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        桶身卷圓直邊問題分析與解決

        文/楊文亮

        一、桶身卷圓直邊段的形成

        鋼桶生產中的桶身卷圓工序,多數企業都是采用三輥卷板機進行卷圓。但是三輥卷板機有一個結構性的硬傷,就是卷板開始和卷板結束的兩個頭會出現直線段,俗稱直邊。如圖1為示意圖。圖2為桶身卷圓后的實物圖。


        圖1 桶身卷圓兩端直邊

        圖2 桶身卷圓直邊實物圖

        對于一般的三輥卷板機來說,桶身直徑越大,直邊寬度就越大。在生產標準200L鋼桶時,直邊寬度可達50~100mm,隨著卷圓機的輥子直徑大小不同會有所不同。出現卷圓兩端直邊的原因,是因為三輥卷邊機的送料輥與成形輥之間有一定的距離,如圖3所示。這個距離使板料開始進入和將要結束的兩端都會有一段脫輥的距離,導致這一段不能受到輥子的彎曲力限制。直邊段的距離正好就是送料輥與成形輥之間的距離。

        圖3 桶身三輥卷板機示意圖
        1-上送料輥;2-下送料輥;3-成形輥

        桶身產生直邊后,進行縫焊,焊接后,焊縫及焊縫兩面的直邊將仍然存在,對于整個桶身的圓柱度來說,這一段是一個直面,使桶身失圓,焊縫兩邊曲率為無限大,導致桶身向內凹陷的現象,此處桶身直徑比其它位置要小一些,一般情況下要比標準桶身直徑小5~10mm左右。如圖4所示為焊縫直邊段。

        圖4 焊縫直邊段

        二、桶身卷圓直邊段的危害

        對于鋼桶來說,直邊段可能會影響整體外觀質量。一般來說,對于標準的鋼桶,會在桶身上進行翻邊、壓波紋、漲環筋,通過這一系列加工,桶身的圓柱度會得到校正,卷圓兩端的直邊也會得到消除,所以,標準鋼桶的外觀不會因直邊問題受到太大的影響。
        但是對于非標準鋼桶,尤其是桶身上沒有波紋和環筋的鋼桶,焊縫處的直邊將得不到校正。如圖5所示,為國內常見的盛裝硅膠系列產品的鋼桶,其桶身上是直的,沒有波紋和環筋。

        圖5 桶身無波紋和環筋的鋼桶

        對于這類鋼桶而言,焊縫處的直邊,不僅僅影響鋼桶整體外觀質量,更重要的是直接影響到用戶的正常使用。多數盛裝硅膠產品的用戶,其向桶內注入產品時,產品是液體,但盛裝后待產品達到常溫時為粘稠體。當用戶要將產品取出時,通常采用壓力盤伸入桶入向內擠壓,將產品擠出桶內。其壓盤的大小比桶身標準內徑稍?。?~2mm左右)。當焊縫處直邊過大時,此處直徑將會小于擠出盤的直徑,致使擠出盤不能伸進桶身內進行擠壓操作。這種情況下,就影響了用戶的使用,產生了嚴重的質量問題。

        當擠出盤壓入鋼桶內時,如果焊縫處具有直邊,則此處桶身向桶內凹陷,擠出盤的邊緣會與焊縫處產生摩擦。裝硅膠產品的鋼桶一般都有內涂層,當擠出盤與焊縫產生摩擦時,焊縫處的內涂層就會被刮擦下來,污染貨物。不少用戶會反復使用鋼桶裝運貨物,當第二次使用時,第一次擠出時刮擦到桶里的內涂粉末還會污染第二次裝運的貨物。一些用戶發現桶內硅膠產品被粉末雜質所污染,這是這個原因。
        所以,桶身卷圓直邊問題,有時候也是致命的。

         

        三、桶身卷圓直邊的解決方法探討

        對于卷圓直邊的問題國內外已有不少的解決辦法,但是針對鋼桶桶身的卷圓直邊問題,目前還沒有比較有效的實用方案,在此,我們根據鋼桶的特殊生產工藝,對實用的生產方案進行一些探討。

        1、在卷板機上減少直邊長度

        普通的卷板機都是三輥卷板機,其生產的直邊段長度等于送料輥與成形輥之間的距離,要加工標準直徑的桶身,這個距離是不能縮小的,距離的縮小,就意味著桶身直徑尺寸的縮小。英聯邦生產的全自動縫焊機的卷板部分,采用四輥卷板,即在送料輥與成形輥之間,加入一個校正輥,當料頭脫輥時,這個校正輥就起了作用,能繼續起到成形力的延續,有效減少直邊段長度。如圖6所示,為英聯邦全自動焊機的四輥卷板機示意圖。

        圖6 全自動焊機上的四輥卷板機
        1-上送料輥;2-下送料輥;3-成形輥;4-校正輥;5-板料

        校正輥的采用,大大減少了直邊的長度。但是由于送料輥與校正輥之間仍然有一段距離,所以還不能完全消除直邊段,但對于標準鋼桶來說,這個很小的直邊段,基本可以忽略不計,但對于特殊要求的鋼桶,可能還達不到要求。

        還有一種全自動縫焊機,如蘇德羅尼克鋼桶全自動縫焊機,采用校正板進行校正,校正板是設置在送料輥與成形輥之間的圓弧形軌道,當卷板時料頭進入和脫開成形輥時,由校正板繼續完成卷圓工作,這種機構的直邊校正,比四輥卷圓機校正效果更好,直邊長度更小,基本能滿足硅膠桶的圓柱度要求。

        2、采用彎頭壓力機進行預彎

        國內外比較有效的卷圓直邊解決方案,多數都是采用預彎的方法,即在鋼桶進行卷圓之前,對兩端部分進行預彎曲。如圖7為采用彎頭壓力機,可以對卷板料進行預彎。也可以采用普通壓力機,安裝上預彎模具進行。這種方法雖然效果不錯,工藝也不復雜,但其生產效率不高,不太適合大批量生產的要求。

        圖7 彎頭壓力機

        3、采用漲形機進行補救

        桶身焊接之后,采用漲形機對桶身的圓柱度進行校正是制桶企業比較實用的方法。此法可采用普通的桶身環筋漲形機改裝而成,將漲模設置成與桶身直徑相同的圓柱體即可。一般情況下,由于鋼板的回彈作用,漲形程度應稍大于鋼桶的標準直徑,才能保證桶身的圓柱度得到校正。具體的漲形參數,需要進行認真的設計和實驗才能確定。

        這種補求方法,如果漲形過了頭,很可能使用桶身直徑過大超標,造成其它質量問題;如果漲形程度不足,很可能直邊得不好很好的消除。另外,漲形模漲開后,桶身漲塊與漲塊之間有一定的縫隙,這縫隙之間因為沒有模塊支撐,又會產生直線段,如果漲塊數量比較多時,這種直邊段影響不大,但如果漲塊數量較少時,直邊段可能太長,不僅起不到圓柱度補求目標,反而使直邊問題更加嚴重。如圖8為桶身校正漲形模塊示意圖。

        圖8 桶身校正漲形模塊

        4、使用端頭滾彎機進行預彎曲

        端頭滾彎機是在桶身板的長度上隔開布置著的兩對輥輪之間,使板料的兩端通過并進行彎曲的加工方法。為使兩對輥輪適合板材的長度,可用改變機架間距的辦法來實現。如圖9所示為端頭滾彎機示意圖。圖10為端頭滾彎機實物圖。

        圖9 端頭滾彎機示意圖

        圖10 端頭滾彎機實物圖

        5、采用二輥卷板機進行卷圓

        二輥卷板機是采用一個剛性輥和一個彈性輥進行卷板的設備,如圖11所示,為二輥卷板機原理示意圖。因為二輥卷板機不能方便地調節桶身直徑,因而適應性較低,所以,目前二輥卷板機在制桶行業中沒有得到應用。但二輥卷板機的最大優點,就是不產生直邊問題。

        圖11 二輥卷板機原理示意圖

        在二輥卷板機中,板料由于彈性輥輪的壓力作用就連續地繞在剛性輥輪上面進而使其成形為圓筒形。利用橡膠作為彈性體的例子在沖壓生產中是常用的,然而這一方法的完全實用化,是在使用了富于韌性、耐磨性,具有適當彈性的尿烷(氨基甲酸乙脂)合成橡膠之后的事。適于本加工方法的尿烷合成橡膠輥輪的硬度為肖氏硬度A85°~95°。

        如圖12所示為輥輪壓下量(尿烷合成橡膠輥輪的下凹量)與桶身件直徑關系的參數值。壓下量達到某一臨界值,板料貼合在輥輪上之后,即使是將輥輪的壓下量增加到臨界值以上,桶身直徑的變化也是非常小的。所以,取較臨界壓下量稍多一些的變形量即為合理壓下量。雖說在臨界壓下量以下,根據對輥輪壓下量的調整情況,也不是不可能制造出直徑不同的各種桶身件,但是,由于不夠穩定,故一般不采用這種方法。

        圖12 二輥卷板中輥輪壓下量和桶身直徑的關系

        為了改變桶身的直徑,就象圖13那樣,專門在剛性輥輪上套以適當直徑的導向輪來進行卷板加工。

        圖13 用導向輥輪擴大直徑加工范圍

        與三輥、四輥卷板機相比,二輥卷板機的優點是:

        (1)不產生直邊段,不必端頭預彎,生產效率較高;

        (2)在一次行程中有作高精度成形的可能;

        (3)板料即使是翹曲不平的板材,也能卷成圓整的桶身;

        (4)不產生皺折,不在桶身表面造成劃痕;

        (5)如果把輥輪的壓下量取大,即使兩輥輪的間距有所變動而桶身的直徑也不發生變化,因此設備精度不是很高也行,使用的是簡單的裝置等等。

        另一方面,二輥卷板機的缺點是:由于相對于不同的桶身直徑都需要制作導向輥輪,故不適于多品種小批量生產。

         

        四、實用方法比較

        以上介紹了四種解決桶身卷圓直邊問題的方案,各有特色,也各有利弊。具體采用什么方案,要根據企業自身的生產情況選擇合適的方案。

        1、對桶身直邊問題要求不高的情況

        如果用戶對鋼桶圓柱度要求不太高,但普通三輥卷板機又不能滿足要求的情況下,可采用上述第一種方案,在卷板機上進行改造,加校正輥或校正板進行校正,減小直邊長度。方法簡單,容易實現,投資也不大。但如果要完全消除直邊,這個方案不適合。

        對直邊要求不高的情況,也可采用上述第三種方案,采用漲形機進行補求校正,因為這種校正有材料回彈因素,雖可以改進圓柱度,但完成校正消除直邊不太容易。

        2、對小批量生產的情況

        如果生產品種是小批量生產,不需要較高的生產效率時,可采用上述第二種方案,即采用彎頭壓力機進行預彎曲。

        3、對大批量生產的情況

        如果是大批量單一直徑鋼桶的生產,建議采用上述第四或第五個方案進行生產。第四種方案需要在生產線上添置一臺端頭滾彎機設備,而第五個方案,則需要將原三輥卷板機換成二輥卷板機,都需要進行新設備的購置,但兩個方案相對比,第五方案不需要增加設備占地面積。如果采用第四方案,則需要新添置一臺設備,如果是在已經設計好的生產線上進行,可能會沒有地方放置。

        如果是新布置生產線,可采用第四方案,將端頭滾彎機直接設計在生產線上即可。如果是對舊生產線進行改造,則采用第四方案較為方便。

         

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