CN106863690A - 用于制造家蚕营茧框的快速成型方法 - Google Patents

用于制造家蚕营茧框的快速成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，包括如下步骤：(a)获取截面信息；(b)模具成型；(c)模具二次固化；(d)配置原料；(e)闭模；(f)冷却开模；(g)粘结卡座；(h)抗压试验；(i)表面处理。本发明可完成蚕框的大批量生产，快速成型，加工效率高，成型质量好，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。

Description

用于制造家蚕营茧框的快速成型方法
技术领域
本发明属于蚕框生产技术领域，尤其涉及用于制造家蚕营茧框的快速成型方法。
背景技术
随着经济的发展，现代蚕业的发展越来越广泛。在养蚕过程中蚕框有着重要的作用，蚕框的大小、形状和质量，直接影响到养蚕的成本与工效，在现有技术中蚕框的制造方法多种多样。
现有的蚕框制造方法存在以下问题：1、手工编织蚕匾，费时费力，生产效率低，不适用于大批量生产；2、方格簇是目前常用的上簇工具，更适合于工厂化、大批量养蚕，但方格簇大多都是纸质的，容易破损，因而存在重复使用性差和消毒杀菌困难的问题，给其正常使用造成了巨大的负面影响。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，可完成蚕框的大批量生产，快速成型，加工效率高，成型质量好，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)获取截面信息：利用计算机辅助设计软件构建蚕框模具的三维实体模型，通过分层软件将三维实体模型分成基板和围板两部分进行分层处理，分别得到两部分各层的截面轮廓，计算机根据两部分各层的截面轮廓计算出两种扫描路径；
(b)模具成型：激光发生器发出的激光束在计算机控制下按照设计的扫描路径在光敏树脂表面进行逐点扫描，每层扫描停留时间为3s～5s，层层叠加，如此反复直至模具成型，得到一个模具实体原型；
(c)模具二次固化：模具实体制造完成后，将模具实体取出，用有机溶剂冲洗掉多余的光敏树脂，卸掉支撑座，将模具放在紫外光的固化箱下进行二次固化，固化时间为1～2h；
(d)配置原料：将颗粒状或粉状塑料原料从注射机的料斗送进加热的料筒中，控制料筒内温度为220～250℃，原料经过加热熔融变成粘流态熔体，并保温20～30分钟；
(e)闭模：将模具放在振动器上，然后开始闭合模具，闭合到还留有10～12mm的空隙时，通过注射机将粘流态熔体通过喷嘴注入到模具的型腔中，并同时开启振动器，注满后完全闭合模具，加热模具，保持模温在120～150℃；
(f)冷却开模：将模具冷却、型腔排气后，再进行开模，将成型物从型腔中剥离下来，得到基板和围板的组合体；
(g)粘结卡座：根据围板内侧的卡槽深度和宽度确定卡座的高度，以及卡座在基板底面的粘结范围，用环形金属框作支撑，环形金属框的内壁涂有润滑油，沿着环形金属框内壁注入塑料原料的粘流态熔体，超出环形金属框的部分擦除干净，然后裹住环形金属框的外露部分，静置1.5～2h，然后拿掉环形金属框即可得到蚕框粗品；
(h)抗压试验：随机抽取5个成品，从1开始标号，将抽取的成品放在抗压试验机上测试抗压力，每次加压时间持续3～5min，当试验压力达到设计抗压力后，保持稳压时间5～8min，检查成品的表面情况，做下相应记录；
(i)表面处理：将抗压试验合格的成品再经打光、电镀、喷漆或着色处理后得到蚕框成品。
进一步，步骤(a)中在切片分层处理前，对照蚕框实体产品，对三维实体模型进行近似处理，并建立STL格式文件，针对产品存在的自由曲面，对三维实体模型进行近似处理，方便后续的数据处理工作，STL格式文件简单、实用，是快速成型领域的标准接口文件。
进一步，步骤(a)中用切片软件沿着三维实体模型高度方向，自上而下每隔0.08～0.1mm切割三维实体模型，合理的平面切割间隔可提高工作效率，缩短成型时间，保证成型精度。
进一步，步骤(b)中在装满液态光敏树脂的储液槽中进行逐点扫描，被扫描区域的光敏树脂产生光聚合反应而固化，形成一个截面，一层固化完毕后，升降工作台下降0.08～0.1mm，在原先固化好的光敏树脂表面覆盖另一层液态光敏树脂，用刮板将光敏树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，层层叠加，如此反复直至模具成型，采用分层制造、逐层叠加的方式，保证模具成型后质量和精度，将复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，缩短了工时，可实现对任意复杂形状模具的加工，适用范围广。
进一步，步骤(b)中在激光发生器的照射路径上放置菲涅尔透镜，激光光束透过菲涅尔透镜过后能垂直并均匀照射到储液槽中，保证液态光敏树脂发生光聚合反应后，从液态转变成固态，不会出现局部凸起或凹陷，保证模具成型质量。
进一步，步骤(e)中在将粘流态熔体注入到模具中之前，先在模具型腔的内表面涂抹一层脱模剂，便于脱模，防止粘流态熔体粘结在模具的型腔中，增加剥离难度。
进一步，步骤(g)中环形金属框包括外框板、内框板和连接块，连接块连接外框板与内框板，外框板与内框板之间形成空腔，连接块均匀分布在空腔中，外框板与内框板的高度相等，连接块的长度小于外框板的高度，环形金属框起到支撑固定作用，结构简单，制作方便，将塑料原料的粘流态熔体注入空腔中，使其按照环形金属框的结构样式形成环形状的卡座，成型快速有效，表面质量好。
进一步，步骤(e)中注射机的注射速率为90cm3s-1，注射压力为150MPa。
进一步，步骤(e)中模具的恒温时间为1.5～2h。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明通过建立模具的三维实体模型，方便验证产品结构的合理性、可装配性和美观性，发现问题可及时修改，降低损失，从制造源头上把控成型质量，从而提高最终成品的质量；将蚕框的成型过程分成两块进行，基板和围板的成型通过模具完成，最后完成卡座的粘结，各个环节都在控制之下，发现问题可及时修改，快速得到优化结果，减少失误和返工，降低成本；模具的成型采用分块、分层的方式进行，提高了模具的精度和成型效果，模具的质量决定了批量化产品的质量；将复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，缩短了工时，可实现对任意复杂形状模具的加工，适用范围广；本发明可完成蚕框的大批量生产，快速成型，加工效率高，成型质量好，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中模具的制造原理图；
图2为本发明中蚕框粗品的结构示意图；
图3为图2中A向的结构示意图；
图4为本发明中环形金属框的结构示意图。
图中：1-储液槽；2-激光发生器；3-升降工作台；4-刮板；5-菲涅尔透镜；6-基板；7-围板；8-卡槽；9-卡座；10-外框板；11-内框板；12-连接块；13-空腔；14-支撑座；15-模具；16-通气槽。
具体实施方式
如图1至图4所示，为本发明用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，包括如下步骤：
(a)获取截面信息：利用计算机辅助设计软件构建蚕框模具的三维实体模型，方便验证产品结构的合理性、可装配性和美观性，发现问题可及时修改，降低损失。对照蚕框实体产品，对三维实体模型进行近似处理，并建立STL格式文件，STL格式文件简单、实用，是快速成型领域的标准接口文件，它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用3个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。针对产品存在的自由曲面，对三维实体模型进行近似处理，方便后续的数据处理工作，通过分层软件将三维实体模型分成基板6和围板7两部分进行分层处理，用切片软件沿着三维实体模型高度方向，自上而下每隔0.08～0.1mm切割三维实体模型，分别得到两部分各层的截面轮廓，计算机根据两部分各层的截面轮廓计算出两种扫描路径，将三维实体模型分成两部分单独处理，可保证基板6和围板7的成型质量，提高成型精度，从而提高模具的精度和成型效果，合理的平面切割间隔可提高工作效率，缩短成型时间，保证成型精度。
(b)模具成型：储液槽1中装满液态光敏树脂，激光发生器2发出的激光束在计算机控制下按照设计的扫描路径在光敏树脂表面进行逐点扫描，每层扫描停留时间为3s～5s，被扫描区域的光敏树脂产生光聚合反应而固化，形成一个截面，一层固化完毕后，升降工作台3下降0.08～0.1mm，在原先固化好的光敏树脂表面覆盖另一层液态光敏树脂，用刮板4将光敏树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，层层叠加，如此反复直至模具15成型，得到一个模具15实体原型，采用分层制造、逐层叠加的方式，保证模具15成型后质量和精度，将复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，缩短了工时，可实现对任意复杂形状模具的加工，适用范围广。在激光发生器2的照射路径上放置菲涅尔透镜5，激光光束透过菲涅尔透镜5过后能垂直并均匀照射到储液槽1中，保证液态光敏树脂发生光聚合反应后，从液态转变成固态，不会出现局部凸起或凹陷，保证模具15成型质量。
(c)模具15二次固化：模具15实体制造完成后，将模具15实体取出，用有机溶剂冲洗掉多余的光敏树脂，多余的光敏树脂可回收利用，提高资源利用率，节省成本。卸掉用于支撑模具15的支撑座14，将模具15放在紫外光的固化箱下进行二次固化，固化时间为1～2h，提高模具15的结构强度。
(d)配置原料：将颗粒状或粉状塑料原料从注射机的料斗送进加热的料筒中，控制料筒内温度为220～250℃，原料经过加热熔融变成粘流态熔体，并保温20～30分钟。
(e)闭模：将模具15放在振动器上，然后开始闭合模具15，闭合到还留有10～12mm的空隙时，在模具15型腔的内表面涂抹一层脱模剂，便于脱模，防止粘流态熔体粘结在模具15的型腔中，增加剥离难度。通过注射机将粘流态熔体通过喷嘴注入到模具15的型腔中，注射机的注射速率为90cm3s-1，注射压力为150MPa，并同时开启振动器，使粘流态熔体填满、振实，注满后完全闭合模具15，加热模具15，保持模温在120～150℃，恒温时间为1.5～2h。如图1为温度对型腔中塑料原料弯曲强度的影响：
温度(℃) 100 110 120 130 140 150 160 170
弯曲强度(MPa) 8.2 10.9 12.7 13.5 14.5 15.8 13.3 11.8
图1温度对模具15弯曲强度的影响
从图1可以看出，在150℃之前，随着温度的升高，型腔中塑料原料的流动性迅速升高，导致整个材料致密，比重大，力学性能变强，但是150℃之后，随着流动性越来越高，力学性能变差。
(f)冷却开模：将模具15冷却、型腔排气后，再进行开模，将成型物从型腔中剥离下来，得到基板6和围板7的组合体。
(g)粘结卡座：根据围板7内侧的卡槽8深度和宽度确定卡座9的高度，以及卡座9在基板6底面的粘结范围，用环形金属框作支撑，环形金属框包括外框板10、内框板11和连接块12，连接块12连接外框板10与内框板11，外框板10与内框板11之间形成空腔13，连接块12均匀分布在空腔13中，外框板10与内框板11的高度相等，连接块12的长度小于外框板10的高度，外框板10的内壁和内框板11的外壁均涂有润滑油，方便脱模，将塑料原料的粘流态熔体注入空腔13中，使其充满空腔13，超出环形金属框的部分擦除干净，然后裹住环形金属框的外露部分，静置1.5～2h，注入的粘流态熔体会按照环形金属框的结构样式形成环形状的卡座9，一端粘结在基板6上，与环形金属框的接触部分不会发生粘结，然后拿掉环形金属框即可得到蚕框粗品，成型快速有效，表面质量好。该蚕框粗品可堆叠使用，安装时，将处于上方的蚕框粗品的卡座9嵌入处于下方蚕框粗品的卡槽8内，实现上下蚕框粗品的组合拼接，方便养蚕管理。围板7上均匀分布有通气槽16，加大了堆叠后处于中间蚕框粗品的内外空气交换面积，减小供氧压力。
(h)抗压试验：随机抽取5个成品，从1开始标号，将抽取的成品放在抗压试验机上测试抗压力，每次加压时间持续3～5min，当试验压力达到设计抗压力后，保持稳压时间5～8min，检查成品的表面情况，做下相应记录，表面情况包括是否出现局部凸起、凹陷和裂缝等，对存在缺陷的进行人工修补，直至通过抗压检验为止，快速有效，经济实用。
(i)表面处理：将抗压试验合格的成品再经打光、电镀、喷漆或着色处理等后处理加工后得到蚕框成品，后处理加工是为了消除成品内部存在的内应力，改善成品的性能和提高尺寸稳定性。
本发明通过建立模具15的三维实体模型，方便验证产品结构的合理性、可装配性和美观性，发现问题可及时修改，降低损失，从制造源头上把控成型质量，从而提高最终成品的质量；将蚕框的成型过程分成两块进行，基板6和围板7的成型通过模具15完成，最后完成卡座9的粘结，各个环节都在控制之下，发现问题可及时修改，快速得到优化结果，减少失误和返工，降低成本；模具15的成型采用分块、分层的方式进行，提高了模具15的精度和成型效果，模具15的质量决定了批量化产品的质量；将复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，缩短了工时，可实现对任意复杂形状模具的加工，适用范围广；本发明可完成蚕框的大批量生产，快速成型，加工效率高，成型质量好，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)获取截面信息：利用计算机辅助设计软件构建蚕框模具的三维实体模型，通过分层软件将三维实体模型分成基板和围板两部分进行分层处理，分别得到两部分各层的截面轮廓，计算机根据两部分各层的截面轮廓计算出两种扫描路径；
(b)模具成型：激光发生器发出的激光束在计算机控制下按照设计的扫描路径在光敏树脂表面进行逐点扫描，每层扫描停留时间为3s～5s，层层叠加，如此反复直至模具成型，得到一个模具实体原型；
(c)模具二次固化：模具实体制造完成后，将模具实体取出，用有机溶剂冲洗掉多余的光敏树脂，卸掉支撑座，将模具放在紫外光的固化箱下进行二次固化，固化时间为1～2h；
(d)配置原料：将颗粒状或粉状塑料原料从注射机的料斗送进加热的料筒中，控制料筒内温度为220～250℃，原料经过加热熔融变成粘流态熔体，并保温20～30分钟；
(e)闭模：将模具放在振动器上，然后开始闭合模具，闭合到还留有10～12mm的空隙时，通过注射机将粘流态熔体通过喷嘴注入到模具的型腔中，并同时开启振动器，注满后完全闭合模具，加热模具，保持模温在120～150℃；
(f)冷却开模：将模具冷却、型腔排气后，再进行开模，将成型物从型腔中剥离下来，得到基板和围板的组合体；
(g)粘结卡座：根据围板内侧的卡槽深度和宽度确定卡座的高度，以及卡座在基板底面的粘结范围，用环形金属框作支撑，环形金属框的内壁涂有润滑油，沿着环形金属框内壁注入塑料原料的粘流态熔体，超出环形金属框的部分擦除干净，然后裹住环形金属框的外露部分，静置1.5～2h，然后拿掉环形金属框即可得到蚕框粗品；
(h)抗压试验：随机抽取5个成品，从1开始标号，将抽取的成品放在抗压试验机上测试抗压力，每次加压时间持续3～5min，当试验压力达到设计抗压力后，保持稳压时间5～8min，检查成品的表面情况，做下相应记录；
(i)表面处理：将抗压试验合格的成品再经打光、电镀、喷漆或着色处理后得到蚕框成品。
2.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(a)中在切片分层处理前，对照蚕框实体产品，对三维实体模型进行近似处理，并建立STL格式文件。
3.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(a)中用切片软件沿着三维实体模型高度方向，自上而下每隔0.08～0.1mm切割三维实体模型。
4.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(b)中在装满液态光敏树脂的储液槽中进行逐点扫描，被扫描区域的光敏树脂产生光聚合反应而固化，形成一个截面，一层固化完毕后，升降工作台下降0.08～0.1mm，在原先固化好的光敏树脂表面覆盖另一层液态光敏树脂，用刮板将光敏树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，层层叠加，如此反复直至模具成型。
5.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(b)中在激光发生器的照射路径上放置菲涅尔透镜。
6.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(e)中在将粘流态熔体注入到模具中之前，先在模具型腔的内表面涂抹一层脱模剂。
7.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(g)中环形金属框包括外框板、内框板和连接块，所述连接块连接所述外框板与所述内框板，所述外框板与所述内框板之间形成空腔，所述连接块均匀分布在所述空腔中，所述外框板与所述内框板的高度相等，所述连接块的长度小于所述外框板的高度。
8.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(e)中注射机的注射速率为90cm3s-1，注射压力为150MPa。
9.根据权利要求1所述的用于制造家蚕营茧框的快速成型方法，其特征在于：步骤(e)中模具的恒温时间为1.5～2h。
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