并聯高速卸箱機三角桿件的加工工藝

黃麗紅

（廣州市公用事業技師學院，廣州510199）

1 引言

卸箱機是一種將空玻璃瓶從塑料周轉箱中取出來的智能化裝、卸箱機器，主要適用于啤酒、飲料及所有瓶類容器的生產線上。目前我國使用最多的是并聯四連桿式卸箱機，它具有技術成熟，結構簡單，實用且成本低的特點。在并聯四連桿式卸箱機機械傳動系統中，桿件的外形設計以及典型桿件的加工工藝尤為重要，本文對三角桿件的特點以及加工工藝進行了重點描述。

2 并聯高速卸箱機的機構分析

圖1 卸箱機機構簡圖

根據啤酒灌裝線的特點和卸箱機的工作要求，利用連桿機構組合來實現其運動和工作，并參考已有的機型，并聯高速卸箱機的基本機構框架如圖1所示。由9個構件組成，其中桿1為原動件，可繞軸A轉動，構件1、2、3和機架構成了一個曲柄搖桿機構，在三角桿件3的來回擺動過程中，帶動桿件9作裝卸箱運動，以達到預定的卸箱目的。

3 三角桿件的加工工藝分析

三角桿件3是一個搖桿，用于連接桿件2和桿件4以及機架D，起到中間連接作用。考慮到桿件尺寸較大，重量大，采用的結構是中間挖空，厚度均為 15mm，如圖2、3所示。

圖2 三角桿件的三視圖

圖3 三角桿件的實體建模模型

所選用材料是鑄鋼ZG270-500，具有較高的強度和較好的塑性，鑄造性良好，可切削性好，綜合考慮材料的性能和生產成本，初定加工工藝是：鑄造→熱處理→機械加工→表面處理。

3.1 鑄造

鑄造技術是通過一系列工藝過程使金屬材料成形，得到所需要的形狀、尺寸的零件或毛坯的一種成形方法。

（1）砂型的選擇

三角桿件所選的鑄鋼材料熔點高，相應的澆注溫度也高，鋼水與鑄型材料相互作用，容易產生粘砂缺陷，應該采用耐火度較高的人造石英砂做鑄型，并在鑄型表面刷石英粉或鋯砂粉涂料。鋼液的流動性差，為了減少氣體來源，提高鋼水流動性及鑄型強度，采用CO2硬化的水玻璃砂型來鑄造。

（2）鋼水的澆注

三角桿件為對稱設計，結合結構特點以及受力分析，中間連接部尤為重要，而且厚度比較薄，所以置于下砂型水平放置，采用兩個相同的外澆注口，方便控制澆注溫度和速度一致，確保澆注充分，防止產生縮孔、氣孔和裂紋缺陷，以保證兩部分鑄件能達到工作要求。分型面選擇在離中間連接部最遠的同一水平面上，具體澆注位置如圖4。

圖4 鋼水的澆注位置

（3）鑄件的落砂清理

落砂應在鑄件充分冷卻后進行，如果過早容易產生表面硬化、內應力、變形、裂紋等缺陷，太遲將影響生產率。對于形狀簡單、重量小于10kg的鑄件，一般在澆注后1h左右就可以落砂，三角桿件重量遠遠超過了10kg，必須等鑄件充分冷卻后方可落砂。考慮三角桿件尺寸較大，以及改善勞動條件和提高勞動生產率，采用振動落砂機進行落砂，清理滾筒進行清理。為提高清理效率，可在滾筒中加入一些白口鑄鐵，通過撞擊摩擦使鑄件表面清理干凈。

（4）鑄件的缺陷分析

鑄件的缺陷分析時一項相當復雜的工作，這不僅因為鑄造工藝過程和環節較多，涉及面廣，而且同一缺陷可能是由多種不利因素綜合造成的，基于三角桿件的結構特點可能出現的缺陷有：①由于砂型壓得太緊或透氣性差，出現氣孔；②中間芯的強度不夠，被鋼水沖壞或砂型未壓緊，出現砂眼；③澆注溫度太高，速度太快或落砂太早，出現裂紋；④澆注溫度太低，速度太慢或澆注時發生中斷，出現冷隔或澆不足。

要避免上述缺陷，在鑄造時，首先砂型舂的松緊要適合；三角桿件結構設計壁厚要均勻；澆注的溫度要高，澆注速度要適中，要澆滿；冷卻要充分。三角桿件如果是在非要害部位存在砂眼、氣孔等缺陷，經過后期的表面處理修補后一樣可以滿足工作要求，不列為廢品。卸箱機的三角鑄件不能直接用作零件，只能作為毛坯，需要后面工序進行改善，所以要留有加工余量。

3.2 熱處理

鑄態下的鑄鋼件內部存在氣孔、裂紋、縮孔、晶粒粗大、組織不均及殘余內應力等鑄造缺陷，使鑄鋼件的強度、塑性和韌性大大降低，必須進行正火或退火處理，但不宜淬火，容易開裂。

卸箱機的三角桿件所采用材料ZG270-500，經過鑄造而成的鑄件存在殘余內應力等缺陷，不能直接用于卸箱機的工作桿件。正火處理會引起較大的內應力，只適用于含碳量小于0.35%的鑄鋼件，對于碳含量超過0.35%的結構復雜以及容易產生裂紋的鑄鋼件，只能進行退火處理。三角桿件所采用材料ZG270-500，含碳量為0.4%，屬于中碳鋼，適宜采用完全退火，提高桿件的強度、塑性和韌性，以滿足工作要求，同時降低硬度，改善組織，為下道切削加工工序作好準備。

3.3 機械加工

經過退火熱處理，硬度已降低，方便對三角鑄件的加工余量進行切削加工。在眾多機床中，銑床的銑削加工是機械加工最常用的加工方法之一，主要包括平面和輪廓銑削，也可以對零件進行鉆、擴、鉸孔等加工。結合三角桿件的結構特點，需要進行孔加工和外形輪廓精加工，采用數控立式銑床來完成。

（1）孔加工

根據先進行內腔加工、后進行外形加工的原則，首先進行三角桿件的孔加工。由于三角桿件的尺寸比較大，形狀不規則，不適宜用平口鉗裝夾，故選用壓板裝夾，如圖5。

圖5 三角桿件定位示意圖

①用劃線方法進行對刀，設定D=35mm孔中心為工件坐標零點；

②用麻花鉆進行3個孔的粗加工；

③用同一把銑刀進行3個孔的精加工。

由于三角桿件是由對稱兩部分組成，根據以一次安裝、加工作為一道工序原則，在加工完一個面的3個孔后，翻轉進行第二個面的3孔加工，裝夾、定位和加工同上。在第二面的3孔加工過程中，除了本孔精度和孔與孔精度要求外，還要保證兩面同位置孔的同軸度要求，以及孔與孔之間的相對位置精度，才能確保符合裝配要求，實現工作目的。

（2）外形加工

孔加工完成后，如果外形加工時仍然用壓板夾緊，則有部分外形無法加工，所以在三角桿件外形加工時，通過3根心軸對3個孔進行三點定位。工件坐標零點設置在三角桿件長邊的兩孔中心連線與過D=35mm孔中心垂線的交點上。由于厚度較大，所選立銑刀可以分次下刀進行銑削。為避免切傷工件，在切入切出時，要設計一段切入弧和切出弧，三角桿件外形銑削的走刀示意圖如圖6所示。

圖6 三角桿件的外形銑削走刀示意圖

3.4 表面處理

卸箱機三角桿件長期工作在比較潮濕的環境，工作強度比較低，所以選用比較常用、操作簡便的電鍍，利用電解作用，在桿件上沉積出附著性能良好的金屬覆蓋層，以提高三角桿件的耐蝕性、耐磨性，還可以修復磨損或加工失誤的鑄鋼件。

4 結語

本文介紹了并聯高速卸箱機三角桿件的加工工藝，綜合考慮材料鑄鋼ZG270-500的性能和加工生產的成本，詳細闡述了所采用的加工工藝：鑄造→完全退火→孔和外形銑床加工→表面電鍍處理，并基于Master CAM對三角桿件進行了加工過程模擬。

［1］ 董杰.機械設計工藝性手冊［M］.上海：上海交通大學出版社，1993.

［2］ 張夢欣.銑工工藝學［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］ 金禧德.金工工藝學［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［4］ 徐自立.工程材料［M］.武漢：華中科技大學出版社，2003.