CN110565445A - 带有液压式导轨举模装置的纸浆模塑成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有液压式导轨举模装置的纸浆模塑成型设备，包括快拆式滚轮臂，工作台导轨和油路控制系统。本发明实现了纸浆模塑产品成型设备的快速换模，使用的模具能够准确控温，温度偏差控制在+/‑2℃以内，降低能耗，升温时间控制在10min以内，从而提高生产效率和机器使用率。

Description

带有液压式导轨举模装置的纸浆模塑成型设备

技术领域

本发明涉及纸浆模塑技术领域，具体涉及一种带有液压式导轨举模装置的纸浆模塑成型设备及其操作方法。

背景技术

随着市场竞争的日益加剧，工业制品更新换代越来越快，共存品种越来越多，生产中多品种、中小批量、混流准时制生产的情况将成为主流，因此，模具更换的间隔时间将越来越短，也就是说模具更换的频次将越来越高，相应配套机台停机时间将大大增加，严重影响生产效率和机器使用率，使交货周期延长。在自动化生产中如果不能有效地解决快速换模换线问题，那其它环节自动化程度再高也难以充分提高设备的使用率、提高生产效率，而这一问题已有完美解决方案，即：采用快速换模系统(SMED)，Single Minute Exchange ofDie，50年代起源于日本，由Shigeo Shingo在丰田企业发展起来，Single的意思是小于10分钟(Minutes)。最初使用在汽车制造厂，以达到快速切换(Exchange of Dies),它帮助丰田企业产品切换时间由4小时缩短为3分钟。顾名思义，其目的旨在缩短作业转换的时间，而其关键点又在于划定内部作业转换和外部作业转换，并将内部作业转换尽可能地变为外部作业转换，然后尽可能地缩短内、外部作业转换时间。

在纸浆模塑领域，为了实现工厂自动化，同样需要快速换模。目前成型机结构主要有往复式和翻转式两种，就翻转式成型机而言(本专利所涉及的技术应用是基于翻转式结构作展开分析)，目前由第一代原型机(工作台尺寸960*550)，经过不断改进，发展到目前的第四代机(工作台面尺寸1260*960)，其机台也由原先的结构简单粗放，功能单一往结构合理，多功能方向过渡，但离全自动化生产还有相当一段距离，如：模具的上模下模过程需人工作业，模具移动需要人工搬运，辅助设备也局限于手动升降设备，期间的所产生时间、人工耗费已成为生产运营成本的一部分。本发明旨在提供一种液压导轨式举模装置，从而在现有纸浆模塑产品的成型设备的基础上加以结构改进，以实现快速换模的功能。

此外，目前传统纸塑热压成型工位的传递热源的主要方式有两种：一为高温导热油通过工作台油路传导热量到模具，二为通过分布工作台侧的12或24根电阻丝加热棒来加热模具。上述传统加热方式，温度来源于机台侧，均是先通过导热元件加热然后再传递到纸浆模塑成型机模具上，在热量交换时存在几个方面的显著缺陷：1、热量传导过程中的损失严重，耗能大，能源浪费直接造成工厂成本增加；2、能量交换过程中偏差值较大，加热不均匀(经过验证偏差高达10摄氏度以上)，从而可能造成产品因温度不同受热程度不同，收缩率不同，产品起皱、断裂、变形较多，成品率较低；3、模具升温时间长，甚至无法达到工艺温度，导致严重影响生产效率和机器使用率。

综上，从传统制造方式向基于时间要求的精益方式转变为本专利的目的之一，实现柔性生产，少量在制品库存，更短的换型时间以便对客户需求变化的快速反应为最终目的。

发明内容

针对现有上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于现有纸浆模塑产品的成型设备的改造和优化，实现纸浆模塑产品成型设备的快速换模，使用的模具能够准确控温，温度偏差控制在+/-2摄氏度以内，降低能耗，升温时间控制在10min以内，从而提高生产效率和机器使用率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，包括快拆式滚轮臂，工作台导轨装置和油路控制系统。

其中，所述快拆式滚轮臂设置在工作台一侧，通过轮臂固定块与工作台上的液压导轨相连。所述快拆式滚轮臂内附滑动滚柱。

所述轮臂固定块用于固定和快速拆卸轮臂，轮臂是通过杠杆原理挂在轮臂固定块上(靠自身重力，轮臂上的圆柱销卡紧固定块的凹槽)，取下时只要往反方向(向上)施力，就可轻松取下。

所述工作台导轨装置包括设置在工作台底座上的导轨槽，液压导轨置于导轨槽中，导轨槽内的每幅液压导轨设有液压油缸。

根据目前成型机工作台实际尺寸和模具实际尺寸在工作台上设计四条导轨槽，以赋予模具滑动时能整体均匀受力。导轨槽内的每幅导轨含液压油缸多个，油缸设于液压导轨下方，油缸与油缸之间根据受力分布设计间距，故液压油在设定的油压下注入导轨时，提供举模力，同时滑轨最大上浮设计距离为3mm，充分保障模具的滑动空间；油缸压力卸除时，导轨下降至工作台平面之下。进一步，导轨槽内的油缸上安装弹簧，弹簧对下降的导轨起到缓冲作用。

所述油路控制系统由油路，液压电磁阀，液压传感器，控制模块，操作屏等组成。油路控制系统通过液压电磁阀来控制液压﹑流量和方向；再通过液压传感器将液压油压力转化成信号传送至成型机控制屏。

具体操作步骤如下：

a.上模作业：在控制模块发出输油指令后，油泵启动，液压电磁阀执行压力及流量控制，并将液压油输入导轨下的油缸，油缸施压导轨上浮。此时模具从快拆式滚轮臂上的模具位置A向工作台上的模具位置B滑动，移动到位后，液压电磁阀执行压力及流量控制，将液压油以一定的流速输出油缸，直至油缸压力完全卸除，即模具缓慢下降直至贴合工作台，随后在锁模器的作用下完全锁紧模具，完成模具上模工作；

b.下模作业：松开锁模器，当控制模块检测到模具锁紧力处于松弛状态时，发出输油指令，油泵启动，液压电磁阀执行压力及流量控制，并将液压油输入导轨下的油缸，油缸施压导轨上浮。此时模具从工作台上的模具位置B向快拆式滚轮臂上的模具位置A移动，完成模具下模动作。

成型设备通过控制模块操作，指示油泵输送油压到导轨装置完成机构上升运动；控制模块同时反馈信息通过连接至成型机的操作屏来显示。

油压系统最佳合理工作温度为65摄氏度以内，如果长时间超温会造成装置失效或寿命严重缩短。因此工作台需设计隔热板，隔热板设置在工作台底座与模具之间，液压导轨之上，以确保温度能控制在80度摄氏度以下。

控制模块，在此装置中控制模块除了反馈信号，同时还兼有错误信号纠正功能，在作业人员误操作装置的情况下能及时干涉系统错误运行，如在模具锁紧状态下，启动导轨上举功能(该功能配合液压锁模装置同步运行)。

配合人工辅助操作，同时配套液压锁模装置，本装置成型模具单次上下模时间可控制在15分钟以内。

在导轨举模，锁模动作全部完成后，模具已固定在机台上，开始启动温控箱，控制模具中的模具加热圈开始加热，直至设定温度。

上述模具包括模具加热圈和温控装置，所述模具加热圈为环绕模穴和/或模芯周围开槽将模具加热圈置于槽内。

所述温控装置，与模具加热圈连接，安装于机台一侧，起温度设定和监控的功能。成型机通过温控元件来控制工作台的加热温度，模具加热圈通过线组连接集成到成机台内侧。

所述模具加热圈基本结构为加热管，具体结构为已有技术，例如：金属管中放入电热元件，用引出棒导出，在空隙部分紧密填充有良好耐热性、导热性和绝缘性的结晶氧化镁粉，并在尾部添加用于固定安装的螺纹套筒及密封瓷头。

进一步地，所述模具加热圈置于槽内，上半部分加一U型铜压条贴合模具表面起导热密封作用。

更进一步，模芯通过镶嵌方式装入模板或非镶嵌的整体模芯模板，发热圈在模板上模芯周围开槽，置入发热电阻丝，然后使用热绝缘材料填充(如环氧树脂)。

工作原理：通过温控箱设定加热温度，电流通过模具加热圈中发热管电阻使其温度升高至设定温度同时传导到模芯周边，在热电偶的检测下当温度超过设定值上限时即切断电源，或温度低于设定值下限时间重新恢复电源。发热圈为在模板上模芯周围开槽，置入发热电阻丝后使用热绝缘材料填充，可以使热量向模芯传导，而不会向模具表面传导，避免热量流失。

模具发热圈回路设计需遵从热平衡要求，模具模穴/模芯周圈温度偏差控制在+/-2摄氏度。不同模具模穴/模芯排布所需的回路设计也不同，故需做热平衡分析。尽可能保障模芯温度均匀，精准可以达到+/-0.5摄氏度。

热压工站上下模板设计总功率为84kw,此时最省时省电，本装置依照最大功率值所设计的线圈，可确保模具从室温上升至工作温度(130摄氏度)所需的时间控制在10min以内，发热管和电阻丝尺寸的设计需依照最大功率值来计算考量。

上述模具通过以下步骤进行设计：

(1)环绕模穴和/或模芯周围开槽将模具加热圈置于槽内；所述模具加热圈置于槽内，上半部分加一U型铜压条贴合模具表面起导热密封作用；

更进一步，模芯通过整体或镶嵌的方式装入模板，然后使用热绝缘材料填充(如环氧树脂)；

(2)在模具上设置多个热电偶，测量模具温度；

(3)设置温控箱，与模具加热圈和热电偶连接，进行温度设定和监控。

在步骤(1)之前还包括热平衡分析步骤，根据热平衡要求进行模具发热圈回路设计。如图2所示，两条模具加热圈相邻的位置需要根据热平衡分析设计回路，避免模芯有的部位吸收热量大，而有的部位吸收热量小导致模芯温度不均匀。

通过温控箱设定加热温度，电流通过发热管电阻使其温度升高至设定温度同时传导到模具周边，在热电偶的检测下当温度超过设定值上限时即切断电源，或温度低于设定值下限时间重新恢复电源。尽可能保障模芯温度均匀，周圈温度偏差控制在+/-2摄氏度以内，精准可以达到+/-0.5摄氏度以内。

本发明还要求保护一种纸浆模塑成型设备，包括成型机、上述液压式导轨举模装置和模具，所述模具包括上述模具加热圈和温控装置，成型机连接温控箱和上述模具加热圈，通过PLC来控制操作实时显示在成型机操作屏上；还通过控制模块操作，指示油泵输送油压到导轨装置完成机构上升运动；控制模块同时反馈信息通过连接至成型机的操作屏来显示。

本发明的技术方案的有益效果

采用本发明设计的带有液压式导轨举模装置的纸浆模塑成型设备具有如下优势：

1、快速换模：配合人工辅助操作，同时配套液压锁模装置，本装置成型模具单次上下模时间可控制在15分钟以内。

2、准确控温：模具发热圈回路设计需遵从热平衡要求，周圈温度偏差控制在+/-2摄氏度以内，模芯温度均匀，精准可以达到+/-0.5摄氏度。置入发热电阻丝后使用热绝缘材料填充，可以使热量向模芯传导，而不会向模具表面传导，避免热量流失；温控实时准确，保证纸浆模塑整形模具表面温度一致，从而保证了纸浆模塑产品尺寸稳定性，减少产品变形等，从而提高纸浆模塑产品成品率，同时还降低了电耗。

3、降低电耗，传统工作台加热方式设计功率108kw(上下工作台24根发热管)，加热至目标温度时间30min，本发明加热装置设计功率84kw,加热至目标温度时间10min以内,本设计高效节能节电300％以上，并提高生产效率和机器使用率。

本专利纸浆模塑产品的成型设备液压导轨式举模装置与模具恒温线圈加热装置配合组成符合模塑行业行之有效的SMED系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明液压式导轨举模装置结构示意图；

图2为本发明的模具加热圈结构示意图；

图3(1)为本发明加热圈结构示意图；

图3(2)为加热管结构示意图；

图4为本发明液压式导轨结构侧视图；

图5为本发明模具运动示意图；

图6为本发明液压式导轨工作原理示意图；

图7为本发明成型设备结构示意图。

附图标记说明:

1-模具，2-模具加热圈，3-热电偶，4-接口，5-模芯，6-U型铜压条，7-电阻丝，8-不锈钢壳体，10-热电偶接线，11-温控箱，12-操作屏，13-成型机，14-接线装置，15-紧固件，16-不锈钢壳体，17-绝缘氯化镁，18-加热管电阻丝，19-非发热区，20-发热区，21-线组1,2；22-线组3,4,5,6；101-液压油入口；102-模具固定位置；103-隔热板；200-工作台；201-快拆式滚轮臂；202-轮臂固定块；203-液压油缸；204-液压导轨；205-工作台底座；206-工作台锁模器；207-滑轨内滚柱；208-导轨上浮/下降；209-液压油输入/输出；210-油缸施压/去压；211-弹簧受力压缩；300-导轨装置；301-油路；302-传感器；303-液压阀；304-控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

图1所示为纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，包括快拆式滚轮臂201，工作台液压导轨204和油路控制系统。

其中，快拆式滚轮臂201设置在工作台200一侧，通过轮臂固定块202与工作台上的液压导轨204相连，内附一排滑动滚柱207，模具通过与工作台上的锁模器206来快速锁定和拆卸，本装置配合现有的模具尺寸(600*960)，设计590mm长为实际纵向工作距离。

工作台导轨装置包括设置在工作台底座205上的导轨槽，液压导轨204置于导轨槽中，导轨槽内的每幅液压导轨设有液压油缸203。根据目前成型机工作台实际尺寸(1260*960)和模具实际尺寸(600*960)工作台设计四边导轨槽，以赋予模具滑动时能整体均匀受力。导轨槽内的每幅导轨204含液压油缸7个(单个油缸理论承重为490kgf)，油缸203设于液压导轨204下方，油缸203与油缸203受力分布间距设计190mm，故液压油在设定的油压下注入导轨204时，可提供理论值为13,720kgf的举模力，同时滑轨最大上浮设计距离为3mm，充分保障模具的滑动空间；油缸压力卸除时，导轨204下降至工作台平面之下。导轨槽内的油缸203上安装弹簧211，弹簧对下降的导轨204起到缓冲作用。

油路控制系统由油路301，液压电磁阀303，液压传感器302，控制模块304，操作屏12等组成。系统通过电磁阀元件303来控制液压﹑流量和方向；再通过液压传感器302将液体压力转化成标准的信号传送至成型机控制屏12。

a.上模作业：参考图5，图6，在控制模块304发出输油指令后，油泵启动，液压电磁阀303执行压力及流量控制，并将液压油输入209导轨下的油缸203，油缸施压210导轨上浮208。此时模具从快拆式滚轮臂201上的模具位置A向工作台上的模具位置B滑动，移动到位后，液压电磁阀303执行压力及流量控制，将液压油输出209油缸，油缸压力卸除210，模具在导轨弹簧的支撑下缓慢下降直至贴合工作台，弹簧受力压缩211起缓冲作用，然后通过锁模器206来锁紧模具，完成模具上模工作。

b.下模作业：松开锁模器206，当控制模块检测到模具锁紧力处于松弛状态时，发出输油指令，油泵启动，液压电磁阀执行压力及流量控制，并将液压油输入209导轨下的油缸，油缸施压导轨上浮208。此时模具从工作台上的模具位置B向快拆式滚轮臂上的模具位置A移动，完成模具下模动作。

成型机13通过控制模块304操作，指示油泵输送油压到导轨装置300完成机构上升运动；控制模块同时反馈信息通过(连接至成型机)操作屏12来显示(图7)。

油压系统最佳合理工作温度为65摄氏度以内，如果长时间超温会造成装置失效或寿命严重缩短。因此工作台需设计隔热板103，隔热板103设置在工作台底座205与模具1之间，液压导轨204之上，以确保温度能控制在80度摄氏度以下。

控制模块304，在此装置中控制模块除了反馈信号，同时还兼有错误信号纠正功能，在作业人员误操作装置的情况下能及时干涉系统错误运行，如在模具锁紧状态下，启动导轨上举功能(该功能配合液压锁模装置同步运行)。

配合人工辅助操作，同时配套液压锁模装置，本装置成型模具单次上下模时间可控制在15分钟以内。

在导轨举模，锁模动作全部完成后，模具1已固定在工作台200上，开始启动温控箱11，控制模具1中的模具加热圈2开始加热，直至设定温度。

图2所示的纸浆模塑产品的模具1，设置恒温线圈加热装置，包括模具加热圈2和温控装置，模具加热圈2安装于模具正反两侧，环绕模穴5周围开槽将模具加热圈2置于槽内，模具加热圈2通过模具两侧的接口与电源连接，热压下模上设置多个热电偶3测量模芯5周围的温度。模具正反两侧的模具加热圈2的回路可以相同，也可以不同。本实施例中模具正反两侧的回路根据模芯的结构不同。模具加热圈2置于槽内，上半部分加一U型铜压条6贴合模具表面(如图3所示)。模芯5通过整体或镶嵌的方式装入热压下模的模板，发热圈2为在模板上模芯5周围开槽，发热电阻丝7装入不锈钢壳体8中置入模芯5周围的开槽，上半部分加一U型铜压条6贴合模具表面，然后使用热绝缘材料填充。不同模具模穴/模芯5排布所需的回路设计也不同，故在开槽前需做热平衡分析。模具发热圈2回路设计遵从热平衡要求，模具模穴/模芯5周圈温度偏差控制在+/-2摄氏度以内。

温控箱11与模具加热圈2连接，安装于机台一侧，起温度设定和监控的功能。成型机13通过温控元件来控制工作台的加热温度，加热圈2通过线组1,2 21和线组3,4,5,6 22连接集成到成机台内侧的温控箱11，热电偶3分别通过热电偶接线10连接集成到温控箱11，操作屏12与温控箱11连接。

图7为本发明的纸浆模塑成型设备，包括成型机13、上述液压式导轨举模装置和模具1，模具1包括模具加热圈2和温控装置，成型机13连接温控箱11和上述模具加热圈2，通过PLC来控制操作实时显示在成型机操作屏12上；还通过控制模块304操作，指示油泵输送油压到导轨装置完成机构上升运动；控制模块304同时反馈信息通过连接至成型机的操作屏12来显示。

工作时，纸浆模塑成型机13热压工站上下模板设计总功率为84kw，此时最省时省电，可确保模具从室温上升至所需的时间控制在10min左右，通过温控箱11设定加热温度(本实施例设定工作温度为130摄氏度)，电流通过模具加热圈2中发热管电阻7使其温度升高至设定温度同时传导到模芯5周边，在热电偶3的检测下当温度超过设定值上限时即切断电源，或温度低于设定值下限时间重新恢复电源。本发明保障模芯温度均匀，周圈温度偏差控制在+/-2摄氏度以内，精准可以达到+/-0.5摄氏度以内。本发明温控实时准确，保证纸浆模塑整形模具表面温度一致，从而保证了纸浆模塑产品尺寸稳定性，减少产品变形等，从而提高纸浆模塑产品成品率，同时还降低了电耗，高效节能节电300％以上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，包括快拆式滚轮臂，工作台导轨装置和油路控制系统，其特征在于，所述快拆式滚轮臂设置在工作台一侧，通过轮臂固定块与工作台上的液压导轨相连；所述工作台导轨装置包括设置在工作台底座上的导轨槽，液压导轨置于导轨槽中。

2.根据权利要求1所述的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，其特征在于，导轨槽内的每幅液压导轨底部内置液压油缸。

3.根据权利要求1或2所述的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，其特征在于，所述油路控制系统包括油路，液压电磁阀，液压传感器，控制模块和操作屏。

4.根据权利要求3所述的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，其特征在于，所述工作台上设有由液压驱动的可滑动的液压导轨和锁模器。

5.根据权利要求2所述的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，其特征在于，液压油注入油缸，油缸提供举模力向上顶起导轨，充分保障模具的滑动空间。

6.根据权利要求2所述的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置，其特征在于，导轨槽内的油缸上安装有弹簧，弹簧对下降的导轨起到缓冲作用。

7.权利要求1-6任一项的纸浆模塑成型设备的液压式导轨举模装置的操作方法，其特征在于，操作步骤如下：

a.上模作业：在控制模块发出输油指令后，油泵启动，液压电磁阀执行压力及流量控制，并将液压油输入导轨下的油缸，油缸施压导轨上浮；此时模具从快拆式滚轮臂上的模具位置A向工作台上的模具位置B滑动，移动到位后，液压电磁阀执行压力及流量控制，将液压油以一定的流速输出油缸，直至油缸压力完全卸除，即模具缓慢下降直至贴合工作台，随后在锁模器的作用下完全锁紧模具，完成模具上模工作；

b.下模作业：松开锁模器，当控制模块检测到模具锁紧力处于松弛状态时，发出输油指令，油泵启动，液压电磁阀执行压力及流量控制，并将液压油注入导轨下的油缸，油缸施压导轨上浮；此时模具从工作台上的模具位置B向快拆式滚轮臂上的模具位置A移动，完成模具下模动作。

8.一种纸浆模塑成型设备，包括成型机、权利要求1-6任一项所述的液压式导轨举模装置和模具，其特征在于，所述模具包括模具加热圈和温控装置，成型机连接温控装置和所述模具加热圈，通过PLC来控制操作实时显示在成型机操作屏上；通过控制模块操作，指示油泵输送油压到导轨装置完成机构上升运动；控制模块同时反馈信息通过连接至成型机的操作屏来显示。

9.根据权利要求8所述的纸浆模塑成型设备，其特征在于，所述模具加热圈为环绕模穴和/或模芯周围开槽将模具加热圈置于槽内。

10.根据权利要求8所述的纸浆模塑成型设备，其特征在于，所述温控装置与模具加热圈连接,通过温控元件来控制工作台的加热温度。