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        新型激光沖淬金屬針布齒條聯(lián)合線的研究與設(shè)計

        2021-04-06 05:17:50于月琴馬海波金輪針布
        紡織器材 2021年1期
        關(guān)鍵詞:放料齒條淬火

        王 軍,于月琴,陶 偉,馬海波(.金輪針布

        (江蘇)有限公司 梳理技術(shù)研究部,江蘇 南通 226009;2.華潤建筑有限公司,廣東 深圳 518000)

        1 現(xiàn)有沖淬金屬針布齒條聯(lián)合線流程及存在問題

        為了獲得優(yōu)質(zhì)高效的成紗質(zhì)量,要求梳理用金屬針布具備良好的穿刺與分梳能力、握持與釋放能力,以及良好的鋒利度和耐磨性,這些均取決于金屬針布齒條的制造精度和工藝水平[1]。

        沖淬聯(lián)合線是制造金屬針布齒條的流水生產(chǎn)線,主要包括放料、校直、沖齒、淬火、圖像測量和卷繞包裝等工序。生產(chǎn)線的設(shè)計原理、工藝流程、加工精度以及員工操作水平,均會影響金屬針布齒條的質(zhì)量和生產(chǎn)效率;其中,沖齒和淬火是生產(chǎn)線最重要的工序。沖齒工序采用高速旋沖設(shè)備,沖切出尺寸、形狀一致的齒形;淬火工序要保證幾千米長度的金屬針布齒條在一定速度下運行,齒形部分淬火穩(wěn)定。為此,應(yīng)選擇精度較高的伺服電機,保證沖齒設(shè)備的旋轉(zhuǎn)精度和牽料設(shè)備的進給精度,使兩設(shè)備協(xié)調(diào)同步,保證產(chǎn)品的一致性[2]。

        目前,主流金屬針布齒條制造企業(yè)的設(shè)備效率、精度、自動化以及智能化水平已有大幅度提高,但仍然存在一些弊端:如放料料盤小,影響生產(chǎn)效率,增加工人上料強度;淬火采用的火焰工藝不穩(wěn)定,環(huán)境污染較大;無在線監(jiān)測功能,生產(chǎn)異常時無法及時解決,容易造成質(zhì)量問題和經(jīng)濟損失。

        筆者提出新型激光沖淬聯(lián)合生產(chǎn)線設(shè)計思路,通過采用最新的激光淬火工藝和圖像測量技術(shù),提升金屬針布齒條的質(zhì)量與生產(chǎn)效率,達到降低成本、提升效率、減少勞動力資源消耗等目的。

        2 新型激光沖淬聯(lián)合線工藝過程與設(shè)備功能

        2.1 工藝過程

        金屬針布齒條參數(shù)包括:前角、齒尖角、齒距、基部厚度、齒頂長、齒高和齒深,等。適當?shù)那敖怯欣谔岣呤崂懋a(chǎn)量;齒尖角與針布的穿刺能力有關(guān);齒距和基部厚決定金屬針布的齒密,對梳理效能有直接影響;齒頂長與穿刺能力和抓取纖維能力有關(guān);齒高和齒深影響齒的強度和齒隙容纖量[3]。根據(jù)以上齒形特征對生產(chǎn)線工藝和設(shè)備功能提出要求。

        新型激光沖淬金屬針布齒條聯(lián)合線的主要工藝包括放料、校直、沖齒、激光淬火(含高頻退火和高頻回火功能)、圖像測量和卷繞包裝等,附有控制電柜和排煙裝置。放料和卷繞包裝工序是該生產(chǎn)線的開始和結(jié)束工序,放料設(shè)備中的來料是前道工序——軋制生產(chǎn)線的半成品坯條,放料機需人工上料;卷繞包裝后的產(chǎn)品即為成品,只需掃碼入庫即可。

        2.2 設(shè)備功能要求

        根據(jù)金屬針布齒條制造工藝流程要求,生產(chǎn)線應(yīng)具備以下主要功能。

        a) 經(jīng)前道軋制的半成品坯條為盤狀卷料,放料機應(yīng)適應(yīng)各類盤料的安裝,具備主動放料與急停功能。

        b) 放料設(shè)備前需設(shè)置牽料校直機構(gòu),作為牽引產(chǎn)品的第1道動力源,對坯條進行校直,保證進入后道沖齒工序半成品坯條的通徑水平。

        c) 坯條校直后進行連續(xù)旋轉(zhuǎn)沖切,旋沖機構(gòu)由高扭矩變頻電機與高精度旋轉(zhuǎn)編碼器共同驅(qū)動,沖切模具根據(jù)產(chǎn)品齒形進行設(shè)計;沖齒設(shè)備中的牽料機構(gòu)作為第2道動力源。

        d) 經(jīng)過沖切成型的金屬針布齒條需經(jīng)熱處理,生產(chǎn)線中需配備退火、淬火以及回火工藝用設(shè)備;該工序的牽料機構(gòu)作為第3道動力源。

        e) 為實現(xiàn)金屬針布齒條質(zhì)量在線控制,避免有質(zhì)量問題的針布齒條流入包裝工序,應(yīng)設(shè)置在線圖像測量工序,通過滿足高速攝像并有效識別的CCD裝置,及時發(fā)現(xiàn)異常齒形,發(fā)出報警。

        f) 經(jīng)過熱處理的金屬針布齒條最終進入包卷工序,包卷裝置應(yīng)滿足寬度均布、疊層排布的要求,且層與層之間需要墊有防護紙。

        g) 具備成品卷裝稱量功能,卷裝料達標時應(yīng)能對現(xiàn)場人員進行報警提示,進行下料操作。

        h) 沖切和熱處理工序易產(chǎn)生油煙或油霧,沖淬線需安裝排油煙管道。

        3 方案設(shè)計

        根據(jù)新型金屬針布齒條沖淬聯(lián)合線各工步、工序要求,將生產(chǎn)線功能劃分為放料機(含急停阻尼機構(gòu))、校直牽料機(含張力控制)、沖模設(shè)備(含牽料機構(gòu)及張力控制)、激光淬火處理機(含退火前校直、清潔及張力控制)、圖像測量設(shè)備、卷繞包裝機(含墊紙、切紙及送紙機構(gòu))、稱量設(shè)備、排油煙管道等;另外,還需要有電氣控制系統(tǒng)和氣動執(zhí)行系統(tǒng)。圖1為金屬針布齒條沖淬聯(lián)合線的整體布局示意。

        1—放料機;2—校直牽料機;3—沖齒機;4—激光淬火+圖像識別;5—電箱;6—卷繞包裝機;7—排煙管道。

        3.1 放料機

        放料機主要用于來料卷放,設(shè)計時應(yīng)考慮其運行的同步性、穩(wěn)定性以及高精度主動放料功能,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        1—傳動部件;2—主軸部件;3—剎車部件;4—輕便卸料;5—壓板;6—襯套;7—螺釘;8—墊片。

        放料機機座符合工程學外形,底部設(shè)有自由移動的萬向腳輪。傳動部件通過皮帶輪傳動來驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。電機與傳動部件間用電磁離合器連接,工作時電磁離合器閉合,電機與傳動部件連接,動力輸出;停止時電磁離合器斷開,氣缸在電磁閥作用下輸出阻尼,主軸在剎車部件的阻尼作用下停止轉(zhuǎn)動。主軸部件主要由兩連接軸組成,一端連接料盤,一端傳遞動力。

        3.2 校直牽料機

        校直牽料機作為金屬針布齒條沖淬聯(lián)合線中牽引產(chǎn)品的第1道動力源,主要用于牽引及來料校直,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        動力機構(gòu)作為沖切設(shè)備的動力源,通過皮帶輪機座為校直牽料機底部支承結(jié)構(gòu)件;張力機構(gòu)調(diào)節(jié)控制沖淬線中坯條的張緊度,以保持坯條一直處于繃緊狀態(tài);牽料機構(gòu)作為動力源,牽引坯條以一定速度向前運動;校直機構(gòu)由多道交錯輥輪組成,對坯條進行校直,提高進入下道工序的坯條質(zhì)量。

        1—牽料機構(gòu);2—電控盒;3—機座;4—張力機構(gòu);5—校直機構(gòu)。

        3.3 沖切設(shè)備

        沖切設(shè)備是影響金屬針布齒條質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵設(shè)備。坯條在均勻牽引的條件下,由沖切模具沖切出齒高、齒距均勻一致的齒形,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        1—沖模機構(gòu);2—牽料機構(gòu);3—電控盒;4—機座;5—動力機構(gòu);6—張力機構(gòu)。

        帶動上模旋轉(zhuǎn),對坯條進行沖切成型。張力機構(gòu)調(diào)節(jié)控制坯條的張緊度,保持坯條緊繃。牽料機構(gòu)作為第2道動力源,牽引金屬針布齒條勻速向前運動。沖模機構(gòu)為上模旋轉(zhuǎn)沖切,下模調(diào)節(jié)模具間隙;整個沖切設(shè)備中的牽料與沖模動作必須同步且一致;如牽料打滑或者沖??D,會造成局部齒形不一致。

        沖切設(shè)備的設(shè)計水平?jīng)Q定整條線的生產(chǎn)速度。假設(shè)金屬針布齒條齒距為p(mm)、旋轉(zhuǎn)沖模數(shù)量為n(個)、旋沖機構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速為m(r/min),則設(shè)備整條線速度v為:

        當金屬針布齒條齒距為2 mm,沖模數(shù)量為4個,主軸轉(zhuǎn)速為2800 r/min時,整條線的速度v為22.4 m/min。

        3.4 激光淬火處理機

        激光淬火處理機是沖淬線金屬針布齒條硬度、晶粒度及壽命等性能指標的重要保障設(shè)備,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        1—牽料機構(gòu);2—回火處理裝置;3—熱風烘干機;4—激光淬火裝置;5—退火處理裝置;6—激光水冷機;7—機座;8—導向裝置;9—調(diào)速機構(gòu);10—水冷油箱;11—回火油箱。

        激光淬火處理機中的牽料機構(gòu)作為第3道動力源,保持針布齒條的勻速進給運動;牽料機構(gòu)進給速度的均勻性可保證淬火質(zhì)量的穩(wěn)定性?;鼗鹛幚硌b置能消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力,提高產(chǎn)品的韌性和壓延性。張力機構(gòu)作用同前道工序。激光淬火設(shè)備選用成熟的LED激光器作為淬火源,高精度電驅(qū)平臺控制激光器xyz三軸位移及xy面旋轉(zhuǎn),優(yōu)化生產(chǎn)線操作環(huán)境,提高齒條質(zhì)量與壽命。本工序相關(guān)外購設(shè)備參數(shù)見表1。

        表1 激光淬火處理機外購設(shè)備參數(shù)表

        3.5 圖像測量系統(tǒng)

        本設(shè)計的圖像測量系統(tǒng)能夠滿足最大速度為45 m/min時圖像的拍攝與測量,測量數(shù)值極差約為0.03 mm,且能設(shè)定抽檢頻次、數(shù)據(jù)標準(包含公差設(shè)定),不合格則自動判斷、報警,還能進行圖片和數(shù)據(jù)的存儲。該圖像測量系統(tǒng)主要包括:測量儀器、固定座、吹風清潔、環(huán)形氣簾、密封罩以及定位裝置等,如圖6所示。

        1,4—定位裝置;2—測量儀器;3—調(diào)節(jié)架。

        測量儀器為圖像測量系統(tǒng)的核心部件,包括測量頭、放大器及主機,用于產(chǎn)品的投影、拍攝及數(shù)據(jù)處理等。密封罩用于保護測量部件不被污染,增加檢測的精度,延長使用壽命。保護罩內(nèi)通壓縮空氣,保證內(nèi)部正壓。定位裝置用于保證圖像測量的穩(wěn)定性和精確度。密封罩、吹風清潔與環(huán)形氣簾全部用于保證測量系統(tǒng)處在正壓環(huán)境下工作,有利于提高測量精度。

        3.6 卷繞包裝機

        卷繞包裝機為針布齒條下料前的包裝環(huán)節(jié),主要完成針布齒條的排料、收卷料及隔層墊防護紙功能,其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

        1—送紙機構(gòu);2—傳動機構(gòu);3—切紙機構(gòu);4—電子秤;5—機座;6—導紙機構(gòu);7—張力機構(gòu);8—導向機構(gòu)。

        傳動機構(gòu)作為料盤旋轉(zhuǎn)的動力輸出,保證收料盤按照預(yù)定速度收卷料;電子秤實現(xiàn)在線稱量、達到規(guī)定質(zhì)量后提醒功能;導向機構(gòu)牽引針布齒條左右擺動,進行寬度方向的排料,能隨盤料卷繞直徑增大而抬高;切紙機構(gòu)通過輥輪式傳輸,依靠摩擦力進行防護紙的供給,并按照現(xiàn)有卷料直徑定長切斷;導紙機構(gòu)實現(xiàn)切紙預(yù)存功能,使紙張保持一定張力;送紙機構(gòu)采用大行程氣缸,當氣缸下壓與料盤接觸,帶動防護紙卷入。

        3.7 其他部件

        其他部件包括排煙設(shè)備、水路、高低壓氣路及電控線路等。其中,管路的各支路按照工序要求設(shè)置,排煙設(shè)備由1根總管和3根支管及吸風罩組成,分別位于沖齒、激光熱處理和退火處,管道通過吊箍固定于廠房屋面。排煙裝置結(jié)構(gòu)見圖8。

        1—吸煙罩;2—管道;3—吊箍。

        4 結(jié)論

        4.1新型激光沖淬金屬針布齒條聯(lián)合線具備主動放料、主動牽料(含3道牽引動力)、旋轉(zhuǎn)沖切、激光淬火、圖像測量、自動墊防護紙、自動排料及在線稱量等功能,除上下料需要人工外,其余工序基本實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

        4.2該聯(lián)合線采用最新激光淬火工藝,使金屬針布齒條性能得到提升,生產(chǎn)過程中無大量燃燒氣體產(chǎn)生,基本無污染。

        4.3該聯(lián)合線應(yīng)用圖像測量系統(tǒng),對金屬針布齒條質(zhì)量能進行在線控制,具有齒形異常在線報警功能,避免了不合格品流入市場造成質(zhì)量事故和售后客戶投訴,提高企業(yè)經(jīng)濟效益和信譽度。

        4.4沖齒設(shè)備為該聯(lián)合線速度控制點,其旋沖機構(gòu)的驅(qū)動電機與沖模數(shù)量決定了整條線的速度;可從提高驅(qū)動電機速度和增加沖模數(shù)量兩方面提高整條線速度,以提升整條線生產(chǎn)效率。

        4.5與原有沖淬設(shè)備相比,現(xiàn)場操作環(huán)境得到改良,產(chǎn)品性能與質(zhì)量得到提高,經(jīng)濟效益增加,為金屬針布齒條生產(chǎn)線的研發(fā)提供了方向性參考。

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