食品包裝自動(dòng)線的聚氨酯真空吸盤壓塑成型工藝技術(shù)研究

段賢勇韓忠冠 牛 莉 鄭貴斌

(1. 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2. 蕪湖智友機(jī)電科技有限公司，安徽 蕪湖 241000)

食品包裝自動(dòng)線的聚氨酯真空吸盤壓塑成型工藝技術(shù)研究

段賢勇1韓忠冠1牛 莉1鄭貴斌2

(1. 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2. 蕪湖智友機(jī)電科技有限公司，安徽 蕪湖 241000)

闡述一種用于食品包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線上的聚氨酯真空吸盤制造過程，分析其制造工藝的難點(diǎn)，制定出薄板多孔的軟膠體壓塑成型工藝方案，運(yùn)用UG軟件對(duì)底座和自帶細(xì)小型芯的凹模型腔建模，采用“型腔銑削”“深度輪廓加工”及“指定切削區(qū)域”分層、分區(qū)域銑削等方法，使用高精數(shù)控雕銑機(jī)進(jìn)行加工，保證了102個(gè)細(xì)小孔相互配合位置精度，實(shí)現(xiàn)了軟膠體壓塑成型，經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，滿足使用要求。

真空吸盤；底座；軟膠體壓塑成型；凹模型腔；UG建模

食品包裝機(jī)械制造中，注重提高設(shè)備自動(dòng)化、智能化、高質(zhì)量[1-2]。食品包裝一般使用輕質(zhì)材料，外觀精美，無變形、劃痕等質(zhì)量問題，在包裝、碼垛和搬運(yùn)過程中使用真空吸盤取放物品，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和智能化[3-4]。中國學(xué)者[5-6]已對(duì)真空吸盤吸取物體的吸附能力進(jìn)行了研究，剛性物體密封性好，吸附力強(qiáng)，但柔性物體因差異很大，吸附力不足。目前，中國國產(chǎn)包裝自動(dòng)線上的真空吸盤存在吸附力不穩(wěn)定，吸附取件時(shí)間過長問題，國外進(jìn)口設(shè)備，盡管技術(shù)成熟，但由于包裝材料及物品形狀差異，使用范圍受到一定的局限。為了適用于食品包裝自動(dòng)線上不同物品快速取放，本試驗(yàn)以一種小尺寸多孔聚氨酯真空吸盤為研究對(duì)象，針對(duì)吸盤軟膠體薄板多孔的特點(diǎn)，從模具結(jié)構(gòu)方面分析其成型方案，運(yùn)用UG軟件和高精數(shù)控銑削技術(shù)，解決自帶細(xì)小型芯的凹模型腔加工難題。

1 真空吸盤的工藝性分析

1.1 真空吸盤結(jié)構(gòu)

真空吸盤采用了真空原理，即在所接觸的產(chǎn)品或零件表面抽真空而形成負(fù)壓，以“吸附”形式來夾持物體[7]。真空吸盤是由底座和軟膠體構(gòu)成(見圖1)，中小批量生產(chǎn)，底座上有5×Φ8 mm工藝孔加工后需封堵，密封不透氣形成空腔，通氣孔與真空發(fā)生裝置相連接，當(dāng)真空發(fā)生裝置開啟后，由通氣孔抽去空氣而形成真空狀態(tài)[8]。軟膠體需牢固黏結(jié)在底座上，共有102個(gè)小孔相互貫通，軟膠體材料為聚氨酯，便于吸附輕質(zhì)薄材。

1.2 工藝性分析

1.2.1 制造難點(diǎn) 真空吸盤的底座材料為鋁材，尺寸為68 mm×40 mm×18 mm,底座上加工凹槽寬度25 mm，槽深1 mm，有102×Φ1.0 mm小孔與5×Φ8 mm工藝孔貫通，軟膠體寬度與凹槽一致，厚度為3 mm，有102×Φ0.8 mm小孔與凹槽上小孔貫通，要求牢固地黏在底座上且邊緣無翹起現(xiàn)象。真空吸盤在制造上存在以下難點(diǎn)：

(1) 底座凹槽與軟膠體的小孔相互貫通，無堵塞現(xiàn)象，這就要從加工工藝上保證孔的位置精度。

(2) 軟膠體是薄板多孔件，在塑料成型中，既要保證102個(gè)小孔的位置精度，又要使塑件脫模后不變形。

1.2.2 解決措施

(1) 利用UG 8.0軟件對(duì)真空吸盤建模，依據(jù)模型中的小孔位置確定同一定位基準(zhǔn)(如四邊分中)，采用數(shù)控加工來保證102個(gè)孔的位置精度[9]。

(2) 軟膠體制造有以下兩種方案，方案一為軟膠體注塑成型，見圖2(a)，塑件在動(dòng)模部分，在型芯固定板上安裝102個(gè)細(xì)小型芯，塑件由內(nèi)置或外置推板推出，該方案的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型芯固定孔的位置精度要求高，每個(gè)型芯因設(shè)置推板而長度增加，細(xì)長型芯的強(qiáng)度難以保證。方案二為軟膠體壓塑成型，見圖2(b)，模具結(jié)構(gòu)大大簡化，壓塑時(shí)只需灌膠、壓塑、取件即可，但凹模型腔自帶102×Φ0.8 mm，長度為3 mm 的小型芯，為制造的難點(diǎn)。從制造成本比較，優(yōu)先選用方案二。

通過以上分析，采用UG 8.0軟件分別對(duì)底座(見圖3)和凹模型腔(見圖4)建模，選用南京四開高精數(shù)控雕銑機(jī)SKDX6070進(jìn)行數(shù)控加工[10]。

2 底座數(shù)控加工工藝

底座數(shù)控加工工藝路線：

備料→銑六面→磨六面→銑凹槽→鉆102個(gè)中心孔、鉆Φ1.0 mm小孔→鉆5×Φ8 mm側(cè)孔→鉆、攻絲背面4×M 3孔，M 5通氣孔

底座凹槽小孔鉆削工藝參數(shù)，見表1。其中102×Φ1.0 mm 小孔加工，首先用UG 8.0軟件建模，然后采用加工模塊“孔加工”中的“定心鉆”加工方式，鉆削102個(gè)小孔的中心位置(即打點(diǎn))，刀具選用中心鉆(直柄兩刃鎢鋼中心鉆)；再選用Φ1.0 mm鉆頭，采用孔加工的“循環(huán)類型”中“標(biāo)準(zhǔn)鉆深孔鉆”方式進(jìn)行鉆孔，鉆削轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，進(jìn)給速度為300 mm/min，下刀深度為6.8 mm[11]，貫穿5×Φ8 mm工藝孔，底座凹槽孔加工刀路軌跡，見圖5。

3 軟膠體凹模型腔數(shù)控加工工藝

軟膠體壓塑成型的凹模型腔加工工藝為：

45鋼鍛件→調(diào)質(zhì)→毛坯銑削→磨削→粗銑型腔輪廓→二次粗銑→半精銑→精銑、清角

凹模型腔切削工藝參數(shù)，見表2。在UG 8.0軟件編程中，采用“型腔銑削”加工模塊，切削模式選擇“跟隨周邊”，選用Φ4 mm銑刀，螺旋下刀粗銑輪廓，主軸轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，進(jìn)給速度為2 500 mm/min，每刀深度0.2 mm，其刀路軌跡，見圖6(a)；選用Φ2 mm銑刀進(jìn)行二次粗銑，加工上一工序未切除部分，主軸轉(zhuǎn)速為14 000 r/min，

進(jìn)給速度為2 000 mm/min，其刀路軌跡，見圖6(b)。

半精加工，選用Φ1 mm銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為16 000 r/min，進(jìn)給速度為2 000 mm/min，因銑刀直徑小，轉(zhuǎn)速高，刀具磨損大且易折斷，編程時(shí)采用“深度輪廓加工”“指定切削區(qū)域”，分3個(gè)區(qū)域加工，其刀路軌跡，見圖6(c)；精銑中，也選用Φ1 mm銑刀，轉(zhuǎn)速更高，刀具磨損更快，加工過程中需要檢查刀具狀態(tài)，及時(shí)更換刀具，采用“指定切削區(qū)域”進(jìn)行分區(qū)域加工，最后清角，精銑型腔刀路軌跡，見圖6(d)。

4 結(jié)論

本例真空吸盤結(jié)構(gòu)上采用了聚氨酯為軟膠體，在食品包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線上有利于提高食品包裝的外觀質(zhì)量，經(jīng)過蕪湖某機(jī)電科技有限公司實(shí)際生產(chǎn)(見圖7)驗(yàn)證，完全滿足使用要求。通過對(duì)其制造技術(shù)研究分析，結(jié)果表明：

(1) 采用了UG軟件建模和編程，利用高精數(shù)控雕銑機(jī)進(jìn)行加工，有效地保證102個(gè)孔的位置精度。

(2) 對(duì)于薄板多孔的軟膠體成型，采用壓塑成型方案，模具結(jié)構(gòu)簡化，制造成本降低，操作簡單。

(3) 在編程上，采用“型腔銑削”“深度輪廓加工”及“指定切削區(qū)域”等方式，分層、分區(qū)域等方法，完成自帶102×Φ0.8 mm細(xì)小型芯的凹模型腔數(shù)控加工。有效地避免因刀具小、易損壞而影響工件加工質(zhì)量，為同類零件加工提供參考。

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Research on the Compression Molding Technology of the PU Vacuum Sucker for the Automatic Line of Packing Food

DUAN Xian-yong1HANZhong-guan1NIULi1ZHENGGui-bin2

(1.AnhuiTechnicalCollegeofMachanicalandElectricalEngineering,Wuhu,Anhui241000,China; 2.WuhuZhifriendsofmechanicalandElectricalTechnologyCo.,Ltd.,Wuhu,Anhui241000,China)

A PU vacuum sucker manufacturing process for the automatic production line of packing food was introduced in this study, and its difficulty in manufacturing process was also analyzed. Therefore, and develops a porous sheet soft colloidal pressure molding solution was developed. The UG software was used to build a model on the base and a small core of concave cavity, and then it was equipped with a high precision CNC engraving and milling machine. It adopted a hierarchical and subregional milling methods of the cavity milling, depth contour machining, and specifying the cutting region to ensure the position accuracy of the interaction between the 102 fine holes, and then a soft colloidal forming was achieved. Finally, the solution was verified to meet the requirements.

Vacuum Sucker; Base; Soft colloidal forming; Cavity Model cavity; UG modeling

安徽省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目(編號(hào)：2015zy126)；2017年安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：KJ2017A751)

段賢勇(1973—)，男，安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士。E-mail：ahjddxy@126.com

2016—12—16

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.03.021