一种模塑格栅全自动化生产线的制作方法

本发明属于复合材料自动成型技术领域，具体涉及一种模塑格栅全自动化生产线。

背景技术：

复合材料与金属、无机非金属、高分子材料并称为四大材料，在传统领域和高新技术领域均占据着十分重要的地位。作为复合材料中的一类典型产品，模塑格栅问世于20世纪40年代，由于其具有轻质高强且耐腐蚀等特点，在制备各类钻井作业平台、航轮甲板、走道阶梯、绝缘设备中具有不可替代的优势。目前，模塑格栅系列产品已广泛应用于石油化工、海陆交通、民用建筑、电力工程等领域，具有广阔的国内市场和海外市场。

模塑格栅产品因其模塑成型工艺而得名，具体工艺流程可归纳为：纤维编织—树脂注塑—平整排气—热固—(冷却)—脱模。从组成成分来讲，模塑格栅是以合成树脂为基体、以碳纤或玻纤为增强相形成的多相材料；在几何特征上，模塑格栅表现为多孔类矩形板材。由于模塑成型工艺本身的复杂性及格栅产品的多孔特征，实现模塑格栅自动化生产的难度较大。目前，国内模塑格栅产品的各道生产工序均为手工操作，即手动对成捆纤维进行逐层分束编织、手动对液态树脂进行逐层瓢浇、手动对在制品进行多次平整排气等。该生产方式主要存在三个方面的问题：一是容易出现纤维漏编复编、树脂浇注不均等人为操作误差造成产品整体质量不稳定；二是人工劳动强度大，工作环境差，造成疲劳作业和职业病；三是人力成本高且生产效率低，导致产能下降，经济效益降低，不利于模塑格栅产品的大规模生产。

模塑格栅产品不断增长的市场需求与产品生产力不足之间的矛盾日益突出，决定了高效稳定全自动化模塑格栅生产设备的开发应用将成为行业发展的必然趋势。

技术实现要素：

针对现有模塑格栅产品产能受限，生产设备自动化程度低的问题，本发明提供一种模塑格栅全自动化生产线，可实现模塑格栅产品的自动高效生产。

实现本发明目的的技术方案：

一种模塑格栅全自动化生产线，由输送单元、复合单元组、加热单元、冷却单元、切断码垛单元、自动控制系统及模具组成，其特征在于：所述输送单元贯通整条生产线的首末和上下双层，可将物料依次输送到每个工位参与加工，并对模具进行循环利用；所述复合单元组由纵向编织装置、横向编织装置、注塑装置、平整排气装置混排阵列而成，可对在模具空槽内进行多层纤维纵横编织、树脂定量注塑和平整排气工艺过程，直至模塑格栅在制品充满模具型腔；所述加热单元、冷却单元沿纵向依次布局，完成模塑格栅在制品的加热固化成型和及时冷却；所述切断码垛单元安装于生产线的末端，对模塑格栅半成品进行定尺切断得到模塑格栅产品，并完成叠放储存。

所述输送单元采用上下双层布局，包括机架、安装于机架两端的两组步进驱动装置和升降机构。两端的步进驱动装置均可通过步进控制作用于模具，完成每层模具在水平方向的步进输送；同时，通过两端的升降机构，完成模具在上下两层间的垂直位置转换。从而，完成模具自动输送和循环使用。

所述纵向编织装置、横向编织装置、注塑装置、平整排气装置沿纵向依次安装，组成单个复合单元，分别完成单层纤维纵横编织、单层定量注塑、单层平整排气；所述单个复合单元沿纵向又进行若干次阵列，组成复合单元组，实现多层纤维纵横编织、多层定量注塑、多层平整排气；同时，每个复合单元的工作基线(纤维有效编织区域的最低位置)相对于模具型腔底面呈高度递增分布，相邻高度差相等，以便于实现模塑格栅产品逐层均匀加工；首末复合单元工作基线的最大高度差与模塑格栅产品的厚度相适应。

进一步地，所述纵向编织装置保持固定，包括支架、安装于支架上的调整板、安装于调整板上的毛细钢管。其中，支架前侧面标有刻度值，调整板可沿支架上下移动，从而实现毛细钢管的高度可调，以适应不同规格模塑格栅产品的厚度要求和逐层均匀加工的工艺要求。

进一步地，所述横向编织装置包括支架、安装于支架上的横向驱动源和拨叉。所述横向驱动源工作于模具的停歇期，通过驱动拨叉进行间歇式横向往复运动，完成纤维的横向编织。所述拨叉跨距与模具的步进距离ΔL匹配，且拨叉管脚的数量和规格与模具横向沟槽相匹配。

进一步地，所述注塑装置包括螺杆泵、树脂箱、缓存箱、固化剂添加箱、脱模剂添加箱、喷嘴、主管道、支路管道、压力流量计和注塑总阀等；所述树脂箱中的液态树脂可在螺杆泵的作用下，经由主管道分流注入各个支路管道，最后进入缓存箱并在喷嘴作用下对模具的型腔进行注塑；其中，固化剂添加箱、脱模剂添加箱可根据工艺需要在产品加工过程中定时定量添加辅助剂，压力流量计、注塑总阀可对全程树脂注塑压力和注塑总量进行实时监测和控制，另外，喷嘴的数量和间距与模具纵向沟槽相匹配。

所述加热单元采用电控恒温加热，催化物料理化反应完成热固成型，加热温度根据模塑格栅在制品热成型特性设定；所述冷却单元采用横向涡流式风冷，前侧进风，后侧排风，加快生产节拍。考虑到模塑格栅在制品内应力变化效应，冷却区间应适当加长。

所述自动控制系统通过PLC控制器对输送单元、复合单元组、加热单元、冷却单元、切断码垛单元进行精确控制，协调生产节拍，保证产品生产加工中全部工艺流程的自动连续进行。

本发明属全自动现代化生产线，具有三个方面的优势：

1、实现了模塑格栅生产周期全部工艺的自动化，缩短了工序间隔，有效提高了产品生产效率，有利于模塑格栅的大规模生产。

2、采用新型编织装置和注塑装置，纤维编织更合理、重复率降低，树脂注塑得到精确量化，提高了资源利用率和模塑格栅产品整体质量。

3、取代人工方式，有效减少了操作失误，降低了人力劳动成本。

附图说明

图1为本发明适用的产品(模塑格栅)结构示意图。

图2为本发明整体布局图。

图3为本发明输送单元较佳实施例。

图4为本发明模具的步进运动示意图。

图5为本发明单个复合单元较佳实施例。

图6位本发明复合单元组工作基线分布示意图。

图7位本发明注塑装置示意图。

图8为本发明自动控制系统框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1所示为目前常见的模塑格栅产品7。该产品由纤维(碳纤维、玻璃钢纤维等)与合成树脂经复合成型工艺加工而成；结构上呈多格栅孔板材状，板厚度为H，格栅孔间距为D，开孔率η可达80％。本发明基于模塑格栅产品7的成型工艺和结构特性，提出以优质高效生产为目标的模塑格栅全自动化生产线。

参见图2，一种模塑格栅全自动化生产线，其工作原理为：输送单元1驱动上层的模具8从左端向右端(纵向)步进移动，依次参与并完成编织、注塑、平压、加热、冷却和切断工位的物料输送；复合单元组2在模具8的型腔内对物料进行多层纤维编织、树脂定量注塑、平整排气，直至物料充满型腔，得到模塑格栅在制品；加热单元3对模塑格栅在制品进行恒温加热，催化其物料反应完成热固成型；冷却单元4对模塑格栅在制品进行风冷使其达到常态，得到模塑格栅半成品；切断码垛单元5对模塑格栅半成品进行定尺切断得到模塑格栅产品7，最后进行叠放储存，模具8在输送单元1作用下循环到左侧初始位置参与下一次加工。至此，单个产品生产周期完成。通过自动控制系统6对全程各道工艺控制和协调，完成模塑格栅产品7的现代化自动高效生产。

参见图3、图4，输送单元1采用上下双层布局，包括机架1.1、安装于机架1.1两端的两组步进驱动装置1.0和升降机构1.2。

优选地，机架1.1由铝型材1.11、角接件1.10、调节螺栓1.12组合搭接而成，可方便调整、拆卸和维修，并降低制造成本。升降机构1.0上设有电控磁性平台(未列出)，可提供足够的吸附力以实现模具8脱模并保证其升降过程的稳定性。

工作开始时，上层初始位置的模具8在左端步进驱动装置1.0作用下向右(纵向)步进移动，步进距离ΔL为格栅孔间距的3倍(ΔL＝3D)，步进期为T_m，停留期为T_s；当达到右端设定位置时，模具8在右端升降机构1.2的电磁吸附作用下完成脱模，并垂直下降设定高度到达下层；此时，电磁吸附作用消失，模具8在右端步进驱动装置1.0的作用下开始向左步进移动，当达到左端设定位置时，左端升降机构1.2作用于模具8使其垂直上升达到上层初始位置。至此，模具8运动的单个步进循环完成。通过输送单元1的连续运行，可完成整个加工过程中各个工位的步进式物料输送，同时对模具8进行脱模并实现其循环利用。

参见图5、图6，纵向编织装置2.0、横向编织装置2.1、注塑装置2.2、平整排气装置2.3沿纵向依次安装，组成单个复合单元(a)，在模具8的型腔内依次完成单层纤维纵向编织、单层纤维横向编织、单层树脂定量注塑、单层平整排气四个工艺过程；单个复合单元(a)沿纵向又进行N次阵列(本实施例中取N＝9)，组成复合单元组2，累计参与完成9层纤维纵向编织、9层纤维横向编织、9层树脂定量注塑、9层平整排气四组工艺过程。

进一步地，每个复合单元(a)～(i)的工作基线J(纤维有效编织区域的最低位置)相对于模具8型腔底面呈高度递增分布，相邻高度差均为ΔH，以满足模塑格栅产品7逐层均匀加工的工艺要求；首末复合单元工作基线的最大高度差9ΔH略小于模塑格栅产品7的厚度H。

参见图5，纵向编织装置2.0保持固定，模具8纵向步进移动，带动毛细钢管2.02中的纤维束9在模具纵向沟槽8.1(见图6)中进行纵向铺设，完成纤维束9的被动式纵向编织。

具体地，毛细钢管2.02通过螺纹连接安装于调整板2.01，调整板2.01通过槽连接安装于支架2.00，其高度位置可上下调整，由于支架2.00前侧端面标有刻度值，从而实现了毛细钢管2.02的整体高度可控和单根高度可调，以满足不同模塑格栅产品7的厚度要求和逐层均匀加工的工艺要求。

参见图5，当模具8处于停歇期T_s时，横向驱动源2.11开始工作，带动拨叉2.12内的纤维束9在模具横向沟槽8.2中进行横向铺设，完成纤维束9的主动式横向编织。其中，拨叉2.12横向单程运动的时间与模具8的停歇期T_s吻合，拨叉2.12的管脚数设定为3，跨距为3D，与模具8的步进距离ΔL匹配。

优选地，横向驱动源2.11可采用同步带模组，以实现横向长距离快速移动，加快生产节拍。

参见图7，树脂箱2.21中的液态树脂(未列出)在螺杆泵2.20作用下，经由主管道2.23分流注射到各个支路管道2.30，最后进入缓存箱2.31，并在喷嘴2.27作用下对模具8的型腔进行注塑。

进一步地，在主管道2.23与支路管道2.30之间，依次安装有固化剂添加箱2.28、脱模剂添加箱2.29、压力流量计2.24、注塑总阀2.25。其中，固化剂添加箱2.28、脱模剂添加箱2.29可实现固化剂、脱模剂的定时定量添加，以匹配产品加工过程中的热成型与脱模过程；压力流量计2.24、注塑总阀2.25可对树脂注塑全程进行压力流量监测和控制。另外，喷嘴2.27的数量和位置与模具纵向沟槽8.1相对应。

参见图2，加热单元3采用电控恒温加热方式，加热温度、加热区间长度根据模塑格栅在制品热成型特性设置，以催化物料自身理化反应完成模塑格栅在制品的热固成型；冷却单元4采用横向平流风冷，前侧进风，后侧排风，冷却区间设置较长，以增大冷却面积，充分消除模塑格栅在制品残余应力，同时，通过及时冷却可减少下一道工序间隔，加快生产节拍。另外，在生产线的末端，设置切断码垛单元5，其作用是对模塑格栅半成品进行定尺切断得到模塑格栅产品7，并完成叠放储存。

参见图2、图8，自动控制系统6通过PLC控制器对输送单元1、复合单元组2、加热单元3、冷却单元4、切断码垛单元5进行精确控制，协调生产节拍；同时，采用位移、流量、温度传感器(未列出)，对模具位置、编织速度、注塑流量等信息进行反馈，完成闭环控制。

综上，本生产线全长20米，宽2.5米，高1.2米，适用于模塑格栅系列产品的全自动化大规模生产。

以上所述仅为本发明所包含的一个较佳实施例，用于充分阐述而不限定本发明。对于本发明包括的一些为行业人员所公知的机械技术，在此不一一列出。应当指出，在不脱离本发明内容实质的前提下作出的等效变形和替换，皆应包含于本发明的保护范围。