TRIZ下的超大面積融合施膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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【摘要】triz理論源于前蘇聯(lián)，流行于全世界的發(fā)明創(chuàng)新問題解決理論。本文針對(duì)現(xiàn)有的大面積產(chǎn)品粘接存在的涂膠效果、涂膠效率和涂層均勻性等質(zhì)量下降的問題，應(yīng)用TRIZ理論有關(guān)原理，推導(dǎo)解決方案，并設(shè)計(jì)與現(xiàn)有工藝、現(xiàn)有機(jī)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，結(jié)果表明該超大面積融合施膠系統(tǒng)在不影響生產(chǎn)效率和環(huán)境下，大幅提高產(chǎn)品粘接效果。
【關(guān)鍵詞】智能涂膠；TRIZ理論；融合施膠
智能膠接系統(tǒng)在制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，工程中需要粘接密封的產(chǎn)品逐步從最初的電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品等到建筑類板材產(chǎn)品的演變。目前，針對(duì)超大面積的產(chǎn)品施膠大部分采用熱熔膠工藝完成，但是受熱熔膠膠水技術(shù)限制，基于該膠水工藝的膠接系統(tǒng)存在施膠效率低、受溫度影響大、產(chǎn)品粘接質(zhì)量不穩(wěn)定，不環(huán)保等問題。因此如何針對(duì)超大面積的產(chǎn)品提高膠接效率，是目前行內(nèi)迫切需要解決的一個(gè)課題。本文從TRIZ理論著手，創(chuàng)新的對(duì)融合施膠工藝在超大面積膠接系統(tǒng)中的應(yīng)用提出新的設(shè)計(jì)方法。
1TRIZ理論解決問題概述
TRIZ理論是在1946年由前蘇聯(lián)阿奇舒勒博士創(chuàng)立，阿奇舒勒博士和他的TRIZ研究機(jī)構(gòu)50多年來(lái)提出了TRIZ系列的多種工具，使用微觀物場(chǎng)變換法和宏觀矛盾矩陣法進(jìn)行研究。TRIZ理論引入中國(guó)時(shí)間較短，但它已逐漸得到國(guó)內(nèi)許多科研結(jié)構(gòu)、公司和專家的重視，同時(shí)，通過國(guó)家的大力推廣與普及，已得到廣泛應(yīng)用并成為我國(guó)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要舉措[1]。
2設(shè)計(jì)問題描述
以面向裝修行業(yè)產(chǎn)品成型工藝為例，首先是將制造好的基板和面板進(jìn)行潔凈處理后，進(jìn)入自動(dòng)生產(chǎn)線，并在產(chǎn)線上對(duì)基板進(jìn)行精準(zhǔn)施膠，一般采用PUR熱熔膠實(shí)現(xiàn)膠接作用。再將面板與基板自動(dòng)復(fù)合，復(fù)合后的一體產(chǎn)品由于PUR熱熔膠固化時(shí)間段的特性，通過冷壓工藝直接進(jìn)入加工環(huán)節(jié)。由于PUR熱熔膠膠接工藝的粘接力受溫度影響較大，膠黏劑成本較高的原因，急需提出一種新的膠接工藝和膠接方法。
3基于TRIZ理論的超大面積融合施膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本文使用矛盾沖突矩陣方法對(duì)超大面積融合施膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。
3.1沖突矩陣的原理
沖突矩陣原理的核心內(nèi)容包括39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)、40條發(fā)明原理、技術(shù)沖突和沖突矩陣、物理沖突與分離原理[3]，其解決問題的一般過程如圖1所示。 通過上述步驟，進(jìn)一步對(duì)替代PUR熱熔膠以解決行業(yè)內(nèi)各種問題加以分析，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量粘接，同時(shí)兼具環(huán)保要求，可以采取膠黏劑行業(yè)內(nèi)主流產(chǎn)品雙組份聚氨酯膠水實(shí)現(xiàn)粘接任務(wù)。采用雙組份聚氨酯膠水粘接，為了更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品粘接及成型，本研究提出的融合膠接成型工藝以面向行業(yè)產(chǎn)品成型工藝為應(yīng)用對(duì)象，首先是將制造好的基板和面板進(jìn)行潔凈處理后，進(jìn)入自動(dòng)生產(chǎn)線，并在產(chǎn)線上對(duì)基板進(jìn)行精準(zhǔn)融合施膠，再將面板與基板自動(dòng)復(fù)合，復(fù)合后的一體產(chǎn)品直接進(jìn)入采取冷壓工藝，膠黏劑初步固化后可有效防止后續(xù)輸送過程中的移位，再進(jìn)入烘箱或烘道加速固化，再進(jìn)入加工環(huán)節(jié)直至成品輸出。故采取滿涂的工藝，即最大程度使得膠水均勻涂布在產(chǎn)品上，同時(shí)通過后期的復(fù)合、冷壓和熱固，能使得最終固化成型的成品夾層中均勻受力，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量粘接。但是，采取雙組份聚氨酯膠水滿涂，會(huì)導(dǎo)致膠水粘度過低，使得在復(fù)合的過程、通過冷壓機(jī)過程以及進(jìn)入熱固實(shí)現(xiàn)固化前的過程中產(chǎn)品的粘接效果不可控、不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)錯(cuò)位的情況，這是產(chǎn)品生產(chǎn)所不能允許的缺陷。通過上述分析得到，如果采取雙組份聚氨酯膠水滿涂，則需要膠水低粘度性能參數(shù)，則會(huì)改善粘接效果，卻惡化了定位及復(fù)合效果。反之，則有利于定位和復(fù)合效果，卻惡化了滿涂工藝的實(shí)現(xiàn)。這就是TRIZ理論中描述的沖突矩陣?yán)碚?。根?jù)該理論，可采用分割原理，將需求分割成滿涂工藝需求和膠水初定為功能需求兩個(gè)獨(dú)立的因素考慮，提出融合施膠工藝采用的單組份膠初固和雙組份淋膠同步實(shí)現(xiàn)。融合施膠系統(tǒng)主要由輸送輔助臺(tái)、基于直角坐標(biāo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的雙組份自動(dòng)淋膠系統(tǒng)及搭載的輔助初固用單組份打膠系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)組成。取代了單機(jī)加工、多人參與的工作模式，提高生產(chǎn)節(jié)拍，高效完成大面積涂膠工作任務(wù)以及實(shí)現(xiàn)后續(xù)連續(xù)生產(chǎn)過程中輸送、加工等工藝要求。經(jīng)試驗(yàn)0.2mm膠層固化后拉拔力即滿足1mpa，按照基板尺寸噴膠總數(shù)300cm³，每件膠重400g以下，以600mm噴灑寬度計(jì)算，可在6m/min的送板速度下實(shí)現(xiàn)滿涂，滿足一般生產(chǎn)節(jié)拍要求。
3.2超大面積淋膠系統(tǒng)
超大面積淋膠系統(tǒng)包括供膠、淋膠、清潔三個(gè)自動(dòng)模塊。供膠模塊主要通過膠泵對(duì)膠進(jìn)行增壓后，通過膠管輸送給施膠機(jī)構(gòu)。該模塊由以下部分組成：（1）膠泵膜組及膠路控制單元，包括隔膜泵、高壓過濾器及空氣調(diào)壓器等；（2）高性能動(dòng)態(tài)混合器，根據(jù)膠水工藝，控制伺服電機(jī)調(diào)整混合頭轉(zhuǎn)速；（3）輸膠管；（4）淋膠閥，通過膠路閥門及接頭滿足施膠要求；（5）計(jì)量系統(tǒng)。通過伺服電機(jī)調(diào)整緊密齒輪計(jì)量泵（A、B膠）。
3.3淋膠機(jī)構(gòu)
淋膠機(jī)構(gòu)使用三自由度機(jī)器人驅(qū)動(dòng)，通過數(shù)控實(shí)現(xiàn)一次大面積淋膠。
3.4自動(dòng)清洗單元
為了防止在生產(chǎn)過程或停產(chǎn)過程中雙組份膠水固化，故使用高壓水或?qū)Ｓ们逑慈軇?，利用清洗循環(huán)系統(tǒng)對(duì)混料桶至淋膠末端工具進(jìn)行自動(dòng)清洗，如圖6所示。
3.5單組份一拖二供膠單元
單組份MS膠供膠系統(tǒng)適用于5Gal標(biāo)準(zhǔn)包裝硅橡膠，適用粘度500000-1000000cps。供膠系統(tǒng)內(nèi)的膠液的壓力可以通過氣控調(diào)壓閥控制，可在允許的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，膠線的直徑可以通過調(diào)節(jié)膠液的壓力、膠嘴的行走速度及膠嘴口徑的粗細(xì)來(lái)變換。涂膠閥為氣動(dòng)。膠閥的開關(guān)由位控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，使涂膠過程膠線粗細(xì)均勻，無(wú)膠堆積、膠線斷等異?，F(xiàn)象?？紤]邊界施膠的工作效率，故采用一個(gè)單組份膠泵帶兩個(gè)膠閥。
4總結(jié)
本文應(yīng)用TRIZ理論設(shè)計(jì)的超大面積融合施膠系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)雙組份膠水和單組份膠水進(jìn)行自動(dòng)施膠，和現(xiàn)有市面上單獨(dú)采取熱熔膠的涂膠機(jī)裝置相比，能夠增加產(chǎn)線生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品粘接的穩(wěn)定性，同時(shí)具備環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)系統(tǒng)在不降低效率的情況下，大大提高了產(chǎn)品的粘接質(zhì)量和整體質(zhì)量。通過實(shí)際工程應(yīng)用，綜合性能優(yōu)良，同時(shí)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也證明了TRIZ理論在發(fā)明創(chuàng)新領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
參考文獻(xiàn)
[1]徐起賀,任中普,戚新波.TRIZ創(chuàng)新理論實(shí)用指南[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2011.
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[3]任工昌,田川,王晨,等.基于TRIZ的可重構(gòu)夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(3).
作者：梅雪川 高燕 葉敏 郭如峰 郭鵬 單位：國(guó)機(jī)智能(蘇州)有限公司