（机械设计及理论专业论文）复合易拉盖成型机的设计与研究.pdf

复合易拉盖成型机的设计与研究 摘要 马口铁铝箔膜易拉盖是一种新型的复合型易拉盖，它既具有铝制易 拉盖质轻、外观美、耐腐蚀、防伪的优点，又具有马口铁制盖强度好的 特点，适用于粉状、颗粒状等食品的罐装包装中，在保留了传统罐盖密 封性好，阻隔性好的同时解决了传统罐装食品容器卅肩难、易伤手的技 术难题。 在马口铁市场价格不断上涨，消费者消费观念逐渐改变的现状下， 本课题所研究的复合型易拉盖为金属容器包装行业提供了新的产品选 择。该产品成本低、造型美观大方，目前在国内尚未见到该类产品的成 套生产设备。本课题的研究将对我国的金属容器包装行业和包装机械行 业的发展有着重要的现实意义。 本文研究的复合易拉盖成型机是一种包装机，该机器的上作i ( 1 理 是：将铝箔纸模切成圆片，然后与马口铁盖圈通过热压作用结合在一起， 最后在马e 1 铁和铝箔纸的结合体上压花，最终形成所需婆的产t ；l t 。妓流 程图如p ： 竺、 这一过程是通过电机带动齿轮、凸轮、曲柄滑块、机械手、辊子等 机构来完成：模切、送料、转位、热压、压花、走纸等工作过程的，其 中带轮轴与齿轮轴之间用了电磁离合器，以使启动过程比较稳定而不会 损坏机器。生产过程中的间歇过程采用了平行分度凸轮来实现。 本文在分析复合型易拉盖的结构及材质的基础上，提出了具有创新 性复合型易拉盖的成型工艺，并据此确定出相应成型设备的执行系统方 案、传动系统方案等。 本文根据易拉盖的成型工艺，结合机械设计理论，对该成型设备中 完成各功能的执行机构进行了设计。这些执行机构包括：马口铁盖圈送 料机构、铝箔膜放卷收废装置、模切机构，热压机构、压花机构、成品 落料及定位机械手等部分。对传动系统进行结构尺寸设计，并进行了必 要的校核。 关键词：马口铁铝箔膜易拉盖，成型工艺，成型设备，执行系统，传动 系统，控制系统 d e s i g na n ds t u d yo nf o r m l n g m o c h i n e o fc o m p o s i t ee a s y o p e nl ) a b s t a r a c t t i n p l a t e a l u m i n u mc o m p o s i t ee a s y o p e nl i di sak i n do fn e wp r o d u c t i tn o to n l yh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fa l u m i n u m1 i d ，s u c ha sl i g h t w e i g h t ， t r a n s f i g u r e ，c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，b u ta l s o h a st h ea d v a n t a g eo ft i n p l a t e l i d s u c ha sg o o ds t r e n g t h t h i sk i n do fe a s y o p e nl i dc a nb eu s e di nt h ec a n p a c k a g ew h i c hi sf i l l e dw i t hp o w d e r ya n dg r a i n yf o o d t r a d i t i o n a lc a nl i d c a n tb eo p e n e de a s i l y ，a n di to f t e nh u r t sp e o p l ew h o mo p e n si t t h i sn e w k i n dl i dr e s o l v e ss u c hd i f f i c u l tp r o b l e m u n d e r e x i s t i n g c o n d i t i o nt h a tt i n p l a t e p r i c ek e e p sr i s i n g a n d t h e c o n s u m e r si d e a sc h a n g e ，t h i sn e wk i n dfp r o d u c ts u p p l i e sn e wc h o i c e f o rm e t a lc o n t a i n e ri n d u s t r y t h i sp r o d u c tc o s t sl o w l ya n di t sa p p e a r a n c ei s b e a u t i f u l s of a r , t h e r ei sn or e p o r tt h a ta n yo t h e rc o l l e g e o rr e s e a r c h i n s t i t u t i o nd o e st h er e l a t i v es t u d y o u rs t u d yw i l lb eo fm o m e n t o u sc u r r e n t s i g n i f i c a n c et om e t a lc o n t a i n e ri n d u s t r ya n dp a c k a g i n gm a c h i n ei n d u s t r y u t o m m i cm a c h i n ei nl i g h tw o r ki nc o n d u c ta n da c t i o n sat y p em o l d s p r e s s e s t h em a c h i n e ，i s i n gt oc u ti n t ot h ea l u m i n u mf o i lm o l dt oc i r c l ea c o m b i n a t i v ef o r , t h e nw i t ht i n p l a t ec i r c l es l i c e p a s s i n gh o tf u n c t i o nj o i n i n gt o g e t h e rt o g e t h e r , f i n a l l ya g a i na tt i n p l a t ew i t h a l u m i n u mf o i lt oa s c e n dt op r e s st h ef l o w e r , c a n n i n gi n c r e a s et h es t r e n g t h l i k et h i s ，e n df o r m a t i o nap r o d u c tf o rn e e d i n g p r o c e s si sa sf o l l o w s ： t h i sp r o c e s si st op a s s e s ，t h ee l e c t r i c a le n g i n e e r i n ga r o u s e st h es l i p p e r y ah a n d ，s o ne t o o r g a n i z a t i o ni nw h e e lg e a r , c a m ，c r a n kc o m p l e t e ：t h em o l d s l i c e ，s e n d st oa n t i c i p a t e ，t u ma ，t h eh e a tp r e s s ，p r e s sf l o w e re t c w o r k p r o c e s so f , a m o n gt h e mt a k e t h ea x l eu s e d w i t hw h e e lg e a rs t a l kt h e e l e c t r o m a g n e t i s mc l u t c h ，t o i n gm a k et o s t a r tt h e p r o c e s sc o m p a r e t h e s t a b i l i t y b u tc a n 。t d a m a g et h em a c h i n e t h ei n t e r m i t t e n tp r o c e s so ft h e p r o d u c t i o nl i n ei n s i d ea d o p t st h ep a r a l l e lc e n t ac a mt or e a l i z e t h i sp a p e rp r e s e n t e dak i n do fi n n o v a t i v ef o r m i n gp r o c e s so nt h eb a s i s o fa n a l y z i n gt h es t r u c t u r eo fe a s y - o p e nl i da n di t sm a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c s ， e x p o u n d e dt h e e x e c u t i o ns y s t e mp r o j e c t ，t r a n s m i s s i o ns y s t e mp r o j e c ta n d c o n t r o ls y s t e mp r o j e c t a c c o r d i n g t ot h ef o r m i n gp r o c e s so fe a s y o p e n1 i d t h i sp a p e r d e s i g n e da l lm a c h i n e r yo ff o r m i n gm a c h i n eo nt h eb a s i so fm e c h a n i s m t h i s f o r m i n gm a c h i n ei sc o m p o s e do ft h e s e c t i o n so ft h et i n p l a t el i da n dt h e a l u m i n u mf o i ld e l i v e r e r , d i e i n ga n dh e m i n gm o u l d ，d r a wp r e s s i n g ，f i n i s h e d p r o d u c tc o l l e c ta n dt h er e m a i n d e ro fa l u m i n u mf o i lc o l l e c t i na d d i t i o n ，t h e p a p e rh a sc o m p l e t e da l l t h es t r u c t u r ed e s i g no ft r a n s m i s s i o ns y s t e ma n d c h e c k e dt h e m ，c o m p l e t e dt h ed e s i g no fc o n t r o ls y s t e m ，r e a l i z e dt h ep r o c e s s a u t o m a t i o n 鼍| 蓍| 三| 妻|。西坐鲨竺飞 薹l l 茎 坚品一 。宅 k e yw o r d s ：t i n p l a t e - a l u m i n u mc o m p o s i t ee a s y o p e nl i d ，f o r m i n g p r o c e s s ，f o r m i n gm a c h i n e ，e x e c u t i o ns y s t e m ，t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，c o n t r o l s y s t e m 第一章绪论 1 1 课题的提出背景 本课题所研究的马口铁一铝箔复合易拉盖属于金属容器包装行业领域。金属包装是中 国包装工业的重要组成部分，其产值约占中国包装工业总产值的1 0 ，主要为食品、罐头、 药品以及化装品等行业提供包装服务【1 1 。我国的金属包装行业的发展并非一帆风顺， 在 “六五”期间是刚刚起步，发展缓慢。“七五”期间市场供求关系比较正常并呈现大有发 展的趋势。 “八五”期间是金属容器的鼎盛肘期。然而，好景不长，由于辨商瞄准我国 这个大市场纷纷进入我国设厂，引进大批先进生产设备及技术工艺和科学的企业管理， 但由于发展过快，加之宏观失调乡镇小企业盲目上马。从1 9 9 6 年开始出现生产供大于求， 全行业进入低谷。2 0 0 2 年5 月遭突如其来占成本7 0 的马口铁入列反倾销临保措旌，进 口税率由5 一7 提高到2 5 。国内马口铁价格节节上调，国外马口铁厂商也跟风而涨， 涨幅竟达3 5 ，给我国的金属容器包装行业带来了沉重的成本负担。 目前中国金属容器产业每年消耗马口铁在3 5 万吨叫o 万吨，按马臼铁平均涨价1 5 0 0 元吨计算，每年全国金属容器行业因此多付出5 2 “亿元的成本，在金属容器产品价格 因各种原因不能随之涨价的情况下，相当于我国金属容器行业每年为此损失5 | 2 巧亿元， 这对于尚处于微利经营又有所发展的金属容器产业无疑是当头一棒。在马口铁生产厂家 印铁企业制罐、盖企业罐装产品企业罐装产品市场这个产业链运行过 程中，如果马口铁价格不断抬高，其后果必将造成整个产业链的局部故障，部分制罐企 业和罐装产品企业被涨价冲击波摧毁，造成产业链恶性循环，对这个产业链的所有企业 弊大于利。 面对我国金属包装行业，中国包装技术协会会属委员会秘书长霍之荣曾指出，金属 包装行业目前存在五大主要问题需要解决好，这_ 五个问题是：( 1 ) 金属包装行业目前市 场己供大于求，不宜再重复引进设备，应挖掘现有潜力。( 2 ) 国产包装机械与圜外先进 设备相比，其性能差距较大，建议机械研究机构应努力研制高性能的包装机械设备，争 取替代进1 ：3 节约外汇。( 3 ) 金属容器生产企业在保名牌的同时，应开发新产品，在规格、 造型等方面有所创新，不能几十年一贯制，不创新就没发展前途。( 4 ) 铝制两片罐、马 口铁三片罐、皇冠盖设备应适当限制引进。( 5 ) 马口铁价格虽有所下降但仍没回归到台 理价格上来，波动性较大，今后我们将加强与马口铁联谊会沟通1 2 j 。 据不完全统计，金属容器包装制造企业在全国约有1 5 0 0 家生产企业，面对金属包装 行业目前的困境，只有通过两条途径来改善现状：一是引进技术和设备，扩大规模，实 施规模经济来降低产品成本。国外金属包装行业经过三十多年的发展，生产已形成集团 化，并据有相当的规模，在这样的基础上通过不断增置生产线来提高生产速度是轻丽易 举的事情。而国内金属容器企业与国外相比规模较小，又由于近年来大多数厂家处于亏 损运营，因而再花赞一大笔资金来引进技术和设备来扩大规模较为困难，靠这一途径来 解决困难并不符合我国国情。另一途径是依靠自身力量开发新型的金属包装容器，努力 研制相应高性能、低成本、符合国情的包装机械。这对于小规模的企业而言是较为容易 接受的。 1 2 课题的提出与意义 罐头包装容器开启难是长期存在的老大难问题，“罐头好吃口难开”至尽没有得到彻 底解决。我们多年来推广旋开盖玻璃罐，并制定了盖和瓶口的行业标准。有些罐头厂采 用小厂生产的不符合标准的旋开盖和玻璃瓶，加工后达不到开启方便的要求；马口铁罐 头由于开罐工具推广不普遍，很多家庭和服务行业不具备开罐刀，消费者没有开罐工具， 只能用菜刀、剪刀、水果刀，划伤手是常事。罐头容器不进行改革，就达不到罐头方便 实用的目的。进年来发展的八宝粥罐头，采用易拉盖包装，深得消费者的欢迎。易拉盖 有两种开口形式，即小开口和全开式。罐头食品内容物大都是圆形物，只能采用全开式 易拉盖。易拉盖技术含量很高，有些小厂采用半机械半手工方式生产，产品质量出现很 多问题，如铆钉不牢、划线处生锈、划线深浅不等等。开罐时经常发生铆钉脱落、拉 不开、漏气漏罐等问题，给消费者带来很大麻烦【3 j 。同时随着生产与流通的同益社会化、 现代化，人们越来越重视产品的包装。他们要求更小巧、易读、易开、易重新闭台和储 存的容器。目前，我国成套型的自动包装机械的发展速度还很慢，尤其是余属包装产品 密封的自动设备更为少见。发展复合罐、异型罐和喷雾罐等多种系歹4 制罐成套设备及相 应的制盖生产线是我国包装机械发展的重点；而马口铁铝箔易拉盖成型机则是易拉罐制 盖生产线上的台重要设备；同时，该课题也是郑老师接广东一家易拉罐制盖生产。的 个项目。 马口铁和铝台金是制罐盏的主要会属材料，马口铁制盖与同一厚度的铝制盖相比， 强度好，不易造成损伤或出现凹坑，多数的罐装食品厂部采用马口铁制的罐盖作为产品 的包装容器。但近年来马口铁价格的高升不降，导致了容器的成本升高，罐装食品的价 格也因该硬性因素而居高不下。要降低罐装食品的价格，势必在保证食品质量的前提下 通过降低其包装容器的成本来达到目的。从包装容器本身出发，就是尽可能地减少马口 铁的用量。铝制盖具有质轻、余属色泽好，密封性等优点，但由于整罐难以采用焊接成 型，强度不及马口铁制盖，因此不能完全替代马口铁制盖。 马1 2 1 铁铝箔易拉盖是由铝箔复合膜与马口铁盖圈封合而成的一种新型复合易拉盖。 既具有马口铁制盖的强度好的特点，又具有铝制易拉盖的质轻、外观美、耐腐蚀、遮光、 防伪等特点，封盖材料封合可靠，保护期长，同时成本低，更易开启。可广泛应用与粉 状、粘状食品的罐装包装中，尤其适用儿童和老年入使用。 马口铁一铝箔复合易拉盖与国内目前大量使用的拉环式易开盖在开启后拉环与盖体分 离不同，这种易开盖上也有开启拉手，但开启后与盖体不分离，便于集中回收，开启更 安全。另外，这种盖开启容易，不必附加任何开罐器，在保留了传统盖密封性好，阻隔 性好的同时，解决了传统罐盖开启难，而且容易伤手的技术难题。此类看似简单的易拉 盖把冶金、化工、机械、电子等诸多行业的技术融合在一起，由于我国制盖设备技术水 平较低，无论是设备的生产速度、产品质量自动化水平与国外相比都有很大的差距，尤 其是这种新型的复合易拉盖生产设备，国内尚未见其他高校或研究所做相关生产工艺及 设备的研究。目前我国所使用的复合易拉盖都是进口成品，因此，研制马口铁一铝箔易 拉盖对罐盖生产行业新产品、增加行业竞争力具有重要意义，相应的研制马口铁一铝箔 易拉盖成型机将对我国包装行业的发展有着重要的现实意义。 1 3 课题的要求及主要内容 1 3 1 课题的要求： 主轴转速：n = 7 0 r m i n 热压凸轮升程为：h = 2 2 m m 马口铁外径为：d = 1 3 7 1 r n n ，内径为：d = 1 0 3 m m 铝箔纸圆片的直径l1 2 m m 转位机构动静比为：i ：3 模切力为4 x 1 0 4 n 压花部分受力o 2 x1 0 n 热压部分受力o 5 1 0 4 n 1 3 2 课题的主要内容： 本课题的主要任务是研究马口铁一铝箔易拉盖的成型工艺，并椐此完成马口铁一铝箔 易拉盖的成型机的整机设计。主要完成以下内容： ( 1 ) 确定易拉盖的成型工艺 马口铁一铝箔易拉盖是一种新型的复合易拉盖，根据马口铁、铝箔复合膜的材质及加 工成半成品的结构和加工性能，分析其成型的可行性方案，研究其成型工艺，提出最佳 的解决方案。 ( 2 ) 完成成型机的整机设计 在确定最佳方案的基础上，结合机械设计理论，根据原始数据确定成型机的总体方 案，给出执行系统的执行方案，确定传动系统的布局，进行设计计算，最终将这些理论 设计转化成为可以指导生产、装配、调试依据的技术图纸及说明书。 第二章易拉盖成型工艺方案设计 马i ：1 铁一铝箔易拉盖的成型工艺是决定易拉盖质量的关键因素，也是其成型设备设 计的依据，同一种产品的生产，可以采用不同的工艺方案。方案的选择与材料的特性， 产品的结构形状、尺寸，生产速度和质量要求等因素有关。需从对产品的质量、生产率、 产品成本、成型机的工作方案、整体布局、机器工作的可靠性以及机器的技术经济指标、 生产自动化要求以及改善操作工人的劳动条件等各方面进行研究。应力求使所确定的加 工工艺方案既先进又可靠，在运动原理和结构上是可行的，机器的结构简单而完善，在 保证加工质量的前提下具有高的生产率。因此，易拉盖的成型工艺方案的合理选择对后 面的设计起着举足轻重的作用。在制定可靠合理的成型工艺前，先来了解易拉盏的结构 及其原材料的规格。 2 1 易拉盖的结构 马口铁一铝箔易拉盖由马口铁盖圈和铝箔膜盖片两部分组成。其结构图如图2 1 所 刁r ： 图2 - 1 马口铁一铝箔易拉蓝结构 f jg 2 - 1t h es t r u c t u r eo fe a s y o p e n1 id 盖圈的形状可分为方形、圆形等不同的形状，以适用不同形状的罐身。盖片的形状 根据盖圈的形状而定，也有多种样式。盖片上带一拉手，以便盖的开启，拉手的形状也 多种多样，应根据盖形进行恰当的设计。在本课题中，所设计的盖为圆形，拉手采用圆 片形状。 易拉盖在月启盖时，轻轻向上提起铝制拉手，通过拉手使粘合面产生撕开力，启丌粘 合在马口铁盖圈上的铝箔膜盖片，这样很容易就得到罐中食品，其盖开启随后如图2 - 2 所示： 丹启前 * 胄蠹 图2 - 2 马口铁一铝箔易拉盖开启前、后示意图 f i g 2 - 2t h e 儿l u s t r a t i o no fe a s yo p e n1i d 2 2 原材料的规格及要求 马口铁一铝箔易拉盖的盖圈材料为l 型马口铁，其化学成分如表2 - 1 所示 表2 - i 马口铁的化学成分 元素 cm npss ic u n i c rm o 残余成分 含量 o 1 3o 6 0o 0 1 5 0 0 5o 0 2 0 0 60 0 40 0 60 0 50 0 2 马口铁经反复轧制，轧延方向抗拉强度约为8 0 0 0 0 p s i ( 5 6 k g f m m 2 ) 。为使马口铁和铝 箔膜能够达到完全封合，马口铁盖圈封合处涂布有一层2 m 厚的聚乙烯热熔层，其熔点 为1 5 5 0 c 。 盖片用材是铝箔膜卷材( 亦称带材) ，铝箔膜材料有三层结构，外层为2 “m 厚的离熔 点聚乙烯( r p 4 9 6 ) 层，其熔点高达4 0 0 0 c ，中层为9 0 爿m 厚的铝箔，内层为9 , u m 厚的低 熔点聚乙烯热熔层( r p 4 4 0 ) 。铝箔的化学成分如表2 - 2 所示 表2 ：- 2 铝箔的化学成分含量 元素 s i f ec um n m g c rz nt i 其他 含量 0 2 00 3 5o 1 50 1 54 0 5 00 1 50 2 5o 1 00 0 5 铝箔膜的抗拉强度和屈服强度必须均匀一致，卷材厚度公差应在0 0 0 5 掰m 内。 2 3 易拉盖成品成型工艺方案的提出 根据马口铁铝箔易拉盖的结构，成品盖的成型需要完成的工序有：将铝箔膜切成带 有一开肩拉手的圆片，为使盖片满足完全密封盖圈的同时，应使盖的整体美观，通常圆 片的直径比马口铁盖圈内径大8 - i o m m 。模切好的铝箔膜盖片通过加热加压与马口铁盖圈 祜合为一体，当加热温度达2 2 0 ”c ，加热压力达2 m p 。热压时间达0 5 s 时，盖片与盖圈 可实现完全粘合，该工序称为热压工序。热压工序注意的一点是，铝箔膜盖片与马口铁 盖圈粘台处应该为两者涂布有低熔点聚乙烯的涂层面，不可反置，否则将影响盖的密封 性。热压封合好的易拉盖半成品要进行的下一个工序是花纹图案的压制，该工序称为压 花工序。压花的作用是为了使产品的外观更美观，同时能除去盖片在加工过程中产生的 微褶或划痕等表面瑕疵，此外，可通过更换模具给盖片上压上产品的商标或企业标识， 使盖具有防伪功能。在压花进行前将开启拉手折转1 8 0 。，然后再进行压花工序，压花是 最后一道工序，当压花完成后可得到一个成品的易拉盖。 在成品盖的成型过程中，马口铁盖圈以成品形式提供，铝箔膜以卷材形式提供。经综 合考虑，提出以下三种方案： ( 1 ) 该方案的铝箔模给料和马日铁盖圈给料呈交叉型，在热压工位汇合，将二者封 起，形成盖子，继续向前，进行压花，然后成品落料；热压后的铝箔模也继续向 剐，t 嗳装置处作收废处理。该方案可以实现成型机的基本功能，但是在热压工位处 马目铁宅位较难。 图2 - 3 方案一工艺原理图 f i g 2 - 3t h ep r o c e s sp r i n c i p l eo fp r o j e c t ：i ( 2 ) 该方案的特点是具有多个加工工位，加工对象安置在转位传送装置上，顺序地 在各个工位上进行加工，同时间内，各个工位同时进行加工。 其工作过程是：铝箔膜剧歇给料，在模切工位模切成型，但不完全切断，以利于铝 箔纸进一步送料至下一工位：与此同时，马口铁盖圈给料，送至转位机构的定位工位， 然后随转位机构转至热压工位，在这里与模切好的铝箔盖会合，热压后铝箔废料机构进 行收废，成型的盖子转至压花工位进行压花，到此已形成马口铁一铝箔易拉盖产品，送至 卸料工位卸料即可，一个工作循环结束。 图2 4 方案二工艺原理图 f i g 2 - 4t h ep r o c e s sp r i n c i p l eo fp r o j e c ti i 根据此方案，初步确定各工序的工作机构：模切、热压、压花、卸料、收废机构等。 ( 3 ) 该方案将铝箔膜盖片的切片成型工艺分开，在专用的冲压机上将盖片冲切成型。则 该机的主要功能是实现将铝箔膜盖片与马曰铁盏圈热压封合与压花。其工艺原理图如图 2 5 所示： 图2 - 5 方案三工艺原理图 f i g 2 - 5t h ep r o c e s sp r i n c i p l eo fp r o j e c ti l 该方案缺省了铝箔膜开卷、模切及收废工艺。 2 4 最终方案的确定 剥以上提出的三个方案进行分析比较： r 在方案一中，可以实现成型机的基本功能，但是在热压工位处马口铁盖圈定位较难。 在方案二中，各个加工工序依次对加工对象进行加工，方案可行。在模切工位，模切 刀并未将铝箔膜完全切断，而留下三个断点，以便依靠收废装置在收废过程中将铝箔膜 盖片送至热压工位。但与方案一比较，该方案结构更加紧凑，定位可靠，更易实现。 方案三简化了整机总体布局，在理论程度上是可行的，也优于方案二。但是，在该方 案中，铝箔膜盖片的加工须另在冲床上完成，这无疑增加了厂家的生产成本。该方案难 解决的关键在于加工好的铝箔膜盖片在储料仓中的放置，要保证盖片的平整、不皱折， 对放置的方式有严格的要求。另一方面，根据铝塑箔膜的材料结构，其一面涂有高熔点 的聚乙烯层，如果放置位置颠倒，将影响到盖片与盖圈的封合质量。该方案也不能很好 的解决盖片与盖圈的封合定位问题。 综上所述，我们确定方案二为最终方案。 第三章总体方案设计 现代自动包装机结构组成上包括原动机、传动机构、工作机构和自动控制系统四大 部分。其设计程序与内容基本上和一般机器的设计相同，但基于包装机工作本身的特点， 首先它具有自动工作机的特点，即工艺范围有局限性；工序操作有严格的顺序；工作循 环有时间节奏性等，其次包装加工的工艺形式多样，就其工艺过程的物理实质来说有理 化性作用型，特点是产品处于机器中受物理或化学作用而完成加工，有机械性作用型， 产品处于机器工作机构的机械作用下完成加工，还有综合性作用型，产品在机器中即受 到理化作用又受到机械作用而完成加工的。因此在自动包装机的设计中，所涉及的学科 和内容更广泛丰富，设计时应考虑。 3 1 原始数据及生产要求 ( 1 ) 马口铁盖圈尺寸： 外径d i 1 3 7 m m 内径d 。 1 0 3 m m 厚度0 4 m m 质量m g 1 3 3 7 4 9 ( 2 ) 铝箔膜卷材尺寸： 最大外径 7 5 0 m m 心轴孔径 5 0 n a n 宽度定制 厚度0 1 m m 密度p 2 6 6 x1 0 3 k g m ： ( 3 ) 牛产能力：7 0 个m i n ： ( 4 ) 热脏温度：2 2 0 ； ( 5 ) 故障、缺料报警 3 2 成型机功能分析 根据前章所确定的成型机工艺方案，可知易拉盖成型机的主要功能是将铝箔膜冲切成 所需形状的盖片，紧接着将盖片热压封合在冲制好的马口铁盖圈上，并在盖片上压制出 所需的花纹来实现易拉盖的成型。其功能树状图如图3 - 1 所示： 图3 - 1 成型机功能树状图 f i g 3 - lf u n c t i o nt r e eo ff o r m i n gm a c h i n e 3 3 工艺动作分解 根据功能树状图，成型机的工艺动作可分解为： ( 1 ) 马口铁盖圈送料 马口铁盖圈在预定的时间内水平送至定位机械手，供送机构做水平往复直线运动， 无停歇； ( 2 ) 转位机构转位 转位机构带动机械手转位，做间歇回转运动。机械手将携带马口铁盖圈在各工位停 留，完成相应工序的加工后转至下一工位。在热压和压花工位阃安装有折纸器，在转位 过程中完成铝塑膜盖片拉手的对折。 ( 3 ) 铝箔膜卷材供料 铝箔膜原材料由厂家以卷材形式提供，成型机须完成其放卷送料及收废工作： ( 4 ) 模切 模切机构做上下往复直线运动，完成对铝箔膜进行冲切，但不完全冲断： ( 5 ) 热压 热压机构做上下往复运动 ( 6 ) 压花 压花机构做上下往复运动 ( 7 ) 卸料 将模切来的盖片与马口铁盖圈热压粘合 对粘台好的易拉盖进行压花。无停歇 当成品转至卸料工位，卸料装置将成品卸下。 3 4 运动循环图设计 3 4 1 执行机构的运动循环时间乃 根据所确定的盖的成型工艺方案，成型机的转位机构应具有四个工位，即转位机构 输入轴每转3 6 0 。，转位输出轴须转动9 0 。转位机构一次转位过程中，铝箔膜进给一 次；在转位机构每一次转位后的停歇期间，马口铁盏圈供料机构往复摆动一次，模切、 热压、压花机构上下往复运动一次。因此，转位机构输出轴转动一个9 0 。，成型机将完 成一个工作循环，生产出一个易拉盖成品。厂家要求成型机的生产率为q = 7 0 个m i n ，因 此，为满足生产要求，转位机构输入轴转速应为7 0 r m i n ，则执行机构的运动循环时间为 弘：三；塑：曼。 f 5 i 5 7 07 5 3 4 2 组成工作循环的各个区段 易拉盖成型机具有多个执行机构，生产过程中，各执行机构动作须相互协调，根据 成型机的工艺动作分析，初步确定各执行机构的运动循环区段。 转位机构的运动循环由转位机构的运动期和停歇期两段组成。根据已知条件得其动 停比为丘= 1 ：3 。 马口铁盖圈的供送机构运动循环由工作行程和空回行程两段组成。为了提高生产率， 应适当缩短供送机构空回时间，因此在本设计中，采用曲柄摇杆滑块机构来实现马口铁 盖圈的供送，并根据工艺要求，初选行程速比系数尬：1 0 5 。 模切机构，包括上升和下降两阶段，期涮没有停歇，回程不须急回特性，可采用对 心曲柄滑块机构。 热压机构的运动循环包括上升、热压、下降、停留四个区段。可采用凸轮机构束实 i 觅。 压花机构完成的是对粘合后的易拉盖进行对模冷压，因此，其运动循环包括上升和 下降两段，其间没有停歇，回程无须具有急回特性。 铝塑膜的供送与转位机构的运动同步。 3 4 3 执行机构各区段相应的时间及分配轴的转角 ( 1 ) 根据转位机构的动停比丘= 1 ：3 ，可确定出转位机构的停歇时间0 和转动时间0 一t j ：= 1 ( 3 一1 ) t j 3 t l + t 产= 6s(3-2) 联立式( 3 - 1 ) 和( 3 - 2 ) 解得 39 k 。1 4s t 。一1 4 s 输入轴对应的分配转角分别为 加= 9 0 7 西= 2 7 0 。 ( 2 ) 马口铁送料机构的工作行程占用时间与空回行程占用时间根据设定的彳于程速比系数 的值可按下式计算： 因 鱼：1 0 5 ( 3 3 ) t k + “：一6(3-4tg) + “2 7 ( 3 ) 联立解方程( 3 - 3 ) 和( 3 - 4 ) 得 & = o 4 3 9 s ，t k = 0 4 1 8 s 曲柄对应工作行程和空回行程的转角分别为： 幢= 1 8 44 l 啦= 1 7 5 6 。 ( 3 ) 模切机构的运动循环包括上升时间和下降对间，根据工艺设定为对等时间： 33 知= 了s ，岛= 了s 对应输入辅的转角为：办= 1 8 0 。，南= 1 8 0 。 ( 4 ) 热压机构的运动循环 2 l555 “2 西8 ，“。西5 ，o 。石8 ，“。一4 2 5 其中，t ，为热压时间，t s 为机构上升时间，t h 为机构下降时f a j ，t j 为机构底位停歇时 目。 对应输入轴转角为：痧= 2 1 0 。, 参= 5 0 。，西= 5 0 。，磅= 5 0 。 ( 5 ) 压花机构的运动循环包括上升时间和下降时间，根据工艺设定为对等时间： 3 如= 了s ，珀= 了5 对应输入轴的转角为：西= 1 8 0 。，由= 1 8 0 。 3 4 4 绘制执行机构的运动循环图 转位机构 铝箔供料 机构 模切机构 马口铁供 料机构 热压机构 压花机构 。 。 。 ， 2 0 4 5 0 。 1 8 0 。3 6 0 。 图3 - 2 易拉盖成型机运动循环图 f i g3 2t h ei l l u s t r a t i o no ff o r m i n gm a c h i n e 7 sm o v ei nc y c l e s 3 5 总体方案设计 3 5 1 拟订成型机运动原理 本机采用个动力源，运动和动力由电机经v 带传动输入，经减速后，分四路传到 执行机构：一路经齿轮机构传至压花机构；另一路传给模切机构；第三路传给热压机构； 第四路通过锥齿轮传给转位机构，实现水平回转间歇进给运动，转位机构的运动再分两 路，一路为马口铁盖圈供料机构提供运动和动力，另一路分配给铝箔膜供料装霞，实现 铝箔膜卷材的放卷收废。可用程序框图表示如图3 - 3 所示 电机 带轮 飞轮 电磁离合器 图3 - 3 成型机的程序框图 f i g 3 - 3 f i o w c h a r to ff o r m i n gm a c m n 。 5 2 拟定传动方案和绘制成型机的传动筒图 1 方案的运动简图如图3 4 所示： 图3 - 4 方案的运动简图 f i g 3 - 4m o v ep r i n c i p l eo fp r o j e c t 2 方案的传动图如图3 - 5 所示 6 图3 - 5 方棠的传动示意图 f i g 3 - 5t h et r a n s m i s s i o np r i n c i p l eo fp r o j e c t 对应于上图中，作出转位机构和走纸部分的传动示意图如图3 - 6 所示 图3 - 6 转位和走纸机构的传动示意图 7 3 6 电机的选定 3 6 1 确定飞轮的转动惯量( 以) 由“3 公式4 哦，- e 。= ( j p + j a6 ：得 斌”等 其中尼一机械的等效转动惯量 卜飞轮的转动惯量； l 、模切机构的转动惯量j 。 图3 7 模切机构运动简围 f i g 3 7m o v ep r i n c i p l eo fd i e i n gm o u l d 取冲程h = 2 0 m m ，如图可得：r = l o m m ，i = 4 5m m 曲柄的驱动功：mt = 互i 上。2 + 去用矿 若忽略质量则有：m ，= 妻正。2 阻抗功：w = p s 其中：卜模切力4 x 1 0 4 n s 位移取l m m 则w = 4 1 0 1 1 0 “= 4 0 j “以f 驱动功m ，一阻抗功w = z 6 j ( 其中庐o ) 即：五( o 。2 。一4 0 = 上6 ： 其中：6 不均匀系数取为盍 ( 3 - 5 ) 平均角速度。f 2 “n = 2 7 0 = 1 4 0 r m i n = 娑r s 代入数据解得：z = 2 4 4 k g m 2 2 压花机构： 阻抗功：w = f s = 0 2 x1 0 4 1 0 1 3 = 2 3 b p 妻上：一2 = 上6 ( 0 ： 代入数据解得：彦1 2 k g m 2 3 热压机构： 模切力：f = 0 5 1 0 4 n 阻抗功：w = f s = 0 5 x1 0 4 1 0 一唾5 j 即昙上：一5 ：上6 ： 所以解得z = 3 0k g m 2 4 走纸机构和送料机构： 上= 2 4 4 3 0 = 6 8k g m 2 5 总转动惯量： 上a = 2 4 4 + 6 8 x 2 + 1 2 + 3 o = 4 2 2k g m 2 所以? 庐上x 1 3 = 5 4 8 6k g m 2 3 6 ，2 确定盈亏功 1 模切机构： a 彪f i l 正。2 4 0 = 6 1 5 5 6 j 2 压花机构： 4 既严委上2 。一2 ：3 0 “j 3 热压机构： 城以嘁= 嘉廊等一s s ， 4 走纸机构：数值过小，忽略。 3 6 3 功率曲线 功率曲线如图3 - 8 所示： 9 震橱 压茌 骑车 l ，z 7 ， 4 15 7 6 ? l t ( s ) 图3 - 8 功率曲线图 f i g ，3 - 8c u r v e so ff o w e rs e r i e s 出上图可知，电动机功率为0 9 1 k w ，但因末考虑各机构的质量，故应再乘以工作系 数1 3 ，即得r 。= o ，9 1 x 1 3 = 1 1 8 k w 。 电机选取： 进行包装作业的工艺力一般都较小，所以包装机的电机功率较小。为了便于机器的 调整，满足质量和生产能力的需要，我们将此成型机设计成无级可调的，即采用无级变 速装置。 无机变速传动和定传动、有级变速传动相比，能够根据工作需要在一定范围内连续 变换速度，以适应输出转速和外界负载变化的要求，而且恒功率特性好。 本机采用江苏贝得电机股份有限公司生产的y c t 系列无机变速电动机。y c t 系列电 磁调速异步电动机，是一种交流恒转矩调速电机，通过可控硅控制在额定调速范围内进 行均匀无缴调速的。y c t 系列电动机具有速度负反馈自动调节系统，速度变化率低于 3 ；无失控区，调速范围广，最大可达1 0 ：l ：控制功率小，便于自控、群控、遥控； 起动性能好，起动转矩大，起动平滑，使用维护方便等特点。 表3 - 1电机型号及规格“1 机座号额定功率( k w )额定转矩n m调速范围转速变化率大于 1 6 0 - 4 a2 21 4 11 2 5 0 1 2 52 5 搿 m 。 ) 1 _ 1 表3 - 2 电机的主要技术参数 i 机座号安装尺寸( m ) 外形尺寸( t o o重 aa 2w gw cdef ghka ba ca dl t dl量 1 6 04 a2 5 41 2 72 6 74 52 8 6 082 41 6 01 53 3 0 3 5 01 8 53 8 5 6 6 51 1 2 3 7 分配传动比、计算各轴转速、功率和扭矩 3 7 1 各轴转速 从电动机轴至j j i i i 轴的传动比为： 南：竺：9 6 0 ：1 3 7 以3 7 0 ( 1 ) 分配传动比：j 厂一带传动的传动比严3 5 一对大齿轮传动比为：f l ：喜：昙；：3 9 z oj ) i 轴转速为：竹，_ n m ：罂：2 7 4 ，3r m i n r 0j ) i i 轴转速为：n 2 ：丝：7 0r m i n ( i , n - - x 4 d 、齿轮传动比取为1 o ) i i i 轴转速为：n 3 = h 2 = 7 0r m i n 轴转速为：n 。= 罢= - 暑= 3 5 r m i n ( 矗为锥齿轮l 传动比取为2 o ) v 轴转速= 轴转速：由于走纸和转位同步运动，故订s = 6 ，又由于根据设计要求 主轴转动一周，从动轴转动周，故平行分度凸轮的传动比为：j 。= 2 ，所以， ”5 ：肝里：笠：1 75 r m i n f 42 3 7 2 各轴的输入功率 p i = p u 对0 1 = 22 09 6 = 2 1 k w j d 2 = p i 7 72 。珂3 = 2 1 o 9 8 0 9 7 = 20 6k w p 3 = p 2 。”4 。玎5 = 2 0 6 xo 9 8 x o9 7 = 1 9 6 k w p 4 = p 3 。 4 6 = l9 6 09 6 1 = 1 8 8 k w p 5 = p 4 。玎7 町8 = l8 8 0 9 8 x o 9 7 = 1 7 9 k v y p 6 = p 5 r 9 疗l o = 1 7 9 o 9 8 o 9 6 = 1 6 8 k w 3 7 3 各轴输入转矩 19 t j ：9 5 5 0 兰二：2 18 n m 9 6 0 t i = t a i o 1 1 0 l = 2 1 8 3 5 0 9 6 = 7 3 2n m t 2 = tj i l ”1 2 = 7 3 2 3 9 n 9 8 o 9 7 = 2 7 1 5n m t 3 = t 2 i 2 ，1 2 3 = 2 7 15 1 0 9 8 x n 9 7 = 2 5 8 1n m t 4 = t 3 i 3 n = 2 5 8 1 x 2 0 0 , 9 8 x 0 9 7 聋1