陶瓷型鞋模制作生产线的设计

摘 要： 针对制鞋行业陶瓷型模具制作的要求，设计出高效、低劳动强度的陶瓷型鞋模制造生产线。该生产线主要由清洗、涂胶、抽真空、灌胶等工序组成。将木模通过刮腻子、清洗、完成涂胶、抽真空、及灌石膏、脱模等工序最终形成石膏模，完成整个工艺流程。

关键词： 陶瓷型鞋模 涂胶 抽真空 灌胶

目前国内鞋类市场因受服装时装化、运动热等外部环境因素的影响，产品变换周期越来越短，鞋底、鞋帮和各种尺码鞋子配套制鞋模具都需要以最快的速度制造出来，保证新产品能尽快投入市场，参与竞争。但是与国外先进制鞋模具生产技术相比，我国制鞋模具制造工艺及方法十分落后，模具的制作大部分还是靠人工手工操作，不仅成本高，周期长，而且质量差，很难满足现阶段市场的需求。

图1 鞋模制造厂现状

为了改变落后工艺，我们设计了陶瓷型鞋模制作生产线，降低了工人的劳动强度，减少了环境污染，提高了生产效率，大大降低了劳动力及材料成本，符合现代化生产要求。

1.陶瓷型鞋模制作生产线的总体设计

1.1生产线的工序安排

目前现有生产厂家制作鞋模的整体工艺流程是，通过机加工将木质鞋楦制作出来，利用木质鞋楦制作出石膏模，然后通过石膏模制作铝制模具。本文所述的内容主要是解决从木质模具制作石膏模的阶段的生产自动化问题。

提出陶瓷型鞋模制作生产线，就要改变过去的手工作坊式工作方法，以降低工人劳动强度和提高效率为前提进行工序安排。将由人员直接清洗、泼胶、灌石膏的工序改为机械自动化加工，其工序安排如图2所示，工序之间的转换实现自动化的运输。

图2 陶瓷型鞋模的制作流程

1.2生产线的设计分析

生产线由多台专用设备及输送线组成，专用设备单元组成有：涂胶机、抽真空机、灌石膏机等。

针对操作人员和设备情况，可将各工序分配到不同的工位完成（见图3），其中除第1、8、15、24工位需由人工操作外，其余工位的操作由专用机械设备自动完成。

图3 工位分布

以前一个模具从前到后制作是由一个工人完成的，现在要求分工序自动化生产，过程中减少大量的操作人员。根据鞋模制作工艺及生产线流程要求，在设计过程中重点解决的问题如下：一是工位的合理布局，工序的运转流畅；二是根据生产线的要求，对传送线的主机设计要体现出自动化和工作可靠性；三是工序的设备，主机的设计；四是整条生产线的控制系统的设计。

整体布局上，为操作和管理方便，将上述工位布置成环形，即木模上线和产品下线在同一区域，并将相同或相近功能的设备就近或集中布置。人工操作工位，可考虑将8#和15#工位放在一起，由一个操作员操作。

2.生产线的主要设计

2.1生产线设备主机设计

涂胶机、抽真空机、灌石膏机主要结构如图4所示：

图4 生产线主机设备图

涂胶机主要完成的工序是胶水与凝固剂的定量配比，混合搅拌，称量及涂抹，替代人工在此过程中的操作，在定量配比及定量涂抹上面比人工操作节约，降低成本，减少工序占地面积；抽真空机主要完成的是薄胶涂抹后续的抽真空工序；灌石膏机主要完成水与石膏粉的定量配比，混合搅拌，称量及灌装，替代人工在此过程中的操作，在定量配比及定量灌装上面比人工操作节约，准确度高，降低粉尘对人体的伤害。

2.2生产线的控制系统设计

控制系统采用两级分布式结构，如图5所示。

每个工位根据工艺需要配一台可编程控制器（PLC）或一台工业控制计算机（IPC）：在仅需要简单启停操作的工位配PLC，PLC配有就地操作站，如第1、2、4、7、8、11、14、15、18、19、22、23、24号工位等；在需要进行多轴联动控制的工位配IPC，IPC配有操作终端，如第3、5、6、9、10、12、13、16、17、20、21号工位等。每个工位的控制器还控制其后面接续的带式输送机，所有控制器均通过以太网与上位的服务器相连。管理层配有服务器和管理机：服务器主要用于存放工艺数据、对加工程序进行预处理、协调工位间的操作等；管理计算机主要用于现场设备的监控和维护、生产管理等。

图5

2.3识别系统设计

由于每个木模的形状和大小均不同，在涂胶或灌石膏时不可能由一个固定的动作顺序完成匀料和定量操作，而在生产过程中存在人工干预，很难对某一工件进行精确跟踪，因此需要工位设备在现场对加工的工件进行辨识，确定加工路径。

采用电子标签需要在每个木模上嵌入一个芯片，在相应的工位设读取器，读出鞋模代码，工控机再通过网络从服务器的数据库中调出相应的加工数据进行加工，其优点是便于管理、一次性投入小、受环境影响小。

电子标签采用的射频识别（RFID：radio frequency identification）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量大、存储信息更改自如等优点。

2.6运输生产线的设计

为提高模具运输的准确性，运输线采用输送带运输。由于鞋模在各工序间转换，采用桁架机械手机构的设计，能够解决生产过程中的工位转换要求，确保位置摆放准确。

输送机控制流程如图6所示。

工位输送机

工位间输送机

图6 输送机控制图

3.结语

陶瓷型鞋模制作生产线是一种自主研发的全新设计，它充分考虑了生产过程中各环节的自动化，减少了人工操作，提高了鞋模加工的稳定性，为鞋模的制作质量提供了保证。该生产线的主要优点是：降低了劳动力成本，降低了工人的劳动强度，提高了生产效率，减少了对环境的污染。

陶瓷型鞋模制作生产线是解决鞋模制作的生产需要，它为生产厂家解决了人员紧缺、难招及产品质量难保证的问题，一定会在实际应用中得到普及和推广。

参考文献：

[1]王炎主编.喷涂设备.机械工业出版社，1997.

本文为面向机床及自动化生产线的机器人关键部件研发的研究成果之一，项目编号为CE20130037。