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随着客户对发泡机个性化需求的不断增长,企业需要生产出多样化的产品,同时缩短产品的设计与制造周期、降低生产成本。将模块化设计方法运用到聚氨酯发泡机模块化设计与研究,可以解决企业面临的客户个性化需求快速响应等问题。本文通过模块化设计方法进行聚氨酯发泡机的模块划分,对混合模块、主机机架等关键模块进行理论设计及建立模型库实现发泡机设计需求的快速响应,采用理论、仿真及实验相结合的方法研究影响发泡质量的因素,提高发泡机整机性能及制品质量。(1)采用模块化设计方法对发泡设备进行分类设计,分析常见的机械设备的模块划分方法,采用功能-结构-工艺划分模型对发泡机系统进行多级模块划分,分析聚氨酯发泡机零部件之间的相关性,使用改进型遗传算法求解模块划分方案,通过MATLAB软件设计相关算法程序,通过程序迭代计算得到聚氨酯发泡机的模块划分方案。(2)通过对发泡机混合机理的理论分析,得到混合室的内部对称型进料口混合结构,提出聚氨酯高压发泡机采用高速撞击来混合物料,通过混合室的理论计算及Fluent仿真对物料混合压力、混合流场的速度等进行分析,确定混合室的直径为10mm,进料口直径1.5mm等最佳设计参数,并对混合、主机机架等关键模块进行结构设计。(3)通过有限元仿真对搅拌模块进行静力学分析,得到搅拌叶片的最大变形为0.029mm,最大等效应力为4.85MPa。同时对主机机架模块进行有限元仿真得到主机机架的固有频率及振型,判定发泡机正常工作环境下不会产生共振,并进行主机机架谐响应分析,得到主机机架在50-75Hz对外力较敏感,保证机器安全运行应避开此频率。通过SolidWorks完成零部件的模块化建模,并建立模型库,将发泡机的各模块进行装配。(4)对模块化设计的发泡试验机工作压力、物料流量和混合头注射流量等技术参数进行测试。通过拉伸及压缩测试机采集了发泡机不同参数生产的产品拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度等力学性能,压缩强度指标比普通发泡机提高3.43%,拉伸强度、断裂伸长率分别提高5.54%和5.73%。同时通过实验分析混合室直径、进料口直径与混合效果的关系,理论分析计算得到的设计参数与实验结果相符,显著提高发泡机的整机性能和制品质量。建立功能-结构-工艺多层次模块划分数学模型,利用改进型遗传算法快速获取聚氨酯发泡机模块划分方案。对混合、自动搅拌、主机机架等关键模块进行优化设计,确定自动搅拌模块双叶片搅拌结构和混合室的内部对称型进料口混合结构,并通过理论分析及试验确定进料口直径、混合室直径等设计参数,有利于提高发泡机的整机性能和制品质量。