大型塑料制品旋塑成型装备及工艺关键问题研究

摘要

旋塑成型技术的出现使得高精度的大型塑料制品整体一次加工制造成为可能。旋塑成型又称滚塑成型，其成型原理主要包含四步工序;加料、加热、冷却和脱模。
　　本文以新能源汽车全塑车身的精密制造为切入点，从烘箱式旋塑成型的传热模型、设备结构优化、模具创新加工制造技术、成型工艺智能控制等方面对旋塑成型装备及工艺的关键问题进行了研究。本文相关创新研究工作的应用实施对于完善旋塑成型理论体系，扩展旋塑成型技术的应用领域都具有重要的科学意义和现实意义。
　　(1)本文首先根据大型烘箱式旋塑设备成型过程中的温度传递特征，创新性提出了旋塑成型多阶段、多方式的传热模型，建立了成型过程中四个重要阶段的热量(q)和温度（T）之间的参量关系，并探讨、获得了旋塑成型过程传热特性的影响因素。该项针对烘箱式旋塑成型的多阶段传热模型研究工作，填补了旋塑成型过程中热量传递与温升时间的理论计算空白。
　　(2)以多阶段传热模型为基础，本文采用有限元分析方法，对旋塑设备的烘箱温度场、机械臂和模具架的受力特性进行了优化设计，提出了出风口加装导流叶片控制单元、烘箱-烘道集成一体化结构、机械臂结构强度优化设计方案、大型制品逆向工程虚拟设计等方案。并对现有设备进行了改进优化试验研究。研究结果表明;改进后的方案热利用率高，机械部分变形小、稳定性好;相比于明火直烧/半明火直烧方式，烘箱-烘道一体化结构的旋塑设备可缩短成型时间20％以上，降低能耗达30％;加装出风口控制单元后可缩短成型时间50％以上，降低能耗达40％。
　　(3)在旋塑模具设计制造方面，针对大型中空旋塑制品所采用的超大、超重铝块模具制造难度大、加工机床要求高、精度难以保证等问题，本文采用微积分设计思想，将大型模具进行单元分割、阵列组合，该应用创新方法不仅大幅降低了模具制造的难度和成本，且可以有效地保证模具的制造精度。此外，针对大型薄壁金属模具，本文提出了数控点压渐进成型和多阶立体花纹降维加工的制造方法，该应用创新方法可以有效地解决旋塑领域大型薄壁金属模具加工制造过程变形大、易开裂等技术难题。
　　(4)在工艺控制方面，本文创新性发明了高温环境下无线测温方法及装置，解决了长久以来高速转动的旋塑模具内部温度无法监测的技术难题。利用该无线测温装置，可以对旋塑设备烘箱和模具内外表面的多点进行温度实时在线监测和有效控制。此外，基于该无线测温方法，本文设计了旋塑成型PLC智能控制模块，可对成型时间、燃烧机的比例控制和传统系统实施自动化控制，避免了设备能源浪费、制品精度低等弊端，实现了大型塑料制品加工制造过程的智能监测。
　　通过开展以上研究工作，大型塑料制品旋塑成型装备与工艺等系列先进技术已相对完善和成熟，上述多项应用创新技术目前已在浙江省温岭市旭日滚塑科技有限公司实现了产业化生产，产品已远销至欧美等工业发达国家，并受到国内外客户的一致好评。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 大型塑料制品旋塑成型技术的发展现状

1．2．1 旋塑成型技术介绍

1．2．2 旋塑成型原料的研究

1．2．3 旋塑成型装备的研究

1．2．4 旋塑成型模具的研究

1．2．5 旋塑成型工艺的研究

1．3 本课题的研究目的、研究内容和创新点

1．3．1 研究目的和意义

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究创新点

第二章 大型塑料制品旋塑成型工艺过程温度传递理论的研究

2．1 旋塑成型工艺过程传热方程的建立

2．1．1 旋塑成型多阶段传热过程的提出

2．1．2 旋塑成型C0、C1、C2参数的提出

2．2 燃烧机加热烘箱内部空气的热量(q1)的分析

2．3 热气流加热模具的热量(q2)的分析

2．4 模具升温-物料熔融的热量(q3-4)分析研究

2．5 本章小结

第三章 旋塑成型工艺过程智能监测与控制

3．1 旋塑成型的温度参数监测介绍

3．2 无线测温装置结构设计

3．2．1 无线测温方案设计

3．2．2 无线测温装置结构优化

3．3．无线测温系统模块设计

3．3．1 特性说明

3．3．2 热电偶测量

3．3．3 无线模块接口的定义

3．4 旋塑成型温度的智能监测试验

3．5 基于旋塑成型的PLC智能控制

3．6 本章小结

第四章 基于温度控制的大型旋塑成型装备的研究

4．1 旋塑设备温度场的模拟分析

4．1．1 模拟分析方法介绍

3．1．2 分析计算模型

4．1．3 结果讨论

4．2 出风口结构优化设计

4．2．1 出风口优化设计

4．2．2 出风口温度场模拟分析

4．3 烘箱-烘道一体设计

4．3．1 分离式烘箱一烘道结构存在的缺陷

4．3．2 烘箱-烘道一体式结构的设计

4．4 模具架结构优化设计

4．4．1 053500-L型机械臂结构分析

4．4．2 083500-L型机械臂结构优化设计

4．5 旋塑成型设备其它先进制造技术

4．5．1 基于电加热的L型转臂结构设计

4．5．2 旋塑成型多层复合工艺及装置

4．6 旋塑成型多层复合工艺应用

4．6．1 产品设计要求

4．6．2 分析模型

4．6．3 结果讨论

4．7 本章小结

第五章 大型旋塑模具及成型方法的研究

5．1 大型复杂模具单元分割组合方法

5．1．1 方法的提出

5．1．2 单元组合方法介绍

5．1．3 全塑车身旋塑模具分块组合方法

5．2 数控点压渐进成型技术的研究

5．2．1 成型理论介绍

5．2．2 成型设备介绍

5．2．3 复杂多阶花纹模具降维成型方法

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介