并联高速卸箱机三角杆件的加工工艺

2013-03-25黄丽红

机械工程师 2013年1期

黄丽红

（广州市公用事业技师学院，广州510199）

1 引言

卸箱机是一种将空玻璃瓶从塑料周转箱中取出来的智能化装、卸箱机器，主要适用于啤酒、饮料及所有瓶类容器的生产线上。目前我国使用最多的是并联四连杆式卸箱机，它具有技术成熟，结构简单，实用且成本低的特点。在并联四连杆式卸箱机机械传动系统中，杆件的外形设计以及典型杆件的加工工艺尤为重要，本文对三角杆件的特点以及加工工艺进行了重点描述。

2 并联高速卸箱机的机构分析

图1 卸箱机机构简图

根据啤酒灌装线的特点和卸箱机的工作要求，利用连杆机构组合来实现其运动和工作，并参考已有的机型，并联高速卸箱机的基本机构框架如图1所示。由9个构件组成，其中杆1为原动件，可绕轴A转动，构件1、2、3和机架构成了一个曲柄摇杆机构，在三角杆件3的来回摆动过程中，带动杆件9作装卸箱运动，以达到预定的卸箱目的。

3 三角杆件的加工工艺分析

三角杆件3是一个摇杆，用于连接杆件2和杆件4以及机架D，起到中间连接作用。考虑到杆件尺寸较大，重量大，采用的结构是中间挖空，厚度均为 15mm，如图2、3所示。

图2 三角杆件的三视图

图3 三角杆件的实体建模模型

所选用材料是铸钢ZG270-500，具有较高的强度和较好的塑性，铸造性良好，可切削性好，综合考虑材料的性能和生产成本，初定加工工艺是：铸造→热处理→机械加工→表面处理。

3.1 铸造

铸造技术是通过一系列工艺过程使金属材料成形，得到所需要的形状、尺寸的零件或毛坯的一种成形方法。

（1）砂型的选择

三角杆件所选的铸钢材料熔点高，相应的浇注温度也高，钢水与铸型材料相互作用，容易产生粘砂缺陷，应该采用耐火度较高的人造石英砂做铸型，并在铸型表面刷石英粉或锆砂粉涂料。钢液的流动性差，为了减少气体来源，提高钢水流动性及铸型强度，采用CO2硬化的水玻璃砂型来铸造。

（2）钢水的浇注

三角杆件为对称设计，结合结构特点以及受力分析，中间连接部尤为重要，而且厚度比较薄，所以置于下砂型水平放置，采用两个相同的外浇注口，方便控制浇注温度和速度一致，确保浇注充分，防止产生缩孔、气孔和裂纹缺陷，以保证两部分铸件能达到工作要求。分型面选择在离中间连接部最远的同一水平面上，具体浇注位置如图4。

图4 钢水的浇注位置

（3）铸件的落砂清理

落砂应在铸件充分冷却后进行，如果过早容易产生表面硬化、内应力、变形、裂纹等缺陷，太迟将影响生产率。对于形状简单、重量小于10kg的铸件，一般在浇注后1h左右就可以落砂，三角杆件重量远远超过了10kg，必须等铸件充分冷却后方可落砂。考虑三角杆件尺寸较大，以及改善劳动条件和提高劳动生产率，采用振动落砂机进行落砂，清理滚筒进行清理。为提高清理效率，可在滚筒中加入一些白口铸铁，通过撞击摩擦使铸件表面清理干净。

（4）铸件的缺陷分析

铸件的缺陷分析时一项相当复杂的工作，这不仅因为铸造工艺过程和环节较多，涉及面广，而且同一缺陷可能是由多种不利因素综合造成的，基于三角杆件的结构特点可能出现的缺陷有：①由于砂型压得太紧或透气性差，出现气孔；②中间芯的强度不够，被钢水冲坏或砂型未压紧，出现砂眼；③浇注温度太高，速度太快或落砂太早，出现裂纹；④浇注温度太低，速度太慢或浇注时发生中断，出现冷隔或浇不足。

要避免上述缺陷，在铸造时，首先砂型舂的松紧要适合；三角杆件结构设计壁厚要均匀；浇注的温度要高，浇注速度要适中，要浇满；冷却要充分。三角杆件如果是在非要害部位存在砂眼、气孔等缺陷，经过后期的表面处理修补后一样可以满足工作要求，不列为废品。卸箱机的三角铸件不能直接用作零件，只能作为毛坯，需要后面工序进行改善，所以要留有加工余量。

3.2 热处理

铸态下的铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩孔、晶粒粗大、组织不均及残余内应力等铸造缺陷，使铸钢件的强度、塑性和韧性大大降低，必须进行正火或退火处理，但不宜淬火，容易开裂。

卸箱机的三角杆件所采用材料ZG270-500，经过铸造而成的铸件存在残余内应力等缺陷，不能直接用于卸箱机的工作杆件。正火处理会引起较大的内应力，只适用于含碳量小于0.35%的铸钢件，对于碳含量超过0.35%的结构复杂以及容易产生裂纹的铸钢件，只能进行退火处理。三角杆件所采用材料ZG270-500，含碳量为0.4%，属于中碳钢，适宜采用完全退火，提高杆件的强度、塑性和韧性，以满足工作要求，同时降低硬度，改善组织，为下道切削加工工序作好准备。

3.3 机械加工

经过退火热处理，硬度已降低，方便对三角铸件的加工余量进行切削加工。在众多机床中，铣床的铣削加工是机械加工最常用的加工方法之一，主要包括平面和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰孔等加工。结合三角杆件的结构特点，需要进行孔加工和外形轮廓精加工，采用数控立式铣床来完成。

（1）孔加工

根据先进行内腔加工、后进行外形加工的原则，首先进行三角杆件的孔加工。由于三角杆件的尺寸比较大，形状不规则，不适宜用平口钳装夹，故选用压板装夹，如图5。

图5 三角杆件定位示意图

①用划线方法进行对刀，设定D=35mm孔中心为工件坐标零点；

②用麻花钻进行3个孔的粗加工；

③用同一把铣刀进行3个孔的精加工。

由于三角杆件是由对称两部分组成，根据以一次安装、加工作为一道工序原则，在加工完一个面的3个孔后，翻转进行第二个面的3孔加工，装夹、定位和加工同上。在第二面的3孔加工过程中，除了本孔精度和孔与孔精度要求外，还要保证两面同位置孔的同轴度要求，以及孔与孔之间的相对位置精度，才能确保符合装配要求，实现工作目的。

（2）外形加工

孔加工完成后，如果外形加工时仍然用压板夹紧，则有部分外形无法加工，所以在三角杆件外形加工时，通过3根心轴对3个孔进行三点定位。工件坐标零点设置在三角杆件长边的两孔中心连线与过D=35mm孔中心垂线的交点上。由于厚度较大，所选立铣刀可以分次下刀进行铣削。为避免切伤工件，在切入切出时，要设计一段切入弧和切出弧，三角杆件外形铣削的走刀示意图如图6所示。