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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 用于汽車(chē)玻璃塑料包邊成型模具的永磁柔性耐壓雙囊?jiàn)A緊機(jī)構(gòu)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 汽車(chē)塑料包邊玻璃生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)由于玻璃承受熔融塑料巨大的推動(dòng)力而導(dǎo)致的玻璃出現(xiàn)刮痕或碎裂，導(dǎo)致廢品率居高不下。本作品針對(duì)該問(wèn)題，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出玻璃的夾緊機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃的可靠定位和夾緊，該過(guò)程中既能夠產(chǎn)生足夠大的夾緊力，又不會(huì)損傷或壓碎玻璃，還能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間夾緊和松開(kāi)的切換。本作品初步應(yīng)用于福耀玻璃集團(tuán)公司，節(jié)約了巨大的生產(chǎn)成本，同時(shí)，生產(chǎn)效率提高了約10%，為新增經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了條件。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品屬于機(jī)械與控制類(lèi)的發(fā)明制作。其應(yīng)用背景是：塑料包邊玻璃是中高檔汽車(chē)上的重要部件，用量巨大。福耀玻璃集團(tuán)有限公司是世界第三大汽車(chē)玻璃生產(chǎn)廠商，每年約生產(chǎn)900萬(wàn)片包邊玻璃。但是，玻璃在注塑模具中進(jìn)行塑料包邊過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于玻璃承受熔融塑料巨大的推動(dòng)力而導(dǎo)致的玻璃定位發(fā)生變化，從而使包邊質(zhì)量下降、玻璃出現(xiàn)刮痕或碎裂，廢品率居高不下。本作品的目的是：針對(duì)福耀玻璃集團(tuán)的技術(shù)需求，面向任意型面的汽車(chē)玻璃，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出玻璃的夾緊機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃的可靠定位和夾緊，該過(guò)程中既能夠產(chǎn)生足夠大的夾緊力，又不會(huì)損傷或壓碎玻璃，還能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間夾緊和松開(kāi)的切換。本作品思路是：針對(duì)脆性材料的特點(diǎn)，突破常規(guī)的剛性?shī)A緊方法。提出一種全新的思路：首先，提出柔性雙囊?jiàn)A緊的思想和方法，采用一對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)作為夾緊的能量來(lái)源，通過(guò)磁化磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)柔性囊的夾緊；其次，計(jì)算得到疊加磁場(chǎng)的夾緊力并設(shè)計(jì)和制造試驗(yàn)裝置，達(dá)到要求后對(duì)裝置稍作改動(dòng)裝入模具中。本作品的創(chuàng)新性體現(xiàn)在：（1）提出設(shè)計(jì)永磁柔性耐壓雙囊的思想方法，實(shí)現(xiàn)脆性材料進(jìn)行自適應(yīng)夾緊。（2）提出對(duì)永磁場(chǎng)的磁化磁粉磁場(chǎng)進(jìn)行分析和計(jì)算，并進(jìn)行磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的瞬間接通與斷開(kāi)。本作品初步應(yīng)用于福耀玻璃集團(tuán)公司，節(jié)約了巨大的生產(chǎn)成本，同時(shí)，生產(chǎn)效率提高了約10%，為新增經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了條件。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：針對(duì)福耀玻璃集團(tuán)的技術(shù)需求，面向任意型面的汽車(chē)玻璃，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出玻璃的夾緊機(jī)，它可以在合模力的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃的可靠定位和夾緊，該過(guò)程中既能夠產(chǎn)生足夠大的夾緊力，又不會(huì)損傷或壓碎玻璃，還能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間夾緊和松開(kāi)的切換。基本思路：首先，采用一對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)作為夾緊的能量來(lái)源，把強(qiáng)磁磁化后的磁粉裝入柔性囊中，作為觸體與玻璃形成對(duì)耦結(jié)構(gòu)，該囊既可提供加緊力又是一個(gè)柔性材料可自動(dòng)適應(yīng)玻璃表面的變化；其次，在計(jì)算磁能積和磁化磁場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，結(jié)合力學(xué)定律，計(jì)算得到疊加磁場(chǎng)的夾緊力； 根據(jù)這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造夾緊試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。創(chuàng)新點(diǎn)：（1）提出設(shè)計(jì)永磁柔性耐壓雙囊的思想方法，實(shí)現(xiàn)脆性材料的自適應(yīng)夾緊。（2）提出對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的瞬間接通與斷開(kāi)。技術(shù)關(guān)鍵：（1）如何設(shè)計(jì)永磁柔性耐壓雙囊?jiàn)A緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)不同型面的玻璃夾緊；（2）如何分析和計(jì)算對(duì)耦磁化磁粉的磁場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生足夠大的強(qiáng)磁夾緊力；（3）如何選用磁粉囊材料并控制磁力線的衰減，實(shí)現(xiàn)在玻璃表面產(chǎn)生足夠的摩擦力；（4）如何設(shè)計(jì)夾緊試驗(yàn)裝置并設(shè)計(jì)試驗(yàn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的瞬間接通與斷開(kāi)，以及夾緊力的測(cè)定。技術(shù)指標(biāo)：（1）玻璃受到的夾緊力≥400kPa，接觸面積大于30cm2；（2）單只永磁鐵的磁能積大于35kJ/m3；（3）生產(chǎn)出的玻璃塑料包邊飽滿均勻，玻璃沒(méi)有劃痕或碎裂；（4）磁粉粒度為200目或以下，雙囊磁場(chǎng)衰減不超過(guò)20%；（5）磁場(chǎng)的通斷迅速可靠，適應(yīng)合模和開(kāi)模的要求。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）柔性雙囊?jiàn)A緊的思想和方法突破了傳統(tǒng)剛性?shī)A緊系統(tǒng)的不足，且針對(duì)脆性材料更加具有普適性。由于玻璃是一種曲面結(jié)構(gòu)，曲面形狀千變?nèi)f化，在玻璃包邊過(guò)程中若采用吸盤(pán)夾緊或在上、下模上設(shè)置由橡膠作為定位件的夾緊裝置，往往很難做到與玻璃的面結(jié)合，導(dǎo)致夾緊力的不足，就容易使玻璃發(fā)生位移，從而導(dǎo)致玻璃可能被壓碎或劃傷，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致塑料包邊部分與玻璃結(jié)合不緊密，從而產(chǎn)生注塑缺陷。采用柔性雙囊?jiàn)A緊的方法中，磁粉囊在被磁化后，磁力線分布較為集中，當(dāng)成對(duì)布置后，磁力線得到延長(zhǎng)，磁場(chǎng)產(chǎn)生疊加，根據(jù)磁能積的大小能夠產(chǎn)生足夠的夾緊力。磁粉囊狀可以隨著玻璃型面自適應(yīng)變化，而磁力線分布基本保持不變，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的夾緊，同時(shí)，磁粉囊的存在也強(qiáng)化了玻璃自身的定位剛性。（2）磁場(chǎng)的接通與斷開(kāi)控制符合注塑合模和開(kāi)模的節(jié)拍，適應(yīng)批量規(guī)模生產(chǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2011年在該省第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 授權(quán)實(shí)施
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品、圖紙、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：（1）使用時(shí)，在上、下模上分別安裝上充有磁粉的氣囊及磁場(chǎng)發(fā)生裝置，并使填充磁粉的氣囊位于上、下模的玻璃嵌放位置上。（2）夾緊時(shí)，啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁粉被永磁場(chǎng)磁化產(chǎn)生磁性，兩對(duì)稱排列的氣囊內(nèi)的磁粉在產(chǎn)生磁性的情況下可相互吸引從而將位于上、下模之間的玻璃嵌件夾緊；（3）當(dāng)注塑完畢，切斷磁場(chǎng)發(fā)生裝置與氣囊之間的聯(lián)系即可使對(duì)稱排列的氣囊磁性消退，從而可將玻璃嵌件取出。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：（1）柔性雙囊?jiàn)A緊的思想和方法突破了傳統(tǒng)剛性?shī)A緊系統(tǒng)的不足，且針對(duì)脆性材料更加具有普適性。（2）磁場(chǎng)的接通與斷開(kāi)控制符合注塑合模和開(kāi)模的節(jié)拍，適應(yīng)批量規(guī)模生產(chǎn)。適應(yīng)范圍：（1）任意型面汽車(chē)包邊玻璃的生產(chǎn)。（2）有脆性材料、軟材料或復(fù)雜曲面零件強(qiáng)力夾緊的場(chǎng)合。 推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：本作品的思想方法和夾緊裝置可以推廣到復(fù)雜型面、脆性材料或軟材料的夾緊，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 世界最大的汽車(chē)玻璃生產(chǎn)廠商有法國(guó)圣戈班（Saint-Gobain）、日本旭硝子（ASAHI）株式會(huì)社和我國(guó)的福耀玻璃集團(tuán)。在2006年以前，汽車(chē)包邊玻璃完全被法國(guó)圣戈班壟斷。該公司依靠自身的雄厚的研發(fā)實(shí)力，在技術(shù)上對(duì)我國(guó)進(jìn)行嚴(yán)格的封鎖，使得我國(guó)未能夠自主生產(chǎn)一片包邊玻璃。福耀玻璃工業(yè)股份有限公司是我國(guó)最大、世界排名第三的汽車(chē)安全玻璃生產(chǎn)廠家，汽車(chē)包邊玻璃是主要產(chǎn)品之一，每年的年產(chǎn)值逾10億元。2006年，某省模具技術(shù)開(kāi)發(fā)基地、福耀玻璃、福建宏達(dá)模具塑料廠等聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)了汽車(chē)玻璃塑料包邊模具，解決了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)由于汽車(chē)包邊玻璃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高，而使包邊成型工藝、包邊模具設(shè)計(jì)方法和制造技術(shù)均困難的問(wèn)題，獲得了多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。該項(xiàng)目成果實(shí)用化程度達(dá)到了較高水平，并且在企業(yè)中直接產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國(guó)尚未有開(kāi)發(fā)出玻璃包邊模具的其他報(bào)道。但是，該包邊模具也存在一定的不足。主要是玻璃作為嵌件，難以做到可靠的定位和夾緊。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于脆性材料或特殊軟材料的夾緊方法也開(kāi)發(fā)有特殊的機(jī)構(gòu)。例如浙江大學(xué)對(duì)方向舵紙基蜂窩芯零件夾持方法的研究中提出了一種柔性?shī)A緊方法，其原理是利用電磁裝置所激發(fā)的磁場(chǎng)，對(duì)灌入蜂窩芯中的鐵粉產(chǎn)生作用，使鐵粉在自重和磁場(chǎng)吸力的共同作用下產(chǎn)生鐵粉與蜂窩芯側(cè)壁之間，鐵粉與夾具平臺(tái)之間的摩擦力，使蜂窩芯材料在高速加工過(guò)程中可以保持穩(wěn)定、可靠的固定。該方法雖對(duì)紙基材料的夾緊，但對(duì)我們的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)啟示，從而設(shè)計(jì)出本作品實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼化玻璃包邊過(guò)程中的夾緊。
