阅读说明：本技术 一种新的塑料热压成型工艺及装备 (Novel plastic hot-press molding process and equipment ) 是由 黄增祥 王海雄 王逵 王成安 于 2020-10-25 设计创作，主要内容包括：一种新的热压成型工艺,其特征在于塑料不单独加热,在热压合模后利用上下模板对其加热到一定温度后,进行热压成型。根据此工艺发明一种小型化的塑料热压成型装备,其特征在于,设备由机械结构和控制系统组成。机械结构包括设备的动力机构、整体的支撑结构、热压板的结构,动力机构采用伺服电机10驱动。支撑采用四柱支撑架结构支撑动力机构；热压板6上安装有加热器13、制冷器7、温度传感器11；控制系统包含温度控制及的运动控制,温度控制系统有加热和冷却系统,运动控制系统使伺服电机10可以进行快慢停以及正反转动。本微热压成型机具有小型化,结构紧凑,便于控制等特点,可实际用于热压成型生产和聚合物热压教学实验。(A new hot-press shaping technology features that the plastics are not heated separately, and after the mould is closed by hot pressing, the plastics are heated to a certain temp by upper and lower mould plates for hot-press shaping. The invention provides a miniaturized plastic hot-press molding device according to the process, which is characterized in that the device consists of a mechanical structure and a control system. The mechanical structure comprises a power mechanism of the equipment, an integral supporting structure and a hot pressing plate structure, wherein the power mechanism is driven by a servo motor 10. The support adopts a four-column support frame structure to support a power mechanism; the hot pressing plate 6 is provided with a heater 13, a refrigerator 7 and a temperature sensor 11; the control system comprises a temperature control system and a motion control system, wherein the temperature control system comprises a heating system and a cooling system, and the motion control system enables the servo motor 10 to perform quick and slow stop and forward and reverse rotation. The micro hot-pressing forming machine has the characteristics of miniaturization, compact structure, convenience in control and the like, and can be practically used for hot-pressing forming production and polymer hot-pressing teaching experiments.)

一种新的塑料热压成型工艺及装备

技术领域

本发明属于成型工艺及装备领域，具体地涉及一种适用于教学实验的小型的塑料热压成型装备。

背景技术

我国每年都要消耗大量的塑料制品，塑料制品的能源消耗巨大，考虑到塑料工业对加工成型技术有着低消耗、高效率、环保的高要求，有必要将塑料加工成型装备械向能源消耗低、高效率的方向发展，研究其创新技术。

热压成型机的传动多为液压传动，有着体积大、污染周围环境等缺点，现有的高分子教学实验的热压成型设备往往体积大、价格贵，不易维修，不便于搬运及在实验室中使用，而市场中的手动热压机需要操作员一直手动保持压力，自动化程度不高。

发明内容

本发明的目的在于为教学实验提供一种热压成型工艺及装备，使工艺简单可行，装备体积小、成本低、自动化程度高且易于维修。伺服传动系统的使用相较于传统液压动力系统节能了三分之一以上，缩小了成型设备的整体结构和降低整体质量以及降低了设备的成产成本。

本发明的技术方案是这样实现的：一种新的热压成型工艺，其特征在于塑料不单独加热，在热压合模后利用上下模板对其加热到一定温度后，进行热压成型。一种小型化的塑料热压成型装备，其特征在于：设备包括机械结构和控制系统。机械结构包括设备的动力机构、支撑结构、热压板的结构，传动方式为蜗杆—蜗轮和蜗轮—丝杠，上模的热压板上安装有加热器、制冷片、温度传感器和压力传感器，温度控制系统采用PID运算模拟量输出信号，控制晶闸管实现温度的恒定，伺服控制系统是通过PLC控制器控制伺服电机正反转从而控制热压板的上下运动。

作为优选的技术方案，所述的动力机构采用伺服电机，电机通过弹性联轴器(未标出)与蜗杆5相连，蜗杆采用45钢，淬火并磨削处理，硬度为45HRC-55HRC，蜗轮材料选用为铸锡青铜(ZCuSn₁₀P₁)。设定总传动比：i＝8，蜗杆头数蜗轮齿数Z₂＝32，丝杆材料选用45钢，淬火处理，螺纹采用梯形螺纹，丝杆垂直安装，丝杆螺母固定—自由安装，丝杆所受轴向载荷为42KN，丝杆最大直线速度为50mm/s。

作为优选的技术方案，所述的传动机构中，蜗杆5和空心轴蜗轮均选用圆锥滚子轴承进行安装定位。

作为优选的技术方案，所述的支撑结构采用四柱支撑机构。

作为优选的技术方案，所述的热压板6的基体材料选用硬铝合金(2A12合金)，有利于导热，热压板6的四个角上各开一个用于固定的螺栓孔，其前后两侧面均布有共12个PTC加热器安装孔，左右两侧面共均布有六个制冷片器安装孔以及4个螺栓孔，前侧面中间设有一个温度传感器安装孔。

作为优选的技术方案，所述的温度控制系统包括加热器13、隔热板8、制冷器7、温度传感器(未标出)、温度设定装置、温度显示装置以及PLC控制器，散热器7由制冷片和肋状散热器组成，散热器通过螺钉固定于铝合金热压板基体上，PTC热敏电阻加热器直接插入热压板的安装孔中，隔热板材料为棉岩。

制冷器单独使用直流电源供电。

作为优选的技术方案，所述的伺服电机的运动控制系统包括接近开关、限位开关，上位机、PLC控制器、伺服控制器和伺服电机。接近开关安装在下模座上(未标出)，接近开关安装在传动装置安装板上(未标出)。

作为优选的技术方案，所述的控制面板上有快速下行、慢速下行、系统启动、系统停止以及冷却五个按钮，上模温度控制和下模温度控制两个旋钮，上模温度显示和下模温度显示两个显示窗口。加热器旋钮有9个档位：“OFF”、“120℃～160℃”，每5℃一个档位。

本发明的有益效果是：可以降低塑料零件生产带来的能源短缺、成本高以及环境污染问题，基于PLC的伺服控制系统和温度控制系统使热压成型过程实现自动化，同时机体结构的小型化使其便于搬运。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的装配图。

图3热压成型机工作流程图。

图4是PLC的外部接线图。

图5是控制面板平面示意图。

图2中，1为丝杆；2为圆锥滚子轴承；3为蜗轮；4为限位开关；5为蜗杆；6为热压板；7为制冷器；8为隔热板；9为接近开关；10为伺服电机；11为压力传感器；12为上模座；13为加热器；14为下模；15为铝合金型材基座。

具体实施方式

参照图1、2所示，成型机上支板上通过螺栓固定有电机安装架(未标出)，电机10通过螺栓安装在电机安装架上，电机转动通过联轴器(未标出)、蜗杆5、涡轮3以及丝杆1带动成型机热压板6的下行，快接近下模14时，触碰位置开关9，伺服电机10停止转动，加热器开始工作，当上下模温度达到设定温度时，伺服电机10带动热压板6慢速下行加压，下行达到设定压力时压力传感器11发出信号，伺服电机10停止转动并自锁保压一定工艺时间后，加热器13停止加热同时制冷器7开始工作冷却上下模，冷却完成后制冷器关闭，电机10快速反转带动热压板快速上行。上行到限位开关4位置时电机10停止转动，系统停止，取出成品。

涡轮3和蜗杆5通过圆轴滚子轴承与螺栓进行安装定位，蜗杆起到减速传动的作用,达到了放大丝杆推力的作用,提供了低于热压的蜗轮传动压力，涡轮内孔加工有螺纹，通过丝杆将旋转动力转换为升降动力。

基座17采用铝合金型材与下模座使用螺栓连接在一起，强度高质量轻；下模座(未标出)打有通孔和隔热板8、下模板(未标出)通过螺栓连接。线轨立柱(未标出)从下模座(未标出)穿过和上模架(未标出)通过螺母连接组成支撑结构，上模座使用导套(未标出)套装在立柱上，热压板6、隔热板8通过螺栓连接在上模座上。

热压板6的快速上下行速度为50mm/s，慢速下行速度为1mm/s。

加热器旋钮有9个档位：“OFF”、“120℃～160℃”，每5℃一个档位。

制冷器7单独使用直流电源供电。

温度控制系统采用PID运算模拟量输出信号，控制晶闸管实现温度的恒定，伺服控制系统是通过PLC控制器控制伺服电机正反转从而控制热压板的上下运动。

控制系统采用PLC控制系统，PLC控制器选用西门子S7-200 CPU226,定义输入地址I0.0～I0.4；系统启动、停止开关共2个，定义输入地址I0.5～I0.6，上下温度设定旋钮I0.7～I3.0，温度模拟量输入AIW0，共24个输入地址；伺服电机的启停、正反转及调速共4点，定义输出地址Q0.0～Q0.3，加热器控制共两点，定义输出地址Q0.4～Q0.5，共6点。具体I/O地址分配如表1所示。内存地址分配安排表如表2所示。

外部接线图如图5所示。

表1

I0.0	热压板启动按钮	AIW0	上模温度传感器
				I0.1	热压板停止接近开关	AIW1	下模温度传感器
I0.2	热压板慢速下行按钮	Q0.0	伺服电机快速正转
				I0.3	压力传感器	Q0.1	伺服电机慢速正转
I0.4	上限位开关	Q0.2	伺服电机快速反转
				I0.5	系统启动按钮	Q0.3	伺服电机停止
I0.6	系统停止按钮	Q0.4	上模加热控制
				I0.7	上模拨码器OFF位	Q0.5	下模加热控制
I1.0～I1.7	上模温度拨码器	AQW0	80℃温度输出
				I2.0	下模拨码器OFF位
I2.1～I3.0	下模温度拨码器

表2

地址	说明
		VD0	比例常数P存放地址
VD4	积分常数I存放地址
		VD8	微分常数D存放地址
VD12	目标设定温度存放地址
		VD30	当前实际温度存放地址