凈化槽殼體制造過程工藝分析

劉悅

摘? ?要：本文首先介紹了凈化槽的使用環(huán)境并簡述了凈化槽殼體的相關(guān)性能要求;其次介紹了片狀模塑料（SMC）模壓的成型設備與工藝并分層次論述了凈化槽殼體模壓生產(chǎn)過程，包括去除SMC保護膜、片材測量、剪裁折疊、抓取輸送、SMC模壓成型、整修、開孔、堆垛的設備的類型和結(jié)構(gòu)，工作原理和工序順序，同時介紹了殼體模壓采用的相關(guān)工藝;最后總結(jié)了凈化槽殼體制造過程。

關(guān)鍵詞：SMC片材? 凈化槽殼體? 模壓成型

中圖分類號：X703.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0111-03

凈化槽是一種一體化生物處理小型生活污水處理裝置。它出水穩(wěn)定、運行及維護成本低廉。專門用于家庭住宅內(nèi)的糞便、廚房排水、洗衣排水和洗浴排水等生活污水處理和凈化。主要在排水管網(wǎng)不能覆蓋、污水無法納入集中處理設施進行統(tǒng)一處理的地域使用。特別適宜地形復雜、住宅分散的生活污水處理。為了使凈化槽在復雜環(huán)境中正常運轉(zhuǎn)，它的外殼必須具有一定的結(jié)構(gòu)強度和耐用性，殼體的質(zhì)量直接決定了凈化槽的壽命。

凈化槽殼體采用玻璃纖維增強復合塑料材質(zhì)，是由片狀模塑料通過模壓工藝制成。FRP作為復合材料的一種，有獨特的性能優(yōu)勢，具有比強度高、耐疲勞性能好、減震性能好、破損安全性好、耐化學腐蝕、電性能好、導熱率低、膨脹系數(shù)小、顏色可控、成型工藝性優(yōu)越等特性。

1? SMC模壓成型設備與工藝

SMC模壓成型過程發(fā)生了化學變化，其目前生產(chǎn)上片狀模塑料的成型主流的成型方法就是利用金屬對模在一定壓力及溫度等條件下壓制（見圖1、圖2）。片材的剪裁須符合一定的要求，例如成型壓制所需的形狀和層數(shù)，首先，須將片材兩面的保護薄膜去除，按工藝要求由人工或自動化機械疊合之后置于模具上工藝要求的適當位置，其次按規(guī)定的工藝參數(shù)加溫加壓成型。高質(zhì)量復合材料模壓制品高度依賴使用的復合材料壓力機和對應的模具，工藝條件必須嚴格控制和監(jiān)控，其成型工序包括SMC剪切、料坯制作、清理金屬膜、刷脫模劑、投料、閉模、加壓、保壓、啟模、脫模、取出產(chǎn)品、修邊等。

1.1 模壓前片材準備注意事項

1.1.1 片材質(zhì)量檢查

料薄膜剝離性，硬度及質(zhì)量和均勻性等與片材質(zhì)量密切相關(guān)的參數(shù)和材料性能對模壓成型過程及制品質(zhì)量控制至關(guān)重要。因此，模壓前有必要掌握透徹。

1.1.2 去除SMC片材保護膜

對SMC片材進行裁剪之前必須去除片材的表護膜。

1.1.3 SMC加料與剪裁

切斷完成的片材用真空吸盤吊具由“測重切斷平臺”輸送到“剪切折疊平臺”進行剪裁和折疊，根據(jù)制品的形狀結(jié)構(gòu)和折疊后的片材在模具上的擺放位置來決定片材剪裁的尺寸和片材經(jīng)過折疊后的形狀，為了提高工人工作便利性以提高生產(chǎn)效率可以使用激光將不同產(chǎn)品所需的裁剪尺寸投影到平鋪的片材上，然后由工作人員按照投影形狀尺寸進行剪裁折疊。每一個模壓產(chǎn)品的投料量在第一次試壓制時可按投料量等于單一產(chǎn)品體積乘1.8來計算;加料面積的大小，會對制品的密度情況，投料在模具中流動距離以及模壓結(jié)束后產(chǎn)品的表面質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，與片材本身的流動性、固化特性、制品的性能參數(shù)要求以及模具結(jié)構(gòu)有關(guān)系。在加料面積參數(shù)上，過小的加料面積會因流程過長而導致玻纖取向，降低強度，增加波紋度，甚至不能充滿模腔;反之則不利于排氣，易產(chǎn)生制品內(nèi)裂紋，通常加料面積控制在40%～80%之間。為防止外界雜質(zhì)的污染，作業(yè)場地應保持潔凈。

1.1.4 加料位置與方式

制品的外觀，強度與方向性直接受到投料位置與方式的影響。加料位置應在模腔的中部，而對于非對稱復雜制品，投料位置須確保成型時料流同時達到模具成型內(nèi)腔各端部，還要有利于排氣。多層片材疊合時，最好將料塊按上小下大呈寶塔形疊置。料塊分開加會產(chǎn)生空氣裹集和熔接區(qū)從而導致制品強度下降。

片材自動剪裁折疊后由剪裁折疊平臺輸送至片材抓取位置，平臺旋轉(zhuǎn)并升高，多連桿機械臂抓取片材，機械臂移動至壓力機開口并伸長，投下SMC片材。

為增加片材在模具型腔中的流動性，在投料前，可在100℃或120℃下對模具進行預熱。這對成型凈化槽殼體尤其有利。

1.2 模壓成型

1.2.1 模壓設備準備

工藝人員及操作者須熟悉壓機的各項性能及操作參數(shù)，復合材料壓機的工作壓力，壓機運行速度及臺面平行度等要根據(jù)制件的需求設置并調(diào)整測試好。模具安裝必須水平，確保安裝位置在壓機臺面的中心位置，模壓前須先徹底清理模具，并涂脫模劑。加料前要用干凈紗布將脫模劑擦均，以免影響制品外觀質(zhì)量。對于新模具，用前必須去油。

1.2.2 模壓成型過程

按照工藝參數(shù)剪裁、稱重并折疊后的“塔形”塊料由人工或者自動化投料機械投入下模具符合模壓成型工藝的位置，模壓機上模具先快速下行，當上、下?？煲呛蠒r，上模具減速緩緩下行，緩慢施加所需成型壓力，模具型腔內(nèi)在一定的壓力、溫度下，經(jīng)過一定時間的固化后，產(chǎn)品成型結(jié)束。模壓成型過程中合理地選定各種成型工藝參數(shù)及壓機操作條件，可以降低收縮率，有效地改善制品的表面質(zhì)量。

1.2.3 模壓成型溫度相關(guān)參考條件

片材的樹脂糊的固化體系，制品的厚度及結(jié)構(gòu)要求，工廠的生產(chǎn)效率等因素決定了模具型腔內(nèi)的成型溫度。想要實現(xiàn)片材完全固化并保證制品結(jié)構(gòu)及表面的質(zhì)量其成型溫度必須保證固化體系引發(fā)、交聯(lián)反應的順利進行。凈化槽殼體的成型溫度在140℃左右。提高模壓成型溫度，可適當縮短相應的固化時間，但如果模溫過高，熔融物反應快，固化快，不易流動，使壓力失效，造成制品尺寸欠缺;反之，當成型溫度降低時，則需延長相應的固化時間，但如果模溫太低，固化不完全，達不到理想的性能;成型溫度應在最高固化速度和最佳成型條件之間權(quán)衡選定，通常在120℃～155℃之間。此外，如果溫度不均勻，也會造成制品局部有缺陷。

SMC的收縮主要由兩部分組成：一是由固化反應收縮引起的體積減小，另一是由溫度降低引起的熱收縮。與熱膨脹相比收縮占主導地位，隨著溫度的升高，制品表現(xiàn)出收縮率增加的趨勢。因此，應當在能夠保證固化體系引發(fā)、交聯(lián)反應的順利進行和實現(xiàn)完全固化的前提下，使用較低的成型溫度，以利于降低收縮率，得到最好的表面質(zhì)量。

1.2.4 成型壓力

片狀模塑料越稠、流動性越差、加料面積越小，所需的成型壓力就越大。首先要選擇合適的成型壓力，若壓力過大，則會產(chǎn)生應力，造成制品產(chǎn)生裂紋等缺陷;如果壓力過小，則制品收縮率大，外觀不好，也會產(chǎn)生纖維取向應力等問題。成型壓力也與制品的形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，對于一些結(jié)構(gòu)復雜或大型薄壁制品，在成型時需要較高的成型壓力，但過高的壓力會增加縮孔形成的可能性。

凈化槽殼體所需壓力計算（以5人槽為例）：

F=P×S=7MPa×2190mm×1120mm=17169.6kN

F——壓力。

P——單位面積受到的力（凈化槽殼體P=7MPa）。

S——殼體投影面積。

17169.6KN換算為壓力機所需噸位為1752t，考慮壓力機效率等因素需要2000t以上壓力機。

除了壓力以外，其次還要選擇好的加壓時機，再次成型壓力的大小與模具結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，最后還要卸壓放氣。應在充滿模腔的前提下，宜采用較低的成型壓力，以利于表面質(zhì)量的提高。

1.2.5 固化時間

片狀模塑料的性質(zhì)、固化體系、成型溫度及制品厚度和顏色等有關(guān)因素均可影響片狀膜塑料在成型溫度下的固化時間即保溫保壓時間，同時還與不穩(wěn)定導熱時間，即熱源通過模具向模腔中心傳熱，使模腔中心部位的模壓料溫度達到其化學反應溫度時所需的時間有關(guān)。保壓時間應與成型壓力、成型溫度同時考慮，根據(jù)各種影響因素，一般采用保壓時間為每毫米厚的制品0.8～1.2min，對3mm以上厚制品，每增加4mm，固化時間增加1min。保壓時間過長或過短，都會產(chǎn)生不良影響。

通過優(yōu)化SMC模壓工藝來控制制品收縮率和表面粗糙度，采取兩階段模壓壓力，通過試驗分析，選定最佳時機和壓力，適宜降低模壓溫度，可顯著降低SMC制品的固化收縮率，提高表面質(zhì)量。

1.2.6 SMC模壓成型設備

SMC模壓成型設備主要包括復合材料壓力機和模具。壓機的作用是施加成型的壓力和開模脫出制品的脫模力。而模具賦予模壓制品的外部尺寸與形狀。

SMC專用液壓機是生產(chǎn)凈化槽殼體最關(guān)鍵的生產(chǎn)設備。它應具有以下特點：

（1）較大拔模力，并且具有慢速微開模功能（防止殼體撕裂拉傷）。

（2）保壓穩(wěn)定，多階段速度設定和無極調(diào)速功能，可對預壓、加壓、保壓等階段的速度、壓力、位置、時間等參數(shù)進行設定。

（3）完善的排氣功能。

根據(jù)SMC 模壓成型過程中“料”、“機”、“模”、“技”四位一體的綜合開發(fā)與運行原則務必將專用液壓機納入重點設備來進行系統(tǒng)性維護維修管理，將被動的異常故障維修逐步變?yōu)橐灶A防為主的計劃維修管理以便提高生產(chǎn)管理效率。

1.3 制件的取出

模壓成型結(jié)束后由真空吸盤吊具伸入到制件上方將制件垂直取出后輸送到殼體人工整修工位。

1.4 殼體整修、殼體檢查

殼體輸送至人工整修工位后殼體整修工裝升起，殼體被放置在殼體整修工裝上，此時工裝旋轉(zhuǎn)并由人工用角磨機和壁紙刀對飛邊、毛刺進行清除，同時對殼體的模壓質(zhì)量進行檢查。此過程工作人員須戴防護面罩。

對于整修完成并且外觀無質(zhì)量問題的殼體就可以送去開孔。

1.5 殼體開孔及殼體碼垛

殼體由自動開孔機開孔后升降平臺下降，由輸送帶送至升降機上，由升降機和碼垛機配合完成殼體碼垛，最后由叉車轉(zhuǎn)運。

2? 結(jié)語

凈化槽殼體從SMC片材制造到模壓結(jié)束雖然工藝過程并不復雜，但要模壓成型高質(zhì)量的凈化槽殼體，不僅要使用合適的復合材料壓力機、模具還要配合高效穩(wěn)定的片材制備機組，嚴格控制和監(jiān)控各項工藝參數(shù)，制造環(huán)境及條件;同時要進行大量的試驗包括SMC片材添加劑組分的配比試驗、化學實驗，還有成型完成后所必須的物性實驗，通過對數(shù)據(jù)的積累吃透SMC制造及成型的相關(guān)工藝，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量并且使其具有良好的一致性。

參考文獻

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