CN115195023A - 一种热塑性有机纤维板一体成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热塑性有机纤维板一体成型设备，包括：卧式注塑机，其液压系统包括恒压恒流液压单元，用于控制注塑模具的液压缸在合模过程中按设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材；红外加热站，划分有多个可独立控制的加热区域，每个加热区域由至少一个红外加热器构成且设有非接触式温度传感器；机械手；治具；以及控制系统。其中，红外加热站的各个加热区域通过各自的非接触式温度传感器和控制系统实现相互通讯和相互配合，使加热的热塑性有机片材表面各个位置的温度偏差在±5℃内。本设备能高效且全自动地实现热塑性有机片材的加热、热成型、以及与塑胶熔体的结合，满足任意注射成型工艺的制程需求，具有很好的适用性。

Description

一种热塑性有机纤维板一体成型设备

技术领域

本发明涉及热塑性有机板材加工技术领域，具体涉及一种热塑性有机纤维板一体成型设备。

背景技术

热塑性有机板材在业内逐渐得到应用，但受于自动化设备限制及加热设备效率限制，无法完成高效的生产加工及量产要求，目前行业内暂无一体化成型设备。目前受限于技术条件限制，在复合材料片材应用尺寸上多以十几厘米的小幅尺寸为主；在红外加热站的温度监控与控制上均没有适应大尺寸宽幅片材的方案，最重要的是在如何保证片材本身温度达到设定值与均一度方面存在空白；最终应用多以小型产品或简单几何外型的实验室验证规模为主，当遇到热塑性复合材料片材宽幅接近一米左右，最终产品包含深腔且四周均有几何结构的应用时目前没有相应技术方案。随着热塑性复合材料被广泛应用到新能源汽车及其相关轻量化的领域，业界急需高效且能适应量产规模的一体化成型设备来应对日益增长的应用需求。

中国专利CN109278242A一种树脂塑件上一体化成形热塑性复合结构的方法，公开了：实施例1：干燥的编织碳纤维增强聚丙烯复合材料嵌件(尺寸：长140mm*宽140mm*高2mm)放置在红外加热炉1中，加热嵌件使其在10min内升温至135℃并在此温度下保温8min；实施例2：干燥的编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料嵌件(尺寸：长140mm*宽140mm*高3mm)放置在红外加热炉1中，加热嵌件使其在25min内升温至300℃并在此温度下保温8min。从这两个实施例中可以看到仅加热时间就将近18～33min，显然没有体现出高效的生产过程，同时未公开以何种形式确定嵌件温度。另一方面，长达几十分钟的成型周期会使得塑料熔胶在料筒中的滞留时间过长，塑料熔胶会产生严重降解进而影响最终产品的强度。此外，压缩成型多为针对厚壁产品或具有大平面几何外形的产品如汽车玻璃类产品的成型，对于与热塑性复合材料相配合通过注射成型方式完成产品加强筋的结构，此方法会在加强筋外的区域有溢胶情况，无法完美制得最终制件。

中国专利CN110757722A一种热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，公开了：注塑成型技术采用微发泡注射工艺；采用红外烘箱加热软化2D有机板，红外烘箱采用陶瓷加热或石英加热模块，红外烘箱内温度均匀，温差不超过10℃。可以看到，该方法仅适用热塑性复合材料模压成型与微发泡注塑工艺相结合，适用范围有限；红外烘箱内温差不超过10℃，未公开通过何种结构实现，而且红外烘箱内10℃以内的温差并不能代表最终有机片材的温度与温度均一度，成型前有机片材的温度与温度均一度会最终决定制件的品质。另外，立式注塑机的锁模力吨位范围通常在几百吨以内，以致成型产品尺寸受到限制，此将大大限制该技术的应用。文中还提及微发泡技术，但却由化学发泡技术完成，未能明确化学发泡与微发泡技术的区别与特点，另外，发泡技术会在产品表面产生银丝或银纹，影响外观面的应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种热塑性有机纤维板一体成型设备。

本发明提供了一种热塑性有机纤维板一体成型设备，具有这样的特征，包括：卧式注塑机，具有液压系统，液压系统包括恒压恒流液压单元，恒压恒流液压单元用于控制注塑模具的液压缸在合模过程中按设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材；红外加热站，用于加热热塑性有机片材，红外加热站包括红外加热器和非接触式温度传感器，多个红外加热器设置在平行的两个面上且相对应地布置成矩形阵列状，两个面上的红外加热器相对应地划分成多个可独立控制的加热区域，每个加热区域由至少一个红外加热器构成，每个加热区域中设置用于探测热塑性有机片材表面相应位置温度的非接触式温度传感器，加热区域的数量及划分与非接触式温度传感器的配置根据具体产品情况灵活规划；机械手，用于移动热塑性有机片材；治具，安装在机械手上，用于装夹热塑性有机片材；以及控制系统，用于设定和控制卧式注塑机、红外加热站、以及机械手工作；其中，恒压恒流液压单元的恒定压力和恒定流量通过控制系统进行设定，红外加热站的各个加热区域通过各自的非接触式温度传感器和控制系统实现相互通讯和相互配合，使加热的热塑性有机片材表面各个位置的温度偏差在±5℃内。

在本发明提供的热塑性有机纤维板一体成型设备中，还可以具有这样的特征：恒压恒流液压单元包括比例阀、液压动力源及液压动力源管路、油箱及油箱管路、第一工作管路、第二工作管路、压力管路、回油管路、第一安全阀、第一单向阀、以及第二安全阀，比例阀由控制系统控制且具有A口、B口、P口、T口，第一工作管路分别与比例阀的A口和液压缸的一个工作腔连接，第二工作管路分别与比例阀的B口和液压缸的另一个工作腔连接，压力管路分别与比例阀的P口和液压动力源管路连接，回油管路分别与比例阀的T口和油箱管路连接，第一安全阀的进口和出口分别通过管路与第一工作管路和油箱管路连接，第一单向阀和第二安全阀相并联地设置在第二工作管路上，第一单向阀的出口和第二安全阀的进口均与比例阀的B口连通。

进一步地，液压动力源为蓄能器。

进一步地，恒压恒流液压单元还包括第二单向阀，第二单向阀设置在油箱管路上，用于阻止其他油路对恒压恒流液压单元的干扰。

在本发明提供的热塑性有机纤维板一体成型设备中，还可以具有这样的特征：还包括：注塑模具，包括位于模具分型面的产品成型区域内的第一片材固定机构和位于模具分型面的产品成型区域外的第二片材固定机构；其中，第一片材固定机构包括型芯和第一液压缸，型芯设置在动模分型面或定模分型面上且具有成型面，成型面包括与模具分型面平行的平面，平面用于与型芯相对侧产品成型区域的平面配合来夹持住热塑性有机片材，第一液压缸设置在动模或定模上且与型芯位于同侧，第一液压缸的输出轴驱动型芯顶出或退回，并且第一液压缸由恒压恒流液压单元控制执行动作；第二片材固定机构包括推板、夹持机构、定位机构、以及第二液压缸，推板设置在动模分型面或定模分型面上且位于所在分型面的产品成型区域的外侧，夹持机构安装在推板上，夹持机构用于与相对侧的分型面配合来夹持住热塑性有机片材，并使被夹持的热塑性有机片材处于可滑动状态，定位机构安装在推板上，定位机构用于合模时接触相对侧的分型面实现定位，使夹持机构和相对侧的分型面之间的间距保证热塑性有机片材可滑动地被夹持在这两者之间，第二液压缸设置在动模或定模上且与推板位于同侧，第二液压缸的输出轴驱动推板顶出或退回，并且第二液压缸由恒压恒流液压单元控制执行动作。

进一步地，夹持机构包括万向球座和万向球，万向球座安装在推板上，万向球可转动地安装在万向球座上，用于接触和夹持热塑性有机片材。

进一步地，夹持机构包括滚珠座、滚珠、以及压簧，滚珠座安装在推板上，滚珠可转动地安装在滚珠座上，用于接触和夹持热塑性有机片材，压簧呈压缩状态地安装在滚珠座内且抵在滚珠座的内壁和滚珠的底部之间。

进一步地，定位机构包括调整垫块和调整垫片，调整垫块安装在推板上，调整垫块的顶面为接触相对侧分型面的接触面，调整垫片安装在调整垫块的底面和推板的板面之间，用于调节合模时夹持机构和相对侧的分型面之间的间距。

在本发明提供的热塑性有机纤维板一体成型设备中，还可以具有这样的特征：还包括：上料工位，用于放置裁切好的热塑性有机片材；中间工位，设有用于支撑热塑性有机片材的支架；质检工位，设有用于放置产品的支架；其中，机械手包括第一机械手和第二机械手，第一机械手用于将上料工位中的热塑性有机片材取出并放至中间工位的支架上、以及将注塑模具成型好的产品取出并放至质检工位的支架上，第二机械手用于将热塑性有机片材从中间工位移动到红外加热站中、以及从红外加热站移动到注塑模具中。

进一步地，治具包括吸盘治具和夹持治具，吸盘治具安装在第一机械手上，夹持治具安装在第二机械手上。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的热塑性有机纤维板一体成型设备，因为包括卧式注塑机、红外加热站、机械手、控制系统，其中，卧式注塑机的液压系统中增设了恒压恒流液压单元，恒压恒流液压单元能够控制注塑模具的液压缸在合模过程中按设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材，使注塑模具能成型中心区域包含深腔结构且四周有复杂几何外型结构的产品，红外加热站中划分有多个加热区域，各个加热区域独立控制且相互通讯配合，能够使加热的热塑性有机片材表面各个区域位置的温度偏差在±5℃内，控制系统整合并优化了各个装置之间的协作，所以，本热塑性有机纤维板一体成型设备能高效且全自动地实现热塑性有机片材的加热、热成型、以及与塑胶熔体的结合，不仅能满足Fiberform工艺、嵌入片材的注射成型工艺等特殊工艺的制程需求，基于卧式注塑机平台最高四千吨左右的锁模力及不同技术模块的搭配还能满足其他任意注射成型工艺，具有很好的适用性，并且能满足量产规模的加工生产。

附图说明

图1是本发明的实施例1中热塑性有机纤维板一体成型设备的结构示意图；

图2是本发明的实施例1中卧式注塑机的液压系统中的恒压恒流液压单元的结构示意图；

图3是本发明的实施例1中注塑模具及其上第一片材固定机构的结构示意图；

图4是本发明的实施例1中注塑模具及其上第二片材固定机构的结构示意图；

图5是图4中动模分型面的正视示意图；

图6是本发明的实施例1中注塑模具上的推板、定位机构、夹持机构的剖视示意图；

图7是本发明的实施例1中红外加热站的侧视图；

图8是本发明的实施例1中红外加热站内定模侧的红外加热器的布置示意图；

图9是本发明的实施例1中红外加热站内动模侧的红外加热器的布置示意图；

图10是本发明的实施例1中夹持治具的结构示意图；

图11是本发明的实施例1中设定红外加热站的加热区域温度的软件界面示意图；

图12是本发明的实施例1中设定红外加热站的第二加热区域具体参数的软件界面示意图；

图13是本发明的实施例1中红外加热站的第二、第三、第五、第六加热区域温度曲线的软件界面示意图，其中，竖直线是测量线；

图14是本发明的实施例1中红外加热站的第二、第三、第五、第六加热区域温度曲线的软件界面示意图，其中，竖直线是测量线；

图15是本发明的实施例1中设定卧式注塑机中恒压恒流液压单元的控制软件界面示意图；

图16是本发明的实施例2中注塑模具及其上第一片材固定机构的结构示意图；

图17是本发明的实施例2中注塑模具及其上第二片材固定机构的结构示意图；

图18是本发明的实施例3中注塑模具上的推板、定位机构、夹持机构的剖视示意图。

附图标记说明：

1片材；100热塑性有机纤维板一体成型设备；10卧式注塑机；11恒压恒流液压单元；111比例阀；112液压动力源；113液压动力源管路；114油箱；115油箱管路；116第一工作管路；117第二工作管路；118压力管路；119回油管路；1110第一安全阀；1111第一单向阀；1112第二安全阀；1113第二单向阀；1114压力传感器；P1第一测压点；P2第二测压点；20红外加热站；21红外加热器；22非接触式温度传感器；23热电偶；30机械手；31第一机械手；32第二机械手；40治具；41夹持治具；411转接座；412治具主体；413销钉；414夹块；50注塑模具；51型芯；511平面；51a顶出位置；52b退回位置；52第一液压缸；53型腔；54推杆连接板；55推杆；56推板；57定位机构；571调整垫块；572调整垫片；58夹持机构；581万向球座；582万向球；583滚珠座；584滚珠；585压簧；59第二液压缸；510推杆；60上料工位；70中间工位；80质检工位。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。

实施例1

图1是热塑性有机纤维板一体成型设备100的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种热塑性有机纤维板一体成型设备100，主要包括卧式注塑机10、红外加热站20、机械手30、治具40、以及控制系统，还包括注塑模具(图中未示出)。

图2是卧式注塑机10的液压系统中的恒压恒流液压单元11的结构示意图。

卧式注塑机10与现有技术的区别在于液压系统，在卧式注塑机10的液压系统中增加了恒压恒流液压单元11，该恒压恒流液压单元11用于控制注塑模具上新增的液压缸在合模过程中以设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材。

如图2所示，恒压恒流液压单元11包括比例阀111、液压动力源112及液压动力源管路113、油箱114及油箱管路115、第一工作管路116、第二工作管路117、压力管路118、回油管路119、第一安全阀1151、第一单向阀1111、以及第二安全阀1112。

比例阀111用于保证恒压恒流液压单元11在设定的恒定压力和恒定流量下工作。在本实施例中，比例阀111为三位四通比例阀，具有A口、B口、P口、T口。其中，A口和B口均为工作油口，A口和B口分别与第一工作管路116和第二工作管路117连接，第一工作管路116和第二工作管路117用于与注塑模具上的液压缸连接，见接入点A和接入点B，以实现对液压缸的动作控制；P口为进油口，P口通过压力管路118与液压动力源管路113连接；T口为回油口，T口通过回油管路119与油箱管路115连接。

液压动力源112用于提供液压动力，液压动力源112可以是液压泵、蓄能器、或其他能够提供液压能的装置。油箱114用于储存液压油和收集回油。在本实施例中，液压动力源112采用蓄能器。蓄能器的常规应用是增加注塑机的注射速度，而本实施例采用蓄能器来提供恒压恒流液压单元11的液压动力，使得恒压恒流液压单元11能够与液压系统的其他液压芯子油路分开，进而不会影响其它芯子的动作。

第一安全阀1151的进口和出口分别通过管路与第一工作管路116和油箱管路115连接，第一安全阀1151用于防止第一工作管路116的压力过高，在恒压恒流液压单元11中起安全保护作用。当第一工作管路116的压力超过规定值时，第一安全阀1151打开，第一工作管路116内多余的液压油能够通过油箱管路115流回油箱114，从而保证恒压恒流液压单元11不会因压力过高而发生事故。在本实施例中，第一安全阀1151为先导式安全阀且其启闭由第一工作管路116和油箱管路115的压力控制，相比于普通的安全阀，先导式安全阀的密封性更好，启闭压差很容易满足要求，动作更准确、灵敏，工作寿命长且稳定可靠。

第一单向阀1111和第二安全阀1112相并联地设置在第二工作管路117上。第一单向阀1111的出口与比例阀111的B口连通，第一单向阀1111用于防止液压油反向流动。第二安全阀1112的进口与比例阀111的B口连通，第二安全阀1112用于防止第二工作管路117的压力过高，在恒压恒流液压单元11中起安全保护作用。当第二工作管路117的压力超过规定值时，第二安全阀1112打开，第二工作管路117内多余的液压油能够通过油箱管路115流回油箱114，从而保证恒压恒流液压单元11不会因压力过高而发生事故。在本实施例中，第二安全阀1112为先导式安全阀且其启闭由第二工作管路117和油箱管路115的压力控制，第二安全阀1112同样具有密封性好、动作准确灵敏、工作寿命长、工作稳定可靠的特点。

以上确保，当需求的合模速度(依据机器型号不同，设备最大模板运行速度为590～800mm/s)很高时，恒压恒流液压单元11仍可以控制注塑模具上的液压缸安全地执行动作，进而保证了Fiberform工艺窗口。

为了阻止卧式注塑机10的液压系统中的其他油路对恒压恒流液压单元11产生干扰，恒压恒流液压单元11还包括第二单向阀513，第二单向阀513设置在油箱管路115上，能够阻止其他油路的液压油进入恒压恒流液压单元11。

为了实现人为检测和传感器实时监测恒压恒流液压单元11的管路压力，在本实施例中，第一工作管路116上设有第一测压点P1和压力传感器514，第一测压点P1能用于人为检测第一工作管路116的压力，压力传感器514用于实时监测第一工作管路116的压力；第二工作管路117上设有第二测压点P2，更具体地，第二测压点P2设置在第二工作管路117的与第一单向阀1111的进口相连的部分上，第二测压点P2用于人为检测第二工作管路117的压力。

由于注塑模具上的新增部分与恒压恒流液压单元存在紧密联系，故先对其作说明。注塑模具与现有技术的区别在于，在模具分型面的产品成型区域内增加了第一片材固定机构，在模具分型面的产品成型区域外增加了第二片材固定机构，第一片材固定机构和第二固定机构由恒压恒流液压单元11控制，能在注塑模具闭合时更好地夹持热塑性有机片材，从而能满足Fiberform工艺、嵌入片材的注射成型工艺等特殊工艺的制程需求，能成型中心区域包含深腔结构且四周有复杂几何外型结构的产品。

图3是注塑模具50及其上第一片材固定机构的结构示意图。

如图3所示，第一片材固定机构主要包括型芯51和第一液压缸52。

型芯51设置在动模分型面的产品成型区域内，型芯51具有与定模分型面上的型腔53相配合的成型面，成型面包括与定模分型面相平行的平面511，该平面511不仅用于与型腔53配合成型产品的结构，平面511上可根据产品的结构设置纹理，还用于与型芯51相对侧产品成型区域的平面配合来夹持住片材。

第一液压缸52设置在动模上，第一液压缸52的输出轴通过机械连接驱动型芯51顶出或退回，型芯51顶出时的位置见顶出位置51a，型芯51退回时的位置见退回位置51b，第一液压缸52的工作腔通过管路与恒压恒流液压单元11连接，连接处见接入点A和接入点B。第一液压缸52的数量、位置、选型等根据注塑模具和产品的实际情况进行设置。在本实施例中，第一液压缸52的数量为多个，多个第一液压缸52的输出轴和型芯51之间通过推杆组件相连接，推杆组件包括推杆连接板54和与推杆连接板54相连接的多根推杆55，推杆连接板54与多个第一液压缸52的输出轴连接，多根推杆55与型芯51连接，通过设置推杆组件连接第一液压缸52的输出轴和型芯51，使得第一液压缸52和型芯51之间的传动以及型芯51的运动更平稳、可靠。

图4是注塑模具50及其上第二片材固定机构的结构示意图，图5是图4中动模分型面的正视示意图，图6是注塑模具50上的推板56、定位机构57、夹持机构58的剖视示意图。

如图4至图6所示，第二片材固定机构主要包括推板56、定位机构57、夹持机构58、以及第二液压缸59。

推板56设置在动模分型面上且位于产品成型区域外，推板56上安装定位机构57和夹持机构58，动模板上具有容置推板56、定位机构57、以及夹持机构58的型腔。推板56的形状、数量、分布位置需根据产品的结构进行设置，在本实施例中，如图5所示，推板56呈长条板状且数量为四块，四块推板56分布在动模的产品成型区域的四周，每块推板56上安装有定位机构57和夹持机构58。

定位机构57用于合模时接触定模分型面实现定位，使夹持机构58和定模分型面之间的间距保证片材可滑动地被夹持在这两者之间。如图6所示，定位机构57包括调整垫块571和调整垫片572，调整垫块571和调整垫片572通过紧固件安装在推板56上，调整垫块571的顶面为接触定模分型面的接触面，调整垫片572设置在调整垫块571的底面和推板56的板面之间。通过增减调整垫片572的数量和/或厚度，就能调节调整垫块571的顶面到推板56板面的距离，进而能调节调整垫块571与接触定模分型面接触时的夹持机构58和定模分型面之间的间距，以满足不同厚度片材的夹持需求。其中，调整垫块571的数量和分布位置需根据推板56的形状进行设置，在本实施例中，由于推板56呈长条板状，并且片材1的形状如图5所示，可见推板56的两端部分是不与片材1发生重合的，故在每块推板56的两端处均安装一个调整垫块571，用以接触定模分型面，各个调整垫块571和推板56之间的调整垫片572的整体厚度保持均等。

夹持机构58用于与定模分型面配合来夹持住片材，并使被夹持的片材处于可滑动状态。如图6所示，夹持机构58包括万向球座581和万向球582，万向球座581通过紧固件安装在推板56上，万向球582可转动地安装在万向球座581上，万向球582用于接触片材，并配合定模分型面夹持住片材。当片材被夹持住时，由于万向球582可自由转动，所以片材在受到外力时可发生滑动，如此在合模过程中，片材能随型滑入定模分型面上的型腔成型，不会被扯破。其中，万向球座581及万向球582的数量和分布位置需根据推板56的形状进行设置，在本实施例中，由于推板56呈长条板状，并且片材1的形状如图5所示，故在每块推板56上沿长度方向等间距布置多个万向球座581及万向球582，如此能保证合模过程中对片材1具有良好的夹持效果。

如图4所示，第二液压缸59设置在动模上，第二液压缸59的输出轴通过机械连接驱动推板56顶出或退回，第二液压缸59的工作腔通过管路与恒压恒流液压单元11连接，连接处见接入点A和接入点B。第二液压缸59的数量、位置、选型等根据注塑模具的结构和推板56的布置进行设置。在本实施例中，每块推板56对应设置两个第二液压缸59，两个第二液压缸59分别驱动推板56的两端处，每个第二液压缸59的输出轴通过推杆510与推板56的对应端部连接，如此能平稳地驱动推板56顶出或退回。由于有四块推板56，共有八个第二液压缸59，在实际加工过程中，这四块推板56是在同一步骤中被推出的，所以这八个第二液压缸59可以并入同一个恒压恒流液压单元11，由该恒压恒流液压单元11控制一起动作，这种方式是实际中常用的。当然，出于特殊应用需求，也可以配置多个恒压恒流液压单元11来分别驱动。

图7是红外加热站20的侧视图，图8是红外加热站20内定模侧的红外加热器21的布置示意图，图9是红外加热站20内动模侧的红外加热器21的布置示意图。

如图1、图7至图9所示，红外加热站20安装在卧式注塑机10的固定台板的顶部，红外加热站20用于加热片材，使其从原有的刚性片材变成柔软的类似布状面料。在本实施例中，红外加热站20包括四十八个红外加热器21、八个非接触式温度传感器22、以及两个热电偶23。二十四个红外加热器21呈4*6阵列状地布置在同一竖直面上且设置在动模侧，另二十四个红外加热器21呈同样布置地设置在定模侧，动模侧的红外加热器21和定模侧的红外加热器21之间为对片材加热的空间，每行的六个红外加热器21构成一个独立控制的加热区域，共有八个加热区域，每个加热区域中设置一个非接触式温度传感器22，用于探测片材表面相应位置的温度，定模侧的上沿和下沿分别设置一个热电偶23，用于探测红外加热站20的内部温度，热电偶23可选用J型热电偶，具有性能良好且价格便宜的优点。当片材被置入红外加热站20内后，八个加热区域配合各自的非接触式温度传感器22在软件控制下相互通讯保证配合，使片材在不同区域的加热速率保持一致，在同时到达设定温度值后进入统一的均热时间，从而保证了片材上不同位置温度的一致性。本实施例中，加热区域的数量及划分与非接触式温度传感器的配置是根据产品具体情况规划的；本实施例的红外加热站20将片材从室温升到175℃通常仅需要20～25s，考虑到热透时间，整个加热时间为25～30s。并且保证了在最大长度和宽度为1350*850mm的范围内最终片材表面的温差在±5℃之内。

如图1所示，机械手30设置在卧式注塑机10和红外加热站20的旁侧，机械手30用于带动片材或产品在不同设备和工位之间移动，机械手30上安装有用于装夹片材或产品的治具40。机械手30的数量、型号、位置等根据本热塑性有机纤维板一体成型设备100的实际情况进行设置。在本实施例中，机械手30的数量为两台，分别为第一机械手31和第二机械手32，均为六轴机械手，还配置有上料工位60、中间工位70、以及质检工位80，其中，上料工位60有根据提前裁切好的片材，中间工位70设有用于支撑片材的支架，质检工位80设有用于放置产品的支架，供人工对产品进行质检。第一机械手31上安装有吸盘治具(图中未示出)，第一机械手31负责将上料工位60中的片材取出并放至中间工位70的支架上、以及将注塑模具成型好的产品取出并放至质检工位80的支架上。第二机械手32上安装有夹持治具41，第二机械手32负责将片材从中间工位70移动到红外加热站20、以及从红外加热站20移动到注塑模具中。其中，夹持治具41的结构可如图10所示，夹持治具41主要包括转接座411、治具主体412、销钉413、以及夹块414，转接座411用于与机械手30的末端连接，治具主体412上安装有可活动的销钉413，活动销钉413用于穿过片材上的通孔定位片材，活动销钉413上安装有夹块414，夹块414用于配合治具主体412夹持片材。

控制系统连接并控制卧式注塑机10、红外加热站20以及机械手30工作，控制系统用于实现自动化控制。在本实施例中，控制单元包括上位机和下位机。上位机上安装有属于现有技术且用于控制卧式注塑机10、红外加热站20以及机械手30的软件，通过这些软件可以实现，例如，设定卧式注塑机10的恒压恒流液压单元的恒定压力和恒定流量的参数及控制比例阀111按照设定的恒定压力和恒定流量工作，设定红外加热站20的各个加热区域的加热参数，设定机械手30的动作位置参数等。下位机控制卧式注塑机10、红外加热站20以及机械手30执行动作，下位机为PLC。在另一些实施例中，下位机也可以是单片机。

本热塑性有机纤维板一体成型设备100的工作原理包括以下步骤：

(1)片材抓取：根据实际产品成型以及应用需求提前裁切好片材，并放置在上料工位60，第一机械手31利用吸盘治具将上料工位60的片材放置到中间工位70的支架上，第二机械手32利用夹持治具41夹持中间工位70上的片材进行取件；

(2)片材预热：第二机械手32将片材置入红外加热站20中，控制系统控制红外加热站20对片材进行加热。

其中，在上位机的软件中可以设定红外加热站20的八个加热区域的温度值及看到八个非接触式温度传感器22的实时探测值。在本实施例中，如图11所示，八个加热区域的设定值分别为175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃，片材加热过程中某一时刻八个非接触式温度传感器所探测的实际值分别为111℃、115℃、111℃、114℃、115℃、115℃、115℃、107℃，此时刻所有实际值在±5℃以内。

在上位机的软件中可以设定各个加热区域的具体参数。在本实施例中，如图12所示，以图8中的红外加热器2-1至红外加热器2-6组成的第二加热区域(即红外线加热装置2)为例，其参数主要有热透时间启动公差5℃、热透时间2s、截止到当时取得实时数据时加热时间为14.61s，其中，热透时间表示在片材上的八个区域温度同步达到设定值后继续维持设定值2s，再结束加热过程。

在上位机的软件中会实时反馈各个加热区域在整个加热过程中的温度曲线。在本实施例中，图13和图14示出了随机选取的第二、第三、第五、第六加热区域的非接触式温度传感器实测温度曲线，其分别代表片材上四个相应位置的实际温度，这四个加热区域在整个加热过程的温度保持了高度的一致性。例如，从图13中可以看到，在加热初段的测量线处，第二、第三、第五、第六加热区域的非接触式温度传感器探测到的温度分别为23.52℃、21.22℃、22.30℃、22.30℃，温度偏差差值在±5℃以内；从图14中可以看到，在加热过程的测量线处，第二、第三、第五、第六加热区域的非接触式温度传感器探测到的温度分别为87.67℃、87.92℃、89.72℃、89.72℃，温度偏差差值在±5℃以内。

(3)机械手转移至模具：第二机械手32将加热好的片材从红外加热站20中取出，并放置于注塑模具的相应位置。

(4)合模成型：首先，在注塑模具合模及第二机械手32转移片材至注塑模具前，第一片材固定机构的型芯51为辅助脱模的顶出状态，型芯51处于顶出位置51a，第二片材固定机构的推板56、定位机构57以及夹持机构58位于动模板的型腔中。当注塑模具开始合模时，注塑模具上的包括型芯51在内的所有芯子退回，型芯51处于退回位置51b。接着，动模根据卧式注塑机10的设定闭合到中间设定位置后停止。

然后，第二机械手32将加热好的片材放置于注塑模具分型面处的相应位置，即步骤(3)。接着，在产品成型区域内，第一液压缸52在恒压恒流液压单元11的驱动下将型芯51顶出至顶出位置51a，见图3，此时型芯51的平面511与型芯51相对侧产品成型区域的平面相配合将片材夹持定位；在产品成型区域外，第二液压缸59在恒压恒流液压单元11的驱动下将推板56顶出，见图4，直至定位机构57的调整垫块571率先与定模分型面接触，进而夹持机构58的万向球582和定模分型面相配合将片材的相应部分夹持，此时片材处于被夹持且可滑动的状态。其中，针对特殊工艺，第一液压缸52可以由一套恒压恒流液压单元11驱动，八个第二液压缸59可以由另一套恒压恒流液压单元11驱动；图15示出了上位机的软件中设定的恒压恒流液压单元11的恒定压力和恒定流量分别为80bar和60L/min；定位机构57需根据片材的不同厚度要求预先进行调节，确保调整垫块571与定模分型面接触时夹持机构58和定模分型面之间能有效夹持片材；夹持机构58保证了片材不会因重力下落变形，又保证了片材有滑动空间。

之后，注塑模具的合模过程继续进行，片材在型芯51的夹持定位下随合模过程滑入型腔进行热成型。此过程中，恒压恒流液压单元11通过比例阀111保证输出的液压油的压力和流量恒定。在产品成型区域内，型芯51在第一液压缸52的驱动下保持对片材的夹持，同时随着合模进程被压回到退回位置51b，片材的被夹持部分上会被热压有型芯51成型面的几何外形和纹理，片材的位于产品成型区域以外的部分会随型滑入型腔进行成型；在产品成型区域外，推板51上的定位机构57的调整垫块571保持与定模分型面接触，并且夹持机构58的万向球582保持与定模分型面配合夹持住片材，同时随着合模进程，定位机构57和夹持机构58带动推板51被压回到动模板的型腔中。其中，恒压恒流液压单元11中的超出恒定压力和恒定流量的液压油通过第一安全阀310和/或第二安全阀312回流到油箱34中，第二单向阀13确保其他油路的液压油不会影响恒压恒流液压单元11的正常工作。

当注塑模具完成合模后，建立锁模力，等待注射成型。

(5)注射成型：卧式注塑机10注射塑胶熔体，使其与已经热成型的片材结合，并进行保压，之后进入冷却。与此同时，第二机械手32利用夹持治具41从中间工位70取下一件片材，并将该片材置入红外加热站20中进行加热，等待下一模次开始。

(6)开模顶出取件：卧式注塑机10撤去锁模力，并拉动注塑模具开模，当开模到位后，注塑模具的顶针和型芯51一起将产品顶出，第一机械手31取件并将产品放置质检工位80的支架上，供人工进行质检。同时，第二机械手32准备将下一件即将加热好的片材放入注塑模具，准备开始下一模次的合模成型。

其中，需要说明的是，片材为热塑型纤维增强片材，其纤维可以是任意填充纤维，也可以是不同纹理的织物，或以单向带叠压形式制成片材，片材的厚度可以根据产品需求任意选择，目前通用厚度为0.5～4mm。依据大型制品工艺或片材的不同，成型周期介于65～120s之间，与上述处于公示中的专利技术相比成型周期至少缩短90～95％。注射的塑料种类可以是基于热塑性塑料的任何种类，可以是任何填充物形式及含量，卧式注塑机10有能力加工任何商业牌号材料。当卧式注塑机配置不同的技术模块时，注射成型的方式可以是基于注射成型的任意技术，如多组份、发泡注射、压缩等等。

实施例2

本实施例提供了一种热塑性有机纤维板一体成型设备，与实施例1的区别在于，注塑模具的第一片材固定机构和第二片材固定机构均设置在定模上。

图16是注塑模具及其上第一片材固定机构的结构示意图。

如图16所示，在本实施例中，型芯51设置在定模分型面的产品成型区域内，并与动模分型面上的型腔相配合，第一液压缸52、推杆连接板54以及推杆55均设置在定模上。

图17是注塑模具及其上第二片材固定机构的结构示意图。

如图17所示，在本实施例中，推板56设置在定模板的定模分型面上且位于产品成型区域外，定模板上具有容置推板56、定位机构57、以及夹持机构58的型腔。动模分型面的产品成型区域包括型腔，定模分型面的产品成型区域包括型芯。第二液压缸59和推杆510均设置在定模上。

其余部分与实施例1中的无异，不再赘述。

实施例3

本实施例提供了一种热塑性有机纤维板一体成型设备，与实施例1的区别在于第二片材固定机构的夹持机构。

图18是注塑模具上的推板56、定位机构57、夹持机构58的剖视示意图。

如图18所示，在本实施例中，夹持机构58包括滚珠座583、滚珠584、以及压簧585，滚珠座583通过紧固件安装在推板10上，滚珠584可自由转动地安装在滚珠座583上，滚珠584用于接触片材，并配合定模分型面3夹持住片材，压簧585呈压缩状态地安装在滚珠座583内且抵在滚珠座583的内壁和滚珠584的底部之间，压簧585的恢复力直接作用在滚珠584上，作为夹持片材的夹持力。当片材被夹持住时，由于滚珠584可自由转动，所以片材在受到外力时可发生滑动，如此在合模过程中，片材能随型滑入型腔成型，不会被扯破。

其他部分与实施例1中的无异，不再赘述。当然，本领域技术人员还能够将本实施例中的夹持机构58用在实施例2中的第二片材固定机构中，其结构及实施后的技术效果同样可以预见，故也不再赘述。

实施例的作用与效果

根据上述实施例所涉及的热塑性有机纤维板一体成型设备，因为包括卧式注塑机、红外加热站、机械手、控制系统，其中，卧式注塑机的液压系统中增设了恒压恒流液压单元，恒压恒流液压单元能够控制注塑模具的液压缸在合模过程中按设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材，使注塑模具能成型中心区域包含深腔结构且四周有复杂几何外型结构的产品，红外加热站中划分有多个加热区域，各个加热区域独立控制且相互通讯配合，能够使加热的热塑性有机片材表面各个区域位置的温度偏差在±5℃内，控制系统整合并优化了各个装置之间的协作，所以，本热塑性有机纤维板一体成型设备能高效且全自动地实现热塑性有机片材的加热、热成型、以及与塑胶熔体的结合，不仅能满足Fiberform工艺、嵌入片材的注射成型工艺等特殊工艺的制程需求，基于卧式注塑机平台最高四千吨左右的锁模力及不同技术模块的搭配还能满足其他任意注射成型工艺，具有很好的适用性，并且能满足量产规模的加工生产。

恒压恒流液压单元包括比例阀、液压动力源及液压动力源管路、油箱及油箱管路、第一安全阀、第一单向阀、以及第二安全阀。比例阀用于保证液压系统在设定的恒定压力和恒定流量下工作，液压动力源用于提供液压动力，油箱用于储存液压油和收集回油，第一安全阀和第二安全阀分别用于防止比例阀所连的两个工作管路的压力过高，起到安全保护作用，所以，恒压恒流液压单元能保证输出的压力和流量恒定，使液压缸能在保证压力的情况下执行动作。

进一步地，液压动力源优选为蓄能器，采用蓄能器来提供恒压恒流液压单元的液压动力，使得恒压恒流液压单元能够与卧式注塑机上的其他液压芯子油路分开，进而不影响其它芯子动作。

进一步地，恒压恒流液压单元还可包括设置在油箱管路上的第二单向阀，第二单向阀能阻止其他油路对恒压恒流液压单元的干扰。

热塑性有机纤维板一体成型设备还可包括注塑模具，注塑模具上设有位于模具分型面的产品成型区域内的第一片材固定机构和位于模具分型面的产品成型区域外的第二片材固定机构。

其中，第一片材固定机构包括型芯和第一液压缸。型芯的成型面包括与分型面平行的平面，第一液压缸由恒压恒流液压单元控制在恒定压力和恒定流量下驱动型芯顶出，使型芯的平面能与型芯相对侧产品成型区域的平面配合来夹持住热塑性有机片材，所以第一片材固定机构的型芯能起到成型和固定热塑性有机片材的双重功能，并且当注塑模具闭合时，型芯在第一液压缸驱动下能保持压力地夹持热塑性有机片材，同时随型退回，使得宽幅片材能滑入型腔中成型，从而注塑模具能生产加工出中心区域包含深腔结构且四周有复杂几何外型的产品。

第二片材固定机构包括推板、夹持机构、定位机构、以及第二液压缸。推板设置在分型面的产品成型区域的外侧，推板上安装有夹持机构和定位机构，第二液压缸由恒压恒流液压单元控制在恒定压力和恒定流量下驱动推板，当注塑模具合模时，推板由液压缸驱动顶出，使得定位机构接触相对侧的分型面实现定位，热塑性有机片材可滑动地被夹持在夹持机构和相对侧的分型面之间，所以第二片材固定机构不仅能保证对热塑性有机片材的夹持，而且使热塑性有机片材在合模过程中能随型滑入型腔成型，不会被扯破，适用于宽幅片材的成型加工，并且定位机构在合模过程中保持与相对侧分型面接触，夹持机构在合模过程中保持与相对侧分型面配合夹持住热塑性有机片材，同时随着合模进程，推板在定位机构和夹持机构的带动下能随型退回，所以第二片材固定机构在整个合模过程中都能保持压力地夹持热塑性有机片材。

进一步地，夹持机构可以采用万向球的形式，也可以采用滚珠和压簧的形式，实现热塑性有机片材既被夹持且可滑动的状态。

进一步地，定位机构可包括调整垫块和调整垫片，通过调节调整垫片的数量和/或厚度来调节调整垫块的顶面到推板板面的距离，进而调节合模时夹持机构和相对侧的分型面之间的间距，从而能满足不同厚度热塑性有机片材的夹持需求。

热塑性有机纤维板一体成型设备中的机械手为两台，分别为第一机械手和第二机械手，并配置有上料工位、中间工位、质检工位，其中，第一机械手用于将上料工位中的热塑性有机片材取出并放至中间工位的支架上、以及将注塑模具成型好的产品取出并放至质检工位的支架上，第二机械手用于将热塑性有机片材从中间工位移动到红外加热站中、以及从红外加热站移动到注塑模具中，如此能进一步地优化各个装置之间的协作。

进一步地，根据机械手的用途，第一机械手上安装的治具为吸盘治具，第二机械手上安装的治具为夹持治具，能更好地实现装夹功能。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于，包括：

卧式注塑机，具有液压系统，所述液压系统包括恒压恒流液压单元，所述恒压恒流液压单元用于控制注塑模具的液压缸在合模过程中按设定的恒定压力和恒定流量执行动作，以固定热塑性有机片材；

红外加热站，用于加热热塑性有机片材，所述红外加热站包括红外加热器和非接触式温度传感器，多个所述红外加热器设置在平行的两个面上且相对应地布置成矩形阵列状，两个面上的所述红外加热器相对应地划分成多个可独立控制的加热区域，每个所述加热区域由至少一个所述红外加热器构成，每个所述加热区域中设置用于探测热塑性有机片材表面相应位置温度的所述非接触式温度传感器；

机械手，用于移动热塑性有机片材；

治具，安装在所述机械手上，用于装夹热塑性有机片材；以及

控制系统，用于设定和控制所述卧式注塑机、所述红外加热站、以及所述机械手工作；

其中，所述恒压恒流液压单元的恒定压力和恒定流量通过所述控制系统进行设定，

所述红外加热站的各个所述加热区域通过各自的所述非接触式温度传感器和所述控制系统实现相互通讯和相互配合，使加热的热塑性有机片材表面各个位置的温度偏差在±5℃内。

2.根据权利要求1所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述恒压恒流液压单元包括比例阀、液压动力源及液压动力源管路、油箱及油箱管路、第一工作管路、第二工作管路、压力管路、回油管路、第一安全阀、第一单向阀、以及第二安全阀，

所述比例阀由所述控制系统控制且具有A口、B口、P口、T口，

所述第一工作管路分别与所述比例阀的A口和所述液压缸的一个工作腔连接，

所述第二工作管路分别与所述比例阀的B口和所述液压缸的另一个工作腔连接，

所述压力管路分别与所述比例阀的P口和所述液压动力源管路连接，

所述回油管路分别与所述比例阀的T口和所述油箱管路连接，

所述第一安全阀的进口和出口分别通过管路与所述第一工作管路和所述油箱管路连接，

所述第一单向阀和所述第二安全阀相并联地设置在所述第二工作管路上，所述第一单向阀的出口和所述第二安全阀的进口均与所述比例阀的B口连通。

3.根据权利要求2所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述液压动力源为蓄能器。

4.根据权利要求2所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述恒压恒流液压单元还包括第二单向阀，

所述第二单向阀设置在所述油箱管路上，用于阻止其他油路对所述恒压恒流液压单元的干扰。

5.根据权利要求1～4任一项所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于，还包括：

注塑模具，包括位于模具分型面的产品成型区域内的第一片材固定机构和位于模具分型面的产品成型区域外的第二片材固定机构；

其中，所述第一片材固定机构包括型芯和第一液压缸，

所述型芯设置在动模分型面或定模分型面上且具有成型面，所述成型面包括与模具分型面平行的平面，所述平面用于与型芯相对侧产品成型区域的平面配合来夹持住热塑性有机片材，

所述第一液压缸设置在动模或定模上且与所述型芯位于同侧，所述第一液压缸的输出轴驱动所述型芯顶出或退回，并且所述第一液压缸由所述恒压恒流液压单元控制执行动作；

所述第二片材固定机构包括推板、夹持机构、定位机构、以及第二液压缸，

所述推板设置在动模分型面或定模分型面上且位于所在分型面的产品成型区域的外侧，

所述夹持机构安装在所述推板上，所述夹持机构用于与相对侧的分型面配合来夹持住热塑性有机片材，并使被夹持的热塑性有机片材处于可滑动状态，

所述定位机构安装在所述推板上，所述定位机构用于合模时接触相对侧的分型面实现定位，使所述夹持机构和相对侧的分型面之间的间距保证热塑性有机片材可滑动地被夹持在这两者之间，

所述第二液压缸设置在动模或定模上且与所述推板位于同侧，所述第二液压缸的输出轴驱动所述推板顶出或退回，并且所述第二液压缸由所述恒压恒流液压单元控制执行动作。

6.根据权利要求5所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述夹持机构包括万向球座和万向球，

所述万向球座安装在所述推板上，

所述万向球可转动地安装在所述万向球座上，用于接触和夹持热塑性有机片材。

7.根据权利要求5所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述夹持机构包括滚珠座、滚珠、以及压簧，

所述滚珠座安装在所述推板上，

所述滚珠可转动地安装在所述滚珠座上，用于接触和夹持热塑性有机片材，

所述压簧呈压缩状态地安装在所述滚珠座内且抵在所述滚珠座的内壁和所述滚珠的底部之间。

8.根据权利要求5所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述定位机构包括调整垫块和调整垫片，

所述调整垫块安装在所述推板上，所述调整垫块的顶面为接触相对侧分型面的接触面，

所述调整垫片安装在所述调整垫块的底面和所述推板的板面之间，用于调节合模时所述夹持机构和相对侧的分型面之间的间距。

9.根据权利要求1～4、6～8任一项所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于，还包括：

上料工位，用于放置裁切好的热塑性有机片材；

中间工位，设有用于支撑热塑性有机片材的支架；

质检工位，设有用于放置产品的支架；

其中，所述机械手包括第一机械手和第二机械手，

所述第一机械手用于将所述上料工位中的热塑性有机片材取出并放至所述中间工位的支架上、以及将所述注塑模具成型好的产品取出并放至所述质检工位的支架上，

所述第二机械手用于将热塑性有机片材从所述中间工位移动到所述红外加热站中、以及从所述红外加热站移动到所述注塑模具中。

10.根据权利要求9所述的热塑性有机纤维板一体成型设备，其特征在于：

其中，所述治具包括吸盘治具和夹持治具，

所述吸盘治具安装在所述第一机械手上，

所述夹持治具安装在所述第二机械手上。

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