軸內(nèi)孔外圓同步噴砂設(shè)備的研制及應(yīng)用

陳玲， 唐彬

(湖南飛沃新能源科技股份有限公司，湖南常德415701)

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)內(nèi)孔、外圓同步噴砂的設(shè)備，如果需要對(duì)內(nèi)孔和外圓進(jìn)行噴砂必須要經(jīng)過兩次噴砂且需要兩臺(tái)獨(dú)立的噴砂設(shè)備，且軸內(nèi)孔一般孔徑小、深度深，這種操作效率低下且效果不好，為了提高生產(chǎn)效率，獲得表面粗糙度整體均勻，研制了內(nèi)孔、外圓同步噴砂設(shè)備。

圖1 噴砂機(jī)工作流程

1 工作原理及流程

以壓縮空氣為動(dòng)力，通過壓縮空氣在儲(chǔ)砂壓力罐內(nèi)建立工作壓力，將砂礫通過砂閥輸送至噴砂管，經(jīng)噴槍噴出。噴槍固定在噴槍機(jī)械臂上，隨著機(jī)械臂的上下移動(dòng)，由噴槍噴射出來的砂礫均勻地噴射在產(chǎn)品表面及內(nèi)孔上（小轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)產(chǎn)品做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），所噴射出來的砂礫經(jīng)過螺旋輸送機(jī)運(yùn)輸至垂直提升機(jī)，然后由垂直提升機(jī)將砂礫運(yùn)送至砂礫分選系統(tǒng)進(jìn)行分選。合格的砂礫繼續(xù)進(jìn)入儲(chǔ)砂罐進(jìn)行下一次噴砂。

2 噴砂機(jī)主體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，噴砂機(jī)主要由砂礫回收系統(tǒng)、砂礫分選系統(tǒng)、噴砂系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，噴砂機(jī)構(gòu)位于送料機(jī)構(gòu)上方，回收機(jī)構(gòu)位于送料機(jī)構(gòu)和篩分機(jī)構(gòu)的下方，篩分機(jī)構(gòu)位于提升機(jī)構(gòu)的下料端處，除塵機(jī)構(gòu)的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在噴砂機(jī)構(gòu)旁，所有機(jī)構(gòu)都與控制柜電連接，送料機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、皮帶輪、大轉(zhuǎn)盤、小轉(zhuǎn)盤、小轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪和分度機(jī)構(gòu)，大轉(zhuǎn)盤設(shè)置在機(jī)架上，小轉(zhuǎn)盤均勻布置在大轉(zhuǎn)盤圓周面上，小轉(zhuǎn)盤下連接有皮帶輪，大轉(zhuǎn)盤圓周外有小轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)輪和張緊輪布置在機(jī)架上，將大轉(zhuǎn)盤表面均勻分為上下料區(qū)、噴砂等待區(qū)、下料等待區(qū)和噴砂工作區(qū)，上下料區(qū)與噴砂工作區(qū)呈水平180°對(duì)稱布置，位于噴砂工作區(qū)的小轉(zhuǎn)盤下的皮帶輪、張緊輪和小轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)輪始終與皮帶配合，位于上下料區(qū)的小轉(zhuǎn)盤下的皮帶輪始終與皮帶不接觸，小轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)輪通過動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸頂部連接有分度機(jī)構(gòu)，分度機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上并通過動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。

圖2 風(fēng)電葉片預(yù)埋螺套自動(dòng)噴砂機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 砂礫回收系統(tǒng)

3.1 水平螺旋輸送機(jī)

水平螺旋輸送機(jī)由減速機(jī)、螺旋軸、輸送罩、帶座軸承等組成，其工作原理為：利用帶有螺旋葉片的螺旋軸的旋轉(zhuǎn)，使砂礫產(chǎn)生沿螺旋面的相互運(yùn)動(dòng)，砂礫受到料槽或輸送管壁的摩擦力與螺旋軸一起旋轉(zhuǎn)，從而將物料向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)砂礫的輸送。

3.2 垂直提升機(jī)構(gòu)

垂直提升機(jī)由減速機(jī)、滾筒、傳送帶、料斗、封閉殼體和防松裝置等組成。殼體采用冷軋鋼板焊接成型。其側(cè)面設(shè)有檢修門，下罩殼的正面及側(cè)面均安裝有活動(dòng)門。離心重力方式落料，輸送帶采用聚酯線芯專用傳動(dòng)帶，高強(qiáng)度、抗拉伸。皮帶輪采用鼠籠式結(jié)構(gòu)，提升膠帶與帶輪間的摩擦力，延長(zhǎng)了使用壽命；同時(shí)避免了散落砂礫嵌入皮帶輪與皮帶之間，影響傳動(dòng)。提升機(jī)下部轉(zhuǎn)動(dòng)軸上裝有脈沖輪，檢測(cè)提升機(jī)的工作狀態(tài)。能及時(shí)將脈沖信號(hào)反饋至PLC，如有異常信號(hào)時(shí)及時(shí)報(bào)警，保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 砂礫分選系統(tǒng)

4.1 砂礫分離器

采用具有散級(jí)分選功能的幕簾式結(jié)構(gòu)。當(dāng)砂礫由提升機(jī)提至分選器時(shí)，砂礫混合物經(jīng)幕簾風(fēng)選器被均勻地送入分選區(qū)，形成均勻的砂礫渣流幕，砂礫混合物在下降過程中，受到水平氣流對(duì)顆粒的推力，從而形成偏斜的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，因顆粒的比重和粒徑的差異，其偏斜程度不盡相同。粉塵被吸入除塵器進(jìn)行凈化處理[4]，合格砂礫和部分小塊雜物經(jīng)振動(dòng)篩分選后進(jìn)入儲(chǔ)砂罐以供循環(huán)使用。

4.2 振動(dòng)篩分機(jī)

通過斗提機(jī)出口的粉塵分離后，砂礫進(jìn)入振動(dòng)篩分機(jī)，能重新使用的砂礫進(jìn)入振動(dòng)篩網(wǎng)分離器中進(jìn)行尺寸分離。振動(dòng)篩網(wǎng)分離器配置有兩層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)能將較粗的雜質(zhì)分離出來送入廢料斗，下層篩網(wǎng)能將小于尺寸要求的不合格砂礫分離出來送入廢料斗。

第二層篩網(wǎng)上面是符合尺寸要求的砂礫，被送入一一儲(chǔ)砂罐繼續(xù)循環(huán)使用，儲(chǔ)砂罐通過氣動(dòng)控制的放料閥與自動(dòng)噴砂機(jī)相連接。當(dāng)自動(dòng)噴砂機(jī)上層罐體缺少砂礫時(shí)，放料閥自動(dòng)打開將儲(chǔ)砂罐內(nèi)儲(chǔ)存的砂礫加入噴砂機(jī)。

5 噴砂系統(tǒng)

整體為框架式拼裝結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)外壁噴槍上下垂直運(yùn)動(dòng)，根據(jù)零件外壁的高度不同而進(jìn)行外壁噴槍高度的調(diào)整，往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用SIEMENS伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)精密滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，利用直線圓軌道支撐和導(dǎo)向。

6 送料系統(tǒng)

6.1 大轉(zhuǎn)臺(tái)間歇回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

大轉(zhuǎn)臺(tái)是通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)分度器旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)出噴砂室體，精確到位后，氣缸門同時(shí)密封噴砂室體，此時(shí)噴砂和裝卸工件同時(shí)進(jìn)行，提高工作效率?；剞D(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面采用20 mm厚鋼板制成，在轉(zhuǎn)臺(tái)表面固定有高耐磨橡膠保護(hù)層，可有效提高臺(tái)面的使用壽命。大轉(zhuǎn)臺(tái)上配置高精度的分割器和減速電動(dòng)機(jī)，大轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)工位重復(fù)定位精度≤±0.05°。

6.2 小轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)

大轉(zhuǎn)臺(tái)上共裝有8只旋轉(zhuǎn)臺(tái)，呈對(duì)稱布置，噴砂區(qū)的小轉(zhuǎn)臺(tái)由三角皮帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)表面有中心定位孔，可實(shí)現(xiàn)工裝夾具的中心定位。

7 除塵系統(tǒng)

噴砂機(jī)備的除塵設(shè)備為三級(jí)除塵，分別為一級(jí)旋風(fēng)除塵、二級(jí)濾筒除塵、三級(jí)HEPA高效過濾。除塵系統(tǒng)均在噴砂設(shè)備外部，通過除塵管道和噴砂室體的吸塵口和幕簾分離器的抽風(fēng)口相連接。粉塵通過一級(jí)旋風(fēng)除塵器的除塵效率可達(dá)到90%，降低后道除塵器負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)濾芯的使用壽命，降低設(shè)備的運(yùn)行成本。

8 控制系統(tǒng)

設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器，并配置伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)門的精確定位，通過程序控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作（開關(guān)量、模擬量及脈沖計(jì)數(shù)等）的檢測(cè)和控制。系統(tǒng)設(shè)置聲光報(bào)警功能，機(jī)械運(yùn)行裝置出現(xiàn)誤差或電氣線路系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并停止噴砂作業(yè)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制具有過熱、打滑、超載、反向等保護(hù)功能。

9 試驗(yàn)及分析

9.1 試驗(yàn)過程

1）將足量的砂礫加入到設(shè)備中，在未接通氣源的情況下進(jìn)行設(shè)備的空轉(zhuǎn)運(yùn)行，在正常的工作狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間，運(yùn)行正常后進(jìn)行載荷試驗(yàn)；2）將噴砂氣管與空壓機(jī)氣管接通，檢查氣管路是否通暢；3）啟動(dòng)噴砂程序，運(yùn)行過程中記錄運(yùn)行參數(shù)及表面粗糙度。

9.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過反復(fù)試驗(yàn)，在保證表面粗糙度均勻且到達(dá)預(yù)期效果的前提下得到設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)：工作時(shí)壓力為1 MPa，氣流量為10 m3/min，大轉(zhuǎn)臺(tái)頻率為50 Hz，小轉(zhuǎn)臺(tái)頻率為（25±5）Hz，砂量為20 kg/min，噴槍速度為（25±5）Hz。噴砂后粗糙度檢測(cè)值如圖3所示，測(cè)量點(diǎn)的選擇為同一圓周界面選取4點(diǎn)呈90°進(jìn)行測(cè)量。

10 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)備投入運(yùn)行后，產(chǎn)品表面噴砂后的表面粗糙度、安全防護(hù)、效率都完全滿足產(chǎn)品的技術(shù)、生產(chǎn)需求。這種噴砂機(jī)能對(duì)不同砂礫、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行噴砂，能實(shí)現(xiàn)對(duì)噴砂后表面粗糙度的精準(zhǔn)控制，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，增加企業(yè)效益，有非常廣闊的應(yīng)用前景。盡管如此，依然存在一些問題，如振動(dòng)分篩機(jī)的濾網(wǎng)破損、砂礫輸送管的磨損情況都不能提前進(jìn)行預(yù)防，以及設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用后的密封性，這些問題都將是后期的研究方向。

圖3 產(chǎn)品表面噴砂后表面粗糙度Rsm、Rz、Ra檢測(cè)值