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摘要：
本文针对某种批量生产的玩具（水泡）因在加工过程中出现的批锋需刮净。由于该水泡是批量生产的，人工操作效率低且易出现次品，严重影响生产效率和质量并给企业造成较大的损失。针对这种情况，通过对该种玩具的加工特性的综合分析，研制了一台水泡刮批锋来去除水泡的批锋。经过多次调研和实际使用，达到了预期的效果，从而解决了人工操作难加工批量产品的技术难题。
【关键词】 水泡批锋 塑料 气缸
1.前言
一些企业在加工产品的过程中，为完成需要的加工工序、装配工序或检验工序，在条件有限的基础上，研制出结构合理、经济实用的机械设备。从而提高劳动生产率、降低成本、保证质量、改善操作者的劳动条件，并具有较好的推广应用价值。
1.1问题的提出
某玩具厂接到几批订单，制作一批玩具（水泡）。水泡由五种颜色的圆环堆砌而成，可以拆开再重新组合。水泡在加工的过程中，当塑料在模腔内的压力太大，其所产生的分模力大过锁模力，因而迫开工模，使塑料走出来并在塑件表层会形成批峰。如果水泡残留有批锋，小孩玩耍时易弄伤手脚或其他部位。必须把这些批锋清除干净。当时厂里没有能清除批锋的专用机器，只能是人工刮批锋，由于水泡的量多，操作者十分劳神，效率极低，经检测，操作工人刮削批锋不光滑，且易残留批锋，出现检验时不合格而产生次品的现象，严重影响生产效率，给企业造成较大的损失。根据此种情况，技术部认真研究了水泡的形状、尺寸及材料要求，准备研制一台机械设备来进行清除批锋。
1.2水泡的技术分析
水泡是由热塑性工程塑料（ABS）注塑成型，ABS工程塑料的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色。用这种材料加工生产成五种不同颜色和大小的塑胶水泡：材质安全、耐压、可放在水里漂浮或是堆砌玩耍使用。
通过对水泡的分析，考虑到加工的批量大，为了与客户保持良
好的合作关系，替本厂解决困难，我们研制了一台高效，简易、实用的设备—水泡刮批锋机，来完成对水泡批锋的加工任务。
2.水泡刮批锋机的设计原理
设计主要以水泡的材料和尺寸要求来考虑：能保证水泡的加工要求，能提高劳动生产率，制作简单、维护方便，且该设备制作成本较低。
该套设备的设计如图1所示，先做上、下两个机架，下机架下面装电动机，上机架装双活塞杆气缸，气缸的一头活塞杆安装一个360度转动平模，气缸下方做一同心底模装于电动机上；底模的右边再做一可左右前后上下调整架子，用于装平行双活塞气缸，气缸前端装刀具；制作一电箱固定于架子右后方用于装整机线路。
要求接通电源后，按下按钮双活塞气缸压下，压紧水泡后电动机转动，随后右边平行双活塞气缸出刀刮批锋，刮完批锋后依次平行气缸退回，电动机停转，双活塞气缸退回，机器自动复位可进行下一操作。
3.水泡刮批锋机的结构
水泡刮批锋机主要由：上、下机架、双活塞气缸、电动机、平行双活塞气缸、上、下模等组合而成。
4.主要零件选用要求
4.1电动机的选用
在选用电动机时，考虑到是立式安装，因此要具有结构简单、运行可靠、维修方便和价格便宜等特点；电动机额定电压选择的原则应与供电电网或电源电压一致（一般工厂企业低压电网为380V），因此其额定电压为380V；在选用电动机的功率时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行。根据水泡和下模的尺寸要求及其工作性质（连续工作）：选用功率为4.4KW的AC无段变速齿轮减速电动机（马达）。该种电动机效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适合水泡刮批锋机的工作条件。
4.2气缸的选用
由水泡刮批锋机的工作原理可知，要使上模下压和刀具向前或后退可考虑选用气缸。因为气缸是一种能量转换装置，它是将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作。
4.2.1类型的选择
根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩；要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。
由上面几点可考虑其中一个气缸要一端安装刀具，实现左右移动，可选择带杆（不能回转）的平行双活塞气缸，应选用TDA系；另一个要安装转动平模，所以要考虑是带杆的双活塞（可调型）的气缸，应选用SCJ系列。
4.2.2安装形式
根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。
根据该设备的工作要求，两气缸都应缸体固定，双活塞的气缸安装时要实现上下移动；平行双活塞气缸要实现左右移动。
4.2.3缸径的选择
在选择缸径时应特别注意：缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。
根据气缸安装及驱动负载的实际工作情况，SCJ系列的双活塞（可调型）气缸的缸径选择63mm；TDA系列的平行双活塞气缸选择16 mm。
4.2.4气缸行程 气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加10～20mm的行程余量。
根据两种类型气缸的使用场合，可选定SCJ系列的双活塞（可调型）气缸的行程为100 mm；TDA系列的平行双活塞气缸的行程选择20 mm。
4.3机架
采用A3钢材料制造，该件起支承作用，上机架和下机架的表面通过磨削加工完成，表面粗糙度达到Ra3.2μm。
4.4刀具的选用
因水泡是由ABS塑料制成的，在选择刀具时选用钨钢（钨钢属于硬质合金，又称之为钨钛合金，具有极为优秀的耐磨耗性能及理想的抗冲击性能、刀口锋利、使用寿命长），外径为Ф10mm的圆刀粒，中间有一个Ф4mm孔，用螺栓锁于平行双活塞气缸前的刀架上。
4.5轴承的选用
在上模与活塞杆的连接中要选用一轴承，才能使下模带动上模转动，因此活塞杆与上模应装一个轴承。此轴承能承受以径向载荷为主的径向，轴向联合载荷。承受此载荷的轴承可选用30203的圆锥滚子轴承。
5.水泡刮批锋机装配工艺要求
5.1先把上机架和下机架的两个垂直面磨削成基准面，划线定位再进行钻孔，保证两孔同心。
5.2电动机立式安装在下机架里面并用螺栓紧固。
5.3下模直接装在电动机主轴上，采用过渡配合。
5.4安装两气缸时要注意以下几方面：
5.4.1气缸安装使用前，应先检查气缸在运输时是否损坏，连接部位有没有松动等。5.4.2安装前，应在1.5倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。
5.4.3安装气缸组件，通过气缸支撑底板上的调整螺钉，可调整气缸的水平。装配时，所有密封元件的相对运动工作表面应涂以润滑脂；安装的气源进口处必须设置气源调节装置：过滤器-减压阀-油雾器；安装时，气缸的活塞杆不得承受偏心负载或横向负载，应使负载方向和活塞杆轴线相一致。
5.4.4管道接入气口前，要清除管道内的脏物，管道不能锈蚀，检查清理后方可安装。
5.4.5气缸安装完后，在工作压力范围内，无负载情况下先运行2-3次，检查气缸工作是否正常。
5.5上模安装在双活塞气缸的活塞杆，活塞杆与上模在装配时特别注意的是轴承的安装。
轴承的安装是否正确，影响着精度、寿命、性能。在即将安装前，打开轴承包装，对于已封入润滑脂的轴承，可以不清洗直接使用。圆锥滚子轴承为分离型轴承，带滚子和保持架的内圈构成内组件，能与外圈分开安装。轴向游隙的大小用千分表检验，方法是先将千分表固定在机身或轴承座上，使千分表触头顶住轴的光洁表面，沿轴向左右推轴，表针的最大摆动量即为轴向游隙值，然后再装上模与轴承采用过盈配合装配。
6.使用效果
6.1水泡刮批锋机制作过程简单不复杂，成本较低，使用方便。
6.2经过试刮水泡，可以方便快捷清除批锋，且刮出的水泡表面光滑，检查后完全符合要求，且连续加工数千个水泡也没有出现次品，为企业提高了经济效益。
6.3使用水泡刮批锋机后，加工效率同时迅速提高，减轻了操作者的劳动强度。此套设备使用一年多，性能十分稳定。
7.结束语
在生产中常常会碰到一些批量的、要求较高的玩具加工，由于玩具的形状和材料问题，在装夹定位都会比较困难。如灵活地运用一些夹、辅具，只要设计得合理、运用得巧妙，既能满足玩具加工的质量和技术要求，又能降低生产成本、提高工作效率、减少废品产生，又能给企业增加收益。
参考文献：
[1]杨可桢，程光蕴编著：《机械设计基础》，高等教育出版社. 1999.
[2]陈海魁主编：《机械制造工艺基础》，中国劳动社会保障出版社.2001.
[3]胡家秀主编：《简明机械零件设计使用手册》，机械工业出版社，1999.
[4]http：//www.ccl-changlin.net.cn/ccl-changlin_Product_6443229.html.
[5]《气缸的选择与造型》，http：//apps.hi.baidu.com/share/detail/5343821.
本文针对某种批量生产的玩具（水泡）因在加工过程中出现的批锋需刮净。由于该水泡是批量生产的，人工操作效率低且易出现次品，严重影响生产效率和质量并给企业造成较大的损失。针对这种情况，通过对该种玩具的加工特性的综合分析，研制了一台水泡刮批锋来去除水泡的批锋。经过多次调研和实际使用，达到了预期的效果，从而解决了人工操作难加工批量产品的技术难题。
【关键词】 水泡批锋 塑料 气缸
1.前言
一些企业在加工产品的过程中，为完成需要的加工工序、装配工序或检验工序，在条件有限的基础上，研制出结构合理、经济实用的机械设备。从而提高劳动生产率、降低成本、保证质量、改善操作者的劳动条件，并具有较好的推广应用价值。
1.1问题的提出
某玩具厂接到几批订单，制作一批玩具（水泡）。水泡由五种颜色的圆环堆砌而成，可以拆开再重新组合。水泡在加工的过程中，当塑料在模腔内的压力太大，其所产生的分模力大过锁模力，因而迫开工模，使塑料走出来并在塑件表层会形成批峰。如果水泡残留有批锋，小孩玩耍时易弄伤手脚或其他部位。必须把这些批锋清除干净。当时厂里没有能清除批锋的专用机器，只能是人工刮批锋，由于水泡的量多，操作者十分劳神，效率极低，经检测，操作工人刮削批锋不光滑，且易残留批锋，出现检验时不合格而产生次品的现象，严重影响生产效率，给企业造成较大的损失。根据此种情况，技术部认真研究了水泡的形状、尺寸及材料要求，准备研制一台机械设备来进行清除批锋。
1.2水泡的技术分析
水泡是由热塑性工程塑料（ABS）注塑成型，ABS工程塑料的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色。用这种材料加工生产成五种不同颜色和大小的塑胶水泡：材质安全、耐压、可放在水里漂浮或是堆砌玩耍使用。
通过对水泡的分析，考虑到加工的批量大，为了与客户保持良
好的合作关系，替本厂解决困难，我们研制了一台高效，简易、实用的设备—水泡刮批锋机，来完成对水泡批锋的加工任务。
2.水泡刮批锋机的设计原理
设计主要以水泡的材料和尺寸要求来考虑：能保证水泡的加工要求，能提高劳动生产率，制作简单、维护方便，且该设备制作成本较低。
该套设备的设计如图1所示，先做上、下两个机架，下机架下面装电动机，上机架装双活塞杆气缸，气缸的一头活塞杆安装一个360度转动平模，气缸下方做一同心底模装于电动机上；底模的右边再做一可左右前后上下调整架子，用于装平行双活塞气缸，气缸前端装刀具；制作一电箱固定于架子右后方用于装整机线路。
要求接通电源后，按下按钮双活塞气缸压下，压紧水泡后电动机转动，随后右边平行双活塞气缸出刀刮批锋，刮完批锋后依次平行气缸退回，电动机停转，双活塞气缸退回，机器自动复位可进行下一操作。
3.水泡刮批锋机的结构
水泡刮批锋机主要由：上、下机架、双活塞气缸、电动机、平行双活塞气缸、上、下模等组合而成。
4.主要零件选用要求
4.1电动机的选用
在选用电动机时，考虑到是立式安装，因此要具有结构简单、运行可靠、维修方便和价格便宜等特点；电动机额定电压选择的原则应与供电电网或电源电压一致（一般工厂企业低压电网为380V），因此其额定电压为380V；在选用电动机的功率时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行。根据水泡和下模的尺寸要求及其工作性质（连续工作）：选用功率为4.4KW的AC无段变速齿轮减速电动机（马达）。该种电动机效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适合水泡刮批锋机的工作条件。
4.2气缸的选用
由水泡刮批锋机的工作原理可知，要使上模下压和刀具向前或后退可考虑选用气缸。因为气缸是一种能量转换装置，它是将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作。
4.2.1类型的选择
根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩；要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。
由上面几点可考虑其中一个气缸要一端安装刀具，实现左右移动，可选择带杆（不能回转）的平行双活塞气缸，应选用TDA系；另一个要安装转动平模，所以要考虑是带杆的双活塞（可调型）的气缸，应选用SCJ系列。
4.2.2安装形式
根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。
根据该设备的工作要求，两气缸都应缸体固定，双活塞的气缸安装时要实现上下移动；平行双活塞气缸要实现左右移动。
4.2.3缸径的选择
在选择缸径时应特别注意：缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。
根据气缸安装及驱动负载的实际工作情况，SCJ系列的双活塞（可调型）气缸的缸径选择63mm；TDA系列的平行双活塞气缸选择16 mm。
4.2.4气缸行程 气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加10～20mm的行程余量。
根据两种类型气缸的使用场合，可选定SCJ系列的双活塞（可调型）气缸的行程为100 mm；TDA系列的平行双活塞气缸的行程选择20 mm。
4.3机架
采用A3钢材料制造，该件起支承作用，上机架和下机架的表面通过磨削加工完成，表面粗糙度达到Ra3.2μm。
4.4刀具的选用
因水泡是由ABS塑料制成的，在选择刀具时选用钨钢（钨钢属于硬质合金，又称之为钨钛合金，具有极为优秀的耐磨耗性能及理想的抗冲击性能、刀口锋利、使用寿命长），外径为Ф10mm的圆刀粒，中间有一个Ф4mm孔，用螺栓锁于平行双活塞气缸前的刀架上。
4.5轴承的选用
在上模与活塞杆的连接中要选用一轴承，才能使下模带动上模转动，因此活塞杆与上模应装一个轴承。此轴承能承受以径向载荷为主的径向，轴向联合载荷。承受此载荷的轴承可选用30203的圆锥滚子轴承。
5.水泡刮批锋机装配工艺要求
5.1先把上机架和下机架的两个垂直面磨削成基准面，划线定位再进行钻孔，保证两孔同心。
5.2电动机立式安装在下机架里面并用螺栓紧固。
5.3下模直接装在电动机主轴上，采用过渡配合。
5.4安装两气缸时要注意以下几方面：
5.4.1气缸安装使用前，应先检查气缸在运输时是否损坏，连接部位有没有松动等。5.4.2安装前，应在1.5倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。
5.4.3安装气缸组件，通过气缸支撑底板上的调整螺钉，可调整气缸的水平。装配时，所有密封元件的相对运动工作表面应涂以润滑脂；安装的气源进口处必须设置气源调节装置：过滤器-减压阀-油雾器；安装时，气缸的活塞杆不得承受偏心负载或横向负载，应使负载方向和活塞杆轴线相一致。
5.4.4管道接入气口前，要清除管道内的脏物，管道不能锈蚀，检查清理后方可安装。
5.4.5气缸安装完后，在工作压力范围内，无负载情况下先运行2-3次，检查气缸工作是否正常。
5.5上模安装在双活塞气缸的活塞杆，活塞杆与上模在装配时特别注意的是轴承的安装。
轴承的安装是否正确，影响着精度、寿命、性能。在即将安装前，打开轴承包装，对于已封入润滑脂的轴承，可以不清洗直接使用。圆锥滚子轴承为分离型轴承，带滚子和保持架的内圈构成内组件，能与外圈分开安装。轴向游隙的大小用千分表检验，方法是先将千分表固定在机身或轴承座上，使千分表触头顶住轴的光洁表面，沿轴向左右推轴，表针的最大摆动量即为轴向游隙值，然后再装上模与轴承采用过盈配合装配。
6.使用效果
6.1水泡刮批锋机制作过程简单不复杂，成本较低，使用方便。
6.2经过试刮水泡，可以方便快捷清除批锋，且刮出的水泡表面光滑，检查后完全符合要求，且连续加工数千个水泡也没有出现次品，为企业提高了经济效益。
6.3使用水泡刮批锋机后，加工效率同时迅速提高，减轻了操作者的劳动强度。此套设备使用一年多，性能十分稳定。
7.结束语
在生产中常常会碰到一些批量的、要求较高的玩具加工，由于玩具的形状和材料问题，在装夹定位都会比较困难。如灵活地运用一些夹、辅具，只要设计得合理、运用得巧妙，既能满足玩具加工的质量和技术要求，又能降低生产成本、提高工作效率、减少废品产生，又能给企业增加收益。
参考文献：
[1]杨可桢，程光蕴编著：《机械设计基础》，高等教育出版社. 1999.
[2]陈海魁主编：《机械制造工艺基础》，中国劳动社会保障出版社.2001.
[3]胡家秀主编：《简明机械零件设计使用手册》，机械工业出版社，1999.
[4]http：//www.ccl-changlin.net.cn/ccl-changlin_Product_6443229.html.
[5]《气缸的选择与造型》，http：//apps.hi.baidu.com/share/detail/5343821.