集裝箱木地板簡易排鉆機構設計初探

李中波

【摘要】隨著經濟的飛速發展，我國生產力日益發展，物流業作為經濟體重要的一部分，也得到了很好的發展。集裝箱運輸因其獨特的優勢，在物流行業中應用廣泛。本文就集裝箱木地板簡易排鉆機構設計進行了簡單的分析。

【關鍵詞】集裝箱木地板；簡易排鉆；機構設計

一.集裝箱加工分析

排鉆加工是現代機械加工的一種重要加工方式，在加工行業中有著廣泛的應用。排加工克服了手工加工的缺點，加工機械化，集成化，效率更高。

圖1集裝箱木地板加工示意圖

1.排鉆加工特點及組成

1.1排鉆加工特點

（1）加工量大，一次可以同時加工多個孔；

（2）加工效率高，可以連續、批量加工；

（3）排鉆系統工作穩定，操作簡單，維修方便；

1.2排鉆組成

本簡易排鉆機構主要由機架、電鉆和控制開關組成。

圖2排鉆架總裝配圖

圖3排鉆結構簡圖

1.2.1 機架

機架由鋼結構組成。機構主體為普通熱軋工字鋼。鋼條并行排列，鋼材通過鋼板連接塊，使用螺栓固定連接，其上端有扁鋼連接，下端固定分鉆。分鉆可獨立工作，并行用螺母和固定板安裝在固定架下端。

圖4固定架簡圖（橫截面）

1.2.2電鉆

電鉆是排鉆機構的工作部分，負責對集裝箱木地板進行鉆孔加工。鉆孔時，電鉆受到自身重力和機架重力的雙重壓力，向下鉆削完成鉆孔。

1.2.3 控制開關

控制開關由分開關和總控制開關組成，采用普通按鈕式開關。

2.2 鉆削要素

1.鉆削速度

鉆削速度指主切削刃外緣處的線速度，以Vc表示

Vc=nπd/1000 m/s（1.1）

式中n-鉆頭（或工件）的轉數（r/s）；

d—鉆頭外緣處直徑（mm）。

2.進給量

每鉆進給量：是鉆床進給標牌上給出的最常用表達形式，是指鉆頭轉一轉相對于工作的軸向移動量，以Fn表示，單位為（mm/r）。

每齒進給量：鉆頭有兩個刀齒，鉆頭轉過一個刀齒相對于工件的軸向移動量，稱每齒進給量，以Fz表示（mm/Z）。

每分進給量：也稱進給速度，是指鉆頭在單位時間內（每分鐘）相對于工件的軸向移動量，以Vf表示

Vf=n fz z mm/min（1.2）

n為刀具或工件轉速.單位為r/min，fz為每齒進給量，z為刀齒數

3.切削深度

在基面內垂直與鉆頭軸線測量的切削層尺寸（或者指待加工表面與已知加工表面間的距離）。

2.3 鉆削力學計算

根據實驗結果資料顯示，標準麻花鉆頭鉆削負載在各切削刃上之分配比例如下表一所示。由表中可得知，鉆削一般材料時，軸向負載主要來自橫刃，約佔總軸向力的57﹪；而扭矩主要主切削刃產生，約佔總扭矩的80﹪。

Ff（N）、鉆削扭矩和切削功率可利用以下實驗公式計算得知：

表3.1鉆削負荷分配表

鉆削負載主切削刃橫刃刃帶

進給負載Ff40﹪57﹪3﹪

扭矩Me78﹪10﹪12﹪標準麻花鉆頭鉆削時的進給負載

本排鉆裝置采用高速鋼材料標準麻花鉆，鉆頭直徑d0=8mm，進給f=0.2mm/r，由鉆削力公式和扭矩公式可算得鉆孔所需進給力和電鉆工作時克服鉆削運動所需的扭矩。電鉆轉速400 r/min .。經計算Ff=2958N，M =14.06N·m，鉆削功率 P=589 W

加工木質材料部分受力情況

排鉆在鉆削木地板表面3mm鋼材（Q235）時的鉆削參數如上。當鉆頭鉆穿鋼板后，由于木質材料力學性能比普通鋼材差很多，其鉆削力和鉆削扭矩都小很多，在電鉆工作狀態不變，進給力不變的情況下，鉆削工作完全可以正常進行，在此我們不另行計算。

二.設計結果與展望

1.設計結果

集裝箱地板有兩部分組成，地板上層覆蓋有一層厚度為3mm的普通A3（既現在的Q235鋼）鋼鋼板，地板下層是厚度為30mm的木質部分。地板加工要求是在總加工長度為3米橫截面上鉆孔，孔距200mm，需要加工16個孔。加工普通鋼材，如果鋼材硬度不是很高，我們可以選用市場上銷售刀具。本設計需要加工的A3鋼，我們可以選用標準麻花鉆對其加工，刀具材料為高速鋼。選用考慮因素主要是性能和價格兩個。高速鋼標準麻花鉆既能滿足對鋼材的加工要求，而且由于其已經標準化，生產規模化，不同廠家生產的刀具可以通用，來源豐富，價格便宜，節約成本。另一加工部分是對30mm木質鉆孔。在集裝箱木地板加工中，木質材料上覆蓋有一層鋼板，因此對其加工要求是能把木質部分鉆穿。考慮到加工的連續性，我們應盡可能一次完成對地板的加工，所以我們加工鋼板與加工木板采用同樣的刀具，刀具選用的標準采用加工鋼板的標準。

本設計排鉆機構由16個分鉆組成，排距200mm，鉆頭統一采用直徑為8mm的標準麻花鉆。分鉆排列在總長為3.1米的固定架上。固定架由兩根普通熱軋工字鋼構成，工字鋼平行排列，最外端寬度260mm，采用扁鋼連接，使用螺栓連接。

2.設計分析及結構優化建議

針對加工對象及加工要求，本設計采取了簡約化設計的原則，設計使用材料均在市場上可以買到，而且材料選取都是通用的、常見的，材料價格便宜，來源廣泛，加工使用簡單通用性強。排鉆機構能滿足對集裝箱木地板的加工要求。

本設計最大的是結構簡單、機構造價便宜、維護方便，而且使用標準化材料，方便生產加工。整個架構安裝上電機后，立刻可以投入生產。由于各部件多采用螺栓連接固定，長期使用會出現連接松動等缺點，所以使用一段時間后，要對機架進行安全檢查。

綜合本排鉆機構特點，考慮實際生產加工情況，對于特定的加工要求和加工量，可以采用本設計機構。如果要求加工高、加工范圍大，加工量巨大，機構使用壽命超長等，此機構只能作為參照，機構的個部件都必須進行升級，更換使用材料，使用高強度的鋼材或改用鑄造結構；還要給機構安裝精確的測量系統以及數控系統，使用非接觸式檢測等智能化手段。

參考文獻

[1]徐州﹑姚壽山 材料加工原理 科學出版社.2008.1

[2]陳宏鈞 實用金屬切削手冊 機械工業出版社.2009.1