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营口北方突破钢桶卷封辊轮加工技术瓶颈

文/杨文亮

多年来,在我国制桶行业,钢桶卷封辊轮的设计和加工,都被认为是科技含量最高的技术。但是多年来,传统的设计和加工技术一直没有得到突破,致使这一领域一直处于停滞不前状态。不久前,营口北方制桶设备科技有限公司在这一领域做出了历史性的突破。图1为采用最新技术加工的辊轮实物图。


图1 采用新技术加工的辊轮实物图

一、钢桶卷封辊轮传统的设计和加工方法

卷封辊轮的关键设计,其实就是槽型曲线。早期设计辊轮的槽型曲线,都是根据经验,把槽型曲线设计成几个不同的圆弧,进行切线连接,这是一种经验曲线,没有什么理论基础。根据不同的钢桶材料厚度,进行一些数据尺寸调整,主要调整辊槽的深度和宽度。如图2所示,为传统卷封辊轮设计图实例。图中的曲线分段为ab、bc、cd、de四段其中ab段基本为直线,bc段为小圆弧,cd段为大圆弧,de段为直线。这是传统经验辊轮曲线的基本组成。


图2 传统卷封辊轮设计图

一般来说,一道辊轮负责把卷边卷到七层,二道辊轮把卷边压紧,消除卷边回弹,并将卷边压成一定的形状。图3为卷边成形过程示意图。图中1~3为预卷辊轮成形过程;4~7为一道辊轮成形过程;8为二道辊轮成形过程。常见二道辊轮的成型形状如图4所示。


图3 卷边成形过程示意图


图4 二道卷封成型形状

这种靠经验设计出来的辊槽,不可能达到最佳的卷封效果,而且工艺质量很不稳定。为了解决这个问题,有行业专家曾根据卷封的成形原理,分析出卷封主要成形部分的最佳槽形曲线应该是渐开线,如图5所示为辊槽渐开线原理图。


图5 渐开线形状原理图

这样,也可以说从理论上突破了卷封辊轮的技术难题,但是既便是设计出了最佳的辊槽曲线,但是这样的槽轮如何才能加工成形呢?
传统的辊轮加工,都是在普通车床上进行的。加工前,先根据设计图形,手工制作辊槽样板,加工时,用样板测量加工辊槽形状,当样板插入辊槽内,达到形状一致,严丝合缝后,才算加工完成。但这一系列的加工和测量,都是手工完成、肉眼测量的,加工质量完全掌握在车工手里。所以,要加工好的辊轮,对车工的技术要求很高,一个有经验的、专门加工辊轮槽形的技术工人,一天也只能加工两个辊轮,而且成品率也不高。

再说了,靠手工制作的样板,要达到理论设计的渐开线曲线要求,是完全达不到的,首先是无法检测其正确性,所以,样板也只是将原设计近似地修改成几个不同的圆弧。这样,理论上的最佳曲线,实际上是完全无法实现的。如图6所示为常见辊轮槽形样板示意图。


图6 辊轮槽形样板示意图

二、新的辊轮设计与加工技术

因为长期以来,由于卷封辊轮的设计和加工技术的瓶颈,严重限制了卷封机的加工质量。为了解决这一问题,营口北方制桶设备科技有限公司董事长慕德平先生,针对辊轮的设计和加工,进行了长期的研究和试验。在正确的设计理论的指导下,与国内著名的大学进行合作,设计出了一套数控加工程序,通过输入不同的工艺参数,可直接生成不同的辊轮槽形曲线,借助数控机床,直接加工成形,达到设计尺寸要求,加工出符合理论设计的完美曲线。

如图7所示,是决定卷封辊轮槽形曲线的主要参数,即钢板厚度t、桶身翻边宽度B和桶底顶边宽F。由于程序已经设计完成,加工时,只需要将这几个初始参数输入数控机床,程序会自动产生所要求的曲线,加工人员只需做上料、下料等工作就可以了,不需要太高的经验和技术,一个年青小工就可以做到。加工一个辊轮只需一个小时。如图8所示,青年工人正在用数控机床加工辊轮。


图7 卷封辊轮槽形的初始参数


图8 青年工人正在用数控机床加工辊轮

利用数控机床加工出来的辊轮,不仅槽型形状达到了理论上的曲线设计形状,而且精度高,表面光滑。加工完成的表面,达到了镜面效果,非常的光滑。工人的加工经验,就是从辊轮槽中看到了车间的天花板,这时候就达到了加工要求。

通过自动编程,采用数控机床加工出来的辊轮,其槽形尺寸可以达到一辊一形的目标,就是说可以生产出每一种辊轮都具有不同形状曲线的辊轮,根据用户不同的工艺参数,可以自动生成辊轮的槽形曲线,并直接加工成形。

在此基础上,营口北方制桶设备科技有限公司还改进了机加工工艺,新增磨削和抛光工艺,效果比轴承光泽度还高,可以达到全方位的镜面效果。从而提高了辊轮的使用寿命和抗磨性。原料直接从特钢厂进货,从而保证了材质的优良。辊轮还采用表面硬化处理工艺,显著提高了辊轮的寿命。槽形部位的硬度是传统卷边辊轮的1.25倍。

通过这一系列改进,辊轮的加工成本也大大的降低了。质量提高和成本降低,这使得营口北方的卷边辊轮,具有了全国最具竞争力的产品。为了进一步降低钢桶生产成本,营口北方公司最近还将推出“循环使用卷边辊轮”的服务方案,使用户的辊轮可以“以旧换新”,这是营口北方制桶设备科技有限公司推出的最新服务举措。

在2016年9月9日,中国包装联合会钢桶专业委员会在营口举办第七期技术培训班之际,代表们参观了营口北方公司生产现场,制桶业同行们对营口北方近年来在技术创新和服务升级方面的进步给予了充分的肯定。对于营口北方公司在卷边辊轮设计及加工技术上的突破,给以由衷地祝贺。这不仅仅是营口北方的进步,更是中国制桶业跨时代的技术进步。

辊轮程序数控加工技术的诞生,对于制桶行业来说,无疑是结束了一个时代,同时也开辟了另一个新时代!


图9 慕德平正在介绍公司新的服务理念

图10 王志坚部长介绍新辊轮的特点

 

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