文/楊慶高·常州曠達威德機械有限公司

一種封頭機械剪圓的自動化設備

文/楊慶高·常州曠達威德機械有限公司

楊慶高，副總經理，主管公司封頭的生產、技術和設備工作，曾領銜主持公司主要大型成形設備的設計、制造、安裝、調試和試運行工作，取得了多項發(fā)明專利。

隨著封頭行業(yè)的蓬勃發(fā)展，一種新型的封頭圓片剪圓機正逐步得到應用，由于其采用的是機械剪圓，使用上下滾刀剪切，屬冷加工范疇，基本克服了等離子切割的所有弊端，是一種高效、環(huán)保、節(jié)能和優(yōu)質的剪圓方式。

生產流程及加工優(yōu)勢

封頭下料剪圓生產線工序流程

⑴剪板。將鋼板剪角，剪去鋼板邊緣的老邊。

⑵焊接。將兩塊或多塊鋼板先預組對點焊后進行正式焊接，焊接方式分等離子焊接和自動埋弧焊接，等離子焊接最厚達8mm，其他板厚則需用埋弧自動焊接。

⑶剪圓。使用自動化機械剪圓設備進行剪切，方便高效。

⑷沖壓。用6600t雙動油壓機進行沖壓，所用模具分上模和下模以及壓邊圈，上模分橢圓和碟形等不同形狀，下模和壓邊圈是AB模，即帶有臺階的模具，主要是加大沖壓拖動的阻力，減少鼓包和起皺的產生。

⑸坡口。利用等離子坡口機將封頭的端口毛邊與坡口切齊，然后根據封頭圖紙要求的總高值進行最終切齊，同時將坡口角度切出，方便以后和筒體的對接。

⑹旋壓修正。坡口工序完成后，封頭尺寸反彈一般會略大于圖樣值，用旋壓機進行少量的旋壓修正即可滿足圖樣的要求。

⑺研磨。將坡口后的毛邊磨平磨亮且進行倒角。

⑻探傷。使用射線（RT）和表面滲透(PT）來檢驗焊縫的質量，如有缺陷及時返修后再使用射線和表面滲透進行復驗。

⑼酸洗。將封頭表面的灰塵和油污洗凈，且同時對不銹鋼表面進行鈍化處理，以提高其耐腐蝕性。

⑽檢查。對封頭的所有尺寸和外觀以及資料進行驗收確認。

⑾入庫。將檢查好的封頭集中放到成品倉庫等待包裝發(fā)貨。

封頭機械剪圓優(yōu)勢

封頭制作的材料主要分不銹鋼類和碳鋼類。不銹鋼類分普通不銹鋼（304、316等）和特材不銹鋼（鎳基合金、雙相鋼等）；碳鋼類分普通碳鋼（Q235B）、低合金鋼（Q345R）、高合金鋼（WH590E）和鉻鉬鋼（15CrMoR），特材不銹鋼和高合金鋼以及鉻鉬鋼要盡量采用冷加工機械剪圓，這樣就不會改變切口的材料性能，不會掛渣。

由于設備和技術的限制，目前封頭圓片的切割基本都是用等離子切割，切割時會產生大量煙霧，且伴有較高噪聲，切割后掛渣和毛刺嚴重，需砂輪打磨去除，工人的勞動強度較大。如打磨不徹底會導致封頭沖壓時的拉傷，且會加劇模具的損壞。同時切割的高溫使切割面周圍的鋼板性能劣化，增加沖壓難度。雖然也可用激光切割或水切割，但高昂的設備購置經費和較高的日常消耗，使其在封頭行業(yè)中實際應用很少。機械剪圓使用上下滾刀剪切，屬冷加工范疇，基本全部克服了上述等離子切割的所有弊端，是一種高效、環(huán)保、節(jié)能和優(yōu)質的剪圓方式。

自動化設備工作原理

如圖1所示，首先根據圓片規(guī)格大小設定機架9的位置，開動機架移動裝置10將機架開到位，開動機架旋轉油缸7將機架旋出，將八角料放到尼龍萬向輪平臺8上，往機架中推入，開動對中心裝置6將八角料調中，將上夾緊油缸14加壓至5MPa，緊接著根據板厚調整上刀盤上下調節(jié)裝置5，開動上減速機和電動機裝置2和下減速機和電動機裝置1，開動剪廢料裝置3，再接著開動機架旋轉油缸將機架旋入到位，轉動八角料，當其一個角旋入旋轉中的上下剪刀口，順勢被剪刀帶動旋轉，交替實施壓入變形和剪切滑移，逐步按圓形軌跡將八角料剪斷，最后開動機架旋轉油缸將機架旋出，松開上夾緊油缸，把剪好的圓片移動到尼龍萬向輪平臺上用行車吊走，至此整個剪圓工作完成。

圖1 剪圓機結構示意圖

自動化設備剪圓原理

圖1中，上剪刀13逆時針旋轉，下剪刀12順時針旋轉，將八角狀圓片邊緣壓入上下旋轉的剪刀口后，順勢被剪刀帶動旋轉，逐步按圓形軌跡剪斷。剪切進程是由壓入變形和剪切滑移兩個期間組成，其本質是金屬塑性變形的進程，當上下剪刀剛接觸鋼板時，剪刀邊開始壓入鋼板，由于剛開始壓力P較小，小于鋼板自身的抗剪能力，因而鋼板只能發(fā)生部分塑性變形，故這一期間稱為壓入變形期間，隨著鋼板被上下旋轉的剪刀壓著繼續(xù)往里移動，鋼板壓入變形增大，壓力P也不斷增大，當剪切壓入到一定的深度，鋼板的部分壓入變形阻力與剪切面的剪切力達到持平，剪切進程處于由壓入變形間斷過渡到剪切滑移期間的臨界狀況，當剪切力大于鋼板自身的抗剪能力時，鋼板沿著剪切面發(fā)生相對滑移，開始了真實的剪切，這一期間被稱作剪切滑移期間。在這期間，因為剪切面不斷變小，剪切應力也不斷變小，直到鋼板被剪斷為止，完成一個剪切進程。

自動化設備電氣原理

人機界面是通過觸摸屏操作，傳輸到PLC進行控制（圖2），觸摸屏主要完成操作中的各種開關量輸入（如機架前進、后退）和數字設定（對中心數值以及設備狀態(tài)反饋，如機架前限、后限）。PLC主要完成觸摸屏各個指令的接受和設備上各個傳感信號的輸入以及對電機、電磁閥等控制指令的發(fā)出，其本身自帶CPU，可進行各種復雜計算后下達準確的動作指令。上剪刀13和下剪刀12是采用雙速電機先慢后快的啟動模式。圖3為設備工作電氣原理圖。機架的本體移動控制是通過變頻控制，附帶剎車控制和報警控制，分快速和慢速，快接近目標位置前100mm處自動由快速轉成慢速，確保定位精度和安全，內含過載報警和控制功能。

圖3 電氣原理圖

自動化設備液壓原理

圖4為自動化設備液壓原理圖，開動油泵2，液壓油經過過濾器1進入油泵入口后從出口打出，當油泵溢流卸荷控制電磁閥16斷電時，油泵溢流卸荷閥15處于卸荷狀態(tài)，油泵出口打出的液壓油通過油泵溢流卸荷閥流入油箱，此時泵壓力表3顯示壓力幾乎為0，如需要壓緊油缸9或旋轉油缸10運動時，油泵溢流卸荷控制電磁閥得電，油泵溢流卸荷閥處于溢流狀態(tài)，此時泵壓力表就會顯示設定的工作壓力。油泵出口的高壓油會通過單向閥4流入到壓緊油缸電磁換向閥5和旋轉油缸電磁換向閥14的P口，等待壓緊油缸電磁換向閥和旋轉油缸電磁換向閥的得電動作后高壓油流經壓緊油缸液壓鎖6或旋轉油缸液壓鎖13來驅動油缸伸縮。壓緊油缸安全閥7和旋轉油缸安全閥12對油缸起到保護作用。

圖4 液壓原理圖

結束語

本文通過對封頭機械剪圓自動化設備的生產流程，操作方法，工作原理，電氣、液壓原理，特點與性能說明了該設備的優(yōu)點。闡明了該款機械剪圓機的自動化設備性能卓越，安全方便，性能可靠，可適合大批量剪圓，為后續(xù)的深加工提供強有力的保障。