鋁箔裁切折邊機的設計

段艷丹，吳艷紅

（西安航天動力試驗技術研究所，陜西 西安 710199）

0 引言

為了降低生產成本，取得較高的經濟效益，目前電容器廠家設計的電容器場強普遍偏高，場強過高是電容器損壞的一個重要原因。為降低電容器元件邊緣場強，國內外采用了鋁箔折邊的新工藝，然而國內還沒有廠家生產鋁箔自動裁切折邊的設備，只能依靠人工折邊。人工折邊有兩大致命的缺點：①工作效率低：人工折邊成型約需2min左右；②作為引出電極的鋁箔厚度僅為0.015～0.06mm，人工折邊時鋁箔會嚴重起皺，不僅廢品率高，也嚴重影響了采用鋁箔引出電極并電容式電壓互感器的效果。鑒于鋁箔人工折邊的種種缺點，我公司為某公司設計生產了集鋁箔裁切和鋁箔折邊為一體的新型設備—鋁箔裁切折邊機。

1 設備組成及原理

1.1 設備組成

該設備由料軸、導輪機構、壓緊送料機構、裁切機構、拾取機構、接料結構6部分組成，見圖1。

圖1 鋁箔裁切折邊機的總體布置圖

1.2 工作原理

導輪機構將鋁箔導入壓緊送料機構，壓緊送料機構中的壓緊氣缸將鋁箔壓緊后，送料氣缸便開始送料，送到設定的長度，停止送料，裁切機構的壓緊氣缸壓緊后，裁切氣缸裁切，裁切動作完成后，拾取機構將裁切好的鋁箔拾取到折邊機構上并壓緊，同時拾取上一個折邊成形的鋁箔到接料結構，折邊機構將鋁箔折邊成型，便等著加工下一個工件時被拾取到接料機構，其工作原理見圖2。

圖2 鋁箔裁切折邊機工作原理

2 關鍵技術解決情況

2.1 鋁箔自動折邊技術

鋁箔自動折邊技術是整個設備設計的關鍵，如何實現鋁箔的自動翻邊，同時又保證鋁箔的平整、光滑、無褶皺是設計的難點，鋁箔自動折邊結構見圖2。經過反復的研究，此難點主要通過以下幾點解決。

圖3 鋁箔自動折邊結構

（1）選擇擺動角度可以任意調節的擺動氣缸帶動翻板完成折邊動作。翻板的起始位置與平臺的夾角調節為30°，并調節左右兩翻板的距離為所要折的寬度，當拾取機構向下壓緊時，可在鋁箔上壓出所需寬度的壓痕。翻板的終止位置與平臺的夾角調節為150°，當折邊動作終止時，翻板終止位置的角度保證鋁箔不會被翻板壓死，從而防止鋁箔被壓出壓痕、褶皺。

（2）巧妙的設計翻板，從而成功實現折邊、限位的目的，又避免了兩翻板相互抵觸。首先，設計翻板的邊緣高度凸出4mm，在折變過程中通過凸出部分限制鋁箔兩邊，從而確保鋁箔沿著壓痕準確折邊；其次，由于把寬80mm的鋁箔折成40mm，兩邊需向中間折20mm，所以每個翻板也只能20mm，然而高出的4mm的寬3mm，使翻板加寬了3mm，造成兩翻板相互抵觸無法轉到所設計的角度，經過反復研究，最終將翻板的邊緣設計成矩齒形，使兩翻板的邊緣齒合（見圖4）。

圖4 限位鋸齒翻板

（3）將折邊平臺設計成吸盤式平臺，即在折邊平臺上合理的設計若干真空孔，并且用特制的堵頭堵住真空孔，此堵頭上鉆有無數均勻、光滑的針孔，在折邊過程中可以有效地吸住鋁箔，確保折邊動作準確無誤，卻不會在鋁箔表面留下真空孔的吸痕。

2.2 多功能拾取技術

多功能拾取技術使用一個拾取機構同時完成裁切完成鋁箔和折邊完成鋁箔的拾取，在拾取動作完成的同時還要完成壓痕和壓平的動作。此技術大大提高了工件加工的速度，同時也保證了成品工件的平整光滑、無褶皺，見圖5。主要通過以下幾點來實現：

圖5 多功能拾取結構

（1）一個拾取機構完成兩個拾取動作。在拾取氣缸上裝有兩個拾取機構，這兩個拾取機構中心距為L1=110mm，已裁切鋁箔與折邊機構的中心距為L2=110mm，折邊機構與接料機構的中心距為L3=110mm，L1=L2=L3=110mm，氣缸的行程也為110mm，則氣缸在拾取裁切成型的鋁箔時，同時把上一個折邊成型的鋁箔也就拾取了。這樣不但省了一個機構，兩個氣缸，而且極大的縮短了加工速度。

（2）一個抓取機構，完成兩個動作。在拾取機構上設計有有兩個抓取機構，每一個抓取機構每次動作時都可以完成兩個動作。兩個抓取機構上面不但裝有吸爪，而且分別裝有硬質海棉和軟橡膠，所以在它抓取或放下的同時，也會對鋁箔有一個均勻的壓力。抓取機構A在抓取鋁箔的瞬間可以在鋁箔上壓出一個設定寬度的壓痕，從而保證折邊的尺寸；抓取機構B在抓取折邊成型的鋁箔時，其上裝有的特制軟橡膠，會給鋁箔一個很均勻的壓力，使鋁箔更平整、光滑、無褶皺，折痕無r。

（3）水平運動氣缸選用了剛性較好的導軌氣缸，保證了拾取動作的準確無誤、快速穩定。

2.3 剪刀式自動裁切技術

剪刀式自動裁切技術確保鋁箔裁切無損傷、斷口光滑、零滯后。其結構見圖6。主要通過以下幾點實現：

圖6 剪刀式自動裁切結構

（1）設計刀片為斜刀片，刀斜3°，刀片右側與下模板右側高出的臺階緊密貼合，構成一個剪刀口，刀片緊貼著下模板向下運動，當到達最大行程時與下模板的重合量s=15mm，從而完成裁切動作。剪刀式裁切避免了沖裁對鋁箔紙的損害，有效地保證了鋁箔在裁切過程中的完好無損。

（2）刀片與下模板的間隙在導向的作用力下保持最合適的狀態，以保證剪刃壽命及剪切質量，確保裁切斷口光滑，無裁痕。

（3）刀片通過氣缸上下運動，也就是說氣缸帶動刀片瞬間到達最大行程的同時也就完成了剪刀式裁切動作，避免了傳統的剪刀式裁剪繞轉軸轉動裁剪的時間滯后性。

（4）設計壓緊機構，將鋁箔壓在下模板上以減小鋁箔被裁切時的旋轉角，從而減小側向力，杜絕鋁箔在裁切過程中發生偏移，保證裁切后的鋁箔是正長方形，提高了裁切質量。

2.4 自動送料技術

自動送料技術采用組合式氣缸，送出設定長度的鋁箔。組合式氣缸是采用一個龍門架將兩個氣缸組合起來，垂直壓緊氣缸裝在特制的輕型龍門架上，龍門架又裝在水平送料氣缸上，鋁箔穿過龍門架，垂直壓緊氣缸將鋁箔壓緊在水平送料氣缸的滑塊上，水平送料氣缸的滑塊向前運動，開始送料，同時可以通過調節水平送料氣缸的行程來調節送料的長度，這樣就可以完成設定長度的鋁箔自動送料的動作。

2.5 自動感應接料技術

自動感應接料技術是指接料盤隨著所接工件數量的增加或減少而上升下降。此技術可以避免了因料盤與工件距離不合適而損壞工件的情況。其設計原理為：在接料機構上裝有感應裝置，感應裝置感應鋁箔工件的高度，并將這一信息發送到PLC控制系統，PLC根據所接受到的信息控制電機的運轉，從而控制料盤的上升下降。

2.6 PLC控制系統設計

該設備控制系統由PLC和人機界面實現，PLC采用SIMEMENS S7-200系列，人機界面選用威倫EB8000，實現氣缸夾緊送料、壓緊裁刀裁切、折邊、吸爪和吸盤多組動作的開關量控制，參數設置界面可實現對產品加工件數進行設置，其中設置范圍：1～9999。已加工件數用來對加工數量進行顯示，設備運行中間停止，若要重新計數，使用件數清零按鈕，清除已加工件數，手動操作界面按鈕用來將系統切換到手動操作界面。根據系統要求，編寫了系統軟件，采用梯形圖完成，見圖7。

圖7 PLC控制系統軟件

3 應用情況

2011年5月，我公司設計、生產的國內第一臺鋁箔裁切折邊機順利通過驗收，并交付客戶使用。該設備將厚度為0.015～0.06mm、寬140mm的鋁箔，裁切為140mm×80mm的長方形鋁箔，長邊對折后接縫位于鋁箔的中心，一次折彎成型。加工速度為4秒/件，加工的成品平整、光滑、無褶皺，折痕無R，各項指標均滿足客戶要求，目前使用良好。

4 技術進步點

鋁箔裁切折邊機的進步點在于：

（1）鋁箔裁切折邊機的設計是國內首次將鋁箔折邊自動化并將鋁箔裁切和鋁箔折邊合為一體的新型電容器設備。

（2）該設備大大提高了加工工件的工作效率，使用人工折邊加工一件產品需120秒左右，而使用該設備加工一件產品只需要4秒，加工速度僅是人工折邊加工速度的1/30。

（3）鋁箔裁切折邊機大大改善了人工折邊時鋁箔嚴重起皺，精確度不高的缺點，使產品的合格率由原來的75%提高到了99.9%。

5 結論

據了解，采用鋁箔引出電極并電容式電壓互感器（CVT）在國內外普遍應用在72.5～800kV電力系統中，而72.5～800kV電力系統占國內電力系統的100%，占國外電力系統的90%。因此，鋁箔裁切折邊機在國內外都具有極其廣闊的市場前景。