E型磁鐵自動加工設計與實現(xiàn)過程

劉碎林

（天水二一三電器集團有限公司，甘肅 天水 741001）

隨著科技的日新月異，以自動化加工模式逐漸替代人工進行零件加工、產(chǎn)品裝配、檢測作業(yè)、碼盤及高風險操作，已成為國內(nèi)低壓電器行業(yè)的制造發(fā)展趨勢。它打破密集性人工操作、專機單打獨斗、物流裝盤周轉(zhuǎn)的生產(chǎn)格局，創(chuàng)立物流自動流轉(zhuǎn)，設備既有分工，又有合作的聯(lián)機模式，以傳感器為整體生產(chǎn)線的觸動開關，實現(xiàn)自動操作。磁鐵自動化生產(chǎn)線的投入使用，實現(xiàn)了提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)率、減少管理費用、增加經(jīng)濟效益、減輕工人勞動強度的目的。

1 磁鐵加工流程

優(yōu)秀的產(chǎn)品設計，離不開對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的了解及掌握。為此首先熟悉磁鐵的加工工藝、流程及需求加工設備（見圖1），以便為后續(xù)設計制造奠定基礎。

圖1 磁鐵自動加工工藝、流程及設備

2 磁鐵自動加工設計

磁鐵自動加工的設計理念應為：低碳環(huán)保、節(jié)能降耗、實用可靠、先進價優(yōu)綜合考量，并結(jié)合生產(chǎn)需求、技術(shù)參數(shù)、工藝過程、生產(chǎn)節(jié)拍等需求，設計制造出高效率、低故障、高品質(zhì)的自動化流水線，徹底解決人為因素造成的質(zhì)量不穩(wěn)定問題。

磁鐵自動化加工生產(chǎn)線，通過采用傳送帶、振動料斗、機械手/機器人等將物料自動從一個設備轉(zhuǎn)移到另外一個設備或?qū)⒋b配的零件以振動料斗直接送到預裝配設備中，直到磁鐵工序自動全部加工結(jié)束，而且整個過程自動循環(huán)往復。在這其中，“PLC”軟件程序始終貫穿并指揮、控制各設備動作，達到協(xié)調(diào)、快速、高效完成各種預定動作。

磁鐵自動加工分別由標配、非標、輔助三大類設備和模具、工裝夾具及輔料等部分構(gòu)成。依據(jù)工藝流程、銜接便利性、操作規(guī)范性，磁鐵自動加工設計可以分為以下三大部分來完成：

2.1 第一部分：沖壓、連接、疊鉚及鉚接

沖壓、連接、疊鉚及鉚接過程首先是通過高速沖床+自扣疊鉚模具沖片、疊鉚成形，再經(jīng)過沖床傳送帶+鉚接傳動帶連接，以磁鐵吸取方式將鉚接完成磁鐵成功地轉(zhuǎn)移到鉚接進料傳送帶上，然后進入鉚釘穿釘、檢查、鉚壓工步，銷子鉚接及分磁環(huán)預壓、鉚壓及弧角擠壓環(huán)節(jié)，具體工序結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 沖壓、疊鉚及鉚接結(jié)構(gòu)設計圖

在沖壓、疊鉚及鉚接過程中，尤其鉚接實現(xiàn)過程最復雜，設備屬于非標定制。本文圍繞鉚接技術(shù)難度大的關鍵點進行了特殊設計。

（1）鉚釘穿入

依據(jù)鉚釘粗細、鉚具結(jié)構(gòu)，一般有水平穿入和垂直導入的兩種方式。對于φ2以下的細鉚釘，鉚具可設計成磁鐵兩側(cè)夾持，極面有壓板，以氣吹方式將鉚釘水平穿入；對于φ2以上較粗鉚釘，鉚具可設計垂直導入法，即鉚釘垂直落入上壓板孔內(nèi)，上壓板再移位到磁鐵正上方，通過導針將鉚釘壓入磁鐵孔內(nèi)。這種設計方式振動盤安裝必須高于操作臺面，使鉚釘有自由下落的高度，再靠自重的速度下落、穿入、壓入到磁鐵孔內(nèi)。

近年來通過對各種鉚釘振動盤振動、排序、分料、穿入機構(gòu)的運行效果評估，證實兩種方式均運行準確、可靠，卡料故障率極低。

（2）支撐板設計

為了解決磁鐵沾有沖壓油，導針退出時鉚釘容易提出磁鐵孔的問題，在與磁鐵接觸下支撐板的位置，鑲嵌一塊能包含所有鉚釘面積、高強度、高磁場的磁板，目的是吸住鉚釘，使沖壓導針成功脫離退出。

（3）分磁環(huán)沖頭設計

依據(jù)分磁環(huán)鉚壓后深度及形狀要求，分磁環(huán)沖頭形狀不能過尖，也不能過鈍。過尖，沖頭刃口容易崩斷，使用壽命極短；刃口過鈍，使用壽命雖然長，但鉚壓的深度達不到圖紙要求。經(jīng)過大量的實踐驗證，最后確定采用分磁環(huán)沖頭設計，其設計圖見圖3。

圖3 分磁環(huán)沖頭設計圖

2.2 第二部分：雙面磨削

磁鐵磨削常規(guī)狀態(tài)下都是單面磨削，由于104磁軛形狀、結(jié)構(gòu)的特殊性，同時為了解決其平行度、平面度及扭斜問題，需雙面磨削，并且兩磨削面不具有對稱性，穩(wěn)定性較差，給雙面磨削帶來挑戰(zhàn)。磨削面見圖4的A、B面。

圖4 磨削面

在使用高精度MK7650立式轉(zhuǎn)盤雙端面磨床設備進行磨削過程中，工裝夾具設計尤其重要。經(jīng)過小批量性試驗、論證、評審、總結(jié)，結(jié)合磁軛的外形尺寸和轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，設計了如圖5布局的八個固定在轉(zhuǎn)盤上的夾持板。

圖5 轉(zhuǎn)盤上的夾持板

磁軛插入夾持板，為了防止其在夾持板中的晃動，影響磨削精度，在夾持板靠進入磨削區(qū)的側(cè)面設計了4個帶彈簧、突出槽面0.2mm余量的鋼球（見圖6），輔助定位磁軛，以減少與夾板槽的間距，確保磁軛不擺動，不竄位的固定模式。

圖6 夾持板設計

這種夾持板的設計，不僅確保了A、B面的磨削（其中A面磨量0.02,是磁鐵底部；B面磨量0.5～0.8之間，是磁鐵極面部分）精度，而且確保了B面平面度≤0.01、A、B平行度≤0.02、極面扭斜度≤0.02尺寸的要求。

使用粒數(shù)100的CBN立方氮化硼砂輪，可以滿足硅鋼片牌號為400材質(zhì)的磨削精度要求，其最大優(yōu)點為損耗小、壽命長、磨削精度高。

為了避免工件磨削燒傷，延長砂輪使用壽命，選擇與磁鐵材質(zhì)相適宜的JMC-5614切削液（與水的比例為1:25），具有防銹、消泡等特征，同時該溶液經(jīng)過濾后可重復利用、零泄，完全可實現(xiàn)零排放的環(huán)保要求。

2.3 第三部分：清洗、噴油

（1）磁鐵清洗

磁鐵經(jīng)過高速沖壓、疊鉚成型、鉚接成塊、分磁環(huán)鉚壓及雙面磨削等多道工序加工，表面及分磁環(huán)槽內(nèi)均粘附了不同程度的沖裁油、鐵削渣、切削液沫脂或粉渣顆粒等雜質(zhì)，必須清洗后才可以正常使用。磁鐵自動清洗遵循了低耗、環(huán)保、成本低、效率高的設計制造理念，結(jié)合無污染、零排放環(huán)保標準要求，經(jīng)過大量市場調(diào)研、論證，結(jié)合現(xiàn)有磁鐵加工工藝、清洗要求，設計了隧道式磁鐵清洗自動生產(chǎn)線，并采用網(wǎng)狀式周轉(zhuǎn)筐為清洗送料容器物流傳輸方式，其工藝流程為：自動上料、噴淋粗洗、風刀切水、超聲波精洗、風刀切油、噴淋漂洗、二次風刀切油、自動下料，實現(xiàn)了全過程、全封閉的自動化磁鐵清洗生產(chǎn)模式，具體工藝方案示意圖見圖7。

圖7 隧道式磁鐵清洗自動生產(chǎn)線示意圖

以噴淋的高壓沖力沖刷清洗，作為磁鐵第一遍的粗洗，噴淋工序的噴嘴設計成可旋轉(zhuǎn)360°，八組管道、64個噴嘴縱橫分布，全方位輻射，能成功地沖刷、剝離、乳化附著的油污或臟污。以超聲波振蕩的機械能產(chǎn)生強大的機械力，能深層次清除磁鐵夾縫中的油污。兩遍清洗處理，可做到徹底、無死角地清洗掉磁鐵旮旯犄角處的油污。風刀切設備主要是去除磁鐵清洗后表面殘存的水分和油污，避免后續(xù)工序的交叉感染。

輔助外圍設備主要有粗、精過濾系統(tǒng)、油水分離器及輔助性沉淀池或廢渣收集等。通過油水分離器將油和水分開，分別進入各自的沉淀、過濾通道，再度循環(huán)使用。針對噴淋中的水溶液過濾，設計成粗、精過濾系統(tǒng)，其中粗過濾后的水溶液達到10～100um，精過濾后水溶液可達到3um，便于重復使用，節(jié)省水資源。

磁鐵清洗最關鍵的是清洗溶劑選擇。經(jīng)過各種溶劑的實驗驗證、小批量運行及產(chǎn)品跟蹤，最終選擇JBM-8611脫水防銹油，它是以石油醇醚溶劑為基礎油，加入多種復合添加劑后調(diào)制而成的油膜涂層，具有揮發(fā)較快、滲透性好、抗?jié)駸帷⒎€(wěn)定性好、短期防銹效果尤、水膜置換性好等特點，能快速脫除金屬表面的水膜。

（2）磁鐵噴油

為了提高噴油生產(chǎn)效率，采用板條式物流傳送、整盤磁體送入的方式進行噴涂。在噴涂室內(nèi)，針霧閥感應到有料后，在供料壓力作用下防銹油充滿閥體流道，開閥氣嘴壓縮空氣進入閥體內(nèi)，推動活塞組件向上運動，撞針與噴嘴底座分離，防銹油進入噴嘴，通過2～4個霧化孔以氣吹方式，針霧閥進行掃描，將防銹油以霧狀形式均勻噴灑在磁鐵表面，形成致密薄薄的油膜，將磁鐵包裹在其中，以隔絕空氣中的水分和氧氣。

在噴油過程中，應特別關注以下細節(jié)操作：

a）霧化噴嘴使用一段時間后，應用蘸有酒精的干凈棉布擦拭噴嘴，清洗干凈即可，長期不清理，會堵塞噴嘴，影響噴涂效果。

b）噴嘴的兩個孔不易過大，若孔太大，就達不到霧化的效果，會在磁鐵表面堆積防銹油點，不能均勻撒開。

c）板條式傳送帶不應過快運行，以防止噴油不到位現(xiàn)象。

3 結(jié)論

磁鐵自動加工是科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，本文利用最前沿的新技術(shù)、新工藝，打破舊的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，創(chuàng)立標準沖床+自扣疊鉚模具+非標設備+標準設備+輔助設備+工裝夾具等，以機械手及傳送帶等軟硬結(jié)合，成功完成磁鐵自動加工，提升磁鐵加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，實現(xiàn)了環(huán)保、零排放的綠色生產(chǎn)，為磁鐵的自動加工設計提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。