一种封头机械剪圆的自动化设备

GXF360 2017-12-30

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文/杨庆高·常州旷达威德机械有限公司

杨庆高，副总经理，主管公司封头的生产、技术和设备工作，曾领衔主持公司主要大型成形设备的设计、制造、安装、调试和试运行工作，取得了多项发明专利。

随着封头行业的蓬勃发展，一种新型的封头圆片剪圆机正逐步得到应用，由于其采用的是机械剪圆，使用上下滚刀剪切，属冷加工范畴，基本克服了等离子切割的所有弊端，是一种高效、环保、节能和优质的剪圆方式。

生产流程及加工优势

封头下料剪圆生产线工序流程

⑴剪板。将钢板剪角，剪去钢板边缘的老边。

⑵焊接。将两块或多块钢板先预组对点焊后进行正式焊接，焊接方式分等离子焊接和自动埋弧焊接，等离子焊接最厚达8mm，其他板厚则需用埋弧自动焊接。

⑶剪圆。使用自动化机械剪圆设备进行剪切，方便高效。

⑷冲压。用6600t双动油压机进行冲压，所用模具分上模和下模以及压边圈，上模分椭圆和碟形等不同形状，下模和压边圈是AB模，即带有台阶的模具，主要是加大冲压拖动的阻力，减少鼓包和起皱的产生。

⑸坡口。利用等离子坡口机将封头的端口毛边与坡口切齐，然后根据封头图纸要求的总高值进行最终切齐，同时将坡口角度切出，方便以后和筒体的对接。

⑹旋压修正。坡口工序完成后，封头尺寸反弹一般会略大于图样值，用旋压机进行少量的旋压修正即可满足图样的要求。

⑺研磨。将坡口后的毛边磨平磨亮且进行倒角。

⑻探伤。使用射线（RT）和表面渗透(PT）来检验焊缝的质量，如有缺陷及时返修后再使用射线和表面渗透进行复验。

⑼酸洗。将封头表面的灰尘和油污洗净，且同时对不锈钢表面进行钝化处理，以提高其耐腐蚀性。

⑽检查。对封头的所有尺寸和外观以及资料进行验收确认。

⑾入库。将检查好的封头集中放到成品仓库等待包装发货。

封头机械剪圆优势

封头制作的材料主要分不锈钢类和碳钢类。不锈钢类分普通不锈钢（304、316等）和特材不锈钢（镍基合金、双相钢等）；碳钢类分普通碳钢（Q235B）、低合金钢（Q345R）、高合金钢（WH590E）和铬钼钢（15CrMoR），特材不锈钢和高合金钢以及铬钼钢要尽量采用冷加工机械剪圆，这样就不会改变切口的材料性能，不会挂渣。

由于设备和技术的限制，目前封头圆片的切割基本都是用等离子切割，切割时会产生大量烟雾，且伴有较高噪声，切割后挂渣和毛刺严重，需砂轮打磨去除，工人的劳动强度较大。如打磨不彻底会导致封头冲压时的拉伤，且会加剧模具的损坏。同时切割的高温使切割面周围的钢板性能劣化，增加冲压难度。虽然也可用激光切割或水切割，但高昂的设备购置经费和较高的日常消耗，使其在封头行业中实际应用很少。机械剪圆使用上下滚刀剪切，属冷加工范畴，基本全部克服了上述等离子切割的所有弊端，是一种高效、环保、节能和优质的剪圆方式。

自动化设备工作原理

如图1所示，首先根据圆片规格大小设定机架9的位置，开动机架移动装置10将机架开到位，开动机架旋转油缸7将机架旋出，将八角料放到尼龙万向轮平台8上，往机架中推入，开动对中心装置6将八角料调中，将上夹紧油缸14加压至5MPa，紧接着根据板厚调整上刀盘上下调节装置5，开动上减速机和电动机装置2和下减速机和电动机装置1，开动剪废料装置3，再接着开动机架旋转油缸将机架旋入到位，转动八角料，当其一个角旋入旋转中的上下剪刀口，顺势被剪刀带动旋转，交替实施压入变形和剪切滑移，逐步按圆形轨迹将八角料剪断，最后开动机架旋转油缸将机架旋出，松开上夹紧油缸，把剪好的圆片移动到尼龙万向轮平台上用行车吊走，至此整个剪圆工作完成。

图1 剪圆机结构示意图

1-下减速机和电动机装置 2-上减速机和电动机装置3-剪废料装置 4-废料桶 5-上刀盘上下调节装置6-对中心装置 7-机架旋转油缸 8-尼龙万向轮平台9-机架 10-机架移动装置 11-下夹紧旋转机构12-下剪刀 13-上剪刀 14-上夹紧油缸

自动化设备剪圆原理

图1中，上剪刀13逆时针旋转，下剪刀12顺时针旋转，将八角状圆片边缘压入上下旋转的剪刀口后，顺势被剪刀带动旋转，逐步按圆形轨迹剪断。剪切进程是由压入变形和剪切滑移两个期间组成，其本质是金属塑性变形的进程，当上下剪刀刚接触钢板时，剪刀边开始压入钢板，由于刚开始压力P较小，小于钢板自身的抗剪能力，因而钢板只能发生部分塑性变形，故这一期间称为压入变形期间，随着钢板被上下旋转的剪刀压着继续往里移动，钢板压入变形增大，压力P也不断增大，当剪切压入到一定的深度，钢板的部分压入变形阻力与剪切面的剪切力达到持平，剪切进程处于由压入变形间断过渡到剪切滑移期间的临界状况，当剪切力大于钢板自身的抗剪能力时，钢板沿着剪切面发生相对滑移，开始了真实的剪切，这一期间被称作剪切滑移期间。在这期间，因为剪切面不断变小，剪切应力也不断变小，直到钢板被剪断为止，完成一个剪切进程。

自动化设备电气原理

人机界面是通过触摸屏操作，传输到PLC进行控制（图2），触摸屏主要完成操作中的各种开关量输入（如机架前进、后退）和数字设定（对中心数值以及设备状态反馈，如机架前限、后限）。PLC主要完成触摸屏各个指令的接受和设备上各个传感信号的输入以及对电机、电磁阀等控制指令的发出，其本身自带CPU，可进行各种复杂计算后下达准确的动作指令。上剪刀13和下剪刀12是采用双速电机先慢后快的启动模式。图3为设备工作电气原理图。机架的本体移动控制是通过变频控制，附带刹车控制和报警控制，分快速和慢速，快接近目标位置前100mm处自动由快速转成慢速，确保定位精度和安全，内含过载报警和控制功能。

图2 触摸屏与PLC控制图

图3 电气原理图

自动化设备液压原理

图4为自动化设备液压原理图，开动油泵2，液压油经过过滤器1进入油泵入口后从出口打出，当油泵溢流卸荷控制电磁阀16断电时，油泵溢流卸荷阀15处于卸荷状态，油泵出口打出的液压油通过油泵溢流卸荷阀流入油箱，此时泵压力表3显示压力几乎为0，如需要压紧油缸9或旋转油缸10运动时，油泵溢流卸荷控制电磁阀得电，油泵溢流卸荷阀处于溢流状态，此时泵压力表就会显示设定的工作压力。油泵出口的高压油会通过单向阀4流入到压紧油缸电磁换向阀5和旋转油缸电磁换向阀14的P口，等待压紧油缸电磁换向阀和旋转油缸电磁换向阀的得电动作后高压油流经压紧油缸液压锁6或旋转油缸液压锁13来驱动油缸伸缩。压紧油缸安全阀7和旋转油缸安全阀12对油缸起到保护作用。