數控銅管無屑開料機拉斷夾緊模具的優化研究

陳未峰

（中山市技師學院，廣東中山528403）

1 數控銅管無屑開料機

數控銅管無屑開料機是將銅管校直切割成指定長度的直管設備，其主要應用于家電、航空等行業，應用較為廣泛。該設備主要結構有放料架、校圓校直機構、定長送料機構、切割拉斷機構、集料機構等，其中，最為核心的是切割拉斷機構，其作用是通過送料機構將原料送到設定的長度后，切割夾緊機構和拉斷機構同時動作，將原料夾緊防止其跑位、拉傷銅管，切割機構中切割刀頭高速旋轉實現切割分離的一系列連貫動作。

2 加工中的問題

在操作開料機過程中，拉斷夾持部分經常會出現打滑現象，一旦出現打滑，銅管就無法拉斷，或者即使拉斷，也會出現長度誤差、拉傷、夾傷銅管外表面情況，銅管不僅在外觀達不到產品要求，就連設定的切斷長度也無法保證，導致銅管報廢，造成材料浪費，更重要的是如果操作員沒有及時發現，讓其流入下一道生產工序，被誤認為合格產品使用，造成的后果就不是銅管報廢那么簡單了，而是影響整個成品質量。對于這種問題，經過仔細研究實踐，通過對拉料夾緊模具和切斷刀具進行優化改進，實現拉斷夾緊模具在無屑開料機上正常工作，有效地提高銅管拉斷質量和加工效率。

圖1 切割刀片

3 切割刀片的改進

數控銅管無屑開料機是所有空調生產廠家必備的非標自動化設備之一。所開銅管用于空調換熱器中，在長度以及縮口率方面精度要求相當高，銅管表面無明顯拉、劃、壓傷痕及滾花狀劃傷，管口無毛刺。然而，加大進刀量雖然可以達到拉斷效果，也不會有打滑現象出現，但在縮口率的要求上造成很大影響，因為過度調整進刀量來加大刀片切痕深度會使得管材的縮口率變大，對管材縮口率要求為20%以下，當縮口率達不到要求時，和其他管路無法完成對接。經過研究發現：可以通過改進小切斷刀片的刀刃角度，盡量減少刀片在切削時與管材的接觸面積，減小刀片因切割時與管材相互之間的作用力，從而減小刀片對管材切割面的擠壓，減小形變量，來解決上述問題。在銅管開料問題上，隨著進刀的深入，過厚的刀身也會導致切割口往外脹，造成外翻邊，為保證縮口率，在刀片要求上不僅要刀刃鋒利，還要減薄刀身。綜合上述內容對刀片進行優化改進，通過對刀片刀刃的角度調整（如圖1），將原先張口為26°的刀片改為只有18°，通過安裝調試，拉斷夾緊模具出現打滑問題的現象有很大的改善，正常切削時間長了，打滑時間減少了1倍。

4 拉斷夾緊模具改進

總結上述的改進經歷，整理相關數據發現雖然通過減薄刀片厚度等方法可以讓拉斷打滑頻率降低50%，效率大大提高，卻仍未能完全解決夾模打滑所帶來的嚴重后果，所以嘗試對拉斷夾緊模具進行改進優化，仔細觀察了原來的夾緊模具，尋找可以改進優化的方案。在設備不斷調試過程中，發現夾緊模具表面粗糙度存在問題，在設備設計過程中，夾緊模具使用Cr12材料，同時出于對銅管外觀的保護，夾緊槽內表面粗糙度要求由Ra1.6降低至Ra3.2，但是如果夾緊模具內表面保留線割痕跡，那么夾緊模具內槽的尺寸就會存在-0.02～-0.03 mm的公差范圍。

這樣是否會夾傷管呢？再次裝配前測試，特意做了一套只保留切割痕跡的模具進行實驗（見圖2），兩套模具進行對比發現，對于通過磨砂來增大表面粗糙度的模具，即使銅管沒有經過切割，夾緊模具在拉斷下料時也不會打滑。再觀察銅管外表面，由于夾模槽加工為負公差，上下夾模在夾緊之后與銅管外表面貼在一起，在夾模打開時會有松不開的情況，也就是除了拉斷之后有些吃管外，其余外表面沒有任何劃傷、壓痕出現。“吃管”可以通過修模，將上下夾模之間的邊稍去毛刺倒角，簡單修理，就可以解決了。通過改進后的夾緊模具加工出來的銅管可以實現銅管外觀無夾痕、打滑和壓傷痕跡，達到對銅管完整外觀的要求。

圖2 拉斷夾緊模具

5 增加防滑槽

數控無屑銅管開料機是一款包容性很強的自動化設備。對于不同的管徑加工，只需要更換夾緊模具以及刀盤就可以使用。在裝配調試過程中，不同管徑、不同壁厚的銅管，對切割刀片、夾緊模具的要求也有所不同。例如φ12.7以下的銅管，可以通過上面第3、4兩節的改進辦法來解決。不過對于φ12.7以上的大管徑，在夾緊壓力不變的情況下，加大拉斷氣缸時，還是會出現打滑現象。所以，針對φ12.7以上的大管徑銅管進行了大量的工藝調整及測試，通過測試發現，在保留上述3、4兩點的改進外，如果在夾緊模具上增加防滑槽（見圖3），就可以增大夾緊模具在進行夾管動作中與銅管之間的摩擦力，避免出現大管徑銅管的打滑及夾痕問題。同時通過增加防滑槽，還可以實現管徑φ19.5以下常見銅管規格的定長開料功能，并保證銅管的完整外觀，該工藝的改進，可使銅管的加工合格率達到98%以上。在提升設備加工適用范圍的同時，也避免了原先大管徑開料機需要增加液壓動力夾緊機構的繁瑣與環保要求，使得整機設備的生產成本大大降低，效率提高，同時還方便設備的操作維護。

6結語

通過對學生實習期間使用數控無屑開料機頻繁出現的故障進行分析，透過現象看本質，從根本上找出問題發生的原因，并采用切實可行的措施對夾緊模具以及切斷刀片進行改進，使得開料機在裝配效率以及調試效果等方面都有了很大的提高，更使得加工產品的效率大幅度提高。

［1］《機械設計手冊》編委會.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］ 朱中平.世界常用鋼號手冊［M］.北京：中國物資出版社，2003.

［3］ 范祖堯.現代機械設備設計手冊：第3卷 非標準機械設備設計［M］.北京：機械工業出版社，1996.

（編輯立 明）