基本信息
- 项目名称：
- 用于汽车玻璃塑料包边成型模具的永磁柔性耐压双囊夹紧机构
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 汽车塑料包边玻璃生产中，经常出现由于玻璃承受熔融塑料巨大的推动力而导致的玻璃出现刮痕或碎裂，导致废品率居高不下。本作品针对该问题，创新开发出玻璃的夹紧机，可以实现对玻璃的可靠定位和夹紧，该过程中既能够产生足够大的夹紧力，又不会损伤或压碎玻璃，还能够实现瞬间夹紧和松开的切换。本作品初步应用于福耀玻璃集团公司，节约了巨大的生产成本，同时，生产效率提高了约10%，为新增经济效益创造了条件。
- 详细介绍：
- 本作品属于机械与控制类的发明制作。其应用背景是：塑料包边玻璃是中高档汽车上的重要部件，用量巨大。福耀玻璃集团有限公司是世界第三大汽车玻璃生产厂商，每年约生产900万片包边玻璃。但是，玻璃在注塑模具中进行塑料包边过程中，经常出现由于玻璃承受熔融塑料巨大的推动力而导致的玻璃定位发生变化，从而使包边质量下降、玻璃出现刮痕或碎裂，废品率居高不下。本作品的目的是：针对福耀玻璃集团的技术需求，面向任意型面的汽车玻璃，创新开发出玻璃的夹紧机，它可以实现对玻璃的可靠定位和夹紧，该过程中既能够产生足够大的夹紧力，又不会损伤或压碎玻璃，还能够实现瞬间夹紧和松开的切换。本作品思路是：针对脆性材料的特点，突破常规的刚性夹紧方法。提出一种全新的思路：首先，提出柔性双囊夹紧的思想和方法，采用一对强磁场作为夹紧的能量来源，通过磁化磁场实现柔性囊的夹紧；其次，计算得到叠加磁场的夹紧力并设计和制造试验装置，达到要求后对装置稍作改动装入模具中。本作品的创新性体现在：（1）提出设计永磁柔性耐压双囊的思想方法，实现脆性材料进行自适应夹紧。（2）提出对永磁场的磁化磁粉磁场进行分析和计算，并进行磁场开关控制，实现磁场的瞬间接通与断开。本作品初步应用于福耀玻璃集团公司，节约了巨大的生产成本，同时，生产效率提高了约10%，为新增经济效益创造了条件。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：针对福耀玻璃集团的技术需求，面向任意型面的汽车玻璃，创新开发出玻璃的夹紧机，它可以在合模力的作用下，实现对玻璃的可靠定位和夹紧，该过程中既能够产生足够大的夹紧力，又不会损伤或压碎玻璃，还能够实现瞬间夹紧和松开的切换。基本思路：首先，采用一对强磁场作为夹紧的能量来源，把强磁磁化后的磁粉装入柔性囊中，作为触体与玻璃形成对耦结构，该囊既可提供加紧力又是一个柔性材料可自动适应玻璃表面的变化；其次，在计算磁能积和磁化磁场分布的基础上，结合力学定律，计算得到叠加磁场的夹紧力； 根据这个思路进行设计和制造夹紧试验装置，并进行试验测试。创新点：（1）提出设计永磁柔性耐压双囊的思想方法，实现脆性材料的自适应夹紧。（2）提出对磁场进行开关控制，实现磁场的瞬间接通与断开。技术关键：（1）如何设计永磁柔性耐压双囊夹紧机构，实现自适应不同型面的玻璃夹紧；（2）如何分析和计算对耦磁化磁粉的磁场分布，实现产生足够大的强磁夹紧力；（3）如何选用磁粉囊材料并控制磁力线的衰减，实现在玻璃表面产生足够的摩擦力；（4）如何设计夹紧试验装置并设计试验规范，实现磁场的瞬间接通与断开，以及夹紧力的测定。技术指标：（1）玻璃受到的夹紧力≥400kPa，接触面积大于30cm2；（2）单只永磁铁的磁能积大于35kJ/m3；（3）生产出的玻璃塑料包边饱满均匀，玻璃没有划痕或碎裂；（4）磁粉粒度为200目或以下，双囊磁场衰减不超过20%；（5）磁场的通断迅速可靠，适应合模和开模的要求。
科学性、先进性
- （1）柔性双囊夹紧的思想和方法突破了传统刚性夹紧系统的不足，且针对脆性材料更加具有普适性。由于玻璃是一种曲面结构，曲面形状千变万化，在玻璃包边过程中若采用吸盘夹紧或在上、下模上设置由橡胶作为定位件的夹紧装置，往往很难做到与玻璃的面结合，导致夹紧力的不足，就容易使玻璃发生位移，从而导致玻璃可能被压碎或划伤，同时还会导致塑料包边部分与玻璃结合不紧密，从而产生注塑缺陷。采用柔性双囊夹紧的方法中，磁粉囊在被磁化后，磁力线分布较为集中，当成对布置后，磁力线得到延长，磁场产生叠加，根据磁能积的大小能够产生足够的夹紧力。磁粉囊状可以随着玻璃型面自适应变化，而磁力线分布基本保持不变，能够实现可靠的夹紧，同时，磁粉囊的存在也强化了玻璃自身的定位刚性。（2）磁场的接通与断开控制符合注塑合模和开模的节拍，适应批量规模生产。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2011年在该省第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛获得一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 授权实施
作品可展示的形式
- 实物产品、图纸、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：（1）使用时，在上、下模上分别安装上充有磁粉的气囊及磁场发生装置，并使填充磁粉的气囊位于上、下模的玻璃嵌放位置上。（2）夹紧时，启动磁场发生装置产生磁场，磁粉被永磁场磁化产生磁性，两对称排列的气囊内的磁粉在产生磁性的情况下可相互吸引从而将位于上、下模之间的玻璃嵌件夹紧；（3）当注塑完毕，切断磁场发生装置与气囊之间的联系即可使对称排列的气囊磁性消退，从而可将玻璃嵌件取出。技术特点和优势：（1）柔性双囊夹紧的思想和方法突破了传统刚性夹紧系统的不足，且针对脆性材料更加具有普适性。（2）磁场的接通与断开控制符合注塑合模和开模的节拍，适应批量规模生产。适应范围：（1）任意型面汽车包边玻璃的生产。（2）有脆性材料、软材料或复杂曲面零件强力夹紧的场合。 推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测：本作品的思想方法和夹紧装置可以推广到复杂型面、脆性材料或软材料的夹紧，具有良好的经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 世界最大的汽车玻璃生产厂商有法国圣戈班（Saint-Gobain）、日本旭硝子（ASAHI）株式会社和我国的福耀玻璃集团。在2006年以前，汽车包边玻璃完全被法国圣戈班垄断。该公司依靠自身的雄厚的研发实力，在技术上对我国进行严格的封锁，使得我国未能够自主生产一片包边玻璃。福耀玻璃工业股份有限公司是我国最大、世界排名第三的汽车安全玻璃生产厂家，汽车包边玻璃是主要产品之一，每年的年产值逾10亿元。2006年，某省模具技术开发基地、福耀玻璃、福建宏达模具塑料厂等联合研制开发了汽车玻璃塑料包边模具，解决了我国长期以来由于汽车包边玻璃产品结构复杂、技术要求高，而使包边成型工艺、包边模具设计方法和制造技术均困难的问题，获得了多项国家发明专利。该项目成果实用化程度达到了较高水平，并且在企业中直接产生了巨大经济效益。目前，我国尚未有开发出玻璃包边模具的其他报道。但是，该包边模具也存在一定的不足。主要是玻璃作为嵌件，难以做到可靠的定位和夹紧。目前国内对于脆性材料或特殊软材料的夹紧方法也开发有特殊的机构。例如浙江大学对方向舵纸基蜂窝芯零件夹持方法的研究中提出了一种柔性夹紧方法，其原理是利用电磁装置所激发的磁场，对灌入蜂窝芯中的铁粉产生作用，使铁粉在自重和磁场吸力的共同作用下产生铁粉与蜂窝芯侧壁之间，铁粉与夹具平台之间的摩擦力，使蜂窝芯材料在高速加工过程中可以保持稳定、可靠的固定。该方法虽对纸基材料的夹紧，但对我们的设计工作带来启示，从而设计出本作品实现对钢化玻璃包边过程中的夹紧。
