精密鋼球成袋無損包裝新設(shè)備

張大偉

摘要：本文介紹一種精密軸承鋼球成袋無損包裝新設(shè)備。該設(shè)備通過在塑料薄膜筒內(nèi)放置滑塊撐開袋口，滑塊在塑料薄膜筒內(nèi)靠自重滑移，上下兩封制袋的方式，實現(xiàn)小尺寸精密鋼球（直徑Ф10mm以下）的全自動包裝。同時通過控制注球時鋼球的落差來保證精密鋼球不會有擦傷或碰撞等損傷。該設(shè)備實現(xiàn)全自動化，操作簡便，并且適用于其他同類產(chǎn)品的無損包裝。

關(guān)鍵詞：鋼球包裝;自動包裝;無損包裝

0? 引言

軸承是機械設(shè)備的重要組成部分，軸承的好壞直接影響機器的穩(wěn)定性，而鋼球是軸承質(zhì)量的關(guān)鍵。鋼球作為滾動體是至關(guān)重要的，其缺陷程度直接影響軸承精度、動態(tài)性能及使用壽命等關(guān)鍵指標。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國軸承企業(yè)已具備強大的技術(shù)儲備和生產(chǎn)能力。全國規(guī)模以上的軸承制造企業(yè)已發(fā)展到近2000余家，軸承年產(chǎn)量從1949年的13.8萬套增加到2019年的196億套。隨著軸承產(chǎn)量的增加，鋼球產(chǎn)量也得以迅速提高[1]。現(xiàn)今我國每年的鋼球產(chǎn)量約為1500億粒，其中小尺寸鋼球（直徑小于Φ10mm）占絕大多數(shù)，而它們的包裝多采用人工稱重包裝或者半自動稱重包裝，這種包裝方式不僅效率低，而且會造成勞動力的浪費，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，設(shè)計一款自動化程度高、成本低的專用包裝機是有必要的。

當今我國物料包裝機種類繁多，但主要分為兩種，一是在原有基礎(chǔ)上刪減包裝功能（如貼標簽）和減小包裝適用范圍（如藥品專用包裝機），這可簡化包裝機的結(jié)構(gòu)，最終通過一條生產(chǎn)線來實現(xiàn)生產(chǎn)自動化;二是增添包裝機的功能和適用范圍，讓包裝機完成多功能包裝（如包裝、熱封、貼簽、分類等）或多種類包裝，增加包裝機的適用性，但這種包裝機結(jié)構(gòu)比前一種復雜，制造成本也高。兩者相較，小型專用包裝機更符合我國國內(nèi)小型生產(chǎn)企業(yè)的需求。作者設(shè)計精密鋼球成袋無損包裝新設(shè)備，可以實現(xiàn)任意規(guī)格和數(shù)量的小尺寸鋼球（大尺寸鋼球一般單個或幾個一組人工包裝）的無損包裝，并且機構(gòu)簡單，成本較低，自動化程度較高。

1? 鋼球包裝機總體要求

根據(jù)中國軸承工業(yè)協(xié)會的要求，同時結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)的實際需求，確定精密鋼球無損包裝機的總體要求：

①根據(jù)行業(yè)要求，包裝鋼球要自動化、無損傷，每袋鋼球重量在3-6kg之間（根據(jù)鋼球直徑不同，每袋重量也不同）。

②高精度球軸承，對鋼球滾動體表面粗糙度要求很高，在包裝過程中，鋼球不允許與金屬直接接觸，并且跌落差不能超過20cm。

③適用于鋼球直徑Φ3.9mm-Φ9.525mm包裝。

具體指標包括：

①適配包裝的鋼球尺寸范圍：Φ3.9mm-Φ9.525mm。

②根據(jù)鋼球直徑不同，每袋的數(shù)量也有區(qū)別，最大重約6kg/袋。

③每袋鋼球包裝時間應盡可能短，最長不超過2min。

④保證在整個鋼球包裝過程中，鋼球不允許與金屬直接接觸，并且跌落差不超過20cm。

⑤該設(shè)備自動化程度高，鋼球成袋后，應自動推出。

2? 系統(tǒng)組成及工作流程

2.1 兩封制袋

封袋分為兩封制袋、三封制袋和四封制袋。四封制袋對設(shè)備要求較高，一般設(shè)備較復雜，成本高;三封制袋適用于包裝物料較輕的產(chǎn)品，其中縫處容易破裂，由此本設(shè)備選擇兩封制袋。兩封制袋所需的包裝袋材料為桶型薄膜塑料卷，如圖1所示。薄膜塑料筒只需進行上下兩次熱封口便可制成包裝袋。包裝袋的寬度由所包裝的物料尺寸來選配，包裝袋的長度以合作企業(yè)需求的容積為參考。

2.2 鋼球自動包裝機結(jié)構(gòu)及操作步驟

鋼球自動包裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。

2.3 制袋及操作步驟

①在第一次使用時，需要把撐袋滑塊15-1裝入塑料薄膜筒18內(nèi)。方便夾袋手1-1的夾持，必須使塑料薄膜頂部與撐袋滑塊15-1頂部平齊。為保證撐袋滑塊15-1可以在塑料薄膜筒內(nèi)自由滑移，撐袋滑塊的寬度應略小于塑料薄膜筒的寬度，并且撐袋滑塊的厚度適中;撐袋滑塊的長度由所包裝物料的外形尺寸確定。

②步進電機9通過滾珠絲桿帶動上下移動板5下移至撐袋滑塊15-1中間部位，夾持機械手4（隨上下移動板5上下運動）閉合，夾緊塑料薄膜和內(nèi)部的撐袋滑塊，并隨著夾持機械手4（被上下移動板5帶動）向上運動至夾袋手1-1處。夾袋手1-1和夾袋輔助固定板2配合，夾緊塑料薄膜頂部兩側(cè)（須保證撐袋頭1-2伸入到滑塊凹槽15-2處）使塑料袋頂部撐開，為注入鋼球做準備。如圖3上部所示。

③氣缸帶動夾持機械手4張開，松開撐袋滑塊，滑塊靠自重在塑料薄膜內(nèi)滑移至底部（初始位置）。

④步進電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動移動板5向下運動，移動至下熱封及切斷6與撐袋滑塊15-1頂部平齊（留有一定間隙）。

⑤氣缸推動下熱封及切斷6閉合，同時，控制系統(tǒng)控制繼電器吸合給熱封條和切斷片加熱，切斷塑料薄膜的同時熱封塑料袋下邊緣。

⑥此時塑料袋上口處于開口狀態(tài)，夾袋手1-1和夾袋輔助固定板2夾緊塑料袋兩側(cè)。鋼球從夾袋手1-1開口處倒入，如圖3所示。

⑦待鋼球注入結(jié)束，氣缸推動上熱封3閉合，包裝袋上口熱封。同時夾袋手1-1閉合，塑料袋被松開。

⑧把包裝袋（此時塑料袋下端已熱封）推出。推出機構(gòu)由小型步進電機驅(qū)動，帶動推板把裝有鋼球的包裝袋推出。重復以上過程就可實現(xiàn)連續(xù)包裝。

因為鋼球是從上方注入包裝袋，所以防止鋼球在下落時把熱封后的袋底沖破，同時避免鋼球下落高度過高（20cm）而導致互相撞擊傷球，在注入鋼球之前，步進電機驅(qū)動上下移動板5上升至合適高度（距離注球口小于20cm），閉合夾持機械手4作為緩沖板。隨包裝袋中的鋼球不斷增多，上下移動板5緩慢下移（保證跌落差小于20cm）至袋底部。這樣注球時，鋼球下落的高度被降低，保護鋼球和袋底。

整個包裝過程中執(zhí)行部件的運動與熱封時間都由系統(tǒng)控制。

3? 本設(shè)備的創(chuàng)新點

3.1 上下熱封制袋

熱封制袋是將塑料薄膜上下兩層連接面同時加熱，待獲得一定的熔融層后，使塑料薄膜的粘合面相接，同時施加一定的壓力，使塑料薄膜在壓力下冷卻，粘連為一體[2]。

市場上有些塑料袋是采用三次熱封（由一層薄膜對折熱封而成）和四次熱封制成。本設(shè)備采用筒裝塑料薄膜，只需進行兩次熱封（上熱封和下熱封及切斷）就可制成一個密封的塑料袋。并且經(jīng)過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，熱封時間為3.1s最合適。如果熱封時間過短，就會造成塑料袋密封不牢固，熱封處容易開口;而熱封時間過長會導致塑料薄膜熱封處過熱，塑料薄膜融化，起不到密封作用。

3.2 大重量無損包裝

鋼球一包（鋼球直徑為Φ6.747mm，一袋4000粒為例）的重量大約是5kg，并且在包裝過程中不能與金屬發(fā)生碰撞，這就大大的增加了包裝難度。作者參觀了其他類型的包裝機，如大米真空包裝（與金屬發(fā)生碰撞）、藥片包裝（一袋的重量遠遠小于鋼球一袋的重量）等，這些都不能被使用在鋼球包裝上。本設(shè)備在包裝過程中，鋼球滾動的路徑?jīng)]有與金屬直接接觸，并且在注球過程中，移動板5是緩慢下降的，這樣保證鋼球下落的高度是一定的（這個高度是不會損傷鋼球表面的）。

3.3 撐袋滑塊機構(gòu)

本設(shè)備采用從下向上拽袋的方式，通過上下熱封及切斷的方法來實現(xiàn)連續(xù)制袋包裝。撐袋滑塊靠自重在塑料薄膜筒內(nèi)滑移實現(xiàn)袋口撐開，這種方法（撐袋滑塊機構(gòu)）在國內(nèi)外尚屬首見。

4? 結(jié)語

本設(shè)備可以實現(xiàn)任意規(guī)格和數(shù)量的小尺寸鋼球（大尺寸鋼球一般都是單個或幾個一組人工包裝）的無損包裝，并且機構(gòu)簡單，包裝過程自動化。本設(shè)備不但可以代替人工包裝或者半自動包裝，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)省人力成本，幫助企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，而且符合我國從傳統(tǒng)工業(yè)向自動化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的方向。

參考文獻：

[1]李潔，楊興旺.淺析我國軸承制造技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].廣東蠶業(yè)，2018，52（04）：45.

[2]曹恒，何立東，陳誠.脈沖式熱封機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗研究[J].制造業(yè)自動化，2014（07）：140-144.

[3]王鵬.基于運動視覺技術(shù)的鋼球表面缺陷檢測[M].哈爾濱：哈爾濱理工大學碩士學位論文，2008.