高速封邊機修邊機構(gòu)運動學(xué)仿真強度分析

黃國榮

（廣東先達數(shù)控機械有限公司，廣東 佛山 528308）

0 引言

封邊操作的工作內(nèi)容是把物件與緣材處于高溫狀態(tài)時更結(jié)實更快速地進行粘合，并去除掉多出來的緣材，同時對緣材實施修改美化，這個步驟是達到板狀材料改造流水生產(chǎn)線上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實施封邊之后，在家具的外觀以及質(zhì)量上都能實現(xiàn)很大的提高。封邊用板件一般是中纖板、刨花板等等材質(zhì)的整板經(jīng)過鋸切而成，側(cè)邊密度不均衡，存在很顯眼的缺陷。經(jīng)過封邊操作，可以使物件的外觀和質(zhì)量大幅提高，防止家具處于運送狀態(tài)和工作狀態(tài)時邊角部分遭到破壞、膠合面與家具分離，也可以有很好的絕水性，密封住毒害氣體，讓其盡可能少的擴散到空氣中，而且還能有效的阻止家具變形等。

1 封邊技術(shù)的重要性

封邊技術(shù)在板式家具加工過程中已經(jīng)被廣泛利用。家具的外形和質(zhì)量取決于零部件的封邊技術(shù)。封邊技術(shù)可以提升家具的美觀程度也可以防止板材部分不被水分破壞、不受外界環(huán)境濕度的影響，在此基礎(chǔ)上，還可以防止板材的毒害氣體擴散到外界。該技術(shù)能夠使家具的使用時間大大加長，也能夠使家具更環(huán)保，對環(huán)境減少污染。封邊工序作為板式部件加工最最復(fù)雜、最重要的工序，進行封邊時，極易出現(xiàn)質(zhì)量方面的缺陷，封邊工作的好壞一定程度上體現(xiàn)了家具的質(zhì)量。提高封邊技術(shù)在家具附加價值的提高方面起著非常重要的作用。修邊組件作為封邊設(shè)備中對家具邊緣精細操作流程里很關(guān)鍵的組件，該部分工作的質(zhì)量決定了封邊的最終效果，也直接作用于整個封邊環(huán)節(jié)的工作效率。所以，科學(xué)、精準的對修邊組件進行仿真模擬研究，明白其中的力學(xué)特點，對其進行優(yōu)化，不僅能提高修邊機構(gòu)的可靠程度，也能夠提高整個封邊工序的工作效率[1]。

2 封邊設(shè)備的控制流程

為了在工序完成后更好的去除從縫隙中壓出來的熱熔性膠，應(yīng)該使用防黏劑。為使部件封邊部位平滑，提升封邊材料的固結(jié)能力，必須提前齊邊銑削。部分封邊設(shè)備無此功效，部分工作人員也不會進行該項操作。若是出現(xiàn)部件下方膠合處縫隙過寬，或者完成封邊工序后表面不夠平滑，就必須要進行提前齊邊銑削。裁板鋸一般配備兩種鋸片，一種是劃線鋸片，另一種是主鋸片，劃線類較之于主鋸，通常會厚0.2～0.3mm，這種情況會造成工件下緣缺失的情況。在使用薄封邊帶時，該情況不會特別明顯，若是使用厚度大于2.5mm 的封邊帶操作時，缺損現(xiàn)象異常突出，在此情況下，提前齊邊銑削是必須的工藝。熱熔膠使用時的溫度通常大約是150℃，同時要持續(xù)到封邊材料完全黏合狀態(tài)。如果膠合部位達不到規(guī)定溫度，使用的熱熔膠溫度降迅速降溫，會導(dǎo)致膠合強度達不到要求，特別是冬天。所以，冬天施工時，不得不充分加熱膠合部位。通常提前加熱的部分長度是250mm，待封邊部分和熱熔膠保持一致的溫度時，才可以更好的完成膠合作業(yè)。封邊設(shè)備的膠材組件是分層次提高溫度的。放進設(shè)備熱熔膠到達提前加熱的部位，完成膠粒的提前加熱后，傳送到膠箱。膠箱里通常會比涂膠輥低15～20℃。如果膠箱里的溫度超過規(guī)定的溫度，會造成熱熔膠的氧化等不良反應(yīng)，對其膠合能力產(chǎn)生不良影響。通常提前加熱的部位溫度區(qū)間是140～180℃，膠箱里溫度區(qū)間是160～200℃，確保膠于膠箱里可以保持流動性，而且，不出現(xiàn)不良反應(yīng)。膠輥自帶的升溫設(shè)備在實施噴膠時溫度會提升15～20℃。因此，處于間歇性停止施工時，必須把溫度控制在150℃左右，使的膠體被很好的保護。好的涂膠輥自帶控制元件，在膠輥涂布處于部件末端時，熱熔膠會結(jié)束上膠，避免末端積膠。封邊設(shè)備在膠材的使用量方面能夠做到按需噴涂，在需要時會自動上膠，不需要時，便可自動停止用料。封邊作業(yè)時膠材的使用量要限制在200～300g/m2。直線封邊設(shè)備自用料開始直至結(jié)束用膠所需的時間只有1s，若是能在這個用膠的過程中將溫度維持在合適的范圍，便可以是的封邊效果達到規(guī)定的要求，同時膠的粘合性能也能達到最佳效果。也就是較好的膠合強度。實施貼合之后的封邊材料經(jīng)由2 把鋸片從前后端面切割，新研發(fā)的封邊設(shè)備切割之后的封邊材料只需要保留2mm 的溢出量，如此操作，在封邊材料的使用上能做到節(jié)約，做到了成本的降低[2]。

封邊板件邊緣修整有三道工藝流程，分別是初修，精修，刮邊。一般情況下，實施封邊之后，所用的封邊材料高度要超過板材約1.5mm，利用銑刀將將其削平整。通常做完初修要多余留0.5mm，用以精修，做完精修后，要保存0.1mm 用以刮邊。操作封邊機時使用封邊設(shè)備時必須了解并熟練運用每個工藝參數(shù)的設(shè)置以及其變動。部分操作數(shù)據(jù)必須按照封邊設(shè)備操作的實際狀況去變動，如此方可確保封邊質(zhì)量。封邊時還必須確保封邊機使用的部位空氣平穩(wěn)流動，來達到使用熱熔性膠時溫度不會出現(xiàn)太大波動，封邊加工處于良好的狀態(tài)，封邊機的安裝位置需空氣流速應(yīng)相對平穩(wěn)，以保持涂膠封邊過程溫度穩(wěn)定。

3 基于動力學(xué)的修邊機構(gòu)建模及運動分析

封邊設(shè)備構(gòu)成部分很多，如支承板、電機、氣缸等。經(jīng)過SolidEdge 程序?qū)Ψ膺呍O(shè)備中修邊構(gòu)件做三維實體建模，同時進行配備，把做好的模型用.x_t（Parasolid）文件的格式輸出并導(dǎo)入Adams，獲取到修邊機的虛擬樣機模型（圖1）。

圖1 修邊機的虛擬樣機模型

修邊設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)如下。纖維板長245mm，寬180mm，高15mm，其工作速度有0.2167m/s、0.2550m/s、0.2917m/s 三種，假設(shè)的氣缸剛度是2000N/m、4000N/m及8000N/m 三種。經(jīng)過專業(yè)設(shè)備研究，明確了處于不一樣的用料速率下，各種氣缸度對修邊設(shè)備整個功能的影響。把每個不同的數(shù)據(jù)做了比較和分析后得到用料速度處于0.2167m/s 時，氣缸剛度越大使電機基座就可以更短的時間里穩(wěn)定下來，在Ks=8000N/m 時基本上沒有速度的變動，這時所選擇的氣缸剛度為最佳[3]。

4 基于有限元的修邊機構(gòu)建模及強度分析

把SolidEdge 程序中做好的模型傳輸?shù)降紿ypermesh 中，同時把該模型完成幾何清理、網(wǎng)格劃分、施加載荷及約束等提前操作，完成后上述操作后，將其傳輸?shù)紸nsys 中分析獲取該模型靜力學(xué)分析數(shù)據(jù)。

4.1 三維有限元模型建立

于Hypermesh 里把模型簡化處理，來提升網(wǎng)格分步的質(zhì)量。將模型進行簡化以提高網(wǎng)格劃分質(zhì)量。在Hypermesh 里用八節(jié)點六面體單元完成實體模型的網(wǎng)格化分步操作，這里面的單位數(shù)量總計269770 個，節(jié)點數(shù)量總計為327961 個。該模型使用的原料設(shè)定為一般的鋁制材料，屈服強度范圍是80MPa～100MPa，彈性模量為E=71.705GPa，泊松比μ=0.33。

4.2 負重和約束

修邊設(shè)備在使用時候依靠模聯(lián)通和纖維板的觸碰拉動所有修邊組件的工作，在上述的Adams 動力學(xué)仿真分析的基礎(chǔ)上，我們能夠得出，所有的接觸力中，最大的那一刻都產(chǎn)生于剛剛觸碰的那個部位。當靠模和電機地步二者中間設(shè)定碰觸單位，然而將修邊組件的別的零件之間完成剛性連結(jié)，來確保每個組件之中相互力以及力矩的傳輸。修邊設(shè)備整體都牢固地放置在地表上，所以必須在底部針對它X、Y、Z 軸實施整體束縛。

4.3 有限元結(jié)果分析

按照Adams 研究的數(shù)據(jù)，當靠模和纖維板之間的碰觸部位使用的最高外載是-625.91N。這個時候右邊氣缸將在預(yù)緊的情況中，為了使構(gòu)造模型更為簡單，把氣缸的預(yù)緊力無間隔地加壓在氣缸和連接板中間，它的數(shù)據(jù)為-241.3N。通過Ansys 程序針對模型完成的靜力分析，修邊設(shè)備的位移位置移動最高形變部位在靠模，它的形變數(shù)據(jù)是0.4219mm。修邊設(shè)備應(yīng)力最大值是39.3107MPa，產(chǎn)生于右邊連結(jié)部位的最底端，因為論文里把電機底座自己四桿構(gòu)造用剛性的方法進行連結(jié)，所以，通過該模型得出的數(shù)據(jù)通常會大于真實的數(shù)據(jù)?？磕５淖罡邞?yīng)力值是10.4042MPa，產(chǎn)生于靠模和纖維板之間相互碰觸的部位周圍。因為普通鋁材的特性（屈服強度范圍是80MPa～100MPa），這里討論的最大應(yīng)力數(shù)據(jù)遠沒有鋁材的屈服范圍大，有很強的安全保障，能夠達到設(shè)計的要求[4]。

5 影響封邊質(zhì)量的因素及對策

5.1 基材因素

進行封邊時利用的基材大多數(shù)是中密度的纖維板、刨花板，若是人造板在厚度方面誤差超過了規(guī)定數(shù)據(jù)，就會對封邊工作產(chǎn)生較大影響。材料厚度變大會讓履帶上的壓緊輪過于壓得緊，造成面板的應(yīng)力變大，材料厚度不足會出現(xiàn)履帶上壓緊輪壓力不夠的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致封邊帶施壓和工件結(jié)合不夠緊密。新型的封邊設(shè)備基本上能夠滿足上述需求。

5.2 加工因素

規(guī)定人造板基礎(chǔ)材料在完成了開料以及精確裁剪操作后，材料的邊緣部位是光滑的平面，連接處處于垂直狀態(tài)。劃痕鋸的鋸路同樣為裁板質(zhì)量方面的一個重大影響因素。此類源自于機器的偏差以及工作方法方面的偏差導(dǎo)致完成封邊操作的板材的表層缺陷，讓封邊材料不可以和基材全部貼緊，甚至出現(xiàn)崩口等問題。

5.3 封邊帶的影響

通常使用的封邊材料有很多種，如實木條、三聚氰胺浸漬帶、PVC 等。PVC 帶以及三聚氰胺浸漬帶為不間斷卷狀材料，實木條為非連續(xù)性的條形材料，單板是帶有背襯紙的連續(xù)卷材。非直線封邊工作采取的材料大多一樣。PVC 封邊帶在上述材料中屬于使用范圍最大的材料，但其特性導(dǎo)致自身受制于溫度，冬季情況下，PVC 封邊帶容易硬化，同時也不容易和熱熔膠更好的粘合。存放很久的PVC 封邊帶，其表層將出現(xiàn)老化層，使得其不容易和熱熔性膠膠合。三聚氰胺封邊帶有三個特性，分別是高硬度、韌性不好和?。?.3mm）。因為這類封邊材料過硬，通常會導(dǎo)致不能很好的將切口做平整。也因為它過于薄，就不可以自成一體，沒有很好的膠合膠合強度。使用這類的封邊帶不能很好的修邊，經(jīng)常出現(xiàn)返工現(xiàn)象，也造成了材料的浪費。一般的選擇是對封邊帶的品質(zhì)進行篩選，盡可能的縮減修邊的余量（小于1mm）。封邊所用的選材如果為條狀或卷帶形就可以送入直線封邊機，材料表層可以和熱熔性膠很好的膠合，實施封邊操作后，余下部分可以讓封邊設(shè)備上的刀具造成修改亦或是加工，達到上述三個規(guī)定的材料都可以用作直線封邊。

5.4 膠黏劑因素

直線類封邊機構(gòu)利用的是專門的熱熔性膠。冬季氣溫很低，為確保膠合能力，熱熔硬膠的溫度應(yīng)該比較高，高于常規(guī)數(shù)值。同時不可太高，若是溫度高于190℃，膠的黏度達不到要求，膠層厚度達不到要求，在將膠上到材料上時，溫度已經(jīng)被降下來，這時，封邊材料的溫度也會隨之變低，封邊強度達不到要求。如果溫度降到170℃，由于過低的溫度也會導(dǎo)致膠合強度達不到要求，此類問題非常矛盾，必須全面考量，并解決問題[5]。

6 結(jié)語

修邊機作為封邊設(shè)備工作中的關(guān)鍵功能組件，它的質(zhì)量決定了封邊操作的整體質(zhì)量。文章經(jīng)由建立封邊機虛擬樣機模型，用封邊設(shè)備的用料速率和氣缸度作為設(shè)置變動量，傳輸?shù)紸dams 中進行運動學(xué)仿真分析，由研究數(shù)據(jù)得出分：在不一樣的用料速率下，最佳的氣缸度的選擇是不一樣的。只是，當進料的速度變大，電機的地步達到平穩(wěn)狀態(tài)需要的時間就更少，纖維板和靠模之間的接觸力也會隨之變大。用Adams 研究的結(jié)果為基礎(chǔ)構(gòu)建了簡化的修邊組件有限元模型，研究其在壓力狀態(tài)下造成的最高接觸力度，比較不同材料的速度強度，得出結(jié)論，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值遠遠不超出其屈服值范圍，構(gòu)件設(shè)計在強度方面能夠達到設(shè)計要求這些研究在以后的優(yōu)化上有很大作用。