铝制品喷砂房在铝塑装盒联动生产线外防护材料_青岛华盛泰铸造机械设备公司
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发表时间:2018-12-17 10:56
摘要:文章主要针对铝塑装盒联动生产线外防护设计这一实际项目进行创新设计.首先,论述了当今药品包装机械防护的现状、分析了造成目前现状的原因与存在的困难,从目前防护所使用的304不锈钢材料着手,通过借鉴同材质在其它领域所采用的成熟新工艺,把其它领域的新工艺引进到药品包装机械的外防护上来;其次,从304不锈钢板材加工工艺、304不锈钢喷砂房喷砂工艺、304不锈钢喷砂房喷砂板防指纹工艺与粘结工艺四个方面来探索外防护不锈钢工艺;再其次,论述亚克力材料加工工艺,通过采用丝网印刷来达到美化外防护的品质;最后,再从结构设计寻求创新,使得整体防护外表面不露一个螺钉.让这条铝塑装盒联动生产线的外观档次得以提升.
铝制品喷砂房在铝塑装盒联动生产线外防护材料新工艺
    喷砂房又叫喷丸房、打砂房,适应于一些大型工件表面清理、除锈,增加工件与涂层之间的附着力等效果,喷砂房根据磨料的回收方式喷丸房分为:机械回收式喷丸房和人工回收式喷丸房. 其中人工回收喷砂房由于经济实用,制作简单、方便,用材简易,大大的减少了喷砂房的造价成本,也被很多客户特别是中小企业所接受。
    喷砂房的主要特征是喷砂过程中操作者处于室内。防护服和头盔可防止操作者受到磨料冲击,通风装置通过头盔为操作者提供新鲜空气。
    喷砂房主要用于大型零件或采用自动喷砂装置处理非常昂贵的零件。安装在喷砂房内的喷嘴机械手可对零件表面进行自动喷砂,自动喷砂处理难达到的区域可通过手动喷砂完成。这样既保持了灵活性,又降低了对喷砂操作者数量的要求。
    磨料运送方式是该设备设计的另一亮点。除了众所周知的需要很小安装深度的扁平式传送地面以外,无锡华凯在螺旋传送机和振动横格磨料传送技术等方面具有极其丰富的经验。对于大型工件一般采用开放式喷砂。
铝制品喷砂房在铝塑装盒联动生产线外防护材料新工艺
    由于在制药行业的强制性标准GMP药品生产质量管理规范)对企业从原材料、生产过程、人员、设施设备、包装运输、标识处理等都有法律规定达到卫生质量要求,故此,药品包装机械成为了机械行业中一个相对独立的行业.当前,药品包装机械正在快速朝着智能化、功能多元化、结构标准化与模块化等方向发展.如何能让其外防护能够顺应这个变化.提升产品的附加值.也是当前急需解决的一个关键问题.
    目前国内药品包装机械的外防护基本采用304不锈钢板材或304拉丝不锈钢板材[f31结合部分亚克力板(见图1),造成这种情况既是由于药品行业的强制标准的束缚,也是由于304不锈钢的这种材质加工工艺的原因(外露面不能焊接,焊接后会有发黑的印迹,严重影响美观性),导致药品包装机械的在造型没法有大的突破,再加上目前防护很多螺钉、铰链、铭牌等把接都直接裸露在外面,防护档次显得低下,这样的外防护时间久了,给人产生视觉疲劳,为了打破这种现象,给人一种全新视觉体验,那么从防护材料工艺与防护结构二方面同时入手.寻求突破.只有这样才能创造出完全不一样的防护.
图1泡罩包装机
图1泡罩包装机
    本次通过与中国包装行业的一个典范企业合作,共同就铝塑装盒联动生产线外防护新工艺进行探索,整合工业设计师团队与饭金结构工程师团队一起进行研发创新,经历了大约半年的时间,产品从外观设计到饭金结构设计,再到生产制造,最后安装调试,整个过程虽然遇到一些问题,但是,通过大家的努力最终给客户了一个满意产品,其效果见图2所示.
图2铝塑装盒联动生产线全新外观
图2铝塑装盒联动生产线全新外观

1、铝塑装盒联动生产线简介:
    此次课题是某制药装备公司的一个实际项目,其铝塑装盒联动生产线主要由两台设备组成的高速联动生产线,这两台设备分别是:DPH330泡罩包装机和CM450全自动装盒机.    泡罩包装机是通过透明塑料薄膜或薄片形成泡罩,采用热封合,粘合等方法将产品封合在泡罩凹槽内部与底板之间的一种机器设备. 
  全自动装盒机是将药瓶、药板、药膏等和说明书自动装入折叠纸盒中,同时完成盖盒动作的一种机器设备.
2 、304不锈钢材料新工艺的探索:
    起初通过前期的市场调研与实地考察,决定此次项目尝试采购建筑装演、电梯装演、设施装演等经常用到的304不锈钢喷砂房喷砂板材且表面喷涂上抗指纹油来制作防护.并搭配亚克力板材[[4].虽然304不锈钢喷砂房喷砂板有很多种颜色,但是考虑到板材后续工序中还需要焊接,而焊接的焊缝目前只有白色,为了内外整体美观,选用不着色的304不锈钢喷砂房喷砂板,板厚选用1.5 mm. 
  项目进行到中期,通过找来负责制造防护的厂家的工艺专家前来评审项目,他们综合考虑各种因素,建议采用普通304不锈钢板材先进行加工成型,然后再进行喷砂房喷砂处理与防指纹处理,之所以这样做的主要理由有二:一是成品304不锈钢喷砂房喷砂板材且做了抗指纹处理其成本较高,而加工制作的过程中,工人划伤的概率很高,这样造成浪费现象,采用先做成品然后喷砂房喷砂,这样既可以降低加工过程中操作失误而打废的成本,又可以弥补加工过程中的轻微划伤;二是具有防指纹油的板材严重影响焊接,烧黑严重.
铝制品喷砂房在铝塑装盒联动生产线外防护材料新工艺
2.1、304不锈钢板材料加工工艺:
2.1.1、下料:
    对于药品包装机械的外防护,其防护都是采用不锈钢材质,这种材质每张上下都贴有保护膜,且其加工精度要求较高.故都采用激光切割机下料[#].
2.1.2、刨槽:
    它是采用数控刨槽机(见图3),通过一排多个刨刀刨出“V形槽”来,方便下道折弯工序用.    此工序相对普通Q235A板材加工是多出来的工序,它这样做能使工件弯曲圆角半径小,弯角部分的色泽变化不明显,弯曲成形力小,并且能减少了窄长工件弯曲棱边直线度误差,提升加工精度.
图3数控刨槽机—左边是卧式,右边是立式
图3数控刨槽机—左边是卧式,右边是立式
2.1.3、折弯:
    通过上道工序加工好的料—带V形槽的平板料,采用折弯机配以与之相适应的上下模具进行压弯,折弯角度的大小是通过调节折弯机的压力来控制。

2.1.4、焊接:
  目前,在 3 mm 以下的碳钢、低合金钢、不锈钢、铜和铝及其他非铁合金钣金焊接中,通常采用的是氩弧焊和 CO2气体保护焊接法[5-8].此两种焊接都有着各自的优缺点 , 比如氩弧焊具有机械保护效果好 、 焊缝金属纯净,焊缝成形美观,焊接质量优良等优点,但是它的不足时氩气成本高,氩弧焊设备贵,焊前清理要求严格等缺点;CO2气体保护焊有生产效率高、焊接质量好、成本低、操作性能好等优点,但是它的不足之处焊接熔滴飞溅大,焊缝外形较为粗糙,烟雾大,电核辐射较强等缺点.根据上述特点,CO2气体保护焊多用在 Q235A 钣金件上,焊完可以打磨,通过喷塑来实现外观美观.而药品包装机械防护都是 304 不锈钢板材,通常采用氩弧焊接,且外露面不能焊接,只能在远离外表面 10 mm 以外的地方采取焊接,且其焊缝也不是很白,见图 4 所示.此次项目为了改善焊接质量的外观性,通过市场走访与试验,决定采用目前市面较为新型的冷焊机来焊接.
图4弧焊焊缝

图4弧焊焊缝
    冷焊机是一种焊接温度相对普通焊机焊接温度低的焊接,而不是焊接时一点温度没有.它与氢弧焊的主要区别如下:
    1)焊点颜色的区别,冷焊机的焊点为光亮的不锈钢本色(见图5),不会发黑变色. 
    2)焊接温度与变形量的区别,冷焊接是以短时间大电流的焊接方式瞬间把金属熔接在一起,所以焊接产生的热量较低,变形量较普通氢弧焊机小很多. 
    3)焊接强度的区别,冷焊接的焊接强度是可以达到氢弧焊的强度的,但如果达到氢弧焊的焊接强度,那么焊点的颜色肯定不会是白色.
    此项目要求在冷焊机焊接完后,再采用不锈钢焊道抛光膏进行抛光,它是清除不锈钢焊接和高温加工后产生的黄蓝、黑色焊斑和氧化皮的化学物理制剂,使不锈钢焊道表面光亮、颜色和不锈钢材质    一致(见图6所示),不损伤焊道以外金属的表面.
    不锈钢焊道抛光膏其特点如下:
    1)白色膏状物体,常温下用于不锈钢焊接后的焊缝抛光处理及高温处理后的不锈钢氧化皮的去除.
    2)其粘度稳定,能轻易涂布于直立及向下的表面,作业简单.
    3)不损伤腐蚀不锈钢金属表面,不会造成抛光位置与未抛光位置颜色不一致.
图5冷焊机焊缝
图5冷焊机焊缝
图6使用抛光膏抛光的前后对比
图6使用抛光膏抛光的前后对比

2.2、304不锈钢表面喷砂房喷砂工艺:
    所谓的喷砂房喷砂是采用压缩空气作为动力,从而让其形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、海砂、石英砂、金刚砂、铁砂)高速喷射到待处理的工件表面,使工件表面的外表发生细微的变化.因为喷料对工件表面有冲击和切削作用,从而使得工件表面获得一定的清洁度和不同程度的粗糙度,同时被喷工件表面的机械性能也会相应改善,所以就达到提高工件的抗疲劳性,也增加了工件表面和涂层之间的附着力,这样就相当于延长了涂膜的耐久性.更有利于涂料的流平和装饰.
    本项目的喷砂房喷砂材料选用的是玻璃珠,如图7所示,它具有如下特性:
  1)软硬兼备.既有较好的机械强度,SiO2的含量大于或等于68,其硬度可以达到6~7莫氏,又具有足够的弹性,它可以反复使用多次,且不易破碎. 
  2)均匀度很好.其成圆率大于或等于80,粒度也均匀,被喷砂房喷砂工件表面各处的亮度系数保持均匀,而且不易留下水印. 
  3)不可替代.这种喷砂房喷砂材料是用非碱性钠钙玻璃材料制成,具有很好的化学稳定性,不会污染被加工的金属,可以加速清理,且能保持原物件的加工精度.喷丸玻璃珠作为一种研磨材料比其他任何研磨材质介质(除了金属研磨材料外)使用时间都长.
  4)光滑没有杂质.其外观为球状颗粒,没有杂质;表面很光滑,具有非常好的光洁度.
图7喷砂房专用玻璃珠
图7喷砂房喷砂房喷砂房喷砂专用玻璃珠
2.4、304不锈钢喷砂房喷砂板防指纹工艺:
    由于本次项目采用了304不锈钢喷砂房喷砂工艺,使金属表面产生了哑光效果,表面比未喷砂房喷砂之前更易吸附灰尘,从而导致金属表面失去光泽,为了解决此问题,在进行完喷砂房喷砂处理后,必须进行防指纹处理.防指纹油是一种含氟涂料,它是由特殊结构的氟硅树脂配制而成,化学用语为十七氟葵基三乙氧基硅烷.它具有防水防油防污、防潮、绝缘、耐酸、防指纹等性能,便于清洁打理与能长期保持的产品品质.    防指纹油目前有烤干性与自干型两种,综合制造厂家的实际条件,最终选用的是喷涂自干型防指纹油,其颜色为无色至淡黄色透明液体,由高效成膜物搭配防锈剂、缓蚀剂、金属键结剂、防水剂、防老化剂等特种添加剂,通过精湛工艺配制而成.它能够在常温状态下自干,表面干燥快,附着力强,耐候性能优异,不易黄变、不易起皮、不易粉化,硬膜遇水不易泛白.
2.5、粘结工艺:
    此项目由于采用冷焊机焊接,其牢固程度不如之前的氢弧焊焊接结实,同时,深入现场调查老防护产品存在的问题,发现原来的饭金防护都没加强筋,电箱门与防护门强度都不够,门打开都颤悠,为了解决这些问题,通过市场调研与试验,决定采用型号为3M VHB 5925 Acrylic Foam Tape的3M双面胶带进行加强筋的粘结.
    此种3M双面的胶被广泛应用于金属、塑料、玻璃、陶瓷等多种材料的架构粘结,而此项目主体材料就是304不锈钢喷砂房喷砂板与洁具专用亚克力板,其正好是3M VHB 5925 Acrylic Foam Tape应用范围.    根据3M公司提供此型号双面胶的主要技术参数如下:
    1)厚度0.025 in(0.64 mm).
    2)粘合力37 lb./ft.3(590 k到m3).
    3)耐热性:短期300 0F (149 0C) ,
    4)理想工作温度范围为70100长期250 0F(121 0C).0F(21~38 0C);放置72 h粘结力到达最佳.
    通过以上几个主要的参数,做结构设计时,主要考虑粘结缝隙、粘结面积、被粘接物体的重量以及合理的安全系数.

2.6、亚克力材料加工工艺:
    亚克力((ACRYLIC)是一种人工合成材料,俗称“有机玻璃”,是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料[[9].其被广泛应用于装饰品、广告牌、工艺品、建材、工程机械等领域.目前国内市场有三种亚克力板材一洁具专用亚克力板、普通亚克力板和ABS亚克力复合板.此次项目采用性能最好的洁具专用亚克力板,板厚为10 mm,它具有如下性能:
    1)表面光洁度好.其耐磨性相当于铝,不易擦毛,既使意外擦伤,也没太大关系,只要采用抛光机剂就能快速修整好. 
    2)弹性好.表面能够承受一定的冲撞也不易开裂、破碎. 
    3)耐腐性和透光性好.颜料可溶入板材中,且颜色十分稳定,长期光晒雨淋都不易褪色.
    此次项目之所以选用亚克力板,主要出于三个原因:其一、铝塑装盒联动生产线的防护门需要可视其内部加工状态;其二、为了提升铝塑装盒联动生产线的外观档次,让所有防护门的铰链都隐藏在亚克力板后面,见图8所示;其三、利用亚克力板的易上色的特性,可以在一些关键部位采用丝网印刷,让其外观得到丰富的视觉效果.

3、结构设计的创新:
    本次项目的结构创新主要体现在两个方面,一方面是活动门的结构设计,见图s所示;一方面是门旁立柱与主机框架的连接设计.见图9所示.
    在图8中,1号为10 mm厚的透明亚克力板,它在最外层,整个外表面都是光滑面,其门铰链的折页处,通过机床铣削出四个矩形槽,正好隐藏折页,并且亚克力板与304不锈钢喷砂房喷砂板粘接的接触部分采用丝网印刷印上一层黑色,这样既是出于美观考虑,也是从功能角度考虑,让其压制掉一些小瑕疵.3号为304不锈钢喷砂房喷砂板框架,由于其不是封闭矩形,强度不够,故四周都通过采用3 M VHB 5925胶粘结加强筋,并在离外表面大于10 mm的地方采用冷焊机把加强筋与主体点焊上(起到双重保险的作用),这样整个门框就成了一个坚固的体块.4号板是一块L形的活板,通过沉头螺钉把接,这样门内部也很规整,视觉效果好,同时也能起到一定加强门强度的作用.5号板为2毫米厚的304不锈钢喷砂房喷砂板,通过沉头螺钉把接在门下面,这样起到支撑亚克力的作用(也是多重保险),有效的减轻了粘结力的负担,这样门即使受到较大的冲击力也安然无恙.
图8门的结构设计
图8门的结构设计
图9门立柱把接形式
图9门立柱把接形式
    图9是立柱透明的状态,其内部有两排图10所示的连接块,之所以选择这种方式,那是因为主机内部没有足够空间让安装工人进去把接螺钉,所有的安装都应在外部完成,通过事先把连接块安装好,然后把立柱扣上去,两侧通过沉头螺钉把接.由于饭金加工有一定的误差,立柱两侧也都事前划好沉头窝,故安装时,容易出现孔位对不上的情况,为了解决此种情况,连接块选用机械加工成的铝块(AL6061),并且矩形块以长条孔中心对称(见图10),一面钻好了螺纹孔,一面没有钻,当孔位对不上,可以翻转此块,现场轻松配钻出新螺纹孔(由于铝块不像不锈钢那么坚硬,质地相对软).
图10连接块工程图
图10连接块工程图

4、结论:
    将其它领域成熟材料工艺应用到新领域,从而获得新工艺,也是当今材料工艺的一条创新途径.文中就是通过铝塑装盒生产线外防护的实际项目,大胆把装演行业与电梯行业所用的成熟材料工艺引进到药品包装行业来,同时针对在设计与制造过程中遇到的新问题寻求新的解决办法,为药品包装行业装备的外防护发展开辟出了一条新的发展方向.
    本次项目的优点体现两点:1)目前,使用喷砂房喷砂不锈钢与亚克力结合来做药品包装机械的防护,在该行业算是首创,给观众一个耳目一新的视觉体验;2)喷砂房喷砂不锈钢由于表面成哑光效果,故表面抗污能力明显增强,手感明显较不锈钢板舒适,具有一定亲和力,整体外观效果也是显得高端大气上档次.当然,通过制造也发现了一些不足,比如,1}饭金工艺增加了工序,相应成本增高;2)为了达到不露钉,门折页成本也较原来高出几倍价格;3)亚克力材料为了避免时间长发黄的影响,而采用进口的,成本较高等,因此,该防护要全面推广还需要相对应的各因素得到相应解决.
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