摘要:一般纸浆模塑制品热压整形设备采用气液增压系统,工作力小,成本高,维修复杂。为提高效率,减少能耗,选择力增益倍数大的五孔斜排式双曲肘三连杆合模机构,并使用MATLAB软件的多目标最优化函数fgoalattain优化结构尺寸,得到优化参数。为提高设备的适应性,采用PLC控制工艺流程,满足工艺试验要求;得到合理工艺参数,可调节快慢行程时间、保压时间、凸模抽吸时间等工艺参数;根据温度和压力反馈,控制模具温度和合模力。

　　纸浆模塑缓冲防震包装制品(简称PMP)是以废旧报纸、废旧纸箱纸、造纸厂或印刷厂的边角料等为原料,经水力碎浆、配料等工艺调配成一定浓度的浆料,浆料在特制的金属模具上经真空吸附成湿坯制品,成型好的湿坯再经干燥、热压整型而成。

　　型腔式纸浆模塑制品采用组合模具的加工方法,纸浆模塑制品在结构上是某种形式的封闭空腔或成型为小开口容器。型腔式结构的纸浆模塑制品需要专用的成型设备和工艺完成这一类纸浆模塑制品的生产加工。组合加工形式则是通过多个不同形状的纸浆模塑体在成型时,通过组合实现某种应用需要,完成所需的包装功能[122]。

　　纸浆制品经成型、干燥后,基本定型,再用高温及较大压力进行压制,使其外形整齐美观,达到更好的坚韧性,具有更好的防震性能,并可根据客户要求压上一些文字和图案。

　　热压整形工艺一般以电(或导热油)加热发热板,使金属模具具有较高的温度(180-250℃),利用气动或液压压力,压制纸浆制品,达到定型效果[3]。

　　热压整形设备如选用气缸直接驱动,设备所能加工纸浆模塑制品的最大尺寸为700mm×700mm,依据生产实践,一般纸张整形力的大小为0.2～0.4N/mm2,就需要外加压力98～196kN的合模力。采用液压驱动,液压油泄

　　漏,污染环境,更易污染制品。采用气压驱动,在气源压力为0.5MPa的条件下,需要很大缸径的气缸,存在设备体积大,耗能多,效率低,使用成本高等缺点。因此,纸浆模塑热压整形机采用气缸推动时,可利用机械增力机构的力放大作用,使热压整形设备满足合模压力的要求[4]。

　　机械增力机构有很多种,例如:六杆增力机构,杠杆增力机构,五铰链斜排双曲肘增力机构等。上述增力机构各有利弊,如选用六杆增力机构,虽然其结构简单,制造成本低,安装方便,但其增力倍数有限,远不及其他机构。杠杆增力机构在应付一些小倍数增力倍数显得更加胜任,但应用在本设备时,安装有居多不便之处。

　　如图1所示,五孔斜排式双曲肘三连杆合模机构是目前注射成型机中应用最为广泛的结构形式。按其合模过程中连杆的运动形式可分为内翻式和外翻式,内翻式开模时连杆l1和l2向内卷曲收拢,外翻式开模时连杆l1和l2向外卷曲收拢。内翻式有上下内翻和水平内翻2种形式,外翻式则多为上下外翻,但不论内翻和外翻结构,其受力分析是一致的;按模具锁紧后连杆所处状态,内翻式和外翻式又有2种结构形式[5]:

　　(1)模具压紧后,连杆l1和l2撑成一直线与水平线°。这是用得最为普遍的结构形式。

　　作者简介:李雪(1963-),男,山西吉县人,副教授,硕士,研究兴趣:机械制造工艺及自动化。

　　对于肘杆机构结构尺寸的优化设计,追求目标主要有:力放大性能、移模速度、功效系数、力和速度综合及结构尺寸等。要优选设计方案,就要有评价性能和质量的数学模型。对大型机械而言,应以简化结构、减小质量、降低能耗为主,因此多以追求力的放大比、提高合模力为目标函数;而对小型机械,往往以追求闭合速度、缩短成型周期、提高循环次数及提高生产率为主,因此多以行程比为目标函数。然而,一味地追求闭合速度、增大行程比,却会降低机台总体性能。

　　优化设计目标函数有:(1)以追求最大力放大倍数为目标函数max[M],追求力放大倍数有利于提高合模力,降低能耗,并且有助于提高制品质量;(2)以追求最大行程比为目标函数max[Ks],其设计思想是在合模机构活塞行程相同的条件下,使其动模板行程最大。换言之,动模板平均速度最大。此目标函数有利于提高成型机的启闭模效率,提高循环次数,缩短成型周期;(3)以追求锁模系统的锁模行程为目标函数max[Sm],其设计思想是尽可能使锁模系统能适应各种不同厚度的模具,提高整形设备的使用范围。

　　文献6中对上述3个目标函数的多目标优化问题求解时,在借鉴功效系数的优化方法上,组合各个目标函数,并引进等功效系数,采用增量搜索法寻找最优方案。限于当时条件,采用高级语言编程,其编程工作量大,计算精度低[6]。

　　本文在借鉴前述的多目标优化函数的同时,另外还增加一个气缸最小行程Sc的目标函数,其目的减少气源能耗、提高效率。而且,不考虑优化过程方法,优化计算直接使用MATLAB软件的多目标最优化函数fgoalattain求解,即:min[-M,-Ks,-Sm,Sc]。优化结果为:力增益倍数M=26.23(其他参数略)。考虑到零件的加工、装配误差和摩擦力对合模力的影响,取最大锁模力Pmax=200kN,在气源压力为0.5MPa条件下,则气缸内径为140mm。

　　如图 2 所示 ,热压整形设备为 4 导柱导向的框架结构 , 中间安装有五孔斜排式双曲肘三连杆合模机构 。为便于 脱模 ,采用凹模在上 、凸模在下的安装方式 。为了提高设 备的适应性 ,采用 PLC 控制工艺流程 ,满足工艺试验要求 , 得到合理工艺参数 ;可Kaiyun官方网站调节快慢行程时间 、保压时间 、凸模

　　抽吸时间等工艺参数 ; 根据温度和压力反馈 ,控制模具温 度和合模力 。

　　安全性上 ,在操作工位侧 ,采用红外式幕帘感应控制 系统 ;还采用贮气装置 ,使工作压力稳定 ,防止机器因爆管 原因引起的模具突然下落伤人事故的发生 。

　　纸浆模塑制品在干燥过程中会不同程度的发生扭曲 和收缩变形 。干燥后 ,纸浆模塑制品含水量小 ,产生扭曲 和收缩变形的程度大 ; 纸浆模塑制品含水量大 ,必须经过 热压整形工序 , 才能达到特定的含水量和质地的致密程 度 ,保证制品的力学性能[ 728 ] 。如图 3 所示 ,热压整形模具 采用电热方式 ,电热管安装在凹模上 ,除与模具接触面外 其余各面均用保温性极好的工业材料隔离 , 热能散失极 少 ,工人工作环境温度低。

　　凸模具有抽气 、吸 湿功能 , 加快干燥 , 减少能耗。同 时 ,凸模吹气功能 ,在开模后 ,瞬时反吹气 ,有利于制品脱 模 ,带来可靠的安全性 。凸模吹气孔带来包装纸浆模塑制 品的内表面形成圆孔或细条形状凸痕 ,不影响外观 ,而内 表面凸痕在力学上起加强筋作用 ,提高纸浆模塑制品整体 刚性 。

　　[ 5 ] 北京化工大学 ,华南理工大学. 塑料机械与设计[ M ] . 北京 :

　　的个性化支持技术是一个融合了计算机科学 、教育学 、心 理学等多学科领域的综合性研究课题 ,在各种计算机辅助 教学系统的研究中 ,都占据了重要地位 ,本文所做的工作 是对该领域的一次有益尝试。

　　[ 2 ] 周小军. 多媒体智能教学系统研究与设计[ D ] . 北京 : 中国科 学院计算机技术研究所 ,2000.