一种不锈钢金属表面抛光自动加蜡机构设计与控制

杨阳 徐敏 赵婧 郑伟

摘 要：针对目前不锈钢金属钢管抛光质量不稳定、抛光效率低、加蜡不均匀等问题，提出了针对方管和圆管的喷蜡抛光及控制方案，设计了自动加蜡机构及控制系统，并增加了对液态蜡余量的监测装置，同时运用了自动加蜡技术保证整个系统的流畅运行。实验结果表明，该系统设计不仅提高了抛光质量和生产效率，并且在改善了工作环境的同时还减轻了工作人员的工作强度，满足了系统设计要求。

关键词：不锈钢金属管；液态喷蜡；抛光；加热

中图分类号：TG662 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0094-03

Abstract： In order to solve the problems of unstable polishing quality， low polishing efficiency and uneven waxing of stainless steel tubes， the control scheme of wax spraying for square and round pipes was put forward， and the automatic waxing mechanism and control system were designed. At the same time， the automatic wax feeding technology is used to ensure the smooth operation of the whole system. The experimental results show that the system design not only improves the polishing quality and production efficiency， but also improves the working environment and reduces the work intensity of the staff， and meets the system design requirements.

Keywords： stainless steel metal pipe； liquid spray wax； polishing； heating

1 概述

不锈钢金属表面抛光处理主要涉及不锈钢抛光技术。抛光又称镜面加工，是用微细磨粒与软质工具对零件内、外表面表面进行最终光饰的加工工艺[1]。抛光属于不锈钢管材的预处理中表面机械整平步骤，通过消除不锈钢表面的粗糙状态，通过抛光达到一定的表面光洁度[2-3]。不锈钢在生产过程中经过铸造、模锻压、热处理等工艺加工，表面上生成一层黑色氧化皮，或在机械加工切削过程中留下微观不平度[4-5]。为了取得不锈钢表面的光洁度、光亮度和使用寿命，必须对其进行抛光。抛光的质量对产品的性能影响较大，选择合适的抛光工艺和抛光方法对提高产品的质量有重要意义[6-8]。目前市场上的不锈钢生產基地分别使用方管抛光机和圆管抛光机对不锈钢方管和圆管进行抛光，主要采用人工操作涂抹固态蜡这种手工方式给钢管加蜡，所以工作台及机器均暴露在空气中。

目前抛光加工过程的现状与存在问题如下：（1）抛光过程自动化水平低下，抛光过程中产生的废料多、污染严重、安全性差、工作环境恶劣；（2）加蜡过程主要依赖于操作人员凭借经验控制，抛光的质量和效率完全取决于工人的技术水平，抛光质量不稳定、抛光效率低等。但对于液态喷蜡技术而言，抛光蜡[9]是以接近于雾状的液态形式喷出，优点为：（1）喷涂更加均匀、稀薄，不会造成涂抹不均；（2）整个系统均为自动化设备，喷涂均由机器完成，节省劳动力；（3）由于不需要人工手动干预，整个传输及喷蜡系统均可封装在一个密闭的箱体内，与环境隔绝，减少了噪音污染；（4）该自动化系统包括液态蜡余量监控、喷蜡范围自动调整、喷蜡量自动调整等，从而大大节省了材料，不再浪费大量的固态蜡。

2 喷蜡系统结构

在整个喷蜡系统中，分为三个模块：（1）喷蜡模块；（2）加热模块；（3）抛光模块，其中主要研究的是喷蜡模块与加热模块，图1为整个喷蜡系统的结构框图。

2.1 喷蜡模块

该模块中包含有：压力控制器、液态蜡喷射器、喷蜡控制开关及雾状调节器等。在整个系统运行时，需要有适量的雾状液态蜡喷出到抛光盘上，使得喷到抛光盘上的液态蜡既不成股流下也不迅速的干涸，这时就需要对压力控制器进行控制。压力太大，空气压迫液态蜡使其流速就变快，喷蜡量就增大；反之压力太小，空气来不及压迫液态蜡进入到喷射器中，喷头很容易就只喷出空气或喷出很少的蜡而导致抛光盘上附着不到蜡从而使钢管起不到被抛光的效果。液态蜡喷射器起到喷蜡的作用，如图2所示，该装置由以下几个器件组成：喷射器主体、输入端abc、空气阀门喷头以及喷嘴等。三个输入端口的功能如图2。

a：雾状调节器的输出端连接到该端口，使得喷头喷出的液态蜡呈所需的雾状；b：空气开关控制喷射器的开通或关闭，使得液态蜡喷射或停止（或定时喷射）；c：液态蜡由液

态蜡容器经由加热器加热，通过导管流向液态蜡喷射器。

2.2 加热模块

该模块中包含有：液态蜡容器、加热器以及温度控制器等。在进行抛光之前先将液态蜡加入到液态蜡容器内，该容器类似于医用针筒，但又粗很多，可以根据喷蜡量选用不同规格的针筒。加热装置内部插有加热棒及热电偶。加热棒将整个加热筒加热到设定的温度，使得液态蜡无论在何种条件下均保持液态，防止液态蜡到达喷头时凝结为固态，而热电偶用来测量加热筒是否达到所设定的温度，温度未达到设定温度则会持续加热，达到设定温度则会停止加热。温度控制器的作用是设定加热的温度，当加热到所设定的温度，加热停止，若加热到设定温度还未停止加热，超温报警灯则会闪烁同时会发出响亮的警报声。

3 喷蜡抛光方案设计

对钢管进行抛光属于不锈钢加工改造生产线的重要组成部分，为了实现能够在减少成本、提高效率的基础上对钢管进行抛光，总体设计方案分以下两种，一种是对方管进行抛光，另一种是对圆管进行抛光。方管、圆管两种类型的抛光流水线在物理结构上设计有所不同。

3.1 方管抛光结构

如图3为方管抛光设备结构示意图，该抛光设备从结构上来看，一套包括一个公共底座，一组水平排列、结构相同的抛光盘组和一组垂直排列、结构相同的抛光盘组（两个为一组）。每组抛光盘组中水平抛光部分包含一对左右相对的磨轮和两个电机，垂直抛光部分包含一对上下相对的磨轮和两个电机，磨轮旋转分别实现对方管四个平面的抛光。整个抛光设备中还含有传动机构，该机构包含传送带、电机和若干组传送轮，每组传送轮包含一对水平相对的传送轮和一对上下相对的传送轮。

方管由抛光机进料口自动送入，送入后的方管在传动机构传送带的带动下向前传送，期间需要经过多组抛光盘组，完成抛光流程。在经过每个抛光盘组的时候，方管均需经过水平、垂直两个方向的抛光盘打磨。抛光过程中，抛光盘由自动喷蜡设备自动喷蜡补给，可设置选择持续喷蜡或者定时喷蜡两种模式，这样一来就省去了操作人员定期检查余蜡量的问题从而节省了人工。方管经过抛光流水线后将自动传送至卸料口存储供下一道工序包装。

3.2 圆管抛光结构

如图4为圆管抛光设备结构示意图。圆管型抛光设备包含多组抛光盘，每组抛光盘由两个垂直方向相对放置的圆柱形抛光盘和两个与水平方向呈60°倾斜放置的圆柱形抛光盘所组成。两个垂直方向放置的抛光盘起到旋转抛光的作用，而另外两个与水平方向呈60°倾斜放置的抛光盘则主要为圆管提供前进的动力，同时提供一定的抛光作用。倾斜旋转抛光盘的厚度要比垂直旋转抛光盘的厚度略厚一些，这样方便传送圆管向前。

同方管抛光工艺过程类似，圆管由抛光机进料口送入，当圆管进入抛光机后，在抛光机传送机构的带动下以一定速度传送，传送过程中圆管需要经历多组抛光盘组，在抛光盘的打磨下实现抛光操作。

4 喷蜡抛光控制系统设计

4.1 喷蜡供给控制技术

采用PID控制算法，结合控制策略，通过DPS控制芯片对伺服控制器进行控制，以伺服电机作为动作执行机构，达到对液态抛光蜡的进给量的精密控制。液态抛光蜡的余蜡量需要进行自动检测和监控，智能加蜡控制系统通过引入低成本检测装置，可以实现余蜡量状态的在线监测，并通过主控系统实现状态显示与报警。其原理是通过检测液态蜡容器内的气压压力来判断容器内的余蜡量，当压力降低，说明容器内气体所占空间变大，余蜡量减少，当达到阈值时，自动从装有液态蜡的容器中进行抽取，在抽取的过程当中实时的检测容器内压力，当达到一定值的时候，压力满足喷蜡条件，则停止抽取。以此往复，使得整个系统处于反馈状态。

4.2 拋光控制系统设计

该控制系统主要采用DSP芯片控制伺服控制器，以此来控制电机转动达到对钢管的抛光[10]。同时，控制电机保持对钢管的传送，使得整个系统能够自动的对钢管进行运输。如图5所示为液态蜡抛光控制系统框图，分为三个部分：抛光、加热及喷蜡模块，与上文的喷蜡系统结构图相对应。主控制器分别单独控制三个模块，三个模块各控制着它们负责的每一个机构，形成了整个控制系统。

5 结束语

针对现有抛光流水线的现状和存在的问题，利用自动化技术、系统工程技术、信息与通讯技术等，对不锈钢抛光机进行自动化改造与设计。综上所述，抛光过程中存在的主要问题得以改善：抛光加蜡过程实现了自动化，加蜡过程稳定性得以提高，加蜡频率等严格根据检测器所提供的反馈进行加蜡，提高了液态蜡供给的精度同时能自动检测余蜡状态；提高了对不锈钢管抛光质量的监控，信息化水平提高，抛光品质得以提升，精确性较高，节省人工评判的所需的时间精力；钢管抛光设备不再需要人工进管，工作条件得以改善，安全性提高，安全隐患降低；工作效率较高，在减少了人工的督促、脱离了人工的频繁检测的同时还降低了工作人员的劳动强度，处理效果得以提高，保证了产品的质量和数量的提供。

参考文献：

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