食品包装自动线的聚氨酯真空吸盘压塑成型工艺技术研究

段贤勇韩忠冠 牛 莉 郑贵斌

(1. 安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000；2. 芜湖智友机电科技有限公司，安徽 芜湖 241000)

食品包装自动线的聚氨酯真空吸盘压塑成型工艺技术研究

段贤勇1韩忠冠1牛 莉1郑贵斌2

(1. 安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000；2. 芜湖智友机电科技有限公司，安徽 芜湖 241000)

阐述一种用于食品包装自动化生产线上的聚氨酯真空吸盘制造过程，分析其制造工艺的难点，制定出薄板多孔的软胶体压塑成型工艺方案，运用UG软件对底座和自带细小型芯的凹模型腔建模，采用“型腔铣削”“深度轮廓加工”及“指定切削区域”分层、分区域铣削等方法，使用高精数控雕铣机进行加工，保证了102个细小孔相互配合位置精度，实现了软胶体压塑成型，经过生产验证，满足使用要求。

真空吸盘；底座；软胶体压塑成型；凹模型腔；UG建模

食品包装机械制造中，注重提高设备自动化、智能化、高质量[1-2]。食品包装一般使用轻质材料，外观精美，无变形、划痕等质量问题，在包装、码垛和搬运过程中使用真空吸盘取放物品，易于实现机械化和智能化[3-4]。中国学者[5-6]已对真空吸盘吸取物体的吸附能力进行了研究，刚性物体密封性好，吸附力强，但柔性物体因差异很大，吸附力不足。目前，中国国产包装自动线上的真空吸盘存在吸附力不稳定，吸附取件时间过长问题，国外进口设备，尽管技术成熟，但由于包装材料及物品形状差异，使用范围受到一定的局限。为了适用于食品包装自动线上不同物品快速取放，本试验以一种小尺寸多孔聚氨酯真空吸盘为研究对象，针对吸盘软胶体薄板多孔的特点，从模具结构方面分析其成型方案，运用UG软件和高精数控铣削技术，解决自带细小型芯的凹模型腔加工难题。

1 真空吸盘的工艺性分析

1.1 真空吸盘结构

真空吸盘采用了真空原理，即在所接触的产品或零件表面抽真空而形成负压，以“吸附”形式来夹持物体[7]。真空吸盘是由底座和软胶体构成(见图1)，中小批量生产，底座上有5×Φ8 mm工艺孔加工后需封堵，密封不透气形成空腔，通气孔与真空发生装置相连接，当真空发生装置开启后，由通气孔抽去空气而形成真空状态[8]。软胶体需牢固黏结在底座上，共有102个小孔相互贯通，软胶体材料为聚氨酯，便于吸附轻质薄材。

1.2 工艺性分析

1.2.1 制造难点 真空吸盘的底座材料为铝材，尺寸为68 mm×40 mm×18 mm,底座上加工凹槽宽度25 mm，槽深1 mm，有102×Φ1.0 mm小孔与5×Φ8 mm工艺孔贯通，软胶体宽度与凹槽一致，厚度为3 mm，有102×Φ0.8 mm小孔与凹槽上小孔贯通，要求牢固地黏在底座上且边缘无翘起现象。真空吸盘在制造上存在以下难点：

(1) 底座凹槽与软胶体的小孔相互贯通，无堵塞现象，这就要从加工工艺上保证孔的位置精度。

(2) 软胶体是薄板多孔件，在塑料成型中，既要保证102个小孔的位置精度，又要使塑件脱模后不变形。

1.2.2 解决措施

(1) 利用UG 8.0软件对真空吸盘建模，依据模型中的小孔位置确定同一定位基准(如四边分中)，采用数控加工来保证102个孔的位置精度[9]。

(2) 软胶体制造有以下两种方案，方案一为软胶体注塑成型，见图2(a)，塑件在动模部分，在型芯固定板上安装102个细小型芯，塑件由内置或外置推板推出，该方案的模具结构复杂，型芯固定孔的位置精度要求高，每个型芯因设置推板而长度增加，细长型芯的强度难以保证。方案二为软胶体压塑成型，见图2(b)，模具结构大大简化，压塑时只需灌胶、压塑、取件即可，但凹模型腔自带102×Φ0.8 mm，长度为3 mm 的小型芯，为制造的难点。从制造成本比较，优先选用方案二。

通过以上分析，采用UG 8.0软件分别对底座(见图3)和凹模型腔(见图4)建模，选用南京四开高精数控雕铣机SKDX6070进行数控加工[10]。

2 底座数控加工工艺

底座数控加工工艺路线：

备料→铣六面→磨六面→铣凹槽→钻102个中心孔、钻Φ1.0 mm小孔→钻5×Φ8 mm侧孔→钻、攻丝背面4×M 3孔，M 5通气孔

底座凹槽小孔钻削工艺参数，见表1。其中102×Φ1.0 mm 小孔加工，首先用UG 8.0软件建模，然后采用加工模块“孔加工”中的“定心钻”加工方式，钻削102个小孔的中心位置(即打点)，刀具选用中心钻(直柄两刃钨钢中心钻)；再选用Φ1.0 mm钻头，采用孔加工的“循环类型”中“标准钻深孔钻”方式进行钻孔，钻削转速为3 000 r/min，进给速度为300 mm/min，下刀深度为6.8 mm[11]，贯穿5×Φ8 mm工艺孔，底座凹槽孔加工刀路轨迹，见图5。

3 软胶体凹模型腔数控加工工艺

软胶体压塑成型的凹模型腔加工工艺为：

45钢锻件→调质→毛坯铣削→磨削→粗铣型腔轮廓→二次粗铣→半精铣→精铣、清角

凹模型腔切削工艺参数，见表2。在UG 8.0软件编程中，采用“型腔铣削”加工模块，切削模式选择“跟随周边”，选用Φ4 mm铣刀，螺旋下刀粗铣轮廓，主轴转速为12 000 r/min，进给速度为2 500 mm/min，每刀深度0.2 mm，其刀路轨迹，见图6(a)；选用Φ2 mm铣刀进行二次粗铣，加工上一工序未切除部分，主轴转速为14 000 r/min，

进给速度为2 000 mm/min，其刀路轨迹，见图6(b)。

半精加工，选用Φ1 mm铣刀，主轴转速为16 000 r/min，进给速度为2 000 mm/min，因铣刀直径小，转速高，刀具磨损大且易折断，编程时采用“深度轮廓加工”“指定切削区域”，分3个区域加工，其刀路轨迹，见图6(c)；精铣中，也选用Φ1 mm铣刀，转速更高，刀具磨损更快，加工过程中需要检查刀具状态，及时更换刀具，采用“指定切削区域”进行分区域加工，最后清角，精铣型腔刀路轨迹，见图6(d)。

4 结论

本例真空吸盘结构上采用了聚氨酯为软胶体，在食品包装自动化生产线上有利于提高食品包装的外观质量，经过芜湖某机电科技有限公司实际生产(见图7)验证，完全满足使用要求。通过对其制造技术研究分析，结果表明：

(1) 采用了UG软件建模和编程，利用高精数控雕铣机进行加工，有效地保证102个孔的位置精度。

(2) 对于薄板多孔的软胶体成型，采用压塑成型方案，模具结构简化，制造成本降低，操作简单。

(3) 在编程上，采用“型腔铣削”“深度轮廓加工”及“指定切削区域”等方式，分层、分区域等方法，完成自带102×Φ0.8 mm细小型芯的凹模型腔数控加工。有效地避免因刀具小、易损坏而影响工件加工质量，为同类零件加工提供参考。

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Research on the Compression Molding Technology of the PU Vacuum Sucker for the Automatic Line of Packing Food

DUAN Xian-yong1HANZhong-guan1NIULi1ZHENGGui-bin2

(1.AnhuiTechnicalCollegeofMachanicalandElectricalEngineering,Wuhu,Anhui241000,China; 2.WuhuZhifriendsofmechanicalandElectricalTechnologyCo.,Ltd.,Wuhu,Anhui241000,China)

A PU vacuum sucker manufacturing process for the automatic production line of packing food was introduced in this study, and its difficulty in manufacturing process was also analyzed. Therefore, and develops a porous sheet soft colloidal pressure molding solution was developed. The UG software was used to build a model on the base and a small core of concave cavity, and then it was equipped with a high precision CNC engraving and milling machine. It adopted a hierarchical and subregional milling methods of the cavity milling, depth contour machining, and specifying the cutting region to ensure the position accuracy of the interaction between the 102 fine holes, and then a soft colloidal forming was achieved. Finally, the solution was verified to meet the requirements.

Vacuum Sucker; Base; Soft colloidal forming; Cavity Model cavity; UG modeling

安徽省级质量工程项目(编号：2015zy126)；2017年安徽省高等学校自然科学研究重点项目(编号：KJ2017A751)

段贤勇(1973—)，男，安徽机电职业技术学院副教授，硕士。E-mail：ahjddxy@126.com

2016—12—16

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.03.021