一种用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备的制作方法

本发明涉及聚丙交酯材质模具的热处理工艺领域，具体涉及一种用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备。

背景技术：

当今主流的3D打印成型技术中，因所用匹配材料成本、来源、生产技术等问题，熔融沉积成型（FDM）和三维印刷工艺（3DP）是两种较为成熟常见的打印技术。其中FDM打印中所应用的聚丙交酯（PLA）打印材料，以原料来源充分可再生，生产过程无污染，产品可以生物降解是最为理想的绿色高分子材料。

随着3D技术日趋成熟，打印的成品模具精度相比传统方法制作的模具有了质的提高。由于打印原材料在熔融沉积成型过程中热变形产生内应力，所以模具的综合性能就必须依靠热处理来弥补。为了使模具的各项物理性能发挥到极致，就必须要求PLA材料在热处理过程中，受热非常均匀。而以往的炉体在模具装入后固定朝向，炉体对模具加热时，总会有一面或者多个面长时间直接加热，导致模具二次软化变形，影响热处理的效果。例如：CN205316963的专利文献公开了一种垂直热交换式合金烘烤炉系统通过出风口和对烧嘴的合理布置，让加热后的高温气体从顶部进入，加强炉内的空气对流，高温气体直接作用与工件表面，此种方案不适用于PLA材质成型模具，易容导致模具二次阮欢变形；CN105695667的专利文献公开了一种台式热处理炉利用炉门开启马达由炉门开启锁链和炉门链接，滑轮架起炉门开启锁链到一定高度，炉门开启马达拉动炉门开启锁链带动炉门运动，实现炉门的开关动作，本结构复杂，占用空间大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备，该设备使用电加热管加热烘烤炉炉腔体内的空气，在密闭腔体内对熔融沉积成型的生物塑料材质模具在一定时间范围内均匀烘烤加热，避免模具软化二次变形，满足模具热处理工艺需求；同时设置了自动辊道和自动门，用于对接FDM打印生产线，提高整线自动化水平。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备，该设备包括：包括：自动辊道、交换式工作台、烘烤炉主体和控制柜，根据本发明的实施例，所述自动辊道包括：机架、交换式工作台限位块、手动门限位块、动力滚筒、密封盖板、位于所述机架上的检测开关a、检测开关b，其中，所述交换式工作台限位块和手动门限位块位于所述机架的同一端，所述动力滚筒安装于机架上，所述密封盖板设置在所述动力滚筒之间，用于形成隔热层，所述检测开关a靠近所述交换式工作台限位块一端设置，所述检测开关b与所述检测开关a具有间隔地设置，用于所述交换式工作台的定位；所述交换式工作台位于所述动力滚筒上，包括：热导台面、加热板、可调丝杆和底板，其中，所述可调丝杆位于所述热导台面和底板之间，用于调节热导台面的高度，所述加热板位于热导台面的反面，用于加热所述热导台面；所述烘烤炉主体固定在所述机架上且靠近所述手动门限位块一端设置，包括：主体框架、与所述主体框架相连的内层结构、维护门、加热装置、密封侧板、工作台出入自动门、取料自动门和手动门、圆形导轨、提升气缸Ⅰ、提升气缸Ⅱ和浮动接头，其中，所述内层结构包括：上盖板、左侧底部保温腔、右侧底部保温腔、左侧内层板、前风道立柱、后风道立柱、筋板和透气网板，其中，所述上盖板分别与所述左侧内层板、前风道立柱和后风道立柱相连，所述左侧底部保温腔与设有多个气孔的所述左侧内层板相连且位于所述左侧内层板的下方，所述前风道立柱和后风道立柱分别位于所述右侧底部保温腔的两端，在所述前、后风道立柱与所述上盖板的连接处均设有所述筋板，位于所述上盖板的中部设有一个通孔，用于安装所述透气网板，所述透气网板上设有多个孔型区域，所述维护门契合安装在所述上盖板的上方，用于密封所述内层结构的上部且形成风道Ⅰ，在所述维护门上设有多个气流循环装置，所述加热装置固定于所述风道Ⅰ内的上盖板上且位于所述孔型区域的上方，所述密封侧板与所述左侧内层板和左侧底部保温腔相连，用于密封所述内层结构的左侧且形成风道Ⅱ，且所述风道Ⅰ与风道Ⅱ相连通。

进一步的，所述自动辊道还包括：可调脚杯和固定支架，可调脚杯位于机架两侧的底部，至少设置为3对，用于调整机架的高度和平面度；固定支架为折叠式三角支架，两直角面能够折叠，至少设置2对，对称设置在底部机架的两侧，用于固定机架；检测开关a、检测开关b均为接近开关；所述交换式工作台限位块为尼龙硬限位。

进一步的，所述可调丝杆设置为4个，分别位于所述交换式工作台的四个顶点处；所述加热板为铝制材质。

进一步的，所述加热装置包括：翅片加热管安装架、翅片加热管、传动轴Ⅰ和陶瓷套筒，其中，所述翅片加热管安装架与所述上盖板固定，且设有多个安装槽，所述翅片加热管的两端分别通过所述传动轴Ⅰ与所述陶瓷套筒相连，所述陶瓷套筒位于所述安装槽内。

进一步的，在所述维护门一侧设有多个合页铰链，另一侧设有把手和多个压板，所述气流循环装置位于所述维护门的中部；在所述主体框架的前侧、右侧和后侧立柱上均设有所述圆形导轨，在所述圆形导轨上设有滑块，所述工作台出入自动门、取料自动门和手动门分别通过所述滑块安装在相对应的前侧、右侧和后侧的所述圆形导轨上，用于密封所述内层结构的前侧、右侧和后侧；所述密封侧板的上部设有多个通孔，用于安装PT100温度传感器。

进一步的，所述自动热处理设备还包括：电机Ⅰ、工作台滑道和PT100温度传感器，其中，所述电机Ⅰ位于所述机架的中部，所述工作台滑道位于所述内层结构的内部，且沿所述动力滚筒运动方向设置，用于所述交换式工作台的移动，所述PT100温度传感器的检测端通过所述密封侧板的通孔置于风道Ⅰ内，用于测量气流温度。

进一步的，所述气流循环装置包括：电机Ⅱ、联轴器上法兰座、4根连接导柱、联轴器、联轴器下法兰座、三元乙丙橡胶板、水冷铝板、轴承座、角接触球轴承、传动轴Ⅱ和叶轮，其中，所述联轴器上法兰座和联轴器下法兰座通过所述4根连接导柱，组装构成联轴器法兰座，所述电机Ⅱ固定在联轴器上法兰座，所述水冷铝板通过三元乙丙橡胶板与联轴器下法兰座装配，所述角接触球轴承安装在所述轴承座内，所述轴承座与传动轴Ⅱ通过过盈配合安装固定于所述水冷铝板上，所述联轴器上法兰座、联轴器下法兰座、三元乙丙橡胶板和水冷铝板的中部均开有一个通孔，使所述传动轴Ⅱ通过所述联轴器与电机Ⅱ的转动轴相连，所述叶轮固定在传动轴Ⅱ的末端；所述水冷铝板位于所述维护门的上方，用于隔热和保温；所述叶轮位于所述风道Ⅰ内的翅片加热管的上方。

进一步的，所述孔型区域和气流循环装置均设置为2个，其中，所述叶轮位于所述孔型区域的正上方。

进一步的，所述提升气缸Ⅰ位于前侧的所述主体框架上，并通过所述浮动接头与工作台出入自动门相连，提升气缸Ⅱ位于右侧的所述主体框架上，并通过所述浮动接头与取料自动门相连。

进一步的，所述内层结构为不锈钢钣金箱体结构。

本发明至少包括以下有益效果：

1）通过改进常规加热炉结构，增加气流循环装置，改进内层钣金结构，提高炉体内腔气流循环，改善炉温最佳均匀性；

2）增加气流循环装置即叶轮及其动力组成部，引导加热后的空气不直接作用模具，避免模具软化二次变形；

3）增加自动辊道和交换式工作台，可快速、方便与FDM打印生产线无缝对接，实现模具生产过程全自动化。

附图说明

图1为本发明结构的布局图。

图2为本发明自动辊道的等轴测图。

图3为本发明自动辊道正视图。

图4为本发明维护门及其附属部件局部视图。

图5为本发明气流循环装置的爆炸视图。

图6为本发明内层结构视图。

图7为本发明烘干炉主体等轴测视图。

其中，1、控制柜；2、烘烤炉主体；3、交换式工作台；4、自动辊道；5、可调脚杯；6、手动门限位块；601、手动门；7、交换式工作台限位块；8、热导台面；801、底板；9、动力滚筒；10、密封盖板；11、机架；12、可调丝杆；13、固定支架；14、加热板；1501、检测开关a；1502、检测开关b；16、电机Ⅰ；17、把手；18、压板；19、维护门；20、合页铰链；21、电机Ⅱ；22、联轴器上法兰座；23、连接导柱；24、三元乙丙橡胶板；25、水冷铝板；26、轴承座；27、角接触球轴承；28、叶轮；29、传动轴Ⅱ；30、联轴器下法兰座；31、联轴器；32、筋板；33、传动轴Ⅰ；34、翅片加热管安装架；35、陶瓷套筒；36、翅片加热管；37、上盖板；3701、左侧内层板；38、前风道立柱；39、工作台滑道；401、左侧底部保温腔；402、右侧底部保温腔；41、PT100温度传感器；42、密封侧板；43、透气网板；44、主体框架；4501、提升气缸Ⅰ；4502、提升气缸Ⅱ；46、浮动接头；47、取料自动门；48、工作台出入自动门；49、圆形导轨。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备，根据本发明的实施例，参照图1、3和6所示，该设备包括：自动辊道4、交换式工作台3、烘烤炉主体2、控制柜1、电机Ⅰ16、工作台滑道39和PT100温度传感器41，其中，所述控制柜通过PLC控制本发明所述的自动热处理设备的运作，所述控制柜1分别与自动辊道4、交换式工作台3和烘烤炉主体2的具体连接方式不受限制，只要能够实现上述结构的控制信号的传输实现整个设备的正常运作即可；所述电机Ⅰ位于所述机架11的中部，所述工作台滑道位于所述内层结构的内部，且沿所述动力滚筒9运动方向设置，用于所述交换式工作台的移动，所述PT100温度传感器的检测端通过所述密封侧板42的通孔置于风道Ⅰ内，用于测量气流温度。

根据本发明的实施例，参照图2和图3所示，所述自动辊道包括：机架11、交换式工作台限位块7、手动门限位块6、动力滚筒9、密封盖板10、可调脚杯5、固定支架13和位于所述机架上的检测开关a1501、b1502，其中，所述自动辊道以机架为基础构架，所述动力滚筒安装于机架上；所述交换式工作台限位块和手动门限位块均位于所述机架的同一端，根据本发明的一些实施例，所述交换式工作台限位块和手动门限位块均位于机架的后侧一端，并且，所述交换式工作台限位块数量设置为2个且为尼龙硬限位，优选的，所述手动门限位块位于所述交换式工作台限位块之间，用于将密封于内层结构后侧的手动门进行定位；所述密封盖板设置在所述动力滚筒之间，用于增加一层机架与交换室工作台的隔热层，防止机架受热，产生危险；所述可调脚杯位于机架两侧的底部，设置为5对，用于调整机架的高度和平面度；固定支架为折叠式三角支架，两直角面可以进行折叠，设置为2对，对称设置在底部机架的两侧，用于固定机架；所述检测开关a靠近所述交换式工作台限位块一端设置，所述检测开关b与所述检测开关a具有间隔地设置在所述内层结构的前后两端，根据本发明的一些实施例，本发明所述的检测开关a、b均为接近开关，当所述交换式工作台通过检测开关b时，检测到交换式工作台开始进入所述工作台滑道，当所述交换式工作台到达检测开关a处时，所述交换式工作台停止移动并通过交换式工作台限位块进行定位。

根据本发明的实施例，参照图2和3所示，所述交换式工作台位于所述动力滚筒上，包括：热导台面8、加热板14、4个可调丝杆12和底板801，其中，所述地板位于所述热导台面的下方，所述4个可调丝杆均位于所述热导台面和底板之间，具体的，分别位于所述交换式工作台的四个顶点处，用于调节热导台面的高度，所述加热板位于热导台面的反面，用于加热所述热导台面进而加热模具的底部；根据本发明的一些实施例，本发明所述加热板的具体材质不受限制，为降低成本同时又导热性能好的金属，优选为铝制材质。

根据本发明的实施例，参照图1、4、6和7所示，所述烘烤炉主体2固定在所述机架上且靠近所述手动门限位块一端设置，包括：主体框架44、与所述主体框架相连的内层结构、维护门19、加热装置、密封侧板42、工作台出入自动门48、取料自动门47和手动门601、圆形导轨49、提升气缸Ⅰ4501、提升气缸Ⅱ4502和浮动接头46，其中，所述内层结构为不锈钢钣金箱体结构，具体包括：上盖板37、左侧底部保温腔401、右侧底部保温腔402、左侧内层板3701、前风道立柱38、后风道立柱（图中未示出）、筋板32和透气网板43，其中，以左侧底部保温腔和右侧底部保温腔为基准部件，所述上盖板分别与所述左侧内层板、前风道立柱和后风道立柱通过螺栓与安装孔进行固定相连，所述左侧底部保温腔与设有多个气孔的所述左侧内层板通过螺栓与安装孔进行固定相连且位于所述左侧内层板的下方，所述前风道立柱和后风道立柱分别位于所述右侧底部保温腔的两端，从而构成所述烘烤炉主体的加热腔体，在所述前、后风道立柱与所述上盖板的连接处均设有所述筋板，位于所述上盖板的中部设有一个通孔，用于安装所述透气网板，所述透气网板上设有2个孔型区域，所述区域为圆形区域，且具有间隔的设置，与所述烘烤炉主体的加热腔体形成气流通道；所述维护门契合安装在所述上盖板的上方，用于密封所述内层结构的上部且形成风道Ⅰ，在所述维护门的中部设有2个气流循环装置，位于所述孔型区域的正上方，用于吸收所述烘烤炉主体的加热腔体内部的高温空气；所述加热装置固定于所述风道Ⅰ内的上盖板上且位于所述孔型区域的上方，所述密封侧板与所述左侧内层板和左侧底部保温腔通过螺栓与安装孔进行固定相连，用于密封所述内层结构的左侧且形成风道Ⅱ，且所述风道Ⅰ与风道Ⅱ相连通。

根据本发明的实施例，所述提升气缸Ⅰ和提升气缸Ⅱ均设有电磁阀或磁性开关。

根据本发明的实施例，参照图4所示，在所述维护门一侧设有至少3个合页铰链20，另一侧设有把手17和至少2个压板18，所述合页铰链和压板均与所述内层结构的上部边缘处通过螺钉进行连接，本发明所述的自动热处理设备整体需要维护时，松开螺钉，使压板18与所述内层结构分离，再通过合页铰链20与所述内层结构配合，维护门19可通过把手向上拉取，方便打开。

根据本发明的实施例，参照图6所示，所述加热装置包括：翅片加热管安装架34、翅片加热管36、传动轴Ⅰ33和陶瓷套筒35，其中，所述翅片加热管安装架与所述上盖板固定，且设有多个安装槽，所述翅片加热管的两端分别通过所述传动轴Ⅰ与所述陶瓷套筒相连，所述陶瓷套筒位于所述安装槽内，用于所述翅片加热管与所述内层结构上盖板之间的隔热和隔电。

根据本发明的实施例，参照图1和7所示，在所述主体框架的前侧、右侧和后侧立柱上均设有所述圆形导轨，在所述圆形导轨上设有滑块，所述工作台出入自动门48、取料自动门47和手动门601分别通过所述滑块安装在相对应的前侧、右侧和后侧的所述圆形导轨上，用于密封所述内层结构的前侧、右侧和后侧；所述密封侧板的上部设有多个通孔，用于安装PT100温度传感器，PT100温度传感器的个数不受限制，可根据实际生产需求进行设置；所述提升气缸Ⅰ位于前侧的所述主体框架上，并通过所述浮动接头与工作台出入自动门相连，提升气缸Ⅱ位于右侧的所述主体框架上，并通过所述浮动接头与取料自动门相连。由提升气缸Ⅰ、Ⅱ提供直线往返运动动力，取料自动门47和工作台出入自动门48均沿圆形导轨49作直线运动，实现自动过程。

根据本发明的实施例，参照图5所示，所述气流循环装置包括：电机Ⅱ21、联轴器上法兰座22、4根连接导柱23、联轴器31、联轴器下法兰座30、三元乙丙橡胶板24、水冷铝板25、轴承座26、角接触球轴承27、传动轴Ⅱ29和叶轮28，其中，所述联轴器上法兰座和联轴器下法兰座通过4根连接导柱，组装构成联轴器法兰座，所述电机Ⅱ固定在联轴器上法兰座，所述水冷铝板通过三元乙丙橡胶板与联轴器下法兰座装配，由于三元乙丙橡胶具有200度耐高温和弹性这两点特性，可实现水冷铝板板与维护门19的隔热与保温功能；所述角接触球轴承安装在所述轴承座内，所述轴承座与传动轴Ⅱ通过过盈配合安装固定于所述水冷铝板上，所述联轴器上法兰座、联轴器下法兰座、三元乙丙橡胶板和水冷铝板的中部均开有一个通孔，使所述传动轴Ⅱ通过所述联轴器与电机Ⅱ的转动轴相连，实现动力传送，所述叶轮固定在传动轴Ⅱ的末端，并通过顶丝固定；所述水冷铝板位于所述维护门的上方，用于隔热和保温；所述叶轮位于所述风道Ⅰ内的翅片加热管的上方。

根据本发明的实施例，本发明所述用于聚丙交酯材质模具的自动热处理设备的具体工作原理如下：本热处理设备通过自动辊道4和FDM打印线动力辊道进行对接，工作时，控制柜1向提升气缸Ⅰ4501、提升气缸Ⅱ4502和电机Ⅰ16发送信号，提升气缸Ⅰ使工作台出入自动门48打开，提升气缸Ⅱ使取料自动门47闭合，电机Ⅰ启动，进而控制自动辊道启动，同时向交换式工作台3发送信号，运载聚丙交酯材质模具通过自动辊道4进入烘烤炉主体2的加热腔体，移动到工作台滑道39上，经过检测开关a1501、b1502和交换式工作台限位块7进行定位，当交换式工作台移动到位后，并向控制柜1中发送信号，再由控制柜1分别向电机Ⅰ、提升气缸Ⅰ的电磁阀、加热装置和交换式工作台发送信号，控制电机Ⅰ停止转动，提升气缸Ⅰ控制工作台出入自动门48闭合，加热装置开始加热炉体内腔的空气，具体为所述翅片加热管36进行电加热，对模具进行热处理，交换式工作台的加热板14同时也开始加热所述热导台面，进而对模具的底部进行热处理，同时，控制柜发送控制信号给所述气流循环装置，控制电机Ⅱ21旋转，两个叶轮28相向旋转，通过所述内层结构上的透气网板43的孔型区域吸收烘烤炉主体的加热腔体内的高温空气，气流依次经过风道Ⅰ、风道Ⅱ，再经左侧内层板3701上的气孔流回到加热腔体内，引导加热后的空气不直接作用模具，而是通过内层结构的风道Ⅰ、Ⅱ再流回加热腔体，避免了模具的软化二次变形；经过一段时间，模具热处理完毕后，控制柜1向提升气缸Ⅱ4502的电磁阀、加热装置和交换式工作台发送信号，加热装置和交换式工作台的加热板均停止加热，提升气缸Ⅱ控制取料自动门47打开，取出热处理完成后的聚丙交酯材质模具。

发明人发现，根据本发明的实施例，本发明所述自动热处理设备，通过改进常规加热炉结构，增加气流循环装置，改进内层钣金结构，提高炉体内腔气流循环，改善炉温最佳均匀性；同时增加气流循环装置即叶轮及其动力组成部，引导加热后的空气不直接作用模具，避免模具软化二次变形；此外，增加自动辊道和交换式工作台，可快速、方便与FDM打印生产线无缝对接，实现模具生产过程全自动化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。