一種連續(xù)式真空熱轉(zhuǎn)印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

梁 健

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510635）

0 引言

中國(guó)建筑行業(yè)的木門(mén)板、裝飾板、天花板等大多采用真空熱轉(zhuǎn)印工藝加工圖案，這項(xiàng)工藝類(lèi)似粉末靜電噴涂處理。加工時(shí)，先在板材的表面上進(jìn)行粉末靜電噴涂處理，再在上面覆蓋已經(jīng)印刷好圖案的熱轉(zhuǎn)印紙，然后將板材與轉(zhuǎn)移紙一起抽真空，通過(guò)負(fù)壓使兩者緊密附著，再通過(guò)加熱，使紙上的圖案轉(zhuǎn)印到板材表面[1]。

目前，中國(guó)真空熱轉(zhuǎn)印加工設(shè)備市場(chǎng)呈百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的局面，市面上有各種不同原理及結(jié)構(gòu)的加工設(shè)備，可針對(duì)各種工件進(jìn)行不同要求的熱轉(zhuǎn)印。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)備或多或少存在以下問(wèn)題[2]：

（1）現(xiàn)有熱轉(zhuǎn)印工藝采用往復(fù)式輸送機(jī)構(gòu)把工件送進(jìn)熱轉(zhuǎn)印室進(jìn)行真空熱轉(zhuǎn)印，每次工作只能單獨(dú)為單個(gè)工件進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印加工，只有完全完成該工件的全部加工工藝后才能進(jìn)行后續(xù)其他工件的加工，只能實(shí)現(xiàn)單工件批次加工，加工速度慢、效率低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、高速、大批量生產(chǎn)[3]；

（2）現(xiàn)有熱轉(zhuǎn)印工藝采用工件單面熱轉(zhuǎn)印加工的方法，每次只能對(duì)工件的一個(gè)表面進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印，如果需要雙面轉(zhuǎn)印，還必須把工件翻轉(zhuǎn)進(jìn)行二次加工，以實(shí)現(xiàn)工件背面的熱轉(zhuǎn)印加工，生產(chǎn)效率低、速度慢[4]。

為解決以上問(wèn)題，本文結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)來(lái)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，使熱轉(zhuǎn)印工藝實(shí)現(xiàn)可連續(xù)生產(chǎn)，同時(shí)還能對(duì)工件進(jìn)行雙面轉(zhuǎn)印，以提高產(chǎn)品加工速度及轉(zhuǎn)印效率[5]。本文在充分調(diào)研現(xiàn)有熱轉(zhuǎn)印技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了連續(xù)式真空熱轉(zhuǎn)印系統(tǒng)的研究，采用連續(xù)輸送裝置代替真空熱轉(zhuǎn)印中的單次加工，實(shí)現(xiàn)了熱轉(zhuǎn)印加工的連續(xù)在線(xiàn)生產(chǎn)，可大幅提高生產(chǎn)率；在熱轉(zhuǎn)印生產(chǎn)中采用連續(xù)抽真空代替真空熱轉(zhuǎn)印，可大幅提高轉(zhuǎn)印的效果效率；采用雙面同時(shí)熱轉(zhuǎn)印，解決了傳統(tǒng)工藝中每次只能單面熱轉(zhuǎn)印的缺點(diǎn)，可大幅提高生產(chǎn)效率。

1 工藝流程

本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行反復(fù)論證及研究后，系統(tǒng)的加工工藝流程如下：上料—輸送—排氣—抽真空—加熱—出料。整體效果圖如圖1所示。從圖中可知，該設(shè)計(jì)由連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置1、先導(dǎo)排氣裝置2、雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置3、連續(xù)抽真空裝置4組成。工作時(shí)，首先由連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置把工件夾緊往前連續(xù)輸送，在輸送過(guò)程中把轉(zhuǎn)印膜緊壓在工件上下兩個(gè)表面；然后先導(dǎo)排氣裝置與連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置會(huì)把轉(zhuǎn)印膜與工件之間的空氣抽出，達(dá)到真空狀態(tài)；再通過(guò)雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置進(jìn)行連續(xù)加熱轉(zhuǎn)印；最后完成熱轉(zhuǎn)印工作。整個(gè)加工過(guò)程能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上料、輸送、排氣、抽真空、加熱、出料等工藝，可全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的人工操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化加工。

2 系統(tǒng)組成

2.1 連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置

連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置如圖2所示。上導(dǎo)熱膜7、下導(dǎo)熱膜9均由耐高溫硅膠制造，厚度約3 mm。在保證熱量傳遞效果外，其柔軟的質(zhì)地還能保證對(duì)熱轉(zhuǎn)印膜的壓緊排氣效果，以及保證抽真空時(shí)的密封性能。上轉(zhuǎn)印膜8、下轉(zhuǎn)印膜6為熱轉(zhuǎn)印膜，主要通過(guò)高溫把膜上的圖案轉(zhuǎn)印到工件5上，該裝置均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以保證全部同步向前運(yùn)動(dòng)。這樣就可以保證轉(zhuǎn)印膜附在工件上下兩個(gè)表面一起同步往前輸送，實(shí)現(xiàn)加熱時(shí)同時(shí)對(duì)工件兩個(gè)面進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印，提高生產(chǎn)速度。

圖2 連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置

2.2 雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置

雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置如圖3所示。通過(guò)上下均勻布置電發(fā)熱管13對(duì)導(dǎo)熱膜進(jìn)行加熱[6]，以進(jìn)行加熱轉(zhuǎn)印。保溫罩11內(nèi)布置有隔溫石棉，以防熱量散失。工作時(shí)，該加熱裝置可同時(shí)對(duì)工件的上下兩個(gè)表面進(jìn)行加熱，對(duì)比傳統(tǒng)工藝，既能有效降低熱量損失，還能對(duì)連續(xù)工件實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱，大大提高生產(chǎn)效率。

圖3 雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置

2.3 先導(dǎo)排氣裝置

先導(dǎo)排氣裝置如圖4所示。上V型柔性壓帶14及下V型柔性壓帶15用耐高溫、柔軟的發(fā)泡硅膠制作，工作時(shí)由伺服電機(jī)帶動(dòng)與導(dǎo)熱膜一起做同步運(yùn)動(dòng)。其形狀為腰鼓形，中間高兩邊低，運(yùn)動(dòng)時(shí)可以把導(dǎo)熱膜、轉(zhuǎn)印膜、工件三者間的空氣從中間往兩側(cè)排出，這樣可以在抽真空前先將大部分的空氣排出，以提高抽真空的速度與效果。

圖4 先導(dǎo)排氣裝置

2.4 壓邊夾緊裝置

壓邊夾緊裝置如圖5所示。該裝置采用發(fā)泡硅膠制作的上壓邊帶17及下壓邊帶18把上下導(dǎo)熱膜與抽氣膠帶20夾緊，使導(dǎo)熱膜、轉(zhuǎn)印膜、工件三者之間相互密封，以便下一步進(jìn)行抽真空動(dòng)作。該裝置通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸送動(dòng)作與抽真空同步進(jìn)行，高效、可靠。

圖5 壓邊夾緊裝置

圖6 連續(xù)抽真空裝置

2.5 連續(xù)抽真空裝置

連續(xù)抽真空裝置如圖6所示。該裝置由耐高溫的硅膠材料嵌套加強(qiáng)纖維制成，內(nèi)部配置有專(zhuān)用抽氣開(kāi)關(guān)。當(dāng)上下導(dǎo)熱膜夾緊柔性輸送帶20時(shí)，柔性輸送帶內(nèi)的抽氣開(kāi)關(guān)打開(kāi)，外接真空機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)排氣管21把導(dǎo)熱膜、轉(zhuǎn)印膜、工件三者間的空氣抽出。

該裝置的抽氣開(kāi)關(guān)工作過(guò)程如圖7所示。柔性輸送帶上均勻配置了若干抽氣開(kāi)關(guān)，每個(gè)抽氣開(kāi)關(guān)上都有一個(gè)小活塞30，其底部安裝有彈簧31。初始狀態(tài)，小活塞在彈簧的作用下向上伸出，活塞上的抽氣孔35被擋住，外界的空氣不能經(jīng)導(dǎo)氣孔34從抽氣孔35經(jīng)過(guò)；引氣腔36與旋轉(zhuǎn)排氣管21接通，外接真空機(jī)可通過(guò)旋轉(zhuǎn)排氣管21把引氣腔36的空氣抽走；當(dāng)柔性輸送帶旋轉(zhuǎn)壓緊上下導(dǎo)熱膜之間的空隙后，在上下壓邊帶的壓力作用下，小活塞30向下移動(dòng)；當(dāng)小活塞30完全被壓縮后，導(dǎo)熱膜、轉(zhuǎn)印膜、工件三者間的空氣經(jīng)導(dǎo)氣孔34從抽氣孔35通過(guò)，再通過(guò)引氣腔36被真空機(jī)從旋轉(zhuǎn)排氣管21抽出。

圖7 連續(xù)抽真空過(guò)程示意圖

3 系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程

工作時(shí)，連續(xù)回轉(zhuǎn)式輸送裝置1動(dòng)作，通過(guò)上導(dǎo)熱膜7、下導(dǎo)熱膜9回轉(zhuǎn)動(dòng)作，把上轉(zhuǎn)印膜8跟下轉(zhuǎn)印膜6中的工件5夾緊并往前輸送。在輸送過(guò)程中，先由上V型柔性壓帶14跟下V型柔性壓帶15把夾在上下導(dǎo)熱膜、上下轉(zhuǎn)印膜及工件三者之間的空氣擠壓排走，再通過(guò)上下壓邊帶17、18把上下導(dǎo)熱膜與抽氣膠帶20夾緊，以便抽氣膠帶20抽真空時(shí)，上下導(dǎo)熱膜與抽氣膠帶之間的密封效果。在抽氣膠帶20夾緊被夾緊的同時(shí)，同步抽真空裝置工作，開(kāi)始抽真空。接著同步熱轉(zhuǎn)印裝置3工作，通過(guò)上下布置的發(fā)熱管13對(duì)上下導(dǎo)熱膜加熱，熱量通過(guò)上下導(dǎo)熱膜被傳遞到上下熱轉(zhuǎn)印膜上，進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印工作。以上動(dòng)作均由各個(gè)裝置的伺服電機(jī)10精確控制速度，以保證同步。完成熱轉(zhuǎn)印后，完成轉(zhuǎn)印工作的熱轉(zhuǎn)印膜殘料被自動(dòng)收卷回收，轉(zhuǎn)印成功的工件5通過(guò)導(dǎo)向裝置帶動(dòng)送出設(shè)備外部，以便于進(jìn)行下一步加工[7]。

4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)在充分調(diào)研現(xiàn)有熱轉(zhuǎn)印技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的智能加工技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了一種回轉(zhuǎn)式雙面氣壓立體熱轉(zhuǎn)印系統(tǒng)的解決方案，具備以下創(chuàng)新性：

（1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)連續(xù)式抽真空裝置，使熱轉(zhuǎn)印的加工過(guò)程連續(xù)不間斷，產(chǎn)品在代替真空熱轉(zhuǎn)印中的單次加工，實(shí)現(xiàn)了熱轉(zhuǎn)印加工的連續(xù)在線(xiàn)生產(chǎn)，可大幅提高生產(chǎn)率；

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)同步抽真空裝置，只需抽走小量熱轉(zhuǎn)印室的空氣就能完成真空熱轉(zhuǎn)印工作，克服了真空熱轉(zhuǎn)印抽真空時(shí)把加熱空氣抽走，帶走大部分熱量的缺點(diǎn)，可大幅提高轉(zhuǎn)印效果、提升熱量使用效率、降低成本；

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)雙面同步熱轉(zhuǎn)印裝置，采用上下布置加熱室對(duì)轉(zhuǎn)印過(guò)程實(shí)施雙面同時(shí)加熱轉(zhuǎn)印，解決了傳統(tǒng)工藝中每次只能單面熱轉(zhuǎn)印的缺點(diǎn)，可大幅提高生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種連續(xù)式真空熱轉(zhuǎn)印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)主要用于對(duì)工件進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用連續(xù)自動(dòng)的加工工藝代替了傳統(tǒng)的人工操作，既能提高生產(chǎn)率、改善生產(chǎn)環(huán)境，又能大幅提升生產(chǎn)質(zhì)量、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本[4]。經(jīng)過(guò)適應(yīng)性改造，該設(shè)計(jì)還能適應(yīng)各種形狀零件的熱轉(zhuǎn)印加工，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，為真空熱成型領(lǐng)域提出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)方向。