单位文秘网 2021-07-04 08:19:56 点击: 次
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摘 要:利用阿基米德原理(一个容器里面存满液体,当有外部物体进入的时候,液体流出的体积等于外部物体进入的体积),设计一种独特的出胶方案,由伺服控制各一根细长光杆,伸入存满不同胶水的储胶筒,将里面的胶水按照细长光杆伸入的体积1:1从出胶口挤压出来,并充分混合,实现双液精密微量点胶。
关键词:阿基米德原理;双液精密微量点胶;细长光杆;伺服控制;自动补胶
引言
双液点胶[3],俗称AB点胶,通过两个各自独立又相互关联的出胶装置,对双组份胶水进行自动化配比,经过某种方式搅拌混合,定量出胶,固化的一种操作。在电子通讯和汽车制造等行业里广泛应用,但对点胶量精度和自动化程度有较高要求,其中喇叭行业中使用AB胶进行振膜与支架粘固,AB胶点胶量大约为80毫克,混合比例为1:1,在行业里称为精密微量点胶。我们先来了解目前传统或曾经使用过的几类机械点胶装置并对各机械点胶装置进行相关的理论分析对比。
第一个为气动模式:时间+压力型点胶[1],通过压缩空气将储胶筒胶水压出,调节出胶时间,来控制出胶流量,点胶精度较高。行业里面普遍使用两个独立的两套点胶机来实现AB胶的各自的流量。在一般需要点胶的工位上,出胶流量较大的范围里,使用非常普遍,其表现尚可。而在微量点胶时,缺点就暴露无遗,精度不足。影响点胶定量精度的因素很多,比如空气本身的可压缩性、储胶筒内胶体容量、胶体粘度、胶体温度等,当混合的过程中,混合管内的相对死角,残留硬化胶水体积会不断的变化,都会阻碍胶水的正常流通,恶性循环;
第二个是传统机械的活塞注射方式:与针筒注射器原理一样,使用螺杆(或压缩空气)推动活塞前进时,胶水从出胶口流出,由于活塞直径大,只要活塞有细微的位移,则胶筒的容积变化大,无法满足微量点胶工作状态;
第三个齿轮泵:由一对啮合齿轮、泵体、前后盖组成封闭空间,当齿轮旋转时,吸入腔空间由小变大,形成真空,将液体吸入,排出腔啮合侧的空间体积却由大变小,将液体挤出,形成工作容积变化来输送液体。虽然精度高,但零件都比较精密,在更换不同厂家的胶水或日常保养清洁时,非专业人士难于进行,同时,从其基本原理来看,实质是个间歇运动,排量以旋转一圈为基数,在其一圈和旋转过程,其出胶量是不断变化的,对微量点胶在毫克范围仍难于控制;
第四个是喷射阀:采用喷射点胶实现喷射的方法是快速的打开和关闭喷嘴[2],这类喷射器其喷射频率高,在阀杆与喷嘴贴合时,喷射阀处于关闭状态,此时喷射阀中流体处于相对较大的压力下,然后打开喷嘴,一束流体在压力驱动下从喷嘴迅速流出,然后关闭喷嘴,快速的关闭将使流体切断。但当碰到残留硬化胶水阻塞时,气压无法自动调节,那出胶量也必受影响。
事实在生产中,以上几类机械点胶装置可以说不适合在AB胶精密微量点胶上使用,出现的问题主要集中有出胶量质量误差,出胶时间无法与工艺时间同步,胶水比例不均匀,不固化,所以,为了实现上述目的设计了一款简单有效的装置,使装置实际测试的最大出胶量误差仅为±1mg。
1 结构
作者设计如图1由机、电、气、液一体组成的自动化装置,以下简称为双液精密微量点胶:
(1)自动补胶系统(由压缩空气驱动)有A胶B胶各1个储胶筒16、单向阀4、连通气管组成;
(2)挤胶机构有AB胶混合针头1、出胶头3、电磁阀2、胶筒7、 细长光杆13、浮动接头14、滑块15、滚珠丝杆模组9由压板5固定在一个平台8上;
(3)密封和清洁机构有活动螺母6,刮板式的圆环10,标准O形圈11,型腔12;
(4)驱动系统由伺服电机18及减速机17、人机界面数字控制系统等组成。
2 工作原理
由PLC与触摸屏组成数字控制系统,发出脉冲指令,伺服电机18带动减速机17旋转动作,驱动滚珠丝杆模组9工作,固定在滚珠丝杆模组9上面的滑块15,联接浮动接头14,带动细长光杆13做直线移动,当胶筒7受到细长光杆13的挤压时,单向阀4封闭,电磁阀2导通,胶水从出胶头3流出,而胶水挤出容量,等于细长光杆13伸入胶筒7的体积,转换后可知具体质量,即依据伺服电机旋转的圈数,滚珠丝杆的导程,细长光杆的直径大小和机构动作时间有关。为了连续动作,当细长光杆13退回去时,单向阀4导通,电磁阀2封闭,胶水因压缩空气作用,胶水从储胶筒16流入胶筒7,而实现自动气压补充胶水。其中,A胶和B胶挤出,可用AB胶混合针头1进行混合,为防止细长光杆一进一出产生漏液和方便清洁,设计了活动螺母6,刮板式的圆环10,标准O形圈11,一定体积的型腔12。
公式推导计算:M=ρ.v v=sl=πr2np
以上公式中;M为出胶的质量,ρ为胶水的密度,v体积,s为细杆截面积,l为细长杆的移动长度,n为丝杆转动圈数,p为丝杆导程,r为细长光杆半径。
出胶工艺:A胶B胶出胶量均为20mg/s,混合比例为1:1,连续点胶时间2秒,各自为40mg。现设定电机转速为19.5r/s,采用减速比i为20:1的减速机,丝杆导程为6mm,细光杆直径为2mm,胶水密度约为1.1mg/mm3,将各数值替入公式,即:重量M=ρ×π×r2×n×p=1.1×3.14×12×19.5÷20×2×6=40.4mg,此为理论计算值,稍有偏差,但用电子秤秤量进行实际比对,调整参数,引入补偿即可。从计算可看出,在机械零件不变的情况下,只要通过控制系统改变电机的转速、或出胶时间可调整出胶量。而此次设计,细长光杆的有效长度为100mm,最大一次出胶量在354mg左右,在出胶量满足不了需求时,可再更换不同直径的细长光杆,但随着细长光杆直径的变大,精度也随着下降。整套机构的制作难点在于:第一,细长光杆的加工精度以及强度。本次设计采用标准件,材料选用为SKH51(高速钢),硬度HRC58,直径为2mm光杆(一种模具上常用的物料),耐磨、强度高,很好地解决了在挤胶的过程中产生弹性变形,造成细长光杆实际进入胶筒的偏差问题。第二,在于细长光杆在伸缩的时候,本身是与胶水接触,本次设计采用刮板式的圆环10,使用多个串叠在一起,并增加标准O形圈11,同时留有一定体积的型腔12,不断地通入胶水清洁剂,有效防止细长光杆长时间工作有胶水硬化而粘贴的现象,保证细长光杆表面的清洁度。
通过实际制造交付生产使用,对比以上所述几种机械装置,优势明显,完全解决微量点胶需求。
3 优点
出胶精度:经过实际设计制造,本机构精度误差在1mg,完全满足生产需求。
人机对话:操作简单,数字化,可以方便、快捷的通过控制系统(比如触摸屏等人机界面)直接输入需要的点胶时间和点胶量,即可精确控制,远离传统点胶过程的开环控制,严重依赖操作人员的经验并且可靠性不高,从此不再因人而异,浪费宝贵的时间,提高了工作效率,而且,控制系统可与整机共同使用,节约成本。
结构简单:制造门坎低,零件的加工精度要求不高,细长光杆的直径精度在0.02范围内,表面抛光即可,而采用标准件,材料选用为SKH51(高速钢),硬度HRC58,直径为2mm光杆(一种模具上常用的物料),在制作上更是毫无难点。
模块化设计:适当变更几个零件,流量可成倍增减,精度仍然在可控范围内。
保养:每次点胶生产完成后及时将混合针头清洗干净即可,在更换不同品牌型号胶水才需要将各部分拆卸。
减少浪费:一改需凭经验调节出胶量,多次打胶,电子秤量的做法,减少浪费。
品质提高:因使用硬性挤压,经常碰到的混合管内的相对死角,残留硬化胶水堵塞的情况有良好的改善,也明显地保证了A胶B胶的出胶比例,保证质量。
参考文献
[1]张健,王红美.时间-压力型点胶的影响因素探讨[J].科技创新与应用,2015,11:23-24.
[2]舒霞云,张鸿海,刘华勇,等.高黏度微量喷射系统的实验研究[J]. 中国科学:技术科学,2010,02:171-176.
[3]陶晓杰.二液自动灌胶机[J].制造业自动化,2000,07:56-57.
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