CN1143343A - 自动旋转模塑装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用旋转模塑制造空心塑料的人工干预程度最小的自动旋转模塑装置及其控制方法。该装置包含安装的可旋转模具，它包括与其相连的加热装置，用来在旋转期间直接加热模具；用于在旋转期间向模具传送塑料材料粉末的送料装置；以及在运转时与所述送料装置和加热装置相连的电子控制装置，用于控制向模具传送塑料材料和控模塑具的温度，从而可以无需人工干预就能在模具内制造出旋转模塑的产品。

Description

自动旋转模塑装置及其控制方法
发明领域
本发明涉及旋转模塑装置和工艺，虽非唯一却特别涉及自动旋转模塑及其控制方法。
背景技术
旋转模塑是一项制造空心塑料产品的工艺，其中粉末状的热塑材料(一般为聚乙烯和/或聚丙烯)在加热的模具内融化并且一般不施加压力而使塑料材料按照模具的形状成形。在模具内放入一半体积的塑料粉末，随后闭合后在炉子内旋转。虽然在某些旋转模塑系统中模具是沿着炉内的某根轴旋转的，但是一般情况下模具本身围绕两根互相垂直的轴旋转，而且炉子本身和/或模具一起围绕第二垂直轴旋转(所谓的“摆动和滚动”旋转模塑系统)。
当模具在炉内旋转时一般加热至200℃左右，而塑料材料粉末则开始融化并涂覆在模具的内表面上。由于模具的双轴运动，粉末在整个模具的内表面上基本呈均匀分布。当所有的粉末都融化后，模具开始冷却以使融化的塑料材料固化为所希的形状。随后模具停止转动并打开取出塑料产品。旋转模塑的优点正日益为制造商们认同，它的优点包括模具成本较低、产品无应力(这是注塑模塑中一直存在的问题)以及可以制造形状和设计新颖的产品。
当前的旋转模塑设备和工艺的劳动强度较高。一般需要人工干预来开启和关闭模具以及向模具放入粉末。将模具移入或移出炉子以及移至冷却位置也需要人工完成。而且，由于模具是双轴旋转，所以一般对模具内工艺过程的控制非常有限，因此很大程度上依赖于经验、试验和误差程序。随着ROTOLOG工艺控制系统的发展，这个工艺控制中现有的问题已经在某种程度上得到了克服。
ROTOLOG系统监视着模具内的空气温度并将该信息传送给远地计算机。ROTOLOG系统的实时输出可以使设备操作者和质控人员确定粉末全部融化的时间、模具内最高的空气温度、产品固化的时间以及旋转模塑过程中的加热/冷却速率。虽然ROTOLOG系统解决了旋转模塑过程中许多不确定的问题，但是它并没有减少所需的人工干预。而且，由于ROTOLOG系统测量的是模具内部的空气温度而非实际的融化温度或者模具温度，所以它无法确定模具内表面上的温度差异，而这对最终产品的特性有着相当大的影响。
发明内容
本发明的目标是提供一种改进的旋转模塑装置及其工艺控制方法，其中旋转模塑产品可以在人工干预最少或者没有人工干预的情况下制成。
按照本发明的一个方面，提供的自动旋转模塑装置包括：
安装的可旋转模具，包括与其相连的加热装置，用来在旋转期间直接加热模具；
用于在旋转期间向模具传送塑料材料粉末的送料装置；以及
在运转时与所述送料装置和加热装置相连的电子控制装置，用于控制向模具传送塑料材料和控模塑具的温度，从而可以无需人工干预就能在模具内制造出旋转模塑的产品。
比较好的是所述可旋转模具进一步包含与其相连的传感装置，用于传感模具的温度，所述电子控制装置在运转时与所述传感装置相连并对其作出响应以控模塑具的温度。
在较佳实施例中，所述可旋转模具是安装在多个模块中的多个可旋转模具中的一个，每个模块在所述电子控制装置的控制下可以独立运转。每个模具一般包括可移动地安装在适于绕第一轴旋转的第一支撑架内的第一和第二部件，模具的所述第一部件可以在模具处于关闭状态并且准备接收注入的塑料材料的第一位置与模具处于开启状态并且可以移走已经完成的旋转模塑产品的第二位置之间相对第二部件运动。在较佳实施例中，每个模具进一步包括运转时与所述电子控制装置相连以在所述第一和第二位置之间移动第一和第二部件的驱动装置。
比较好的是所述加热装置包括多个与模具的第一和第二部件热接触的电加热元件而所述传感装置包括多个与模具的第一和第二半部分在预先设定的位置上相连的温度传感装置。比较好的是所述送料装置基本上与待批的澳大利亚专利申请No.PN0666(1995年1月19日提交，题为“旋转模具的粉末引入”)相同。
比较好的是每个可旋转模具进一步包括冷却装置以利于模具加热后的强迫冷却。所述冷却装置一般包括在模具的所述第一和第二部件附近延伸的通道和在运转时与所述电子控制装置相连、用来通过所述通道抽吸冷却介质的抽吸装置。
比较好的是自动旋转模塑装置进一步包括将已经完成的旋转模塑产品从模具传送到远地的传送带装置。在其中一个实施例中，该装置还提供有将到达所述远地的已完成旋转模塑产品堆放好的堆放装置。
按照本发明的另一个方面，提供了控制自动旋转模塑过程的方法，该方法包括以下步骤：
计量进入漏斗并传送给可旋转模具作为第一注入的第一规定量塑料材料粉末；
操作与模具相连的加热装置以加热模具；
驱动送料装置以将第一注入的粉末从漏斗传送至模具；
转动模具使粉末在模具的内表面上均匀分布；
根据预先确定的温度分布曲线控制所述加热装置的操作；
冷却模具；以及
从模具弹射出已经完成的旋转模塑产品。
比较好的是该方法进一步包括以下步骤：
监视与模具相连的传感装置以传感旋转期间模具的温度；以及
其中控制所述加热装置运行的所述步骤是在响应对传感装置的所述监视的情况下进行的。
该方法一般进一步包括以下步骤：
计量进入漏斗并传送给可旋转模具作为第二注入的第二规定量塑料材料粉末；以及
驱动送料装置以将第二注入的粉末从漏斗传送至旋转的模具。
按照本发明的又一个方面，提供了用于旋转模塑装置的改进型可旋转模具，该模具包括：
可以在开启位置与关闭位置之间移动的第一和第二部件，所述第一和第二部件包括与其相连并用来直接加热模具的加热装置，从而可以精确地控模塑具的加热和接收到的塑料材料粉末。
比较好的是所述第一和第二部件中的至少一个进一步提供有与其相连并用来传感模具温度和产生温度信号的传感装置，从而响应来自所述传感装置的温度信号来控模塑具的加热。
比较好的是所述加热装置包括多个与第一和第二部件的预先设定区域热接触的电加热元件而所述传感装置包括多个提供在预先设定的与模具的第一和第二部件中的至少一个相连的位置上的温度传感装置，这样就可以相互独立地控模塑具所述预先设定区域内的温度从而使已经完成的旋转模塑产品具有所希的机械性能。
比较好的是模具的所述第一和第二部件还包括与其相连的冷却装置以强迫模具冷却从而加速旋转模塑产品的固化。所述冷却装置一般包括包括在所述第一和第二部件附近延伸的通道和用来通过所述通道抽吸冷却介质的抽吸装置。
按照本发明的再一个方面，提供了用于控制旋转模塑装置内可旋转模具运转的改进方法，该方法包括以下步骤：
操作驱动装置以将模具的第一和第二部件移至关闭位置；
转动模具以使粉末在模具的内表面上均匀分布；
操作与所述第一和第二部件相连的加热装置以之间加热模具，从而精确控模塑具操作以生产出旋转模塑产品。
比较好的是该方法进一步包括以下步骤：
监视与模具相连的传感装置以传感转动期间模具的温度。
该方法一般进一步包括以下步骤：
操作与第一和第二部件相连的冷却装置以冷却模具；以及
操作所述驱动装置以将第一和第二部件移至开启位置，这样就可以移出已经完成的旋转模塑产品。附图的简要说明
为了便于理解本发明的本质特征，现结合附图详细描述自动旋转模塑装置及其方法的较佳实施例。
图1为按照本发明自动旋转模塑装置的较佳实施例的侧视图，采用的是平板架自动生产设备(APM)样式；
图2为图1的APM的平面图；
图3为图1APM的示意图；
图4为安装在一对双轴可旋转的机架上的用于图1 APM中的可旋转模具组合件的较佳实施例的平面图；
图5为图4中可旋转模具组合件的侧视图；
图6表示已完成的平板架正在被弹射到将平板架传送到较佳的堆放装置的传送带装置上；
图7为图6堆放装置的底视图；
图8为表示图1中APM控模塑块内气动回路、粉末流动路径和电源与控制电路的示意框图；
图9(a)和9(b)为表示图1中APM制造模块内气动回路、粉末流动路径和电源与控制电路的示意框图；
图10为表示图1中APM控制序列的流程图；以及
图11为图4中模具加热周期的典型温度时间特性的示意图。
实施发明的较佳方式
以下详细描述采用旋转模塑工艺来大规模生产塑料平板架的平板架自动生产设备(APM)。世界各地广泛使用平板架来运输和存储货物。现在，虽然塑制平板架的数量在日益增多，但是大多数的平板架仍为木制结构。为了能与木制平板架竞争，塑制平板架必须具有同样的强度并且制造成本更低。由于平板架可以做成空心结构并通过精心设计可以具有不亚于木制平板架的机械强度和处理性能，所以旋转模塑工艺非常适合于这类应用。
将会很容易理解的是这里所述的自动旋转模塑装置及其控制方法也可以用于制造其它的旋转模塑产品，并不局限于制造塑料平板架。在对模具略作合适的改动后，就可以将这里所述的自动旋转模塑装置用于制造任何适于旋转模塑的产品上。
图1和2表示平板架自动制造设备(APM)10形式的自动旋转模塑装置，它包括四个模块，一个控模塑块12和三个基本相似的制造模块14，在本实施例中这三个制造模块排列成一条直线以构成平板架生产线。APM 10上的狭小通道16可以使工艺操作者和/或监视者沿着设备的纵向行走以俯视模块12和14的运行情况。模块12和14的侧壁18安装在铰链上并可以翻开以便维修或改动APM 10的布局。传送带20沿着三个制造模块14纵向延伸到尽头并适于将已完成的平板架载运到以平板架堆放器22形式存在的堆放装置上。
控模塑块12控制着制造模块14，它包括电子控制装置，电子控制装置包含一台或多台安装在控制模块12侧璧18上控制台内的计算机终端24。电子控制装置还包括有关的周边设备和远程终端(RTUs)或者可编程逻辑控制器(PLCs)。计算机终端12的视频显示器单元提供了视觉信息便于设备操作者对APM 10的数控参数和运转进行控制。控模塑块12的控制台还可以包括各种其它的视觉和听觉指示器，例如通过LED显示器监视APM 10的运转。计算机终端24的键盘可以允许操作者借助所需的用于旋转模塑过程的“诀窍”对APM进行编程并在各种水平上访问过程控制程序。电子控制装置还可以包括与制造模块上一个或多个PLC进行通讯交流的远地计算机接口。
过程控制程序一般提供几种保密层次的访问，从而使APM的所有者可以防止对涉及控制过程和制造“诀窍”的敏感信息的未经批准的访问。这样，例如操作者只能进行头两个层次的访问，而APM 10的所有者可以在其它层次上进行访问，包括各种涉及设备运行的报告功能。如果是出租设备，则APM 10的供应商还可以在进一步的层次上访问，包括诊断和其它报告系统以控制设备的使用。电子控制装置还可以包括调制解调器以允许供应商通过公用电话网与APM 10进行在线通讯。在这种情况下，供应商可以为查找故障或从各种报告系统取得最新报告而查询APM的电子控制装置。以下将对电子控制装置的运行和控制软件作详细描述。
控模塑块12一般包括两个初级漏斗26，用来分别盛放例如两种不同类型的塑料材料粉末。每个初级漏斗26都提供有计量装置28(见图3)，用来计量进入各自次级漏斗30的预先设定的塑料材料粉末量。计量装置28可以是计量丝杆或者蝶阀。次级漏斗30提供有排气阀以在次级漏斗填满粉末时将空气排回到初级漏斗26。每个次级漏斗30装配有使粉末颗粒在空气流中经传输管道34传送至分流阀36(图3中未画出)的气流输送管32。分流阀36与粉末传输管道38相连，塑料材料粉末通过其传送至其中一个制造模块14内的可旋转模具40。初级和次级漏斗26、30、计量装置28、传送管道34、38、气流输送管32和分流阀构成了用于在旋转期间将塑料材料粉末传送至旋转模具40的传送装置的较佳形式。在相关的澳大利亚专利申请No.PN0666中对这种借助气流载运粉末的传送装置的较佳形式作了完整的描述，其内容已作为本发明的参考部分。
图8和9为表示APM 10内气动回路和粉末流动路径以及电源和控制电路的示意图。图8为控模塑块12中的各个回路部分的这些部分，而图9(a)和9(b)为制造模块14中各个回路部分的这些部分。
参见图8，可以看到控模塑块12还包括用来向APM中的气动回路提供压缩空气的空气压缩机116。压缩机116的压缩空气一部分在后冷却器118中冷凝并经过水捕集阱120和干燥器122去除空气中的水份。重要的是用来气流输送塑料材料粉末的气流是不带水份的从而在粉末注入模具40内时没有水份带入，水份会对旋转模塑产品的质量产生不利的影响。随后，来自干燥器122的冷却空气在进入APM 10中气动回路其它部分之前先通过空气过滤器124和压力调节器126。压力开关128持续监视来自调节器126的空气压力以确保控制在规定的范围之内。如果空气压力低于预先设定的最小阈值或者超过预先确定的最大阈值，则经过远程终端(RTU)130向计算机终端24发送一个信号。控模塑块12中的RTU130包括可编程的微处理器和其它集成电路，对来自APM内各种传感器的信号(例如来自压力开关128的压力信号)提供模拟一数字转换。RTU 130还提供经无线频率线路131和调制解调器132往返于计算机终端24的控制信号的串一并或并一串处理。RTU 130不断更新来自APM 10的各种数字端模拟输入，并且每隔一秒计算机终端24就查询一次每个RTU以得到RTU存储寄存器中保存的当前值。APM 10中所用的每个气缸(例如用于驱动分流阀36的气缸134)都提供有邻近传感器以检测气缸阀杆何时处于完全开启位置而何时处于完全关闭位置。
三相电源经过过载电路断流器136和继电器138与压缩机116、后冷却器118、干燥器122、电机驱动的计量装置28和电机驱动的传送带装置20相连。每个继电器138与RTU 130相连从而使计算机终端24直接控制与控模塑块的各部分相连的电源。图8还示出了用来控制向气流输送管32提供压缩空气的四个气动阀门140、排气阀35和用于分流阀36的阀杆134。
下面借助附图2、4、5、9(a)和9(b)来描述各制造模块14中每个可旋转模块及其相连的控制装置的布局。
在图2中，虽然其它两个制造模块14中也包含与示出的模具基本上相同的可旋转模具组合件42，但是只有在其中一个制造模块14中才能看到可旋转模具40。图4和5更详细地示出了APM 10中所用的其中一个可旋转模具组合件42。
旋转模塑模具40安装为分别围绕第一和第二垂直轴44和46进行双轴旋转。模具40固定在安装成围绕第一轴44旋转的第一支撑架48上，第一支撑架48又受到安装成围绕第二轴46旋转的第二支撑架50的支撑。第一和第二支撑架48、50通过链条和链轮传送机构54由各自的电机(带齿轮箱)52驱动。用于驱动第一支撑架48的电机和传送机构安装在第二支撑架50上，而用于驱动第二支撑架50的电机和传送机构安装在APM 10的结构框架56上。驱动第二支撑架50的电机52提供有变速驱动(VSD)单位预设功能，无论电机52处于开启或者关闭状态，它都能以预先设定的速率使电机加速或者减速。
第一旋转接头58适于使载带塑料材料粉末的气流从支撑架50外部接头的一侧流到与第一支撑架48一起围绕第一轴44旋转的接头的另一侧，支撑架50相对旋转模具40是静止的。第二旋转接头60安装在结构框架56上并经过传送管道延长部分62与第一旋转接头58相连。第一旋转接头58围绕第二轴46旋转。第二旋转接头60适于气流从传送管道延长部分62经结构框架56外部接头60的一侧流到与模具40一起围绕第二轴46旋转的第二支撑架50的内部，结构框架56相对旋转模具40是静止的。第一和第二旋转接头58、60能够使气流载带的塑料材料粉末经传送管道38送至模具40而与此同时它们又围绕第一和第二垂直轴双轴旋转。
在上面已提到的澳大利亚专利申请No.PN0666中对旋转接头58和60的特殊结构和操作已经作了详细描述，这里不再赘述。
正如在图5中可以清楚地看到，APM 10的每个旋转模具组合件42都包含一对平板架模具40，模具40又包括分别构成各模具的顶梁和底座的第一和第二部件64和66。在图5中，示出的上模具40处于开启位置，而下模具40处于闭合位置。每个平板架模具的顶梁64和底座66的形状都做成可以制造出所希的旋转模塑平板架构型，并且在模具的底座66内包括一系列9个凹槽68以构成平板架成品的脚。在本实施例中，平板架模具的顶梁64可以在模具处于闭合并准备接收注入塑料材料粉末的第一位置与模具处于开启并且可以移出旋转模塑平板架成品的第二位置之间相对底座64运动。每个模具40还提供有一对气动阀杆70形式的气动装置以在开启和闭合位置之间移动顶梁66。
本发明的一个重要特征在于每一可旋转模具40上有一个与之相连的加热装置，用来在旋转期间直接加热模具。在本实施例中，加热装置包含多个电加热元件74，它安装在非常靠近模具40第一和第二构件64、66的预定区域内。图4中可以非常清晰地看到加热元件74的结构。加热元件74的安装与第一和第二构件64、66的各自外表面呈热接触，并被设计用来确保加热元件74产生的大部分热量被反射和/或传导到模具40内的绝缘夹套76所包覆。模具40的第一和第二构件64、66通常是由具有高热导率的材料(如铸铝)制成的，并且绝缘夹套76包含一玻璃纤维绝缘垫，该绝缘垫具有由反射铝真空形成的表层，并封罩在一钢壳78内。电加热元件74能够将模具40加热到200℃的温度以上，然而，即使在最大的加热温度下，钢壳78的外表面也仅仅保持在可触摸的温度下。
加热元件74的电源通过第一和第二旋转轴44、46上配置的第一和第二电旋转触点80、82，以与第一和第二旋转接头58、60相同的方式接到旋转模具40上。本实施例中，加热元件以在模具的整个内表面上提供大体均匀加热的方式安装在模具的第一和第二构件64和66上。然而，十分明显加热元件74可以构筑成与模具连接在一起，从而在模具的内表面上提供所要求的热分布曲线。再有，可以独立地操作每一加热元件，从而提高或降低施加到模具所选区域上的热量。这样做对于所选区域的旋转模塑产品需要另外增大壁厚的情况是很有好处的。在所选区域上还可以再施加一些热量，从而，在相对于模具内表面其他部分的一些区域内，可以加速熔融塑料粉末材料的沉积。
每一可旋转模具40还配置了一个与之相连的传感装置，用来传感模具的温度，并产生通过电旋转触点80、82传送到电控制装置的温度信号。传感装置通常包含多个温度传感器件，比如，嵌埋在模具第一和第二构件64、66中至少一个构件中预定处的K型热电偶84。通常，模具的顶梁64和底座66上都配置有两个热电偶84，其中至少一个热电偶用来传感模具内表面的温度。另一热电偶84可以用来分别传感模具第一和第二构件64、66外表面的温度。视熔融塑料材料的厚度而定，模具的两半可以具有不同的温度分布曲线。
可旋转模具组合件42还含有将塑料粉末材料注入到模具40内的装置。通常，注入粉末的装置包含一注入器90(见图5)，注入器90具有延伸到模具40内的入口92和出口94，用来将塑料粉末材料引入到模具内。携带有气流输送的塑料粉末材料的气流从第一旋转接头58通过第二传送管道传送到注入器90内。汽动阀杆用来使注入器90在第一出口94延伸到模具内(见图5)从而使塑料粉末材料能够进入模具的第一位置和第一出口94退出从而阻止多余塑料粉末材料进入模具的第二位置之间运动。图5中只画出一个具有注入器90的模具40，然而实际上，两个模具40都配置有一个在旋转期间使粉末注入到模具内的注入器。注入器90的结构和操作的详细描述请参见澳大利亚专利申请PN0660，此处不再赘述。
平板架模具的第一和第二构件64和66具有与之相连的冷却装置，用来使模具40强制冷却，在加热循环结束时加速旋转模塑产品的固化。本实施例中的冷却装置包含一通道(未图示)，它通过钢壳78分别延伸到模具40的顶梁64和底座66的外表面上。压风喷管101与入口100、空气通道连通，用来通过空气通道泵入冷却空气，并通过冷却空气出口102抽出冷却空气。冷却空气出口102远离空气入口100，并且它们的轴线基本垂直，从而迫使冷却空气在钢壳78内循环。通过空气通道泵入的一部分空气可以是已制冷的空气，以便增强冷却效果。
图9(a)示意描述了制造模具14可旋转模具组合件外部的压缩空气管路、粉末的流动通路和电源及控制系统。控制模块12中，RTU144的功能与RTU130的功能相似。一对过载电路断流器136和继电器138向可旋转模具组合件42上的电机52提供三相电源。电源是直接提供给安装在固定结构架56上的电机52的，并通过旋转触点82提供给安装在第二可旋转支架50上的电机。三相电源还通过旋转触点80提供给模具40上的电加热器。RTU144还通过气阀150控制气缸148，用来控制通过分流阀152而向可旋转模具组合件42提供的气流输送的塑料粉末材料。如上所述，粉末是通过旋转触点60和58而传送到旋转模具的。用来启动平板架堆放装置上举臂的气缸也是通过气阀154受RTU144控制的。每一制造模块14有两个RTU，第一RTU144位于可旋模具组件42的外面，第二RTU160(见图9(b))位于可旋模具组合件的内面。
图9(b)是位于一个制造模块中可旋模具组合件42的第一支架48中的压缩空气管路、粉末流动通路和电源及控制电路的示意图。压缩空气管路和电路均受RTU160的控制，RTU160的功能与控制模块12中的RTU130的功能相似。向与模具40的第一和第二构件64和66连通的每一加热元件提供的三相电源是通过电路断流器136和继电器138而受RTU160控制的。RTU160还通过气阀162控制11个气缸中每一气缸的运行。两个阀162控制各对气缸70，使平板架模具的顶梁64在打开和关闭位置之间运动。每一个阀杆70通过一锁定机构164锁定在打开或关闭位置，而锁定机构164是由气缸166来释放的。因此，如果由于种种原因压缩空气的提供出现问题，模具40都将保持锁定在其打开或关闭位置上。两个气阀162控制每一对锁定气缸166。另外两个气阀162控制向气缸99提供的压缩空气，用来使旋流器90运动进出模具40。另一个气阀162控制向气缸168提供的压缩空气，气缸168控制分流阀170，而分流阀170控制通过旋流器90向各模具40提供的气流输送的塑料粉末材料。在任何时候，气流输送的粉末只提供给一个模具40。最后，向每一模具的钢壳78提供冷却空气的每一压风喷管是受独立气阀162控制的。
RTU160还从各个传感器件接收数字输入。每一阀杆70、99和168安装在传感器的附近，从而计算机终端可以在任意时刻通过查询RTU160，检测每一模具第一和第二构件64、66的位置、旋流器90的位置和分流阀170的位置。RTU160还从每一热电偶84接收输入，从而计算机终端可以监测每一模具顶梁64和底座66内表面处以及钢壳78内的温度变化。还可以根据需要，增大RTU160的输入数和输出数，从而容纳更多的传感器件和控制功能。
图6和图7描述了一种用来当平板架从APM10离开时堆放平板架104的平板架堆放装置22。如图6所示，当平板架104从可旋模具组合件42离开时，它是由传送带20传送到平板架堆放装置22的。平板架堆放装置22是从下往上堆放平板架的。当传送带20将平板架传送到堆放装置底部时，平板架会碰到堆放装置端壁处的一个止动器。这会自动启动堆放装置的上举机构，堆放装置将平板架104上举到规定的高度，通过多个肘杆栓108保持在这一高度上，从而在其下方为下一平板架留有一定的空间。该上举机构包含一对上举臂110，上举臂110是由各阀杆112来启动的，阀杆112的速度可以调整，并且可以自行恢复。当启动阀杆112时，上举臂110将最迟放上去的平板架104(与任意已经在堆放装置上的平板架一起)上举到肘杆栓108的正上方。肘杆栓108向内旋转，使最迟放上去的平板架104向上移动，并且当上举臂110回到其较低位置上时，再次向外旋转，将平板架支撑在堆放位置上。随后，堆放装置22准备好接收下一个平板架104。
如果需要，用来标记每一已完成的平板架的装置可以配置在靠近平板架堆放装置22处，或者与之连接在一起。这样的标记装置比如可以包含用来在每一平板架上打印上制造商的产品名称、商标和/或序号的喷墨打印机。
下面详细描述通过一个计算机终端24中提供的过程控制程序来实现的用于APM 10的控制顺序。参见图11，电源接通以后的第一步需要将设备操作员进入到终端24。随后在步骤202，将要求用于旋转模塑产品的方法装载到计算机终端内，例如从一软盘。用于旋转模塑产品的典型过程控制方法可以指定下述控制参数：
(i)“熔融”温度—时间特性
(ii)每一喷射中粉末的量(重量)
(iii)粉末堆(喷射)数
(iv)与温度—时间特性相关的堆(dump)的顺序和时序
(v)可旋模具组合件的起始位置和停止位置
(vi)转速比
(vii)模具最终温度
旋转比Rrot可以如下计算： Rrot = V min v min - vmaj 式中，Vmin＝模具绕旋转短轴的旋转速度(以转/分计)。
  Vmaj＝模具绕旋转长轴的旋转速度(以转/分计)。
为了在模具的内表面上形成所要求的塑料粉末材料的分布，旋转比Rrot可以随产品的形状而变化。
图11描述了在旋转模塑塑料平板架的制造中采用的典型的温度—时间特性，这种模塑塑料平板架具有以发泡聚乙烯填充的高密度聚乙烯(HDPE)表层。用来形成HDPE表层的粉末在旋转模塑过程中是第一喷射或堆，发泡聚乙烯内面在过程中是第二喷射或堆。
图11中的纵轴描述的是粉末一开始熔化时模具内表面处的温度。时刻To时模具的初始温度高于室温，并且是模具冷却使得平板架充分冷却(在前一循环中)而从模具喷射出来时的温度。
一旦制造方法已经在图10中的步骤202被装载，计算机终端24中的过程控制程序就设定并确认从步骤204的制造方法中得到的所有变量。在步骤206，程序检查APM中的粉末、空气和电路，并继续监测所有的过载和告警状态。APM现在准备开始塑料平板架的自动化大生产。在步骤208，当收到机器操纵者的开始指令时，APM就按照该制造方法开始旋转模塑工序。这在图11中用时间T0表示。在时间T0处，过程控制程序在步骤210将一个可旋模具组件42中的两个模具上的电加热元件打开(即使开关处在ON位置)，并按照该制造方法，在步骤212同时计量第一次喷射规定的塑料粉末材料的量。在步骤214，当模具达到由该制造方法设定并由热电偶84传感的温度时，就在步骤216倾倒第一次喷射的粉末。尽管图10中未示出，但可旋模具组件42的旋转也已在步骤210当模具加热时就开始了。或者有时稍后但在第一次喷射粉末倾倒到模具内的步骤216之前。
在步骤218，控制程序按照该制造方法中给出的温度—时间特性开始“融化”循环。连续地监测模具和熔融体的温度，并且调整向加热元件74的供电，以便尽可能近地跟踪设定的温度—时间特征。在T1时刻，倾倒物开始熔融，并且由于吸热反应，温度特征发生很大的变化。
同时，控制程序在步骤212计量喷射到一个主漏斗26中第二次喷射的塑料粉末材料。第二次喷射将形成塑料平板架的发泡塑料内基体。当在步骤220对第一次倾倒进行融化时，在由图10中步骤222代表的时刻T2处就开始倾倒第二次喷射的粉末。同时，控制程序继续进行步骤212处粉末的又一次喷射，而这将是下一个平板架的第一次喷射。在时刻T3，按照图10中步骤224代表的制造方法，开始熔融第二次倾倒的粉末，并保持模具的温度。在时刻T4处，在步骤226，电加热元件关闭，冷却循环开始。让模具自然冷却一定的时间，以便使熔融体开始结晶和/或固化。在时刻T5，通过打开压风喷管101，开始模具的强制冷却。在时刻T6处，冷却循环完成，并在步骤228，模具置位于打开位置，然后弹出平板架。在时刻T6和T7之间，可旋模具组件42被旋转到第一位置，在该位置处，各模具打开，并开始平板架的进一步冷却，然后，如图6所示，可旋模具组件42旋转到第二位置，在该位置处，平板架由于其自身的重量而从模具中跌落到传送带20上。为了使控制程序能够正确地定位模具组件，当减速期间启动电机52上的VSD单元时，启动外支撑架50上的邻近开关。内支架48上的光学传感器使APM能够使内支架停留在要求的位置上。控制程序在某种程度上可以自我校正，如果在诸如平板架不因其自身重量跌落的情况下，可旋模具组件42会在再次尝试之前转动一个预定顺序。平板架的弹出见图10中的步骤230。当二平板架已经从可旋模具中弹出时，在步骤232模具关闭。控制程序恢复到步骤210加热循环的开始点，并且如果要生产另一对平板架时，在时刻T6加热循环重新开始。
APM 10每一制造模块14的加热循环是顺序进行的，在任何时候，只将三相电源提供到一个可旋模具组件42的电加热元件上，以使耗电最小。很明显，如果电源过载并不严重，则加热循环中的某些重复是可以容忍的。同时，尽管图10中标号仅涉及一个模具，但每一制造模块中，本质上可同时进行两个模具的操作。只有一个例外，那就是在步骤216将粉末传送到各模具的时候，这是通过按顺序操作分流阀170(见图9(b))来进行的，以及在步骤230平板架从一个模具接着一个模具中弹出的时候。采用上述制造模块的顺序操作，APM 10近似以每10分钟的速度生产一对新的塑料平板架。
APM 10与生产塑料平板架的普通方法相比，除了使生产平板架的成本大大降低外还具有几个明显的优点。ATM的优点包括(但并非仅限于)：
(a)消除了生产过程中所有的劳动力含量
(b)由于对模具直接进行加热，降低了生产周期时间
(c)通过粉末传送装置使二个倾倒过程自动化成为可能
(d)使产品平板架的弹出、传送和堆放自动进行
(e)改进了质量控制
尽管上文中详细描述了自动旋转模塑工艺和控制方法的较佳实施例，但对于相关机械、电器和旋转模塑领域的技术人员很明显的是，在不偏离基本发明原理的情况下，除了上述已经描述的实施例以外，还可以有大量的修改和改进。例如，如果采用更复杂的形状，可旋模具可以具有两个以上的构件。另外，还可以改变模具的数量和布局，并且每一制造模具块可以被设置成制造不同的产品。在APM中，由于旋转模塑平板架典型的生产周期时间而选用三个制造模块。再有，如果需要，在远程计算机的控制下，每一制造模块14可以独立于其他模块进行操作。另外，尽管最好采用澳大利亚专利申请PN0666中描述的传送装置，但也可以采用旋转期间将塑料粉末材料运送到模具的任何一种合适的传送装置。还可以采用直接加热模具的其他形式加热装置，比如一种由风扇强迫气体燃烧的热交换器。热空气是通过非常靠近模具的通道而泵入的，使之加热到所要求的温度。这种机构的优点是同一通道还可以用来泵入冷却剂，使模具冷却。通过仔细选择通道布局，可以设计出模具内表面上的热分布曲线。冷却剂可以包括水或水蒸气，也可以被设计成引入一种气化冷却效应。所有这些修改和改进由于其本质可以由前面的描述和所附的权力要求中确定，因此都可以被认为是包含在本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种自动旋转模塑装置，其特征在于包含：
安装的可旋转模具，包括与其相连的加热装置，用来在旋转期间直接加热模具；
用于在旋转期间向模具传送塑料材料粉末的送料装置；以及
在运转时与所述送料装置和加热装置相连的电子控制装置，用于控制向模具传送塑料材料和控模塑具的温度，从而可以无需人工干预就能在模具内制造出旋转模塑的产品。
2.如权利要求1所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，所述可旋转模具进一步包含与其相连的传感装置，用于传感模具的温度，所述电子控制装置在运转时与所述传感装置相连并对其作出响应以控模塑具的温度。
3.如权利要求1或2所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，所述可旋转模具是安装在多个模块中的多个可旋转模具中的一个，每个模块在所述电子控制装置的控制下可以独立运转。
4.如权利要求3所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，每个模具包括可移动地安装在适于绕第一轴旋转的第一支撑架内的第一和第二部件，模具的所述第一部件可以在模具处于关闭状态并且准备接收注入的塑料材料的第一位置与模具处于开启状态并且可以移出已经完成的旋转模塑产品的第二位置之间相对第二部件移动。
5.如权利要求4所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，每个模具进一步包括运转时与所述电子控制装置相连以在所述第一和第二位置之间移动第一和第二部件的驱动装置。
6.如权利要求4所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，所述加热装置包括多个与模具的第一和第二部件热接触的电加热元件而所述传感装置包括多个与模具的第一和第二半部分在预先设定的位置上相连的传感装置。
7.如权利要求3所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，每个可旋转模具进一步包括冷却装置以利于模具加热后的强迫冷却。
8.如权利要求7所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，比较好的是所述冷却装置包括在模具所述第一和第二部件附近延伸的通道和在运转时与所述电子控制装置相连、用来通过所述通道抽吸冷却介质的抽吸装置。
9.如权利要求1所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，比较好的是自动旋转模塑装置进一步包括将已经完成的旋转模塑产品从模具传送到远地的传送带装置。
10.如权利要求9所述的自动旋转模塑装置，其特征在于，所述装置还提供有将到达所述远地的已完成旋转模塑产品堆放好的堆放装置
11.一种控制自动旋转模塑过程的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
计量进入漏斗并传送给可旋转模具作为第一注入的第一规定量塑料材料粉末；
操作与模具相连的加热装置以加热模具；
驱动送料装置以将第一注入的粉末从漏斗传送至模具；
转动模具使粉末在模具的内表面上均匀分布；
根据预先确定的温度分布曲线控制所述加热装置的操作；
冷却模具；以及
从模具弹射出已经完成的旋转模塑产品。
12.如权利要求11所述的控制自动旋转模塑的方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
监视与模具相连的传感装置以传感旋转期间模具的温度；以及
其中控制所述加热装置操作的所述步骤是在响应传感装置的所述监视的情况下进行的。
13.如权利要求11所述的控制自动旋转模塑的方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
计量进入漏斗并传送给可旋转模具作为第二注入的第二规定量塑料材料粉末；以及
驱动送料装置以将第二注入的粉末从漏斗传送至旋转的模具。
14.一种用于旋转模塑装置的改进型可旋转模具，其特征在于包括：
可以在开启位置与关闭位置之间移动的第一和第二部件，所述第一和第二部件包括与其相连并用来直接加热模具的加热装置，从而可以精确地控模塑具的加热和接收到的塑料材料粉末。
15.如权利要求14所述的改进型可旋转模具，其特征在于所述第一和第二部件中至少一个进一步提供有与其相连并用来传感模具温度和产生温度信号的传感装置，从而响应来自所述传感装置的温度信号来控模塑具的加热。
16.如权利要求15所述的改进型可旋转模具，其特征在于所述加热装置包括多个与第一和第二部件的预先设定区域热接触的电加热元件而所述传感装置包括多个提供在预先设定的与模具的第一和第二部件中的至少一个相连的位置上的温度传感装置，这样就可以相互独立地控模塑具所述预先设定区域内的温度从而使已经完成的旋转模塑产品具有所希的机械性能。
17.如权利要求16所述的改进型可旋转模具，其特征在于模具的所述第一和第二部件还包括与其相连的冷却装置以强迫模具冷却从而加速旋转模塑产品的固化。
18.如权利要求17所述的改进型可旋转模具，其特征在于所述冷却装置包括在所述第一和第二部件附近延伸的通道和用来通过所述通道抽吸冷却介质的抽吸装置。
19.一种用于控制旋转模塑装置内可旋转模具运转的改进方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
操作驱动装置以将模具的第一和第二部件移至关闭位置；
转动模具以使粉末在模具的内表面上均匀分布；
操作与所述第一和第二部件相连的加热装置以直接加热模具，从而精确控模塑具操作以生产出旋转模塑产品。
20.如权利要求19所述的用于控制旋转模塑装置内可旋转模具运转的改进方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
监视与模具相连的传感装置以传感转动期间模具的温度。
21.如权利要求19所述的用于控制旋转模塑装置内可旋转模具运转的改进方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
操作与第一和第二部件相连的冷却装置以冷却模具；以及
操作所述驱动装置以将第一和第二部件移至开启位置，这样就可以移开已经完成的旋转模塑产品。
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