云南銅業(yè)常規(guī)銅電解陰極加工機組從半自動化到自動化的改造

孔德頌， 王 沖， 李鴻程

(1.云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司， 云南 昆明 650102；2.中國銅業(yè)有限公司， 云南 昆明 650000)

陰極是銅電解工藝中的重要組成部分，常規(guī)銅電解陰極由銅始極片、吊耳和導(dǎo)電棒三者組成，主要通過始極片整形、吊耳沖鉚、穿棒等加工工序制備完成電解所需的陰極，陰極應(yīng)具有良好的平整度、懸垂度及尺寸公差，否則會造成電解過程中兩極短路、導(dǎo)電不良，影響電流效率、陽極泥沉降，還會使陰極銅出現(xiàn)厚薄不均、板面長粒子、夾帶陽極泥等質(zhì)量問題。陰極的加工質(zhì)量受始極片質(zhì)量、加工工藝、加工機組直接影響，其質(zhì)量水平將直接影響電解生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)指標、經(jīng)濟指標等。各塊始極片厚薄不均、同一塊始極片不同位置厚薄不均、變形程度不一致等問題，是陰極制作加工的難點，傳統(tǒng)的加工機組已不能滿足現(xiàn)行生產(chǎn)的要求，需要采取可靠性、適應(yīng)性強的加工工藝及設(shè)備來保證陰極的加工質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)陰極加工工藝及機組存在的問題

傳統(tǒng)的陰極加工機組多為半自動機組，需人工從片盤中取出始極片剪切上緣水口邊，再整齊碼放到片盤，然后人工將始極片從片盤取出一片片放到機組完成壓紋粗校和沖鉚，并由人工完成放導(dǎo)電棒、吊耳工作。機組完成陰極制作后，集中擺放在片架中，人工取出對每片拍打精較以便滿足生產(chǎn)所需的懸垂度、平整度，然后再次擺放到片架。整個流程繁瑣，操作人員多，工作周期長，勞動強度高，作業(yè)安全風(fēng)險高，并且生產(chǎn)效率低下，陰極制作加工流程如圖1所示。另外，受機組結(jié)構(gòu)、功能的影響，陰極的平整度、懸垂度及組裝尺寸得不到保證，陰極合格率較低，脫耳率較高，造成始極片浪費。

圖1 傳統(tǒng)半自動機組加工流程

2 自動加工機組加工流程及功能

目前同行業(yè)無成型可靠的、適應(yīng)本公司陰極片的自動化加工機組，針對現(xiàn)有陰極加工工藝及設(shè)備存在的問題，本公司研究、開發(fā)了全新的加工工藝及配套的自動化機組，極大程度解決了上述問題，同時改善了陰極加工質(zhì)量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了經(jīng)濟技術(shù)指標。

半自動機組只具備輥式壓紋和沖鉚，新研制的自動化機組主要包括了自動上片剪切部分、受棒給棒機、壓紋沖鉚部分、橫移拍片部分、輸出存儲機、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等，功能更齊全，自動化程度更高，機組布局如圖2所示。機組首創(chuàng)性的采用始極片寬條紋壓紋和橫、豎向拍片的組合整形工藝及配套設(shè)備。

機組具備自動上片、上下剪切、壓紋、自動給耳和給棒、沖鉚、翻板、拍打校平等功能，陰極自動加工流程如圖3所示。

圖3 自動化機組加工流程

3 自動加工機組主要結(jié)構(gòu)及原理

機組主要由料箱輸送機、自動上片機械手、剪切輸送機、剪切機、輥式壓紋機、自動送棒機、送耳裝置、步進裝置、沖鉚機、翻板機、拍片機、拍片輸送機、陰極出料機等組成，布置了多個工位，如圖4所示。

3.1 自動上片剪切單元

機組入口兩端布置兩套上料輸送機，中間布置一套自動上片雙聯(lián)機械手，輥式對正裝置布局在剪切輸送的進料端部。輸送機將始極片料箱輸送至機械手取板工位，機械手取板后移動至剪切輸送進料端放板，輥式對正裝置自動完成始極片的對正定位，剪切輸送將始極片輸送至剪切工位，機組采用兩套液壓直刃剪切機，合理調(diào)整剪切尺寸，實現(xiàn)始極片上下剪切，剪去上水口斜邊和底部V型槽突起邊，更好提高陰極入槽質(zhì)量。機械手有兩套分片吸盤組件，為雙聯(lián)結(jié)構(gòu)，其處于左位時，左邊吸盤分片吸板，處于右位時，右邊吸盤分片吸板，并且可以0°、180°交替旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)始極片交替碼放方式。在機組運行過程中，可實現(xiàn)單邊分片吸盤工作，更換片盤時機組不用停機，提高了機組運行效率。

1-始極片上料工位；2-分片工位；3-始極片對正工位；4-剪切一工位；5-剪切二工位；6-受棒工位；7-棒工位；8-渡工位一；9-壓紋工位；10-過渡工位二；11-片耳棒組合工位；12-沖鉚工位；13-翻板工位；14-橫向拍片工位；15-豎直拍片工位；16-對正推板工位；17-輸出存儲工位圖4 陰極自動加工機組工位布置

3.2 自動給棒單元

自動給棒單元主要由授棒箱、翻轉(zhuǎn)臺架、對正裝置、提升分棒裝置、排棒輸送機、給棒裝置等組成。導(dǎo)電棒由吊車成捆裝入授棒箱，翻轉(zhuǎn)臺架抬起后，授棒箱底部形成一個斜面，可使導(dǎo)電棒向提升分棒裝置滑落，并靠在分棒裝置的提升鏈上；分棒裝置的提升鏈連續(xù)轉(zhuǎn)動，即可將導(dǎo)電棒一根接一根的分離并提升到排列輸送機上，排列在輸送機上的導(dǎo)電棒隨鏈條移送到給棒工位，由給棒機構(gòu)將導(dǎo)電棒放到釘耳單元的組裝工位，等待組裝釘耳。

3.3 壓紋與釘耳單元

壓紋與釘耳單元主要由多輥壓紋裝置、輥式送料裝置、步進輸送裝置、釘耳機、翻板機、工作臺架等組成，主要完成始極片的壓紋及釘耳(沖鉚)功能。其中，多輥壓紋裝置是整形的關(guān)鍵設(shè)備之一，通過寬條紋壓紋輥在銅始極片正反面壓制出深淺、寬度相同的寬條紋，以提高銅始極片的剛度。通過試驗研究發(fā)現(xiàn)影響銅始極片壓紋整形質(zhì)量的幾個關(guān)鍵參數(shù)對始極片剛度和懸垂度影響的順序為：壓紋方式>壓紋深度>壓紋寬度，找出了壓紋整形的最佳參數(shù)組合，為多輥壓紋裝置設(shè)計提供了理論依據(jù)[1]。

整個單元包括壓紋工位、組裝工位、釘耳工位及翻板工位，翻板工位同時也是拍片單元的上料工位，即為兩個單元的銜接工位，其工作流程如下：由剪切單元壓紋推料裝置直接將始極片送入壓紋裝置，多輥壓紋后由輥式送料裝置移送到組裝工位；送棒裝置和送耳裝置按設(shè)計位置將導(dǎo)電棒和吊耳送到組裝工位；步進輸送裝置上的夾持機構(gòu)和推棒棘爪分別用于夾持始極片和推送導(dǎo)電棒，始極片和導(dǎo)電棒在移送過程中，導(dǎo)電棒將吊耳自動折彎，彎曲部位包住導(dǎo)電棒，彎折后的吊耳兩端頭正好夾住始極片；移送到釘耳工位后由釘耳機完成自動釘耳；裝訂好的始極片由步進裝置的前推爪推至翻板工位，進入拍片單元。

3.4 拍片單元

拍片單元由橫向拍片機、豎向拍片機、橫移鏈式輸送機、對正裝置等組成，翻板機、橫向拍片機、豎向拍片機等橫向并列布置，橫移鏈式輸送機貫穿其中。橫向拍片機、豎向拍片機采用仿生學(xué)設(shè)計，模擬人工拍打整形的動作，對陰極底部橫向拍打整形和陰極中上部豎向拍打整形，陰極長度方向的拱起大變形得到控制，其懸垂度得到進一步提高，通過拍打整形的方式使陰極發(fā)生彈塑性變形，消除板面彎曲，結(jié)構(gòu)如圖5(a)、圖5(b)所示[2-3]。通過實驗研究，結(jié)合彈塑性力學(xué)、整形理論等，得出始極片厚度、初始懸垂度等參數(shù)與拍打板的個數(shù)、面積、位置和拍打力度等拍片機各項性能參數(shù)及其最優(yōu)搭配，滿足了陰極銅電解工藝對銅始極片懸垂度的要求，達到了整形銅始極片的目的[4]。

圖5 拍片機

整個單元包括翻板上料工位、橫向拍片工位、豎向拍片工位、對正出料工位，由橫移鏈式輸送機完成工位間的物料輸送。制作好的陰極板移送到翻板上料工位后，翻板機動作，將陰極由水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成豎直狀態(tài)，并放置在橫移鏈的鏈鉤上；橫移鏈步進動作，可將陰極依次輸送到橫移單元的各工位；達到拍片工位的陰極在拍片機的作用下完成拍片矯直；送達對正出料工位的陰極，由對正裝置對正后等待移送到集中出料機上。

4 機組達到的效果

原有半自動機組，生產(chǎn)率僅為200片/h，陰極懸垂度大于±10 mm，整形合格率低于70%，而新的機組生產(chǎn)率高于360片/h，陰極懸垂度滿足±10 mm，陰極整形合格率達到90%以上，各個工位可靠銜接，對物料適應(yīng)性強，運行順暢，故障率較低，始極片與吊耳沖鉚組裝牢靠，脫耳率較低，能很好滿足生產(chǎn)使用要求。其次，降低了加工過程中人工剪切、上片、給耳、給棒等工作的勞動強度和安全風(fēng)險，減少始極片人工剪切、人工拍片、機組操作等崗位操作人員約10人，并大幅降低始極片和陰極板吊裝次數(shù)。

5 結(jié)語

云南銅業(yè)在將陰極半自動加工機組改造成自動加工機組的過程中，首創(chuàng)采用始極片寬條紋壓紋和拍打校平的組合整形工藝。自動加工機組相較于原來的半自動加工機組，生產(chǎn)效率從200片/h上升到大于360片/h，整形合格率從低于70%上升到90%以上，懸垂度得到大幅改善，各個工位可靠銜接，運行順暢，故障率較低，而且減少了崗位操作人員約10人，取得了顯著的經(jīng)濟效益，該陰極加工機組的改造經(jīng)驗可為相關(guān)企業(yè)提供參考。