与大多数塑料加工过程不同 ,周期时间同制品壁厚相对无关。 目前大多数 料皆以聚氨酯树脂为基础 ,聚氨酯反应注射的两种主浆料是多元醇和二异氰酸酯 ,每种原料浆中除树脂外 ,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 图 1。 图1 反应注射成型工艺流程图 三、长玻纤增强反应注射成型法（ 长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型工艺 (在聚氨酯反应注射成型工艺基础上开发的一种新型增强 产技术。该技术是在高压浇注机混合头附近将长玻璃纤维切割成长度为 长纤维， 料注入模腔之前，在混料腔内与直接添入的切碎纤维浸润、混合，经化学反应固化成型，制得玻璃纤维增强 P U 制品。 （一）、 玻纤增强和破坏的机理 当聚氨酯材料与长玻纤通过 合成纤维增强聚氨酯泡沫塑料后 ，材料的模量与其强度都得到了提高，这是什么原因呢？这可以从纤维增强和破坏的机理的过程来 理解。 在拉伸应力作用下 ,基体的薄弱部位首先产生裂纹 ,当裂纹遇到纤维时 ,可能出现终止、偏转、纤维脱粘拉出、纤维带树脂外壳拉出、纤维断裂等几种情形。当玻璃纤维长度小于临界纤维长度时 ,在拉伸载荷作用下 ,泡沫内的裂纹扩展 ,裂纹遇到玻璃纤维时发生终止或转向 ,最终玻璃纤维被拔出、树脂被拉断破坏 ,此时增强效果较差。而当玻璃纤维长度大于临界纤维长度时 ,玻璃纤维被拉断 ,起到的增强效果较好。 在压缩应力作用下 , 增强反应成型塑料的破坏主要是 由树脂支柱的弯曲、扭转变形引起的。在纤维增强泡沫塑料体系中 ,纤维贯穿于若干个泡孔 ,使其周围一定范围内的泡孔以其为核心联成一个较大的柱体 ,承受压缩应力时纤维的存在减少了树脂细杆及薄膜的弯曲扭转变形 ,相应提高了其破坏应力及压缩模量。 （二）、与传统的反应成型工艺比较的特点为 ： A 、 料与长纤维在混合头处开始混合，一直到进入模具。 在进入模具之前就二者就已混合良好，使纤维的分布非常的均匀，可以大大提高原料的充模性能，同时可以显著提高材料的机械性能。 材料机械性能的提高为减少原料的用量提供可能，尤其是一些大 型薄壁制件，在引入 艺后可以大大减少材料的用量， 同时降低了制件本身的重量。 B、 由于纤维长短和浇注数量的可调节性，工件不同部分的纤维含量和长度可以根据负载（使用要求）的不同来调整， 从而达到最佳的性能成本比（性能重量比）。 C、 完全省略预成型工艺，相应的工艺成本可以百分之百地去除，（预成型或编织的纤维和普通长纤维的价格相差很多），从而大大降低生产成本。 D、 艺加工的材料强度高， 重量轻， 在汽车行业的应用前景非常好。现在， 各大原料公司都在对其进行研究， 包括 公司， 有相当数量的设备被他们应用在实验室中做研究开发。预计在不久的将来， 该工艺可获得大规模的应用。（目前德国宝马汽车公司、江森内饰件公司等已经将该工艺应用于大批量生产）。 E、 天然纤维也可以替代玻璃纤维应用于这种设备中， 从而进一步降低成本。拓展应用领域。 F、 在大型部件的制造方面， 艺的优势尤为明显：密度（强度）可以根据需要调整，可以省略大型予成型或编织件的搬运装模、以及在模具内的均匀排布， 可大大提高生产效率并节省了原料。 三、应用领域 近年来，国 内 外对 注射反应成型 又作了较大改 进，采用 长玻纤增强 材料预置于模具中强化制品的物理性能，使其刚性和强度甚至赶上钢材，但质量却只有钢材的 55。一种很有发展前途的聚氨酯制品，该类聚氨酯制品在汽车上可以制作方向盘、保险杠、车身壁板、发动机罩、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板 门内板、仪表台、保险杠、皮卡车的货柜挡板、顶棚，以及其他增强结构件 等多种部件。 下面我们举例介绍在汽车方面的三个应用。 1、 方向盘 方向盘是汽车安全件之一，为保证驾驶员的行车安全，要求方向盘在发生碰撞时能吸收大部分冲击能量，满足这一要求的最佳材料就是聚氨 酯 注射反应成型 泡沫塑料。汽车方向盘一般采用 艺一次成型制成，其外表是一层坚韧致密的聚氨酯皮层、内部是具有高回弹性的聚氨酯泡沫，从内芯到表皮密度逐渐增大，中间预置钢骨架，从而保证了方向盘既有牢固的强度，又有较好的弹性；现在基于轻量化考虑，出现了一种采用玻璃纤维增强尼龙 替钢骨架的趋势。在制作聚氨酯方向盘工艺过程中，调整原料配比和模具温度，特别是使模具温度与化学发泡反应达到精确平衡，是制得优良成品质量的关键。 2、 保险杠 保险杠是汽车部件中最早采用塑料制作的大型部件，当前中低档轿车普遍采用改性聚 丙烯，高档轿车则采用聚氨酯制造。聚氨酯保险杠是通过 艺在模具中注入聚氨酯反应物制作而成，内部一般嵌有钢质加强筋。近年来，开始出现采用微孔聚氨酯弹性体制作新型悬架结构保险杠。由于微孔弹性体硬度低、压缩率高，通过变形能够吸收 80的冲击能量，其余的冲击能量可转移到底架上，这种保险杠具有质轻、安全、平稳、消音的功效。 3、 车身壁板 聚氨酯车身壁板通常采用 艺制造，通过 长 玻璃纤维的增强作用，使聚氨酯制品的弹性模量大大提高，在高、低温条件下均有很好的抗冲击性。 采用 造的车身壁板，进一 步提高了制品的综合性能，具有优异的耐热性和尺寸稳定性。聚氨酯车身壁板与钢板车身相比，质量轻、耐腐蚀、汽车在低速碰撞时 更 不易变形 。 四、 结束语 随着玻璃纤维制品制造技术的发展和 纤维增强泡沫塑料作为一种性能优良的工程塑料品种在合成枕木、汽车制造、管道建设等诸多领域将会大量投入使用 ,市场需求不断增长 ,潜力巨大 ,并出现了生物聚醚型和新型纤维、天然纤维增强聚氨酯泡沫塑料等新的发展动向。 发和制造企业与机构提供发展良机。 参考文献 1、张晓 明 ,刘雄亚 编著 .纤维增强热塑性复合材料及其应用 . 化学工业出版社 月第 1版 2、毛孟进 波化工 、 2期 3、张惠敏 ,姜法治 橡胶技术与装备 6卷 第 1期 4、李光耀 ,姜胜远 .汽车与配件 2 5、冯小军 模具制造 期 6、 曹长兴，李睃 .塑料科技 期 7、申长雨 ,陈静波 ,刘春太 , 李菁 . 工程塑料应用 7卷，第 10期 8、胡海青 热固性树脂 . 2001年 7月 第 16卷第4期 9、梁书恩 ,田春蓉 , 王建华 , 周秋明 聚氨酯工业 . 2006年第 21卷第 6期 10、杜俊超，孙海欧，于文杰 料制备研究 . 化学推进剂与高分子材 料 卷第 1期 11、陈长青 , 郦华兴 . 湖北工学院学报 月 第 9卷第 2期 12、 iJ 1999， 45(10)： 6 13、刘益军 译 现代加工技术 期 15、王士才 ,李宝霞 现代塑料加工应用 0月第 9卷第 5期 15、丁祥勇 客车技术与研究 5卷第 1期 16、卢子兴 ,田常津 ,王仁 实验力学 , 1995年 10月 17、李国忠 ,于衍真 高分子材料科学于工程 1997年 8月 18、 J， J la1989， 25： 487 19、吴壮利 .聚氨酯工业 1卷第 4期 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、 本毕业设计课题应达到的目的与预期目标 某企业在引进国外的长玻纤增强反应注射成型成套关键设备的基础上，加上公司自行制造的物料输送、压力机及模具等配套设备，组成长玻纤增强反应成型汽车内饰产品的生产系统。本课题以此为背景，我们在完成生产线整体设计的基础上，对导轨小车 和模架的控制系统与接口进行详细的设计。 对本毕业设计课题成果的要求如下： 1) 开题报告、文献综述、资料翻译 2) 生产线总体方案 3) 有轨自动导引小车控制系统与接口设计 4) 系统集成 要求独立完成系统设计，相应软硬件调试、现场运行试验，并提供齐全、正确、统一的技术文件和毕业设计说明书。 二、研究手段 （一）、分析国内外有关技术资料 毕业设计的前期工作是要分析国内外有关技术资料，为系统设计寻找依据。 （ 二）、了解市场需求，确定产品功能指标 该公司引进德国克劳斯玛菲公司（ 16/40 型 玻纤增强 反应注射成套关键设备（包括一套 械手及附件），加上公司在国内采购、制造的物料输送、压力机及模具等配套设备，组成长玻纤增强反应注射成型汽车内饰产品的生产系统，提高公司的制造工艺水平。为赢得国内汽车内饰产品市场打下坚实的基础。 1、系统的基本组成 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： 16/40 型 玻纤增强反应注射成套设备（包括 一套 械手 及 附件 ； 另有一套两年单班的零备件包 ）（简称主机单元） 压力机及模具（简称模架单元） 机械手直线移动轨道及小车部分（简称小车单元） 2、总体设计系统的基本需求包括： A生产能力 为满足公司目前主要产品的配套生产，系统至少包含 8 个工位； 模具的最大外形尺寸 长宽高 2600 1170（ B功能要求 系统既可自动运行，也可在人工控制下单步运行； 更换产品时，系统只需要更换产品成型用模具、改变产品配方、更改机械手喷涂方案（预先设定）即可满足生产需要； 操作简单、调整维护方便。 C可靠性要求 平均无故障时间大于 200 小时（不包括在线排出的小故障）； 2、所设计的小车单元的基本要求 小车单元是整个系统的物料自动化输送部分， 其主要功能包括： 根据模架单元的服务需求，按照先申请先服务的原则将主机单元的机器人运送到指定部位； 作为主机单元与模架单元之间的桥梁，负责有关作业信息的传输； 与主机单元、框架单元的通信控制。 （三） 、进行系统和功能分解，拟定多个总体方案 。 根据内饰件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还有我们对于本课题所采用的直线式生产线。 1、转台式模塑发泡生产线 图 1 转台式模塑发泡生产线。 从图 1 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、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。 2、 椭圆环形式模塑发泡生产线 1 高压发泡机 ; 2 机器人 ; 3 传动装置 ; 4 模架 ; 5 开模取件工位 ; 6 电控系统图 图 2 椭圆环形式模塑发
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