计量与切取装置及自动在线挤出、模压成型系统的制作方法

本发明涉及一种成型设备，更具体地，涉及一种计量与切取装置及设置有该装置的自动在线挤出、模压成型系统。

背景技术：
热塑性高分子复合材料的成型加工方式主要有挤出成型与注塑成型两种，挤出成型制品为截面相同的型材，注塑成成型制品可以为形状复杂的异型产品。对于热塑性高分子复合材料，注塑成型制品的厚度直接影响成型周期及产品质量，因此用于注塑成型的复合材料流动性必须要好。对于幅面较大的制品，若采用注塑成型势必要选用大吨位注塑成型机，设备投入极高。近年来发展迅猛的热塑性复合材料流动性差，异型制品的注塑成型难度大，制品质量不易控制，该材料虽然可以通过挤出成型相同截面的条状型材，但是应用范围受到极大限制，对于异型制品的加工无能为力。为了解决利用流动性较差热塑性复合材料生产大幅面异型制品的工艺，美国复合材料制品公司（CPI）在1989年提出了LFT-D技术，并在2003年以后迅速得到发展，具有代表性的成套设备制造公司包括德国W&P公司、国内海源机械。其适用的材料主要为玻璃纤维增强聚丙烯（少量也用尼龙）复合材料，制品主要为汽车零部件。该技术的缺点在于材料适用范围窄，在物料计量过程中采用了质量守恒的原理，在前端挤出机下喂料处对原料采用在线动态计重式喂料，在挤出机末端采用定时切割。这种计量方式对组分复杂的复合材料而言设备定制成本高，控制难度大。对于特殊复合材料，如高填充生物质复合材料，其粘度大、流动性差的特点使得其从双螺杆挤出机挤出时不稳定，不易成块，在转移至模腔内时易散开。针对利用流动性差的热塑性复合材料（包括半流体状散料）成型大幅面异型制品过程中注塑成型困难、所需模具与设备庞大、价格高昂以及现有LFT-D挤出-模压工艺不适宜的问题，开发一种新型全自动在线挤出-模压成型装备来解决上述问题具有非常重要的意义。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题提供一种计量与切取装置，该装置主要由活塞、储料缸及相应的驱动系统组成，当注入储料缸中的物料达到一定容量时，活塞将储料缸中的物料一并挤出。该装置使流动性差的物料不会粘结在储料缸内壁，使半流体状散料压实排气，定量精准，成型精度高。本发明还提供一种全自动在线挤出、模压成型系统，该系统将制品从物料至成型的过程实现连续性，并且使用以上所述的计量与切取装置，使得定量精准，控制简单，形成的制品符合设计的要求，并进一步地由可编程逻辑控制器控制，实现制品成型过程的连续性和高度自动化。本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：提供一种计量与切取装置，包括储料缸，储料缸底部为出料口，出料口处设置有可移动的挡料板，储料缸内设置有与储料缸相适配的活塞，活塞连接有活塞杆，活塞杆从储料缸的顶部伸出；向储料缸内进料时，挡料板将出料口密封，使得储料缸内形成了由挡料板、储料缸和活塞围成的空间；所述活塞杆上固定有电子尺；在储料缸上开有进料口，进料口处设置有阀门，进料口靠近储料缸的底部；所述挡料板、活塞杆和阀门均连接有驱动装置。本发明所述储料缸横截面可为圆柱形、椭圆形、矩形等，活塞的形状与储料缸的形状相适配。使用时，优选先通过驱动装置对活塞设置一定的向下的预设力将物料压实，物料从靠近储料缸底部的进料口进入，进料口处设置有阀门，阀门由驱动装置控制；向储料缸内进料时，挡料板将出料口密封，使得储料缸内形成了由挡料板、储料缸和活塞围成的空间；设置电子尺在活塞将物料完全排出时为零，随着物料从进料口进入储料缸，物料的堆积推动活塞向上运动，当电子尺显示为设定的数值时，驱动装置驱动挡料板移动，使物料从出料口落出，活塞杆也与驱动装置连接，驱动装置驱动活塞移动，使物料迅速、干净地从储料缸中落出。通过储料缸的截面积与活塞行程可以计量物料体积，活塞行程可以由电子尺设置数值控制，也可以由定位开关或其他方式控制。活塞下表面或储料缸内壁靠近出料口处可设置压力传感器。物料从进料口不断进入储料缸中，物料对活塞产生压力，物料的压力推动活塞向上移动。电子尺的移动距离已事先设定好，即挡料板、储料缸和活塞围成的空间的体积是固定的，如此设定的原因，是为了保证储料缸中一次落出的物料的体积相等，从而保证一次落出的物料的重量相等。但物料在进入储料缸之后，可能物料之间会产生空洞等，即便电子尺显示的位移为设定值，但可能储料缸中的物料的体积（重量）没有达标；因此设置压力传感器，监控储料缸中物料对活塞或者储料缸的压力，从而判断储料缸中的物料是否达到规定的量以方便发现问题迅速进行调整。压力传感器可安装于活塞下表面或储料缸侧壁下端。本发明装置定量精准，易于控制，使得模压成型的制品符合设计要求，不会因为物料粘度大、流动性差、物料松散空洞的特点影响制品的质量。且结构简单，造价低，符合实际应用的需求。进一步地，所述挡料板靠近出料口的一侧开有切刀安装槽，切刀安装槽内安装有切刀，切刀的形状与出料口的形状相同，切刀与出料口边缘齐平或在出料口边缘以外。在挡料板回位（封闭出料口）过程中安装于挡料板上的切刀将残留在储料缸出料口处的物料刮除清理干净。切刀可通过紧固件如螺丝固定于挡料板。进一步地，所述储料缸外壁装有加热器。加热器对储料缸中的物料进行保温，避免凝结，影响物料的流动性。进一步地，所述驱动装置为伺服电机或液压油缸。所述驱动装置驱动挡料板、活塞杆和阀门的动作，所述驱动装置可由可编程逻辑控制器（PLC）控制或继电器控制，优选地，通过PLC控制，通过设置程序，使得本发明所述计量与切取装置的连续动作和自动化控制。一种全自动在线挤出、模压成型系统，包括依次设置的挤出机、输送装置、机器人取料装置、模压机和机器人取制品装置，以及所述的计量与切取装置；所述输送装置包括输送带；所述计量与切取装置的进料口与挤出机出口连通，计量与切取装置的储料缸置于输送带上方；机器人取料装置位于输送装置末端，从输送带上抓取物料并向模压机模具型腔内预铺物料；机械人取制品装置位于模压机侧边，且与模压机一一配对，抓取、堆码模压成型后的制品。本发明所述的制品为从计量与切取装置中出来的物料经过模压机成型后形成的制品。本发明系统使制品从物料至成型的过程实现连续动作。物料从挤出机中挤入计量与切取装置中进行定量，定量后的物料从储料缸中落出，落到输送装置的输送带上，输送带将物料运送至靠近机器人取料装置处，机器人取料装置将物料拾取，送入模压机中进行模压成型，成型后的制品通过机器人取制品装置从模压机上移开。所述的模压机的数量至少为1，模压机呈非字型或一字型或圆周型布置，机器人取料装置位于输送装置末端，负责抓取并向多台模压机模具型腔内预铺物料，机械人取制品装置位于模压机侧边，且与模压机一一配对，抓取、堆码成型制品。本发明所用的挤出机和模压机都是现有常规技术。进一步地，所述挤出机包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机的机头和单螺杆挤出机的物料进口连通，所述计量与切取装置的进料口与单螺杆挤出机的物料出口连通，计量与切取装置的进料口与单螺杆挤出机的出口之间连有连通管道。所述挤出机可只包括双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的机头直接与计量与切取装置的进料口连通。进一步地，所述单螺杆挤出机的出口通过过渡法兰与所述连通管道连接。过渡法兰内流道入口与出口呈平滑过渡，过渡法兰与单螺杆挤出机出料口或双螺杆挤出机机头连接，过渡法兰内流道的压缩比为1.1-4，优选2.2.进一步地，所述计量与切取装置的数量至少为2个，所述连通管道包括主流道和分流道，分流道从主流道分支，分流道的数量等于计量与切取装置的数量，分流道与所述计量与切取装置的进料口连通。设置分流道可同时连通多个计量与切取装置，提高制品成型效率。进一步地，所述过渡法兰和连通管道的外壁均安装有加热器。进一步地，所述输送装置还包括料坯保温装置，所述料坯保温装置包括分别设置于所述输送带两侧的侧加热板和输送带上方的上加热板；所述储料缸下方所对应的输送带部分不设置有加热板，上加热板连接有驱动装置控制上加热板的开合。料坯保温装置的上加热板的开合可通过可编程逻辑控制器控制，上加热板与机器人取料装置通过控制程序实现联动，即机器人取料装置抓物料块时上加热板打开，反之关闭保温。输送带的速度可以与计量与切取装置及机器人取料装置联动调节，即计量与切取装置排料时输送带静止，排料完成后输送带带动物料块进入保温区；当机器人取料装置取料时输送带静止，取料完成时输送带继续运动输送物料块至取料工位。更进一步地，所述挤出机、输送装置、计量与切取装置、机器人取料装置、模压机和机器人取制品装置的运行均通过可编程逻辑控制器控制。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明所述计量与切取装置，设置活塞结构，通过活塞挤压堆积于储料缸中的物料，避免物料的粘结性而粘结于储料缸内壁，通过对活塞预设压力，使松散物料能够在储料的同时被压实，使用活塞对物料的挤压，使物料迅速落出储料缸，且设置电子尺，当电子尺（活塞）上升达到设定的数值时，挡料板移动，活塞在驱动装置的驱动力作用下挤压物料从出料口落出，通过储料缸的截面积与电子尺显示的活塞行程可以计量物料体积。本发明所述的全自动在线挤出、模压成型系统，该系统使得制品从物料到成型的过程实现连续性，并将所述的计量与切取装置设于其中，从计量与切取装置中落出的物料为定量物料，定量精准，误差小，符合设计的要求，使得模压形成的制品质量符合规定，次品率低，适用范围更广，适用于高填充低流动性或松散状生物质复合材料的成型。与离线模压成型相比，成型效率更高，可避免物料二次加热产生能源浪费；与注塑成型相比，在线挤出-模压成型可以成型幅面、制品厚度更大的制品，生产成本更低。进一步地，所述系统由可编程逻辑控制器控制，实现制品的在线成型。附图说明图1实施例1所述计量与切取装置结构示意图。图2实施例2所述全自动在线挤出、模压成型系统示意图。图1~2中，1为双螺杆挤出机，2为单螺杆挤出机，3为过渡法兰，4为主流道，5为分流道，6为计量与切取装置，7为输送装置，8为机器人取料装置，9为模压机，10为型腔，11为模具，12为输送带，13为侧加热板，14为上加热板，15为活塞杆，16为单螺杆挤出机物料进口，17为单螺杆挤出机物料出口，18为储料缸，19为活塞，20为进料口，21为出料口，22为加热器II，23为挡料板，24为切刀，25为压力传感器，26为阀门，27为伺服电机II，28为伺服电机III，29为伺服电机I，30为机器人取制品装置，31为加热器I，32为双螺杆挤出机机头，33为电子尺。具体实施方式本发明实施例附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。实施例1本实施例提供一种计量与切取装置6，如图1所示，包括储料缸18，储料缸18底部为出料口21，出料口21处设置有可移动的挡料板23，储料缸18内设置有与储料缸18相适配的活塞19，活塞19连接有活塞杆15，活塞杆15从储料缸18的顶部伸出；向储料缸18内进料时，挡料板23将出料口21密封，使得储料缸18内形成了由挡料板23、储料缸18和活塞19围成的空间；所述活塞杆15上固定有电子尺33；活塞19下表面设置有压力传感器25；在储料缸18上开有进料口20，进料口20处设置有阀门26，进料口20靠近储料缸18的底部；所述挡料板23、活塞杆15和阀门26均连接有驱动装置；所述挡料板23靠近出料口21的一侧开有切刀安装槽，切刀安装槽内安装有切刀24，切刀24的形状与出料口21的形状相同，切刀24与出料口21边缘齐平或在出料口21边缘以外。所述储料缸18外壁装有加热器II22。所述驱动装置为伺服电机。所述伺服电机由可编程逻辑控制器（PLC）控制。所述储料缸18横截面为圆柱形，活塞19位于储料缸18内部，储料缸18进料口20位于储料缸18下端(靠近储料缸18出料口21)。储料缸18压力传感器25安装于活塞19下表面。储料缸18中的活塞杆15与伺服电机II27相连，通过伺服电机II27实现活塞19的上下运动和加压动作。在储料缸18出料口21设置有一块挡料板23，挡料板23通过伺服电机III28控制，挡料板23上设置一个切刀安装槽，内置切刀24（与出料口21形状一致），并通过固定螺丝固定于挡料板23上；进料口20处的阀门26与伺服电机Ⅰ29相连，伺服电机Ⅰ29控制阀门26的开和关；挡料板23有两个工位：储料与排料。在储料工位，先通过伺服电机II27对活塞19设置一定的向下的预设力，挡料板23把储料缸18出料口21封闭，阀门26打开，物料可以在储料缸18、活塞19、挡料板23组成的空间内聚集-建压-计量；在排料工位，伺服电机III28控制挡料板23从储料缸18出料口21正下方移开，阀门26关闭，物料从出料口21排出；切刀24中间圆孔直径大于等于储料缸18出料口21直径，在挡料板23回位（封闭出料口21）过程中安装于挡料板23上的切刀24将残留在储料缸18出料口21处的物料刮除清理干净。在活塞杆15与储料缸18之间固定一只电子尺33，当活塞19将物料完全排出（即活塞19下底面与挡料板23平齐）时位置设置为零，通过储料缸18的截面积与电子尺33显示的活塞19行程可以计量物料体积。实施例2本实施例提供一种全自动在线挤出、模压成型系统，如图2所示，包括依次设置的挤出机、输送装置7、机器人取料装置8、模压机9和机器人取制品装置30，以及实施例1所述的计量与切取装置6；所述输送装置7包括输送带12；所述计量与切取装置7的进料口20与挤出机出口连通，计量与切取装置6的储料缸18置于输送带12上方；机器人取料装置8位于输送装置7末端，从输送带12上抓取物料并向模压机9模具11型腔10内预铺物料；机械人取制品装置30位于模压机9侧边，且与模压机9一一配对，抓取、堆码模压成型后的制品。所述挤出机包括双螺杆挤出机1和单螺杆挤出机2，双螺杆挤出机1的机头和单螺杆挤出机2的物料进口连通，所述计量与切取装置6的进料口20与单螺杆挤出机2的物料出口连通，计量与切取装置6的进料口20与单螺杆挤出机2的出口之间连有连通管道。所述单螺杆挤出机2的出口通过过渡法兰3与所述连通管道连接。所述计量与切取装置6的数量至少为2个，所述连通管道包括主流道4和分流道5，分流道5从主流道4分支，分流道5的数量等于计量与切取装置6的数量，分流道5与所述计量与切取装置6的进料口20连通。所述过渡法兰3和连通管道的外壁均安装有加热器I31。所述输送装置7还包括料坯保温装置，所述料坯保温装置包括分别设置于所述输送带12两侧的侧加热板13和输送带12上方的上加热板14；如图1所示，所述储料缸18下方所对应的输送带12部分不设置有加热板，上加热板14连接有驱动装置控制上加热板14的开合。所述挤出机、输送装置7、计量与切取装置6、机器人取料装置8、模压9机和机器人取制品装置30的运行均通过可编程逻辑控制器控制。本实施例所述全自动在线挤出、模压成型系统的工作流程是这样的：复合材料物料经过双螺杆挤出机1混炼挤出进入单螺杆挤出机2物料进口，随后在单螺杆挤出机2中压缩排除加工过程中产生的气体，再进入过渡法兰3和连通管道进行二次压缩，物料压实后通过进料口20进入储料缸，此时挡料板23处于关闭状态，伺服电机II27通过活塞杆15与活塞19对物料施加设定压力。随着物料被不断挤入储料缸18，活塞19不断向上运动，当活塞杆15移动电子尺33设定的高度时，分流道5的阀门26关闭，挡料板23在伺服电机III28带动下切换至排料工位。伺服电机II27通过活塞杆15带动活塞19向下运动将储料缸18内物料排出至输送装置7的输送带12上，然后挡料板23在伺服电机III28的作用下回到储料工位，在挡料板23回位过程中安装于挡料板23上的切刀24将残留在储料缸18出料口处的21物料刮除清理干净，储料动作进入下一个循环。位于输送带12上的物料块在料坯保温装置中保温输送。料坯保温装置的上加热板14打开，机器人取料装置8将输送带12上的物料块抓出并放置于模压机9模具11的型腔10内，完成料坯放置与排布后模压机9加压完成制品成型，制品冷却后模压机9开模并顶出制品，机器人取制品装置30将制品取出，完成制品的在线挤出模压生产过程。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。