陳亦兵

(浙江恒久機(jī)械集團(tuán)有限公司， 浙江 諸暨 311800)

0 引 言

輸送用平頂鏈，也稱(chēng)為鉸卷式平頂鏈，分為直行平頂鏈和側(cè)彎平頂鏈。常用來(lái)輸送玻璃瓶、金屬易拉罐、各種塑料容器及包裹，也可以輸送自動(dòng)餐飲食品與機(jī)器零件[1]，主要應(yīng)用于啤酒、飲料、素食等自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備上。平頂鏈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)直輸與曲輸?shù)慕Y(jié)合，可以大大節(jié)省諸如運(yùn)行軌跡不呈直線(xiàn)的灌裝線(xiàn)等生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備的費(fèi)用，故在平面既有直線(xiàn)輸送又有曲線(xiàn)輸送場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用[1]。

輸送平頂鏈主要利用其鏈板平面承托諸如瓶、罐、盒等輕型物品進(jìn)行輸送，而且其實(shí)際應(yīng)用時(shí)，大多為多排鏈組合[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外啤酒、飲料等行業(yè)飛速發(fā)展，輸送線(xiàn)不斷加長(zhǎng)、速度不斷加快、產(chǎn)能迅速提升，目前世界上最先進(jìn)的吹連灌三位一體機(jī)設(shè)備，將吹瓶、灌裝、旋蓋三工序合為一體，每臺(tái)產(chǎn)能達(dá)到72 000瓶/h。故對(duì)輸送平頂鏈的諸如輸送平穩(wěn)性、耐磨性等質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求，而輸送平頂鏈的質(zhì)量水準(zhǔn)取決于平頂鏈鏈板的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，因此提高平頂鏈鏈板的質(zhì)量水平，是提高輸送平頂鏈質(zhì)量水準(zhǔn)的有效途徑。

此文主要從鏈板結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝等方面的改進(jìn)，來(lái)提升平頂鏈的強(qiáng)度、耐磨性和高速運(yùn)行平穩(wěn)性，從而達(dá)到提高生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量和效率。

1 目前國(guó)內(nèi)外輸送平頂鏈的現(xiàn)狀

輸送平頂鏈由鏈板(即承載平板)和銷(xiāo)軸兩個(gè)基本零件組成(如圖1)。平頂鏈的銷(xiāo)軸穿過(guò)兩鏈板相互交錯(cuò)的鉸卷孔，并應(yīng)保證銷(xiāo)軸在活動(dòng)鉸卷孔內(nèi)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，而在固定鉸卷孔內(nèi)不得轉(zhuǎn)動(dòng)及軸向竄動(dòng)[2]。

圖1 鏈條結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)平頂鏈的最高允許線(xiàn)速度只能達(dá)到80 m/min，超過(guò)這個(gè)速度，作為輸送帶的平頂鏈就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈抖動(dòng)，輸送的物品就會(huì)發(fā)生倒塌，同時(shí)傳動(dòng)噪聲也急劇加大。而國(guó)外歐標(biāo)高質(zhì)量平頂鏈能夠在120 m/min的速度下達(dá)到運(yùn)行平穩(wěn)正常，而且同規(guī)格鏈條在同等運(yùn)行條件下，輸送物品的數(shù)量可達(dá)到國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品極限值的1.5倍以上，則意味著鏈條的強(qiáng)度值也在國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的1.5倍以上。同時(shí)根據(jù)市場(chǎng)信息反饋，國(guó)外品牌輸送平頂鏈的使用壽命一般都在國(guó)內(nèi)品牌產(chǎn)品的3倍以上。顯而易見(jiàn)，國(guó)外品牌平頂鏈在抗磨損、耐腐蝕等方面也優(yōu)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。

浙江恒久機(jī)械集團(tuán)有限公司自1980年始就開(kāi)發(fā)生產(chǎn)銷(xiāo)售不銹鋼平頂鏈，是GB/T 4140-2003《輸送用平頂鏈和鏈輪》標(biāo)準(zhǔn)的起草單位[3]。40多年來(lái)，公司通過(guò)技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)積累、設(shè)備提升等多種手段，不斷提高輸送平頂鏈的質(zhì)量層次，其制造工藝技術(shù)和市場(chǎng)銷(xiāo)售額在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，但與國(guó)外知名品牌還存在較大差距。

2 高端輸送平頂鏈鏈板的設(shè)計(jì)改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)

高端鏈傳動(dòng)主要指高速度、高強(qiáng)度、高精度、高疲勞、高耐磨、耐腐蝕、耐高溫、低噪音、耐劇烈沖擊以及耐其它嚴(yán)酷工況等性能優(yōu)異的高可靠性產(chǎn)品系列，這些產(chǎn)品系列可以是上述某一高端性能特征，也可以是上述幾種高端性能的組合特征[4]。公司設(shè)計(jì)研發(fā)成功的輸送平頂鏈具有高強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、高精度的性能，能滿(mǎn)足高速度平面輸送，當(dāng)屬高端鏈傳動(dòng)產(chǎn)品。

2.1 設(shè)計(jì)改進(jìn)

如圖2所示為輸送用平頂鏈鏈板的產(chǎn)品圖樣。

圖2 鏈板產(chǎn)品圖

鏈板平面度是評(píng)定平頂鏈產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的尺寸參數(shù)指標(biāo)，直接影響鏈條的使用效果。根據(jù)平頂鏈產(chǎn)品的使用特性，為減少相鄰鏈板間的高度差所帶來(lái)的卡阻現(xiàn)象、提高鏈條的運(yùn)行平穩(wěn)性，鏈板工作表面設(shè)計(jì)成僅允許中間凸起的單向平面主誤差結(jié)構(gòu)(如圖3、4)。并將鏈板的平面度由原來(lái)的11級(jí)精度提高到10級(jí)精度。

根據(jù)多年來(lái)公司平頂鏈產(chǎn)品在客戶(hù)中的使用情況分析匯總，并對(duì)國(guó)外知名品牌的平頂鏈樣品進(jìn)行分析比較，對(duì)高端輸送平頂鏈產(chǎn)品引人鏈板活動(dòng)鉸卷頂面B處的最大彎曲值(如圖5)、相鄰鏈板的平整度(如圖6)、相鄰鏈板鉸卷處的平整度(如圖7)質(zhì)量指標(biāo)，將其精度等級(jí)選取為10級(jí)精度。

圖3 鏈板縱向結(jié)構(gòu) 圖4 鏈板橫向結(jié)構(gòu)

圖5 鏈板活動(dòng)鉸卷頂面B處的最大彎曲值

圖6 相鄰鏈板的平整度 圖7 相鄰鏈板鉸卷處的平整度

由于鏈板表面的形狀誤差、鉸卷中心線(xiàn)與鏈板工作表面間的誤差，易導(dǎo)致相鄰鏈板間出現(xiàn)高度差。雖然提高了鏈板平面度、相鄰鏈板間的平整度精度，只是減少了高度差，但無(wú)法避免。這樣鏈條在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于所輸送物品與鏈傳動(dòng)速度的不同步，鏈板間的高度差易損壞所輸送物品的底部或?qū)е螺斔臀锲返顾?。以前鏈板工作面四周端面的倒邊采用斜面或圓弧面，這種倒邊由于過(guò)渡不順滑，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)完全消除不了鏈板高度差所帶來(lái)的影響，特別是在輸送物品較輕、高速工況下，高度差帶來(lái)的影響尤為明顯。將倒邊方式改為橢圓式倒角能明顯的消除高速運(yùn)行情況下鏈板高度差所帶來(lái)的影響(如圖8)。

圖8 鏈板端面倒邊形狀比較

2.2 材料選用

因輸送平頂鏈?zhǔn)褂脮r(shí)，經(jīng)常要與食品、藥物或液態(tài)物質(zhì)接觸，所以平頂鏈鏈板材料用不銹鋼制造居多[5]。不銹鋼平頂鏈的技術(shù)性能主要取決于其原材料和制造過(guò)程的工藝技術(shù)水平。不同的金屬材料特性決定了平頂鏈產(chǎn)品的適用環(huán)境和工況條件。目前，國(guó)內(nèi)不銹鋼平頂鏈?zhǔn)褂玫逆湴宀牧嫌蠥NSI420、ANSI430、ANSI304。公司研發(fā)的高端輸送平頂鏈既要具備耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度，又要保證材料在加工過(guò)程中的塑變要求。選用綜合機(jī)械性能俱佳的1.4589鐵素體耐蝕鋼。按EN 10088-2:2014(E)一般用途耐腐蝕鋼板和帶鋼的交貨技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2[6]所列。

表1 1.4589鐵素體耐蝕鋼的化學(xué)成分

表2 1.4589鐵素體耐蝕鋼在退火狀態(tài)下室溫力學(xué)性能和抗晶間腐蝕能力

2.3 模具工藝改進(jìn)

2.3.1 倒邊模的結(jié)構(gòu)變化

以往的倒邊模結(jié)構(gòu)中間是平的，當(dāng)鏈板工作表面出現(xiàn)不平整時(shí)，難以保證鏈板中間向材料外凸起的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在倒邊模具中間加裝類(lèi)似橢圓面的中間凸起頂塊，頂塊略高出倒邊平面。這種結(jié)構(gòu)使得鏈板中間部位始終較四周邊緣略高，中間保持凸起，能滿(mǎn)足前述圖2、圖3所示的鏈板平面設(shè)計(jì)要求。模具結(jié)構(gòu)對(duì)比、導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 倒邊模改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)對(duì)比和導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)

2.3.2 卷圓工藝及模具的改進(jìn)

常見(jiàn)的鉸鏈彎曲卷圓的原理采用推圓法，分立式卷圓和臥式卷圓兩種[7]。傳統(tǒng)的輸送平頂鏈鉸卷加工方式采用鋼帶沖制后在壓力機(jī)上進(jìn)行立式卷圓，卷圓后再用鉆頭擴(kuò)孔的方法加工[8]。落后的立式卷制過(guò)程中鏈板承載面受到成型力的作用產(chǎn)生不平整，鉸卷擴(kuò)孔時(shí)鉸卷區(qū)部厚度被切削較多，導(dǎo)致鉸卷區(qū)部強(qiáng)度降低。

隨著設(shè)備輸送線(xiàn)的加長(zhǎng)、運(yùn)行速度的加快，顯然，傳統(tǒng)的鉸卷加工方式所生產(chǎn)的鏈板平面度、鉸卷圓度滿(mǎn)足不了當(dāng)今高速長(zhǎng)輸送線(xiàn)平穩(wěn)性的要求。我們經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)、反復(fù)驗(yàn)證，現(xiàn)將鉸卷卷圓方式改為臥式卷制，并增加預(yù)彎、一卷、二卷工序，最后采用芯棒伸入鉸鏈孔校正成型(如圖10)，消除傳統(tǒng)卷圓工藝形成的內(nèi)孔三角形與橢圓缺陷。這種工藝生產(chǎn)的鏈板平面度好，鉸鏈孔達(dá)到準(zhǔn)確的孔徑尺寸和近乎完美的圓度精度，從而保證鉸鏈孔與銷(xiāo)軸的表面接觸面積。

圖10 鏈板鉸鏈孔卷圓過(guò)程

預(yù)彎是將落料倒邊好的鏈板頭部先預(yù)彎曲成型，在預(yù)彎工序中，彎曲的端部α=75°～80°的圓弧量一般不易成型，故將凹模的圓弧中心向里偏移Δ值，使其局部材料擠壓成型，便于卷圓[9]。鉸鏈卷圓，當(dāng)r/t>0.5且卷圓質(zhì)量要求較高時(shí)，在預(yù)彎后再取二道工序卷圓，鉸鏈卷圓件的回彈隨r/t比值而增加，故卷圓凹模尺寸應(yīng)比鉸鏈外徑小0.2～0.5 mm[10]。平頂鏈銷(xiāo)軸直徑為6.35，鏈板厚度為3.1，r/t=3.175/3.1=1.024>0.5，故增加兩道工序(一卷、二卷)后進(jìn)行卷圓。預(yù)彎模具尺寸如圖11。

圖11 鉸鏈孔預(yù)彎模具尺寸

輸送平頂鏈鉸卷孔傳統(tǒng)的卷圓方式(立式、二道彎曲)與先進(jìn)的卷圓方式(臥式、四道彎曲)的對(duì)比見(jiàn)圖12。

圖12 鉸卷孔傳統(tǒng)卷圓方式與先進(jìn)卷圓方式對(duì)比

3 性能對(duì)比

高端輸送平頂鏈鏈板通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，并與其他不銹鋼材質(zhì)的輸送平頂鏈鏈板進(jìn)行數(shù)據(jù)比較的結(jié)果如下。

3.1 強(qiáng)度對(duì)比

由于鏈板鉸卷端呈無(wú)約束的開(kāi)放狀態(tài)，鏈板的拉伸強(qiáng)度主要取決于鏈板材料的屈服強(qiáng)度，基于平頂鏈鏈板的卷制開(kāi)式結(jié)構(gòu)，定義為鏈條失效伸長(zhǎng)量不大于鏈條名義長(zhǎng)度3%的可靠性運(yùn)行條件下的強(qiáng)度為鏈條的實(shí)際屈服強(qiáng)度值。不同材料的鏈板在WE-300萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖13。

圖13 不同材料鏈板強(qiáng)度對(duì)比

3.2 抗腐蝕性能對(duì)比

通過(guò)JW-60-SS鹽水噴霧試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)，符合GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)[11]中NSS中性鹽霧試驗(yàn)條件，不同材料的鏈板首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕的連續(xù)霧化時(shí)間如圖14。

圖14 不同材料鏈板抗腐蝕性能對(duì)比

3.3 抗磨損性能對(duì)比

鏈板的抗磨損性能主要取決于鏈板的表面硬度和表面粗糙度。不同材料鏈板的表面硬度范圍和表面粗糙度最大值如圖15。

圖15 不同材料鏈板抗磨損性能對(duì)比

3.4 現(xiàn)場(chǎng)使用綜合性能對(duì)比

如圖16所示為兩張對(duì)照?qǐng)D片。

圖16 改進(jìn)前后鏈條使用情況對(duì)照?qǐng)D

圖16(a)為普通輸送平頂鏈，鏈板材質(zhì)為430，應(yīng)用在4.8萬(wàn)瓶/h、傳送線(xiàn)速度80 m/min的灌裝設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)上運(yùn)行1年的圖片；圖(b)為高端輸送平頂鏈，鏈板材質(zhì)為1.458 9，應(yīng)用在6萬(wàn)瓶/h、傳送線(xiàn)速度120 m/min的灌裝設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)上運(yùn)行2年的圖片。使用一定時(shí)間后，鏈板的磨損量、耐腐蝕性等性能指標(biāo)對(duì)比明顯。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)提高鏈板設(shè)計(jì)要求、選用綜合性能優(yōu)異的1.458 9鐵素體耐蝕鋼材料，提高鏈板制造工藝水平研發(fā)的高端輸送平頂鏈，經(jīng)寧波天魚(yú)機(jī)械有限公司應(yīng)用在6萬(wàn)瓶/h輸送量，傳送線(xiàn)速度達(dá)120 m/min的自動(dòng)灌裝高速度設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)上,經(jīng)過(guò)3年的運(yùn)行情況證明：新研發(fā)的高端輸送平頂鏈運(yùn)行順暢、平穩(wěn)可靠，具備高磨損、耐腐蝕、高精度的特點(diǎn)，達(dá)到行業(yè)內(nèi)高端鏈傳動(dòng)產(chǎn)品的質(zhì)量水準(zhǔn)。公司通過(guò)自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了自主品牌的品質(zhì)提升，并躋身國(guó)際平頂鏈的高端市場(chǎng)，拉動(dòng)了公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、轉(zhuǎn)型與升級(jí)。1.458 9鐵素體耐蝕鋼材料目前不僅應(yīng)用在平頂鏈產(chǎn)品上，還推廣應(yīng)用到其他諸如不銹鋼鏈條、洗瓶機(jī)鏈、水處理鏈等要求高性能的產(chǎn)品上，鉸鏈孔的臥式卷制技術(shù)也在套管彎曲卷制中得到推廣運(yùn)用。