連慧進(jìn)

（福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350000）

改造莫氏錐柄鉆夾頭工藝研究

連慧進(jìn)

（福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350000）

熱軋鋼板由于受其工藝因素的制約，鋼板表面大多會(huì)存在一定的缺陷，其中有一部分缺陷要用人工手持角磨機(jī)進(jìn)行打磨作業(yè)。然而該打磨方式環(huán)境惡劣，打磨成本居高不下、勞動(dòng)效率低下。文章針對(duì)這一問題，模擬角磨機(jī)工作原理針對(duì)鉆銑床的莫氏錐柄鉆夾頭進(jìn)行改造，以供參考。

打磨；莫氏錐柄鉆夾頭；鉆銑床；角磨機(jī)

熱軋鋼板在整個(gè)生產(chǎn)流水線過程中由于受到高壓、高溫、硬件設(shè)備等各種因素的影響，生產(chǎn)出來的鋼板其表面產(chǎn)生各種缺陷也就不可避免，所制造的各種相關(guān)的產(chǎn)品可能也會(huì)因?yàn)殇摪灞砻娴母鞣N缺陷而無法完全符合客戶的要求。表面質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)在：麻點(diǎn)、折疊、劃傷、夾雜、結(jié)疤、裂紋、表面炭黑、生銹與腐蝕、酸洗、過酸洗、擦傷等[1]。

1 傳統(tǒng)的鋼板表面缺陷處理工藝

該型號(hào)鋼板在公司主要用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的制造。由于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件涂裝工藝為：脫脂—屏蔽—上件—拋丸—清丸—噴底漆—流平—底漆烘干—強(qiáng)冷—刮膩?zhàn)印佔(zhàn)雍娓伞獜?qiáng)冷—檢查打磨—噴面漆—流平—面漆烘干—強(qiáng)冷—去屏蔽—找補(bǔ)—下件[2]；而客戶為了節(jié)約成本，拋丸、清丸、刮膩?zhàn)?、膩?zhàn)雍娓?、?qiáng)冷、檢查打磨等工藝全部不做。這就導(dǎo)致很多板材缺陷，尤其是裸露在視覺下的板材，以兩側(cè)側(cè)板為主，其表面質(zhì)量缺陷不得不要求我們?cè)诮桓督o客戶前就要處理掉。

傳統(tǒng)的板材表面外觀處理方法分純手工方法與機(jī)械方法兩種；手工方法主要依賴工具：鋼絲刷、刮刀、鶴嘴錘、砂紙或金剛砂紙來完成，但這些方法純粹是手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，也很累人，而且只能去除部分外觀缺陷，針對(duì)麻點(diǎn)、劃痕、凹坑、腐蝕等缺陷則幾乎于事無補(bǔ)；機(jī)械方法主要依賴工具：氣錘、撞針槍、刮刀、打磨機(jī)等，利用動(dòng)能操縱這些工具，有別于手工方法，能夠更快速地從基體上除去氧化物和雜質(zhì)，但效率依然很低。

2 分析對(duì)比鉆銑床與角磨機(jī)的作業(yè)方式

經(jīng)過研究鉆銑床與利用角磨機(jī)打磨的作業(yè)模式發(fā)現(xiàn)兩者有類似之處，均是通過旋轉(zhuǎn)移動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行加工。唯一不同之處是手持角磨機(jī)打磨時(shí)是板材不動(dòng)，分析鉆銑床主軸旋轉(zhuǎn)參數(shù)與角磨機(jī)旋轉(zhuǎn)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，普通鉆銑床主軸最快旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)2 000 r/min,角磨機(jī)空載時(shí)候馬達(dá)速度可達(dá)10 000 r/min，然而由圖1可見，角磨機(jī)馬達(dá)通過小渦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸上的大渦輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，仔細(xì)計(jì)算渦輪齒數(shù)，發(fā)現(xiàn)大渦輪齒數(shù)為小渦輪齒數(shù)的4～5倍之多，因此馬達(dá)轉(zhuǎn)速在空載的時(shí)候也應(yīng)該是角磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的4～5倍，約為2 000～2 500 r/min。在主軸旋轉(zhuǎn)參數(shù)上，兩者參數(shù)相當(dāng)。針對(duì)這種加工方式考慮通過對(duì)鉆銑床夾頭進(jìn)行改造，把角磨機(jī)磨片裝到鉆銑床主軸夾頭上，由鉆銑床主軸旋轉(zhuǎn)來代替角磨機(jī)旋轉(zhuǎn)；然后將切割后的板材放到鉆銑床工作臺(tái)上由工作臺(tái)移動(dòng)來代替人工移動(dòng)角磨機(jī)動(dòng)作。

圖1 角磨機(jī)馬達(dá)

3 改造莫氏錐柄鉆夾頭

本課題擬對(duì)鉆銑床莫氏錐柄鉆夾頭進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，將百葉磨片裝到莫氏錐柄鉆夾頭上以鉆鉆銑床主軸旋轉(zhuǎn)代替打磨機(jī)旋轉(zhuǎn)，以工作臺(tái)移動(dòng)代替人工手持打磨機(jī)移動(dòng)作業(yè)，以改善當(dāng)前鋼板表面處理勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)環(huán)境差，以及勞動(dòng)效率低下的問題。

根據(jù)磨片孔徑選取4號(hào)錐柄進(jìn)行改造設(shè)計(jì)（見圖2）。

圖2 4號(hào)錐柄改造設(shè)計(jì)

3.1 手持角磨機(jī)打磨壓力

模擬人工手持打磨機(jī)動(dòng)作，該動(dòng)作需對(duì)板材有一定的持續(xù)按壓作用。經(jīng)過大量的實(shí)踐測(cè)試，發(fā)現(xiàn)只需有輕微的壓力通過角磨機(jī)作用在鋼板上即可，并且隨著壓力逐漸加大，打磨效率也逐步加大；在壓力持續(xù)加大的前半段，壓力與打磨效率成正比；然而隨著壓力不斷地加大，角磨機(jī)負(fù)荷越來越大，其運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音也越來越大，當(dāng)壓力逐步加大到50 N以上時(shí)，打磨機(jī)就會(huì)靜止不再轉(zhuǎn)動(dòng)。由于鉆鉆銑床主軸的進(jìn)刀方式為剛性力，針對(duì)這一特點(diǎn)，在錐柄設(shè)計(jì)改造的時(shí)候在內(nèi)部加一彈簧，使主軸錐柄在進(jìn)給的時(shí)候有一定的彈力直接作用在板材上，而且該壓力可隨主軸進(jìn)刀而逐漸加大，由于鉆鉆銑床的功率較大，一定范圍內(nèi)，主軸旋轉(zhuǎn)速度不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的加大變慢；因此理論上該壓力可加到彈力的極限值，在彈簧選取上可結(jié)合該壓力的大小選取中彈簧即可。

3.2 打磨角度

其次在實(shí)際作業(yè)中手持角磨機(jī)打磨時(shí)候磨片需與板材成一定的角度，該角度只需在15°～90°的時(shí)候均可。究其原因主要是在角磨機(jī)的磨片地方有一保護(hù)罩，該保護(hù)罩是為了防止磨片破裂的時(shí)候打到操作者而設(shè)計(jì)；由于該保護(hù)罩高出磨片位置，為了避免保護(hù)罩與打磨面刮擦，需讓磨片與打磨面成一定角度方可作業(yè)；改造成鉆銑床夾頭形式的時(shí)候，由于不用操作者手持作業(yè)，因此該保護(hù)罩可以免去，只需在工作臺(tái)邊上放一個(gè)隔板保護(hù)即可。這樣一來，磨片與打磨面的角度可以呈0°，此時(shí)磨片與打磨面接觸面最大，效率最高。

3.3 磨片更換方式

由于打磨時(shí)候角磨片為消耗品，需要頻繁地更換磨片。為此在磨片的固定與更換方面，選擇參照打磨機(jī)的固定磨片模式，在改造設(shè)計(jì)上選擇共用打磨機(jī)的砂輪螺帽與扳手，以便更換使用。

4 調(diào)試

改造完成后將錐柄鉆夾頭裝到鉆銑床上進(jìn)行調(diào)試打磨；調(diào)整鉆銑床轉(zhuǎn)速至最快速度，先讓主軸空轉(zhuǎn)30秒鐘，以確認(rèn)角磨片的平衡性；之后逐漸進(jìn)刀壓縮彈簧至一定壓力，夾緊主軸套筒，使彈簧始終處于受壓縮的狀態(tài)；調(diào)整工作臺(tái)上鋼板的打磨范圍并用插銷固定好工作臺(tái)移動(dòng)區(qū)域，隨后即可向鋼板表面進(jìn)行打磨加工。加工打磨的時(shí)候唯一需要注意的是磨片需在鋼板范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)打磨，亦即打磨時(shí)彈簧要持續(xù)受壓，一旦脫離鋼板打磨面則需立即停機(jī)重新調(diào)整。

5 結(jié)語

本文首次提出利用鉆銑床處理鋼板表面缺陷處理的方式，并針對(duì)莫氏錐柄鉆夾頭進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，將角磨片安裝在改造后的鉆夾頭上并用來打磨處理鋼板表面缺陷。經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)該效果很好，可以極大程度上降低打磨人工成本、打磨勞動(dòng)強(qiáng)度、改善打磨環(huán)境、提升打磨效率，為逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化打磨提供很好的參照。

[1]董振虎，王焱.熱軋鋼板常見表面缺陷淺析[C]. 北京：2011年全國(guó)高品質(zhì)特殊鋼生產(chǎn)技術(shù)研討會(huì)文集，2011：2-3.

[2]蔣偉潔.挖掘機(jī)涂裝工藝的優(yōu)化研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2015.

Research on transformation of chuck Morse taper shank drill technician

Lian Huijin
（Mechanical Engineering and Automation School of Fuzhou University, Fuzhou 350000, China）

Hot rolled steel plate dues to the constraints of its process factors, there will be some defects on most surface of the steel plate, a part of the defects needs to carry on manual hand-held angle grinder for grinding operations. However, the grinding method is faced with problems of harsh environment, high cost and low labor efficiency. Aiming at this problem, according to simulation of angle grinder working principle, Morse taper shank drill chuck is reformed to provide a reference.

grinding; Morse taper shank drill chuck; drilling milling machine; grinder

連慧進(jìn)（1981— ），男，福建漳州，本科，中級(jí)工程師；研究方向：工業(yè)工程。