防火板阻燃環(huán)裝配一體機設計

索海生，侯志堅，陳傳明

(1.山大魯能信息科技有限公司，山東濟南 250100;2.濟南大學機械工程學院，山東濟南 250022)

木材是天然環(huán)保節(jié)能材料，兼有保溫隔音功能，其柔韌優(yōu)于其他材料，可以吸收并消散能量，對于瞬間沖擊荷載和周期性疲勞破壞有很強的抵抗能力，抗震性能明顯優(yōu)于其他材料，因此在地震高發(fā)地區(qū)(如日本)常用木材建造住宅。木材防火性能差，室內裝修多采用類似石膏板的防火材料，但是完整的防火裝飾板不能透氣，室內通風效果不好，需要在防火板材上鉆多個通孔再使用(見圖1)。帶孔的裝飾防火板材也有缺點:如果發(fā)生火災，空氣容易通過小孔進入室內，火勢蔓延加快，再就是鉆孔后外觀不好看。日本SGC 株式會社研制了新型阻燃材料，其受熱后體積迅速膨脹，將這種材料做成圓環(huán)狀阻燃環(huán)，塞入防火板通風孔中，阻燃環(huán)內孔能夠通風，如果發(fā)生火災阻燃環(huán)可迅速膨脹將小孔閉合，阻斷空氣進入室內，延緩火勢蔓延速度，為人們逃生爭取盡可能多的時間。阻燃環(huán)顏色多樣，通風孔位置可設計成多種圖案，大大增加裝飾美觀效果。防火裝飾板的制作工序包括:在防火板上鉆階梯孔，由條形型材切割阻燃環(huán)，將阻燃環(huán)裝入防火板材小孔中等。由于工序繁瑣且圖案多樣，完全靠手工操作無法滿足制作效率要求，必須由自動化設備完成以上工序。該防火板阻燃環(huán)裝配一體機正是為國外客戶設計。

圖1 新型防火裝飾板

1 專用裝配一體機設計

1.1 功能要求

本機需滿足以下要求:(1)鉆多孔。在長度2 000 mm、寬度為1 000 mm、厚度為12 mm 的防火板上鉆多個階梯孔(約2 000～2 500 個)，階梯孔大徑φ11 mm、深10 mm，小徑φ9mm、通孔，孔距一般為標準值;(2)自動切割阻燃環(huán)。阻燃環(huán)外徑φ12 mm，內徑φ9 mm，厚度4 mm，直接由長管狀空心坯料切割而成;(3)自動裝填阻燃環(huán)。自動將阻燃環(huán)放置在已鉆孔處，壓頭將阻燃環(huán)壓入孔中并使上面與板表面平齊;(4)效率要求。每板鉆孔時間不超2 min，完成所有裝配工作時間不超2.5 min。

1.2 設備布局及工作原理

針對自動化程度及加工效率要求，宜采用工序集中原則，即鉆孔、切割和裝配阻燃環(huán)均在同一臺設備上完成，使基本時間與輔助時間重疊，提高工作效率。該裝配一體機布局如圖2 所示:整機主要由封閉式機架1、移動工作臺2、送料托盤4、阻燃環(huán)切斷機5、阻燃環(huán)擠壓機6 及多軸鉆孔機7 等組成。工作臺可在十字導軌上運動，防火板固定在工作臺上，多軸鉆一次可鉆出16 孔，切斷機將條狀坯料切成阻燃環(huán)，送料托盤移動將阻燃環(huán)送到孔正上方位置，擠壓機將阻燃環(huán)壓入孔中，各運動均由伺服電機或步進電機驅動滾珠絲杠，滾動導軌導向，保證相對位置及運動關系正確。主要技術指標如表1。

圖2 阻燃環(huán)裝配一體機布局圖

表1 主要技術指標

1.3 工序流程

(1)使用專用真空吸盤將防火板放置在工作臺上，氣缸活塞推動工件在工作臺面上X、Y 軸方向定位并由氣動夾鉗夾緊。

(2)工件由Y 軸負方向進入工作區(qū)，多軸鉆鉆削臺階孔，工作臺兩軸聯(lián)動動作完成全部孔加工。

(3)步進電機驅動摩擦導輪及飛刀轉動，坯料位移距離與飛刀轉動匹配，將4 根坯料同時切斷，并控制切斷阻燃環(huán)的長度。阻燃環(huán)落入送料托盤凹槽中，送料托盤沿X 軸方向伺服運動，可將配料模板所有凹槽中充滿膠圈(圖3)。

圖3 切斷及送料示意圖

(4)送料托盤移動到擠壓機正下方，壓頭向下(Z 軸負方向)移動，壓頭穿過配料模板凹槽孔將阻燃環(huán)壓入到防護板已鉆臺階孔中。

(5)工作臺X、Y 方向聯(lián)動，重復工序 (3)、(4)完成全部阻燃環(huán)壓入。

(6)下料吸盤將完工防火板卸下。

2 總結

設計了一種用于防火板阻燃環(huán)裝配的復合一體機，較為詳細地介紹了其功能、工作原理以及典型結構。該設計方案具有如下特點:(1)工序集中，自動化程度高。從上料、鉆孔、切割阻燃環(huán)、擠壓裝配到下料實現(xiàn)全過程自動化。(2)工作效率高。由于多工序同時進行，輔助時間與基本時間重合。(3)協(xié)調動作多，機械結構復雜。由于鉆頭定位、送料托盤位移、坯料送進等多個運動需要協(xié)調動作，使得機械構造復雜，調整環(huán)節(jié)多。要降低成本，提高效率，減少故障率，尚需優(yōu)化結構，提高可靠性。