筷子著漆自動化生產(chǎn)專利技術(shù)的研發(fā)

侯唯敏

（中國方圓標(biāo)志認(rèn)證委員會福建審核中心，福建 福州，350003）

1 背景技術(shù)

筷子是中華民族一項(xiàng)重大發(fā)明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界約有三分之一的人口在使用筷子,它時(shí)刻影響著人們的生活?？曜赢a(chǎn)品的規(guī)格、顏色、花型、質(zhì)量等級以及筷子表面是否存在色差、斑點(diǎn)、漆痕等瑕疵，直接影響其手感和感官質(zhì)量，而筷子的著漆是保證質(zhì)量的關(guān)鍵工序?？曜由a(chǎn)過程主要包括：坯料加工、筷坯裁料、磨尖磨光、端部切平、表面拋光、拉漆、切端部、端部著漆、檢驗(yàn)及包裝。其中拉漆既是筷子生產(chǎn)加工中的關(guān)鍵步驟，也是制約產(chǎn)能的瓶頸工序。目前國內(nèi)外生產(chǎn)竹木筷子著漆的工序仍主要采用手工拉漆方式，存在生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、人工成本高、原材料損耗大，和油漆的苯醛類揮發(fā)物有害人體健康及污染環(huán)境等諸多問題亟待解決。針對上述筷子著漆過程中存在的問題，如果能在該工序?qū)崿F(xiàn)自動化，不僅可以節(jié)省人力和原材料，而且能實(shí)現(xiàn)著漆的快速便捷加工，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。為此，研發(fā)一種環(huán)保型組合式自動化筷子噴漆生產(chǎn)設(shè)備是十分必要的。針對作者的筷子自動化噴漆設(shè)備專利技術(shù)（專利號：CN 202207642 U），設(shè)計(jì)完成符合生產(chǎn)要求的自動化噴漆生產(chǎn)設(shè)備，采用PLC控制運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了筷子噴漆和烘干過程的自動化加工和清潔化生產(chǎn)，改善了筷子著漆的生產(chǎn)過程。

2 設(shè)備組成及工作過程

2.1 設(shè)備組成

筷子自動化噴漆設(shè)備主要包括基礎(chǔ)部件、功能部件、電氣控制部件。由機(jī)架、輸送帶、筷盤、噴漆箱、烘干箱、操作面板、檢測傳感器及電氣控制箱、水幕除漆和廢氣收集處理系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2.2 工作流程分析

2.3 運(yùn)行準(zhǔn)備

筷子自動化噴漆設(shè)備工作前應(yīng)檢測外部電源是否正常；檢查操作面板各項(xiàng)指示燈是否正常、部件組合工藝參數(shù)是否設(shè)定正確、噴槍漆罐液位是否符合要求、噴槍壓力是否正常、烘干箱溫度是否符合要求、水幕除漆系統(tǒng)是否開啟、廢氣收集及處理系統(tǒng)是否開啟；是否準(zhǔn)備足夠數(shù)量已插滿筷坯的筷盤，可以向傳送帶連續(xù)擺放。

2.4 運(yùn)行過程

文中以假設(shè)噴漆2次、烘干2次為例，簡述工作原理及過程。首先筷子自動化噴漆設(shè)備根據(jù)工藝要求，選擇噴漆及烘干的遍數(shù)，設(shè)定工藝參數(shù)。按壓生產(chǎn)線起動按鍵，輸送帶以設(shè)定的速度緩慢移動，工人將插滿待漆筷坯的筷盤，連續(xù)放置在輸送帶上?？瓯P隨著輸送帶依次進(jìn)入1﹟噴漆箱—1﹟烘干箱—2﹟噴漆箱—2﹟烘干箱，向終點(diǎn)移動。當(dāng)筷盤進(jìn)入1﹟噴漆箱前門時(shí)，碰壓前門行程開關(guān)（筷盤位置可以是無觸點(diǎn)感應(yīng)檢測方式），1﹟噴漆箱內(nèi)噴槍開始向筷坯噴漆。當(dāng)筷盤移出后門碰壓后門行程開關(guān)時(shí)，如果噴漆箱內(nèi)無后續(xù)筷盤，噴槍立即停止噴漆；如果有后續(xù)筷盤，噴槍連續(xù)向后續(xù)筷坯噴漆。筷盤由傳送帶帶著通過1﹟烘干箱，烘干箱內(nèi)配置加熱器和風(fēng)扇及檢測溫度的傳感器，溫度傳感器按設(shè)定溫度檢測烘干箱內(nèi)溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定的下限溫度時(shí)，加熱器通電給烘干箱加溫；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的上限溫度時(shí)，加熱器斷電。筷盤離開1﹟烘干箱后，繼續(xù)由輸送帶依次帶入2﹟噴漆箱和烘干箱，后續(xù)運(yùn)行過程類同1﹟噴漆箱和烘干箱。當(dāng)筷盤移出2﹟烘干箱到達(dá)生產(chǎn)線終點(diǎn)，工人依次收起筷盤并取下已噴漆完畢的筷子，進(jìn)行后續(xù)工序，如切端部、端部著漆、檢驗(yàn)、包裝及入庫。筷子噴漆烘干加工流程如圖2所示。

3 創(chuàng)新特點(diǎn)及優(yōu)勢分析

3.1 實(shí)現(xiàn)自動化控制

3.1.1 可自動檢測運(yùn)行狀態(tài)

該筷子自動化噴漆設(shè)備可通過傳感器實(shí)現(xiàn)在線多點(diǎn)檢測，如檢測筷盤位置、漆罐液位高度、噴漆槍壓力、烘干箱溫度。當(dāng)噴漆箱前門開關(guān)檢測到漆盤已進(jìn)入噴漆箱時(shí)，噴槍開始向筷坯噴漆，當(dāng)后門開關(guān)檢測到漆盤移出噴漆箱時(shí)，噴槍暫停噴漆；如果前門開關(guān)檢測到后續(xù)漆盤已進(jìn)入噴漆箱時(shí)，噴槍連續(xù)噴漆。當(dāng)漆罐內(nèi)油漆液面高度降到低位時(shí)，噴槍暫停工作，注漆電磁閥通電，自動向噴灌內(nèi)注漆。當(dāng)油漆液面達(dá)到高位時(shí)，電磁閥斷電結(jié)束注漆，噴槍繼續(xù)噴漆。當(dāng)噴槍壓力不符合設(shè)定范圍時(shí)，例如噴槍頭或壓縮空氣管道堵塞等，噴槍無法正常工作，生產(chǎn)線自動停機(jī)并報(bào)警檢修，工作人員排除故障后生產(chǎn)線繼續(xù)工作。當(dāng)烘干箱溫度低于設(shè)定的下限值時(shí)，加熱器通電加溫，當(dāng)烘干箱溫度經(jīng)過加溫后達(dá)到設(shè)定的上限溫度時(shí)，加熱器斷電。

3.1.2 采用PLC邏輯控制

該筷子自動化噴漆設(shè)備配置電氣控制箱和操作面板，由傳感器多點(diǎn)同步檢測運(yùn)行狀態(tài)信號，通過PLC可編程控制器，自動控制噴漆、烘干、除漆、排廢氣等功能部件的工作，實(shí)現(xiàn)噴漆及烘干加工過程的自動化。假設(shè)以噴2遍漆、烘干2次為例，編制控制設(shè)備運(yùn)行的PLC梯形圖[1、2]，如圖3所示。編制控制設(shè)備運(yùn)行的PLC程序系統(tǒng)框圖，如圖4所示。

圖3 PLC梯形圖

圖4 PLC程序系統(tǒng)框圖

3.2 可按需設(shè)定工藝參數(shù)

筷子產(chǎn)品的顏色、花型、長短、粗細(xì)、等級與規(guī)格繁多；油漆分底漆、面漆、色漆、清漆；不同檔次及等級的筷子，著漆遍數(shù)差別很大。該生產(chǎn)線可按需設(shè)定工藝參數(shù)：設(shè)置各功能部件組合配置的模式、各噴槍的壓力及單位時(shí)間噴漆量、各烘干箱上下限溫控值及風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)等。根據(jù)底漆、面漆的品種和粘稠度不同等特性差異，須調(diào)整設(shè)定傳送帶的移動速度?？曜拥母泄儋|(zhì)量與漆霧類型有關(guān)，而后者與噴槍壓力相關(guān)。烘干箱的溫度、風(fēng)量影響漆膜的干燥時(shí)間、附著力和表面質(zhì)量，有的參數(shù)之間相互制約，要合理匹配地設(shè)定加工參數(shù)，滿足不同產(chǎn)品的質(zhì)量要求。采用自動化噴漆生產(chǎn)線，以快速調(diào)整及設(shè)定工藝參數(shù)，合理選擇功能部件的配置數(shù)量和組合方式，達(dá)到既能多品種加工又可以大批量生產(chǎn)的目的，快速應(yīng)對市場需求。

3.3 可柔性化組合功能部件

該筷子自動化噴漆設(shè)備可根據(jù)需要進(jìn)行整條生產(chǎn)線的拼接組合，各功能部件的數(shù)量和順序既可單項(xiàng)組合，還可任意組合實(shí)現(xiàn)柔性化加工。噴漆箱、烘干箱和除漆箱下部配有箱輪，前二者可在機(jī)架兩導(dǎo)軌上移動，后者可在地面移動與噴漆箱上下配套使用。根據(jù)質(zhì)量檢測點(diǎn)的設(shè)置需要，能方便地實(shí)現(xiàn)功能部件位置和相互間距的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)方便人工點(diǎn)檢及觀察加工過程的目的。

3.4 提高生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)手工拉漆工藝是通過人工將筷坯插入漆盒側(cè)面小橡皮孔內(nèi)，筷坯沾滿漆后拉出漆盒，插立于筷盤的孔中，在筷坯拉出過程中由橡皮孔的邊緣刮除筷坯表面的多余漆料。由于拉漆過程只能手工單根地操作，又因不同季節(jié)及不同氣象條件因素，拉漆后的筷子需經(jīng)過12至48小時(shí)不等的時(shí)間，進(jìn)行自然晾干，等待第一遍漆膜干透后，才能拉第二遍漆，使得拉漆工序加工周期長、效率低，是筷子生產(chǎn)過程中的瓶頸工序，嚴(yán)重影響筷子加工各工序生產(chǎn)節(jié)拍的匹配，因“短板效應(yīng)”導(dǎo)致產(chǎn)能受限。采用自動化噴漆生產(chǎn)設(shè)備，筷坯在起點(diǎn)一端整盤進(jìn)入生產(chǎn)線，在終點(diǎn)一端即可完成著漆加工，加工效率高，可有效突破該工序的制約。

3.5 降低生產(chǎn)成本

3.5.1 降低人力成本

現(xiàn)有拉漆和晾干工序占用生產(chǎn)車間場地大、消耗人力多，勞動強(qiáng)度大，直接影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?？曜幼詣踊瘒娖嵩O(shè)備采用流水作業(yè)，加工過程中只需少量工人進(jìn)行插坯、擺盤、收盤、收筷和設(shè)備操作等工作。同時(shí)節(jié)省多次上漆與烘干過程中每一道工序之間的往返搬運(yùn)和晾干擺放場地，占地面積小，減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)省人力資源成本。

3.5.2 節(jié)約原材料

現(xiàn)有拉漆加工方式，筷子坯料端部需要留有40-50mm長的余量，以方便工人多次抓取筷子端部進(jìn)行拉漆操作，該部分最終切除成為邊角廢料，造成原材料浪費(fèi)。通過自動化筷子噴漆設(shè)備完成著漆工序的筷子，只需將插入筷盤部分約10mm長的余量截除，縮短筷坯的下料長度，節(jié)省原材料。特別是竹質(zhì)筷坯原料，加工同等級成品筷所需坯料的長度變短，裁料時(shí)更加容易避讓竹節(jié)，可進(jìn)一步提高原料的出材率，有效節(jié)約自然資源。

3.6 提高產(chǎn)品質(zhì)量

由手工完成拉漆，因人為操作習(xí)慣和技術(shù)能力差異，產(chǎn)品質(zhì)量不易統(tǒng)一。拉動筷坯速度不同導(dǎo)致漆膜厚度差異；由于筷子一端細(xì)一端粗，拉漆時(shí)當(dāng)筷子從漆罐橡皮口被拉出時(shí)，橡皮口不能均勻刮去筷子上剛涂的漆，造成漆膜不均勻；筷子表面過度刮漆的部位易出現(xiàn)刮痕；筷子直立插在筷盤晾干過程中，多余的漆會因重力作用向下流淌形成流痕。兩種缺陷都會嚴(yán)重影響筷子表面質(zhì)量，既降低產(chǎn)品合格率，又增加返工修制成本。采用自動化噴漆生產(chǎn)設(shè)備，同種類同等級的產(chǎn)品工藝參數(shù)設(shè)定一致，由設(shè)備保證產(chǎn)品加工結(jié)果的一致性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定統(tǒng)一。

3.7 實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)

筷子的漆料大都含有一定量的苯類和酮類溶劑揮發(fā)物，影響工人健康，長期接觸會損害人體的造血系統(tǒng)和免疫功能[3、4]。傳統(tǒng)手工拉漆操作，工人必然會近距離接觸有毒有害氣體，操作時(shí)手不可避免會經(jīng)常接觸漆料，增加有毒有害物質(zhì)對工人職業(yè)健康安全的風(fēng)險(xiǎn)。

本筷子自動化噴漆設(shè)備的噴漆箱內(nèi)配置水幕除漆系統(tǒng)，用過慮網(wǎng)去除廢漆渣，集中進(jìn)行危廢處置，水幕除漆用水采取循環(huán)使用，噴漆箱和烘干箱前后門設(shè)置風(fēng)簾，阻擋有害廢氣向加工區(qū)域周邊彌蔓，生產(chǎn)線上方設(shè)置廢氣負(fù)壓排出系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)，減少加工作環(huán)境中有毒有害物質(zhì)含量，降低操作工人職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)。收集的有機(jī)廢氣經(jīng)環(huán)保處理達(dá)標(biāo)后外排，減少對大氣的污染物排放量，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，達(dá)到環(huán)保目的。

4 結(jié)語

綜上所述，該專利技術(shù)是一種組合式環(huán)保型自動化筷子著漆生產(chǎn)設(shè)備，功能部件柔性組合方便，自動化程度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)；人機(jī)界面友好，操控性強(qiáng)；生產(chǎn)方式清潔環(huán)保，符合人類社會發(fā)展要求。該設(shè)備還能擴(kuò)展應(yīng)用于細(xì)桿狀零件的表面噴涂漆、噴塑加工，在未來工業(yè)加工領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用前景。

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