TRIZ下的超大面積融合施膠系統(tǒng)設計
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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，應用TRIZ理論有關原理，推導解決方案，并設計與現(xiàn)有工藝、現(xiàn)有機構完全不同的系統(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課題。本文從TRIZ理論著手，創(chuàng)新的對融合施膠工藝在超大面積膠接系統(tǒng)中的應用提出新的設計方法。
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研究機構50多年來提出了TRIZ系列的多種工具，使用微觀物場變換法和宏觀矛盾矩陣法進行研究。TRIZ理論引入中國時間較短，但它已逐漸得到國內(nèi)許多科研結(jié)構、公司和專家的重視，同時，通過國家的大力推廣與普及，已得到廣泛應用并成為我國建設創(chuàng)新型國家的重要舉措[1]。
2設計問題描述
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行潔凈處理后，進入自動生產(chǎn)線，并在產(chǎn)線上對基板進行精準施膠，一般采用PUR熱熔膠實現(xiàn)膠接作用。再將面板與基板自動復合，復合后的一體產(chǎn)品由于PUR熱熔膠固化時間段的特性，通過冷壓工藝直接進入加工環(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)設計
本文使用矛盾沖突矩陣方法對超大面積融合施膠系統(tǒng)設計進行分析。
3.1沖突矩陣的原理
沖突矩陣原理的核心內(nèi)容包括39個標準工程參數(shù)、40條發(fā)明原理、技術沖突和沖突矩陣、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，進一步對替代PUR熱熔膠以解決行業(yè)內(nèi)各種問題加以分析，為了實現(xiàn)高質(zhì)量粘接，同時兼具環(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現(xiàn)粘接任務。采用雙組份聚氨酯膠水粘接，為了更好的實現(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)品成型工藝為應用對象，首先是將制造好的基板和面板進行潔凈處理后，進入自動生產(chǎn)線，并在產(chǎn)線上對基板進行精準融合施膠，再將面板與基板自動復合，復合后的一體產(chǎn)品直接進入采取冷壓工藝，膠黏劑初步固化后可有效防止后續(xù)輸送過程中的移位，再進入烘箱或烘道加速固化，再進入加工環(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，同時通過后期的復合、冷壓和熱固，能使得最終固化成型的成品夾層中均勻受力，實現(xiàn)高質(zhì)量粘接。但是，采取雙組份聚氨酯膠水滿涂，會導致膠水粘度過低，使得在復合的過程、通過冷壓機過程以及進入熱固實現(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)，則會改善粘接效果，卻惡化了定位及復合效果。反之，則有利于定位和復合效果，卻惡化了滿涂工藝的實現(xiàn)。這就是TRIZ理論中描述的沖突矩陣理論。根據(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獨立的因素考慮，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現(xiàn)。融合施膠系統(tǒng)主要由輸送輔助臺、基于直角坐標執(zhí)行機構的雙組份自動淋膠系統(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以及實現(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噴灑寬度計算，可在6m/min的送板速度下實現(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、清潔三個自動模塊。供膠模塊主要通過膠泵對膠進行增壓后，通過膠管輸送給施膠機構。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）高性能動態(tài)混合器，根據(jù)膠水工藝，控制伺服電機調(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）計量系統(tǒng)。通過伺服電機調(diào)整緊密齒輪計量泵（A、B膠）。
3.3淋膠機構
淋膠機構使用三自由度機器人驅(qū)動，通過數(shù)控實現(xiàn)一次大面積淋膠。
3.4自動清洗單元
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们逑慈軇们逑囱h(huán)系統(tǒng)對混料桶至淋膠末端工具進行自動清洗，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標準包裝硅橡膠，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來變換。涂膠閥為氣動。膠閥的開關由位控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，使涂膠過程膠線粗細均勻，無膠堆積、膠線斷等異常現(xiàn)象。考慮邊界施膠的工作效率，故采用一個單組份膠泵帶兩個膠閥。
4總結(jié)
本文應用TRIZ理論設計的超大面積融合施膠系統(tǒng)能夠同時對雙組份膠水和單組份膠水進行自動施膠，和現(xiàn)有市面上單獨采取熱熔膠的涂膠機裝置相比，能夠增加產(chǎn)線生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品粘接的穩(wěn)定性，同時具備環(huán)保的優(yōu)勢，整個系統(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。通過實際工程應用，綜合性能優(yōu)良，同時獲得了良好的經(jīng)濟效益，也證明了TRIZ理論在發(fā)明創(chuàng)新領域的應用潛力。
參考文獻
[1]徐起賀,任中普,戚新波.TRIZ創(chuàng)新理論實用指南[M].北京:北京理工大學出版社,2011.
[2]張鑫.基于TRIZ理論的起重機創(chuàng)新設計研究[J].起重運輸機械,2015(7).
[3]任工昌,田川,王晨,等.基于TRIZ的可重構夾具創(chuàng)新設計研究[J].組合機床與自動化加工技術,2016(3).
作者：梅雪川 高燕 葉敏 郭如峰 郭鵬 單位：國機智能(蘇州)有限公司