董 燕

（江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，江西新余 338015）

1 機架設(shè)計

1.1 整體設(shè)計

機架采用L形設(shè)計。用標(biāo)準(zhǔn)的連接件將鋁材和鋁材連接，以此搭建整個架構(gòu)的框架。工作人員站在人們的視角位置，左邊是加熱機構(gòu)，右邊是換模機構(gòu)靠；考慮到系統(tǒng)中各部分之間可以忽略水平方向上的相對位移，即不存在作用力，所以采用螺釘連接即可保持固定。操作時工作人員站在整個機械的前面，同時考慮到模腔機構(gòu)整體的高度等，所以模腔部分在框架后側(cè)加上一個護板，正面用活頁護板連接成一個簡單的門，以便工作人員對機器進行維修和檢查。

1.2 機架材料的選擇

機架主要是起支撐、定位作用的構(gòu)架，因此要有很大支撐力，必須使各個零件間都處在準(zhǔn)確的位置上。對現(xiàn)有市場上的大部分機架進行的調(diào)查和統(tǒng)計。在設(shè)計之初，對于支架主體材料的選擇提出了2種方案。

（1）使用鋼材制作機架。鋼材可以通過強大的壓力制作成想要的不同形狀、尺寸的機架。就橫截面形狀及樣式可將鋼材分成4種類型，即型材、板材、管材和金屬制品。就鋼材的加工工藝溫度差異，又可分為冷加工和熱加工。也正是因為一般鋼材都是靠壓力來加工的，因此加工后的鋼材容易產(chǎn)生自身可恢復(fù)的塑性變形。

（2）選用鋁合金來制作機架。鋁合金的密度相對于其他金屬來說較低，但強度較高，塑性好，可加工成各種型材，還有很好導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗蝕性，因此在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。以上的優(yōu)勢、適用條件說明支架制作可以選擇鋁合金。鋁合金與鋼材相比要輕得多，但兩者的強度都很高。鋁合金的可塑性比鋼材高，且耐高溫；是良導(dǎo)體，可避雷防靜電；可回收利用，對環(huán)保有利，也比鋼材的價格便宜。因此選擇鋁合金作為支架主體的材料。

2 模腔機構(gòu)設(shè)計

如圖1所示是模腔機構(gòu)，包括上模腔、下模腔、上壓邊框、下壓邊框和導(dǎo)向緩沖裝置等。

2.1 上模腔尺寸的確定

箱體制造一般選用灰鑄鐵HT200，最低抗拉強度為195 MPa的灰鑄鐵，尺寸為（351～800）mm的箱體鑄件的最小壁厚尺寸應(yīng)是（10～15）mm，取四周壁厚為20 mm，因為頂部需要連接液壓缸做上下運動，因此頂部的壁厚取30 mm。上腔體主要用于啟動加壓密封，因此高度選擇160 mm即可。由于要承受0.8 MPa的壓力，所以壁厚需滿足壓力容器設(shè)計的要求，用軟件SW6-1998 v7.0對壁厚進行計算，當(dāng)材料為HT200、壓力容器設(shè)計壓力為0.8 MPa時，計算出壁厚為17 mm，因此壁厚為20 mm滿足強度要求。

2.2 下模腔尺寸的確定

下模腔腔體外部尺寸 520 mm×800 mm×230 mm；內(nèi)腔尺寸760 mm ×480 mm ×200mm，腔體壁厚20 mm，腔體加蓋端均向外延伸30 mm。腔體底部設(shè)計一個與液壓缸連接的結(jié)構(gòu)。

2.3 導(dǎo)向緩沖裝置的設(shè)計

因為氣缸的速度比較快和不穩(wěn)定，所以需增加一個緩沖裝置來延長設(shè)備的壽命。在導(dǎo)柱的外面套一個彈簧，采用東發(fā)ISO標(biāo)準(zhǔn)彈簧，選用TJL40-20，自由長度76 mm，能達到最大壓縮量30.4 mm，且在最大壓縮量的情況下壽命為20萬次。彈簧的常數(shù)k 為 65.8 N/mm。彈簧的初始壓縮量 Δx＝57.5×10/65.8＝8.74 mm，直套筒與壓邊框之間采用H7/r6過盈配合，采用緊定螺釘進行固定。

圖1 模腔機構(gòu)

3 換膜機構(gòu)設(shè)計

3.1 工作程序

（1）換膜機構(gòu)是用于模外裝飾設(shè)備更換薄膜的，整個更換過程是，①將薄膜拉到指定位置，用夾緊輪和壓塊夾緊薄膜把薄膜拉到模腔上方相應(yīng)位置。②向下壓撫平輪，讓薄膜最大限度的緊貼下模腔板，直到撫平輪退到切刀槽后面指定位置停止。③切開膜，回升撫平輪，夾緊輪和壓塊夾緊薄膜，最后再返回到原來位置。

（2）撫平輪、加緊輪在換膜機構(gòu)中起到關(guān)鍵性作用。撫平輪是讓膜與下模腔接觸得更加緊密。在貼完膜往后退時，通過在薄膜上滾動把薄膜壓平。夾緊輪可避免薄膜在工作中滑動，所以當(dāng)導(dǎo)軌向前運動時要夾緊薄膜。兩輪在各自位置上工作時會受到徑向力，這樣很容易造成薄膜損傷，還可能因為產(chǎn)生靜電使薄膜與輪間出現(xiàn)粘連而造成損傷。因此應(yīng)給兩輪留有一定彈性，且自身帶有防靜電作用。故可選擇Q235的普通鍍鋅鋼管材料，選用鋼管外包膠滾筒的設(shè)計方式。通過選用抗靜電的聚氨酯滾筒制作膠滾筒，來實現(xiàn)有彈性和防靜電作用等。兩輪還有固定撫平輪和夾緊輪及連接機架的作用。上方搖桿機構(gòu)，是利用電機的正反轉(zhuǎn)帶動搖桿，使撫平輪和夾緊輪完成設(shè)計所需的運動。

3.2 方案確定

（1）液壓馬達驅(qū)動。液壓馬達的速度控制是靠改變流入馬達內(nèi)液體的流量，而控制液體流量一般使用液壓閥。閥控液壓馬達的閥控系統(tǒng)有電液伺服閥和電液比例閥，而電液伺服閥因成本較高，因此工業(yè)上液壓馬達的速度一般采用電液比例閥來控制。

（2）氣缸驅(qū)動。氣缸的工作原理是靠氣壓泵產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能?；钊麠U上的推力和拉力通過工作載荷的大小來衡量。氣缸的選擇不能過大或過小，選擇輸出力時要留有一定余量。因為缸徑過小，輸出力則太小，即無法正常工作；但缸徑選擇過大，會因為設(shè)備太重而增加成本，增大耗氣量，從而浪費能源?？梢赃x擇增力機構(gòu)來設(shè)計夾具，以使氣缸的尺寸減小。

（3）兩方案比較。氣缸驅(qū)動比電動執(zhí)行器具有更多的優(yōu)勢，氣缸可在惡劣條件下正常工作，且操作簡單，一般情況下不需要維護。氣缸工作運動作往復(fù)直線運動，尤其適于工件的直線運行。而且僅靠調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥就能將速度控制在穩(wěn)定狀態(tài)。所以，最后選擇了氣缸驅(qū)動。

4 加熱機構(gòu)設(shè)計

（1）膜外裝飾設(shè)備更換的薄膜加熱即用到加熱機構(gòu)。加熱機構(gòu)是由底座、上加熱板、導(dǎo)桿、氣壓缸等部件組成。一個加熱周期的開始，是氣壓缸活塞推動加熱板進入到加熱區(qū)域位置，進入位置后加熱板發(fā)揮作用開始加熱，等到加熱完成，活塞再將加熱板拉回原來位置即完成。因為加熱機構(gòu)需要支撐，考慮到前面用鋁合金型材作為整體支撐的框架，所以也可以用鋁材作為加熱機構(gòu)的支撐。選擇30-30A型材再加上1塊T形板即可完成加熱機構(gòu)的底座。加熱機構(gòu)沒有水平位移，只需承受整個機構(gòu)的重力，所以選用鋁合金形材來搭建框架。由于加熱板只用于粘貼加熱片，用一層較薄的材料即可，所以選用30-30A型材搭建框架，再利用連接件將加熱片固定在框架上，即可完成加熱板的設(shè)計。由于加熱機構(gòu)需有較長的位移才能保證工作時的加熱，間歇的時候不會影響模腔機構(gòu)的工作。所以，加熱板需設(shè)計得較長，需在加熱板的中間加上2根支撐桿來保證加熱板不會變形。

（2）片材的加熱，既可以采用熱板的傳導(dǎo)方式，還可以采用紅外線輻射方式。加熱的方法沒有標(biāo)準(zhǔn)限制。熱板的供熱方法有很多，如油、煤氣、電、過熱水、蒸汽等，這些熱量供給方式各有利弊，燃料和電力相比成本較低。煤氣價格較低，但作為熱源供熱方式溫度很難控制，燃燒過程還會產(chǎn)生廢氣和二氧化碳，因此設(shè)備需配備通風(fēng)、廢氣排放系統(tǒng)，以免污染環(huán)境。電力價格相對比較昂貴，但控制性能強，溫度能得到精準(zhǔn)控制，而且電力能源容易采取，也是加熱中使用最廣的能源。

（3）在熱成形過程中，加熱中并沒有因為加熱方法和加熱器類型的變化而變化，還是接觸式加熱和輻射加熱兩種方法。在此機構(gòu)中，被加熱材料為塑料薄膜，輻射加熱更適合作為此機構(gòu)的加熱方法。通過加熱器產(chǎn)生的輻射熱對材料完成加熱過程，因為塑料材料能夠高強度的吸收一些遠紅外線波長的波，而產(chǎn)生的輻射能即是來自光譜的紅外線段電磁波，該方法不僅能提高加熱效率，也有很強的控制性。因此，這種遠紅外加熱裝置，已被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代化成型機中。