具備自動導向功能的分離式油封骨架上料工裝的設計和應用

陳熙亞

嘉科（無錫）密封技術有限公司 江蘇無錫 214000

1 序言

骨架油封的硫化環節：骨架上料→橡膠注射→硫化→產品頂出。骨架上料即將骨架放入模具中，這是首要環節，也是重要環節之一，其決定了骨架在產品中的位置，進而影響產品的尺寸和功能。

實際生產中一般采用手動上料，生產效率低，還易造成骨架在模具中放偏。尤其當骨架外徑較大時，若采用手動上料，則這種現象更加明顯。因此，對于大骨架油封產品，一般會定制上料工裝，保證骨架放到位。

采用上料工裝的骨架上料環節如圖1所示。

圖1 上料環節

2 問題的提出

生產中發現大批量某油封的骨架表面一側有明顯劃傷（該批次骨架入廠檢查合格）。進一步調查發現，產品整圈的高度存在高度差（0.20～0.25mm），如圖2所示。

圖2 骨架表面一側劃傷且產品整圈的高度存在高度差

此外，因工裝帶有磁鐵，故骨架放置到模具后，需要等待10s才能將工裝取出，以此保證骨架不因磁力而被工裝帶出。

3 原因分析

1）現狀描述：采用圖3所示的現有上料工裝，圖4所示為現有上料工裝與模具的配合圖。

圖3 現有上料工裝

圖4 現有工裝與模具配合

2）分析上料工裝的使用狀況，得出造成上述缺陷的原因可能有：①骨架與上料工裝本身不對中，即上料工裝與骨架接觸的軸徑偏小，兩者間有間隙，水平方向上沒能完全定位。②上料工裝底面不平整，導致骨架在上料工裝上是偏置的。③放置時，上料工裝與模具不對中，進而造成骨架在模具上是偏置的。④取出上料工裝時，骨架受磁性的影響，隨上料工裝的取出，骨架位置發生變化。

綜上所述，上料工裝的軸徑配合尺寸、制造加工及上料工裝本身結構設計問題都有可能導致此類情況的發生。

4 新骨架上料工裝的設計

針對以上列出的可能原因，我們逐一提出解決措施。

（1）配合軸徑設計尺寸問題 測量骨架內徑，上料工裝與骨架單邊間隙控制在0.02mm 內。

（2）底面平面度制造加工問題 底面平面度要求在0.02mm以內，但由于尺寸較大，達到該標準的成本較高，故現有工裝并未達到該要求。對于此加工問題，改進設計要求：將原有的大平面改成凸臺結構，僅對與骨架接觸的平面提出平面度要求，如圖5所示。

圖5 凸臺結構的設計可以降低加工難度

（3）設計結構問題 我們提出一種新結構的骨架上料工裝，放置骨架時，具備自動導向功能，可避免上料工裝與模具的不對中情況；取出上料工裝時，可實現骨架與磁鐵的分離，進而避免骨架隨上料工裝的取出而發生位置變化。

1）上料工裝與模具的自動導向功能：該功能可以參考上模與中模合模狀態。模具結構中，上模與中模的配合面通常選用15°斜面作導向，可保證上模與中模的對中性，如圖6所示。

圖6 斜面導向的設計可實現上料工裝的自動導向功能

2）骨架與磁鐵的分離結構：該結構由上料工裝本體、分離環與手柄組件構成。

上料工裝本體除了增加斜面導向結構外，在底部開通整圈環，并在90°方向預留4個通孔。圖7所示為改進后的上料工裝本體。

圖7 改進后的上料工裝本體

分離環由一個含磁鐵的圓環構成。其中，磁鐵孔要求與磁鐵過盈配合，以防止磁鐵脫落。圓環的內徑、外徑要求達到與本體上開通的整圈環滑動配合的狀態，此外還需預留與手柄組件相連的通孔，如圖8所示。

圖8 分離環

手柄組件由聯接螺栓組件（含螺栓、螺母和墊片）、彈簧、一個固定手柄和一個活動手柄構成，如圖9所示。聯接螺栓組件用于聯接分離環與活動手柄，以及固定彈簧；彈簧位于本體上料工裝底部開通的整圈環內，彈簧的使用可使得分離環迅速復原；固定手柄安裝于上料工裝本體上；活動手柄復原時，位于上料工裝本體上，活動時，分離環上移，進而實現磁鐵與骨架的分離。

圖9 手柄組件

使用時，操作人員手拿固定手柄并將骨架放置在上料工裝本體上，將吸附著骨架的上料工裝放在模具上，拉動活動手柄（此時磁鐵與骨架分離）并拉動上料工裝整體向上移動。圖10所示為上料工裝的整體結構。

圖10 自動導向可分離式油封骨架上料工裝整體結構

5 延伸設計

以上設計方案適用于骨架在中模中呈“L”形擺放的狀態。對于不同的產品，模具設計還會采用骨架在中模中呈“倒L”形擺放的狀態。圖11所示為骨架在模具中的兩種放置狀態。

圖11 骨架在模具中的兩種放置狀態

基于這類“倒L”形擺放狀態的模具，我們提出另一種設計結構方案。該結構由上料工裝本體、分離壓環和壓板組件構成。

上料工裝本體（見圖12）外周通過與模具臺階面配合，實現其與模具的對中，連體心軸的外徑要求與骨架內徑間隙配合。同時，在其相應位置安裝磁鐵，并在中心位置放置堵頭螺釘，利用磁力作用，保證磁鐵不因外力脫落。

圖12 上料工裝本體

分離壓環位于上料工裝本體內，可沿連體心軸滑動。同樣地，分離壓環的相應位置模仿模具斜面導向的設計，這樣可保證骨架與模具對中。初始狀態，骨架順著連體心軸在壓環上呈“倒L”形放置。壓入時，骨架在分離壓環的作用下，向下運動，與磁鐵分離。

壓板組件由壓板、3個導向桿、3個螺栓及墊片組成。螺栓聯接分離壓環，在外力作用下，壓板順著導向桿，帶動分離環向下移動。

使用時，將壓板拉動直至分離環接觸上料工裝本體底部，將骨架放到位，此時在磁鐵作用下，骨架吸附在上料工裝本體的連體心軸上。然后把上料工裝本體放在模具上，圖13所示的整體結構即為初始狀態。壓動壓板直至分離環與模具上端貼合，實現骨架與磁鐵分離，使得骨架位于合適的模具位置中，如圖14所示。

圖13 自動導向可分離式上料工裝整體結構

圖14 骨架與磁鐵分離

6 結束語

對生產中出現的異常問題分析并排查原因，模仿模具的配合結構，設計具備自動導向功能的上料工裝；采用簡單的機械機構，實現骨架與磁鐵的分離。解決生產異常問題的同時，提高了生產效率。