高端輸送平頂鏈鏈板的研發(fā)與應用*

陳亦兵

(浙江恒久機械集團有限公司， 浙江 諸暨 311800)

0 引 言

輸送用平頂鏈，也稱為鉸卷式平頂鏈，分為直行平頂鏈和側彎平頂鏈。常用來輸送玻璃瓶、金屬易拉罐、各種塑料容器及包裹，也可以輸送自動餐飲食品與機器零件[1]，主要應用于啤酒、飲料、素食等自動生產線設備上。平頂鏈具有結構簡單、重量輕、制造和維修方便等優(yōu)點，并通過直輸與曲輸?shù)慕Y合，可以大大節(jié)省諸如運行軌跡不呈直線的灌裝線等生產線設備的費用，故在平面既有直線輸送又有曲線輸送場合得到廣泛應用[1]。

輸送平頂鏈主要利用其鏈板平面承托諸如瓶、罐、盒等輕型物品進行輸送，而且其實際應用時，大多為多排鏈組合[1]。近年來，國內外啤酒、飲料等行業(yè)飛速發(fā)展，輸送線不斷加長、速度不斷加快、產能迅速提升，目前世界上最先進的吹連灌三位一體機設備，將吹瓶、灌裝、旋蓋三工序合為一體，每臺產能達到72 000瓶/h。故對輸送平頂鏈的諸如輸送平穩(wěn)性、耐磨性等質量指標提出了更高的要求，而輸送平頂鏈的質量水準取決于平頂鏈鏈板的質量優(yōu)劣，因此提高平頂鏈鏈板的質量水平，是提高輸送平頂鏈質量水準的有效途徑。

此文主要從鏈板結構、材料、制造工藝等方面的改進，來提升平頂鏈的強度、耐磨性和高速運行平穩(wěn)性，從而達到提高生產線的產量和效率。

1 目前國內外輸送平頂鏈的現(xiàn)狀

輸送平頂鏈由鏈板(即承載平板)和銷軸兩個基本零件組成(如圖1)。平頂鏈的銷軸穿過兩鏈板相互交錯的鉸卷孔，并應保證銷軸在活動鉸卷孔內能靈活轉動，而在固定鉸卷孔內不得轉動及軸向竄動[2]。

圖1 鏈條結構

目前國內平頂鏈的最高允許線速度只能達到80 m/min，超過這個速度，作為輸送帶的平頂鏈就會發(fā)生強烈抖動，輸送的物品就會發(fā)生倒塌，同時傳動噪聲也急劇加大。而國外歐標高質量平頂鏈能夠在120 m/min的速度下達到運行平穩(wěn)正常，而且同規(guī)格鏈條在同等運行條件下，輸送物品的數(shù)量可達到國內同類產品極限值的1.5倍以上，則意味著鏈條的強度值也在國內同類產品的1.5倍以上。同時根據(jù)市場信息反饋，國外品牌輸送平頂鏈的使用壽命一般都在國內品牌產品的3倍以上。顯而易見，國外品牌平頂鏈在抗磨損、耐腐蝕等方面也優(yōu)于國內產品。

浙江恒久機械集團有限公司自1980年始就開發(fā)生產銷售不銹鋼平頂鏈，是GB/T 4140-2003《輸送用平頂鏈和鏈輪》標準的起草單位[3]。40多年來，公司通過技術攻關、技術積累、設備提升等多種手段，不斷提高輸送平頂鏈的質量層次，其制造工藝技術和市場銷售額在國內處于領先地位，但與國外知名品牌還存在較大差距。

2 高端輸送平頂鏈鏈板的設計改進及實現(xiàn)

高端鏈傳動主要指高速度、高強度、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酷工況等性能優(yōu)異的高可靠性產品系列，這些產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]。公司設計研發(fā)成功的輸送平頂鏈具有高強度、耐磨損、耐腐蝕、高精度的性能，能滿足高速度平面輸送，當屬高端鏈傳動產品。

2.1 設計改進

如圖2所示為輸送用平頂鏈鏈板的產品圖樣。

圖2 鏈板產品圖

鏈板平面度是評定平頂鏈產品質量的一項非常關鍵的尺寸參數(shù)指標，直接影響鏈條的使用效果。根據(jù)平頂鏈產品的使用特性，為減少相鄰鏈板間的高度差所帶來的卡阻現(xiàn)象、提高鏈條的運行平穩(wěn)性，鏈板工作表面設計成僅允許中間凸起的單向平面主誤差結構(如圖3、4)。并將鏈板的平面度由原來的11級精度提高到10級精度。

根據(jù)多年來公司平頂鏈產品在客戶中的使用情況分析匯總，并對國外知名品牌的平頂鏈樣品進行分析比較，對高端輸送平頂鏈產品引人鏈板活動鉸卷頂面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)質量指標，將其精度等級選取為10級精度。

圖3 鏈板縱向結構 圖4 鏈板橫向結構

圖5 鏈板活動鉸卷頂面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、鉸卷中心線與鏈板工作表面間的誤差，易導致相鄰鏈板間出現(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，但無法避免。這樣鏈條在實際運行過程中，由于所輸送物品與鏈傳動速度的不同步，鏈板間的高度差易損壞所輸送物品的底部或導致輸送物品倒塌。以前鏈板工作面四周端面的倒邊采用斜面或圓弧面，這種倒邊由于過渡不順滑，在實際運行時完全消除不了鏈板高度差所帶來的影響，特別是在輸送物品較輕、高速工況下，高度差帶來的影響尤為明顯。將倒邊方式改為橢圓式倒角能明顯的消除高速運行情況下鏈板高度差所帶來的影響(如圖8)。

圖8 鏈板端面倒邊形狀比較

2.2 材料選用

因輸送平頂鏈使用時，經常要與食品、藥物或液態(tài)物質接觸，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性能主要取決于其原材料和制造過程的工藝技術水平。不同的金屬材料特性決定了平頂鏈產品的適用環(huán)境和工況條件。目前，國內不銹鋼平頂鏈使用的鏈板材料有ANSI420、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、高強度，又要保證材料在加工過程中的塑變要求。選用綜合機械性能俱佳的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條件標準規(guī)定的化學成分及力學性能如表1、表2[6]所列。

表1 1.4589鐵素體耐蝕鋼的化學成分

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

2.3 模具工藝改進

2.3.1 倒邊模的結構變化

以往的倒邊模結構中間是平的，當鏈板工作表面出現(xiàn)不平整時，難以保證鏈板中間向材料外凸起的結構?，F(xiàn)在倒邊模具中間加裝類似橢圓面的中間凸起頂塊，頂塊略高出倒邊平面。這種結構使得鏈板中間部位始終較四周邊緣略高，中間保持凸起，能滿足前述圖2、圖3所示的鏈板平面設計要求。模具結構對比、導向塊結構如圖9所示。

圖9 倒邊模改進前后結構對比和導向塊結構

2.3.2 卷圓工藝及模具的改進

常見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上進行立式卷圓，卷圓后再用鉆頭擴孔的方法加工[8]。落后的立式卷制過程中鏈板承載面受到成型力的作用產生不平整，鉸卷擴孔時鉸卷區(qū)部厚度被切削較多，導致鉸卷區(qū)部強度降低。

隨著設備輸送線的加長、運行速度的加快，顯然，傳統(tǒng)的鉸卷加工方式所生產的鏈板平面度、鉸卷圓度滿足不了當今高速長輸送線平穩(wěn)性的要求。我們經過多次試驗、反復驗證，現(xiàn)將鉸卷卷圓方式改為臥式卷制，并增加預彎、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)卷圓工藝形成的內孔三角形與橢圓缺陷。這種工藝生產的鏈板平面度好，鉸鏈孔達到準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軸的表面接觸面積。

圖10 鏈板鉸鏈孔卷圓過程

預彎是將落料倒邊好的鏈板頭部先預彎曲成型，在預彎工序中，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r/t>0.5且卷圓質量要求較高時，在預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，故卷圓凹模尺寸應比鉸鏈外徑小0.2～0.5 mm[10]。平頂鏈銷軸直徑為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)后進行卷圓。預彎模具尺寸如圖11。

圖11 鉸鏈孔預彎模具尺寸

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

圖12 鉸卷孔傳統(tǒng)卷圓方式與先進卷圓方式對比

3 性能對比

高端輸送平頂鏈鏈板通過實驗室檢測，并與其他不銹鋼材質的輸送平頂鏈鏈板進行數(shù)據(jù)比較的結果如下。

3.1 強度對比

由于鏈板鉸卷端呈無約束的開放狀態(tài)，鏈板的拉伸強度主要取決于鏈板材料的屈服強度，基于平頂鏈鏈板的卷制開式結構，定義為鏈條失效伸長量不大于鏈條名義長度3%的可靠性運行條件下的強度為鏈條的實際屈服強度值。不同材料的鏈板在WE-300萬能材料試驗機上測得的試驗數(shù)據(jù)如圖13。

圖13 不同材料鏈板強度對比

3.2 抗腐蝕性能對比

通過JW-60-SS鹽水噴霧試驗機試驗，符合GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》標準[11]中NSS中性鹽霧試驗條件，不同材料的鏈板首次出現(xiàn)點蝕的連續(xù)霧化時間如圖14。

圖14 不同材料鏈板抗腐蝕性能對比

3.3 抗磨損性能對比

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比

3.4 現(xiàn)場使用綜合性能對比

如圖16所示為兩張對照圖片。

圖16 改進前后鏈條使用情況對照圖

圖16(a)為普通輸送平頂鏈，鏈板材質為430，應用在4.8萬瓶/h、傳送線速度80 m/min的灌裝設備生產線上運行1年的圖片；圖(b)為高端輸送平頂鏈，鏈板材質為1.458 9，應用在6萬瓶/h、傳送線速度120 m/min的灌裝設備生產線上運行2年的圖片。使用一定時間后，鏈板的磨損量、耐腐蝕性等性能指標對比明顯。

4 結 語

通過提高鏈板設計要求、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，經寧波天魚機械有限公司應用在6萬瓶/h輸送量，傳送線速度達120 m/min的自動灌裝高速度設備生產線上,經過3年的運行情況證明：新研發(fā)的高端輸送平頂鏈運行順暢、平穩(wěn)可靠，具備高磨損、耐腐蝕、高精度的特點，達到行業(yè)內高端鏈傳動產品的質量水準。公司通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)了自主品牌的品質提升，并躋身國際平頂鏈的高端市場，拉動了公司產品結構的優(yōu)化、轉型與升級。1.458 9鐵素體耐蝕鋼材料目前不僅應用在平頂鏈產品上，還推廣應用到其他諸如不銹鋼鏈條、洗瓶機鏈、水處理鏈等要求高性能的產品上，鉸鏈孔的臥式卷制技術也在套管彎曲卷制中得到推廣運用。