張大偉

摘要：本文介紹一種精密軸承鋼球成袋無(wú)損包裝新設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)在塑料薄膜筒內(nèi)放置滑塊撐開(kāi)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(shí)現(xiàn)小尺寸精密鋼球（直徑Ф10mm以下）的全自動(dòng)包裝。同時(shí)通過(guò)控制注球時(shí)鋼球的落差來(lái)保證精密鋼球不會(huì)有擦傷或碰撞等損傷。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便，并且適用于其他同類(lèi)產(chǎn)品的無(wú)損包裝。

關(guān)鍵詞：鋼球包裝;自動(dòng)包裝;無(wú)損包裝

0? 引言

軸承是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，軸承的好壞直接影響機(jī)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(dòng)體是至關(guān)重要的，其缺陷程度直接影響軸承精度、動(dòng)態(tài)性能及使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)軸承企業(yè)已具備強(qiáng)大的技術(shù)儲(chǔ)備和生產(chǎn)能力。全國(guó)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(wàn)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]?，F(xiàn)今我國(guó)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(chēng)重包裝或者半自動(dòng)稱(chēng)重包裝，這種包裝方式不僅效率低，而且會(huì)造成勞動(dòng)力的浪費(fèi)，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，設(shè)計(jì)一款自動(dòng)化程度高、成本低的專(zhuān)用包裝機(jī)是有必要的。

當(dāng)今我國(guó)物料包裝機(jī)種類(lèi)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(biāo)簽）和減小包裝適用范圍（如藥品專(zhuān)用包裝機(jī)），這可簡(jiǎn)化包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)，最終通過(guò)一條生產(chǎn)線來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化;二是增添包裝機(jī)的功能和適用范圍，讓包裝機(jī)完成多功能包裝（如包裝、熱封、貼簽、分類(lèi)等）或多種類(lèi)包裝，增加包裝機(jī)的適用性，但這種包裝機(jī)結(jié)構(gòu)比前一種復(fù)雜，制造成本也高。兩者相較，小型專(zhuān)用包裝機(jī)更符合我國(guó)國(guó)內(nèi)小型生產(chǎn)企業(yè)的需求。作者設(shè)計(jì)精密鋼球成袋無(wú)損包裝新設(shè)備，可以實(shí)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(gè)或幾個(gè)一組人工包裝）的無(wú)損包裝，并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，自動(dòng)化程度較高。

1? 鋼球包裝機(jī)總體要求

根據(jù)中國(guó)軸承工業(yè)協(xié)會(huì)的要求，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需求，確定精密鋼球無(wú)損包裝機(jī)的總體要求：

①根據(jù)行業(yè)要求，包裝鋼球要自動(dòng)化、無(wú)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(duì)鋼球滾動(dòng)體表面粗糙度要求很高，在包裝過(guò)程中，鋼球不允許與金屬直接接觸，并且跌落差不能超過(guò)20cm。

③適用于鋼球直徑Φ3.9mm-Φ9.525mm包裝。

具體指標(biāo)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(shí)間應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不超過(guò)2min。

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

⑤該設(shè)備自動(dòng)化程度高，鋼球成袋后，應(yīng)自動(dòng)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(duì)設(shè)備要求較高，一般設(shè)備較復(fù)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(jìn)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(lái)選配，包裝袋的長(zhǎng)度以合作企業(yè)需求的容積為參考。

2.2 鋼球自動(dòng)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)及操作步驟

鋼球自動(dòng)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(shí)，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(yīng)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(zhǎng)度由所包裝物料的外形尺寸確定。

②步進(jìn)電機(jī)9通過(guò)滾珠絲桿帶動(dòng)上下移動(dòng)板5下移至撐袋滑塊15-1中間部位，夾持機(jī)械手4（隨上下移動(dòng)板5上下運(yùn)動(dòng)）閉合，夾緊塑料薄膜和內(nèi)部的撐袋滑塊，并隨著夾持機(jī)械手4（被上下移動(dòng)板5帶動(dòng)）向上運(yùn)動(dòng)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?jī)蓚?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(kāi)，為注入鋼球做準(zhǔn)備。如圖3上部所示。

③氣缸帶動(dòng)夾持機(jī)械手4張開(kāi)，松開(kāi)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(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)板5向下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)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(dòng)下熱封及切斷6閉合，同時(shí)，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(shí)熱封塑料袋下邊緣。

⑥此時(shí)塑料袋上口處于開(kāi)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(kāi)口處倒入，如圖3所示。

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

⑧把包裝袋（此時(shí)塑料袋下端已熱封）推出。推出機(jī)構(gòu)由小型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)推板把裝有鋼球的包裝袋推出。重復(fù)以上過(guò)程就可實(shí)現(xiàn)連續(xù)包裝。

因?yàn)殇撉蚴菑纳戏阶⑷氚b袋，所以防止鋼球在下落時(shí)把熱封后的袋底沖破，同時(shí)避免鋼球下落高度過(guò)高（20cm）而導(dǎo)致互相撞擊傷球，在注入鋼球之前，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下移動(dòng)板5上升至合適高度（距離注球口小于20cm），閉合夾持機(jī)械手4作為緩沖板。隨包裝袋中的鋼球不斷增多，上下移動(dòng)板5緩慢下移（保證跌落差小于20cm）至袋底部。這樣注球時(shí)，鋼球下落的高度被降低，保護(hù)鋼球和袋底。

整個(gè)包裝過(guò)程中執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)與熱封時(shí)間都由系統(tǒng)控制。

3? 本設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)

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(shí)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(shí)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(chǎng)上有些塑料袋是采用三次熱封（由一層薄膜對(duì)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(jìn)行兩次熱封（上熱封和下熱封及切斷）就可制成一個(gè)密封的塑料袋。并且經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱封時(shí)間為3.1s最合適。如果熱封時(shí)間過(guò)短，就會(huì)造成塑料袋密封不牢固，熱封處容易開(kāi)口;而熱封時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致塑料薄膜熱封處過(guò)熱，塑料薄膜融化，起不到密封作用。

3.2 大重量無(wú)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(guò)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(lèi)型的包裝機(jī)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(guò)程中，鋼球滾動(dòng)的路徑?jīng)]有與金屬直接接觸，并且在注球過(guò)程中，移動(dòng)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(gè)高度是不會(huì)損傷鋼球表面的）。

3.3 撐袋滑塊機(jī)構(gòu)

本設(shè)備采用從下向上拽袋的方式，通過(guò)上下熱封及切斷的方法來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)袋口撐開(kāi)，這種方法（撐袋滑塊機(jī)構(gòu)）在國(guó)內(nèi)外尚屬首見(jiàn)。

4? 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備可以實(shí)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(gè)或幾個(gè)一組人工包裝）的無(wú)損包裝，并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，包裝過(guò)程自動(dòng)化。本設(shè)備不但可以代替人工包裝或者半自動(dòng)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(jì)效益，而且符合我國(guó)從傳統(tǒng)工業(yè)向自動(dòng)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的方向。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]曹恒，何立東，陳誠(chéng).脈沖式熱封機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014（07）：140-144.

[3]王鵬.基于運(yùn)動(dòng)視覺(jué)技術(shù)的鋼球表面缺陷檢測(cè)[M].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.