□ 石文棟 □ 平雪良，2 □ 鞠明華 □ 王晨學(xué)

1.江南大學(xué) 君遠(yuǎn)學(xué)院 江蘇無錫 214122 2.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇無錫 214122 3.無錫市四方友信股份有限公司 江蘇無錫 214092

鋼桶作為工業(yè)包裝業(yè)中的重要包裝產(chǎn)品，在工業(yè)包裝中占據(jù)重要地位，因其具有耐腐蝕、高強(qiáng)度、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、石油、化工、輕工、食品等行業(yè)的產(chǎn)品包裝。自20世紀(jì)80年代以來，我國實(shí)行改革開放的發(fā)展政策，工業(yè)得到快速發(fā)展，鋼桶作為重要的工業(yè)包裝產(chǎn)品，需求量快速增長，目前僅200 L鋼桶每年需要 7 000 萬只以上[1]。

當(dāng)前，國內(nèi)鋼桶自動化生產(chǎn)水平不高，泄露、強(qiáng)度低等問題一直影響著鋼桶質(zhì)量。桶底頂與桶身卷邊縫合位置造成的泄漏問題，已經(jīng)通過5層矩形卷邊改為7層圓弧卷邊得到大幅改善[1]；鋼桶桶身焊縫由于產(chǎn)生裂紋造成的滲漏、強(qiáng)度降低等問題亟待解決。通過焊縫滾壓工藝可以對焊縫進(jìn)行矯正式修復(fù)，提高焊縫處的強(qiáng)度等性能，在很大程度上可防止焊縫處裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，能有效解決焊縫處的滲漏等問題，從而提高鋼桶的質(zhì)量和壽命。

筆者針對焊縫滾壓設(shè)備中焊縫滾壓時鋼桶的夾持問題，設(shè)計(jì)一種新的焊縫滾壓時鋼桶夾持機(jī)構(gòu)，完成焊縫滾壓時鋼桶固定工作，保證焊縫滾壓質(zhì)量。

1 鋼桶焊縫滾壓裝置

由于焊接后焊縫內(nèi)殘余一部分拉應(yīng)力，致使焊縫缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫裂紋的生成和擴(kuò)展，從而使焊縫處強(qiáng)度和剛度大大降低，并產(chǎn)生焊縫滲漏等問題[2]。

正在使用的焊縫滾壓裝置如圖1所示，通過對鋼桶焊縫進(jìn)行滾壓處理，可以有效消除焊縫中拉應(yīng)力，并在焊縫表面造成一層有利的壓應(yīng)力，提高焊縫的強(qiáng)度，同時提高焊縫的表面平整度，從而提高鋼桶質(zhì)量[2]。

為保證焊縫滾壓質(zhì)量，焊縫滾壓時鋼桶的固定夾持尤為重要。鋼桶滾壓夾持裝置需要確保鋼桶從輸送線移動至焊縫滾壓處以及滾壓時焊縫位置不變，并且保證焊縫滾壓時鋼桶的固定。

2 已有鋼桶滾壓夾持機(jī)構(gòu)

2.1 鋼桶滾壓夾持機(jī)構(gòu)

常用的焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)如圖2所示，夾持機(jī)構(gòu)由兩個相同夾持機(jī)械手組成，左、右兩個夾持機(jī)構(gòu)分別由氣缸或伺服電動缸推動從鋼桶兩側(cè)夾持鋼桶，定位盤卡住鋼桶兩端，導(dǎo)桿氣缸下降，兩組真空吸盤吸附鋼桶，豎直氣缸上升，由電機(jī)帶動鏈輪傳動，夾持機(jī)構(gòu)將鋼桶移動至焊縫滾壓處。

2.2 存在的問題

該夾持機(jī)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)鋼桶固定功能，但整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作效率不高。采用真空吸盤吸附鋼桶，夾持工作不穩(wěn)定，如果產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象，則難以實(shí)現(xiàn)鋼桶固定的目標(biāo)；左、右兩個對稱夾持機(jī)械手從兩端定位夾持，如果動作不同時，會造成桶身的偏移，同時焊縫也會產(chǎn)生偏差，影響焊縫滾壓質(zhì)量；電機(jī)帶動鏈輪傳動，考慮到電機(jī)的啟動、停止等因素，工作效率也難以提高。

▲圖1 鋼桶焊縫滾壓裝置

▲圖2 常用夾持機(jī)構(gòu)

▲圖3 新型鋼桶焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)

3 新的鋼桶焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)

針對焊縫滾壓設(shè)備中對鋼桶夾持機(jī)構(gòu)的要求以及現(xiàn)有裝置存在的問題，在原有夾持機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種新的夾持機(jī)構(gòu)，使鋼桶在固定夾持時更加穩(wěn)定和方便，并且工作效率也大大提高。

3.1 夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

新的夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由豎直氣缸、水平氣缸、直線導(dǎo)軌、內(nèi)支撐圓弧板、外夾持圓弧板、導(dǎo)桿氣缸、上安裝板、下安裝板等部件組成。豎直氣缸的伸縮控制夾持機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動，導(dǎo)桿氣缸的伸縮控制內(nèi)支撐圓弧板的水平運(yùn)動，導(dǎo)向軸在夾持機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動時起導(dǎo)向作用，水平氣缸推送夾持機(jī)構(gòu)將鋼桶轉(zhuǎn)移至焊縫滾壓處。

本機(jī)構(gòu)兩端內(nèi)支撐圓弧板分別與下安裝板兩端的導(dǎo)桿氣缸相連，如圖4所示，通過導(dǎo)桿氣缸的收縮，內(nèi)支撐圓弧板進(jìn)出桶身內(nèi)側(cè)，外夾持圓弧板在桶身外側(cè)定位鋼桶，內(nèi)外4個圓弧板完成桶身的定位。

3.2 工作流程

鋼桶自生產(chǎn)流水線至焊縫滾壓處→豎直氣缸下降→外夾持圓弧板從鋼桶外側(cè)定位鋼桶→導(dǎo)桿氣缸收縮→內(nèi)支撐圓弧板從鋼桶內(nèi)側(cè)固定鋼桶→豎直氣缸上升→鋼桶脫離生產(chǎn)流水線→水平氣缸縮回→將鋼桶移動至焊縫滾壓處。

4 總結(jié)

原有的焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)使用2個相同且分離的夾持機(jī)械手裝置，對運(yùn)動控制要求較高；使用電機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移鋼桶，對電機(jī)運(yùn)動性能要求較高?？傊?，原有鋼桶滾壓夾持裝置整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用電機(jī)進(jìn)行傳動，且使用真空吸盤或電磁吸盤固定鋼桶，缺乏足夠的穩(wěn)定性。相比較而言，筆者設(shè)計(jì)的鋼桶焊縫滾壓機(jī)構(gòu)采用內(nèi)外4個圓弧夾持板對鋼桶進(jìn)行定位夾持，圓弧端面與鋼桶桶身貼合，能滿足鋼桶的夾持要求；采用氣壓傳動作為各機(jī)構(gòu)的主要傳動方式，安裝方便，工作效率高，并且易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。

▲圖4 圓弧板布置圖

[1]楊文亮.中國鋼桶包裝工業(yè)的發(fā)展[N].中國包裝報(bào)，2010-07-23（02）.

[2]陸楠，李居峰，盧鮮亮.基于ANSYS的鋼桶焊縫處理分析[J].機(jī)械制造，2012，50（3）：57-59.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理第七版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)第八版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]E Bayaraktar，D Kaplan，L Devillers， et al.Grain Growth Mechanism During the Welding of Inter-stitial Free （IF）Steels [J].Journal of Materials Processing Technology，2007，189：114-125.