金属屑压块机的设计研究

刘志刚，邬海龙，谢荣誉，刘薇娜

（长春理工大学，吉林省长春市，130022）

金属屑压块机的设计研究

刘志刚，邬海龙，谢荣誉，刘薇娜

（长春理工大学，吉林省长春市，130022）

工业化初期由于盲目扩大生产，金属铁屑浪费现象严重，而回收利用较少，废金属铁屑对环境的污染与日剧增。随着我国经济增长方式由粗放型向集约型的转变和人们环保意识的增强，市场对废金属铁屑处理的设备需求将越来越大。为了实现对废金属铁屑的有效回收以及再利用，有效处理废金属铁屑的压块机研究已引起了越来越多人的关注。本文是对压块机的结构设计，设计的压块机体积小，操作方便，不但满足多种使用要求，而且大大提高了废金属铁屑回收的效率。

废金属铁屑；回收再利用；结构设计

0 引言

在机械加工制造中，各种金属屑的产生不可避免。如何处理、回收金属屑，尤其是铜、铝材等贵金属屑，成为一个必须考虑的问题[1]。这些碎屑不好装运，量大不易操作，且碎屑携带的大量油液渗漏到地下和运输道路上，造成环境污染[2]。在我国很多液压机都能实现对物体的压制生产，通过采用双液压缸的结构来完成对铁屑的压块和成型后圆饼铁块的推出。本文主要研究的内容是对工业铁屑进行压块，从而便于运输和回收。本次设计结构简单、新颖，使用方便，操纵灵活，工作安全可靠[3]。

1 金属屑压块机整体结构与工作原理

压块机的基本结构如图1，从整体上分析，它主要包括以下几个部分。分别为收料及压料工作台、压块机构和最后的推出结构。通过上下料装置将铁屑运至收料箱内，使铁屑进入压料箱后，上液压机压头下压，使铁屑在压料箱内成型，直接冷压成3～6公斤的圆柱或圆形饼块。成型后，下液压机压头回缩，使圆柱形铁饼快掉入推块槽内，然后下液压机压头伸长，将圆柱形铁块推出去，随后上液压机压头回缩，完成整个工作流程。这就是一个工作流程，如此往复，不断的对铁屑进行压块。在此过程中，下液压缸压头除了用来推送铁块，还起到压块时的支撑板作用，便于铁块的成型。它的所有动作都是由液压缸来完成，是一套全液压设备[4]。

图1 铁屑压块机Fig.1 Scrap iron block making machine

2 收料箱及工作台设计

2.1 铁屑收料箱的设计

收料箱用于放置在铁屑上下料装置下方，用来将铁屑收集到压料箱内，便于压头压缩铁屑。收料箱结构简单，通过优质冷轧钢板焊接而成，可在表面喷涂静电粉末，提高箱体的防腐与耐磨性。

收料箱通过三个螺钉固定在支架上，同时尺寸满足不与压料箱相冲突，保证让铁屑能够滑入压料箱内。

2.2 压料箱设计

压料箱用于收集铁屑，便于压头工作。相比于方形的形状结构，漏斗型压料箱不会出现由于螺旋形铁屑堆积在角落，减少人工。压料箱通过四个螺钉与下方成型箱相配合。

2.3 成型箱和推块箱设计

成型箱的内径尺寸应与上液压缸的压头尺寸相同，而推块箱的内壁尺寸应与下液压缸的压头尺寸相同。

为了方便对圆柱铁块最终的收集和运输，在推块箱末端联结一个简易导轨，在金属铁屑压块完成后，由下液压缸的推力，铁块将在导轨上依次移动，使铁块集中到一处[5]，其实际物体如图2。

图2 导轨Fig.2 Guide

3 上液压缸的安装布局与设计

从功能和精度方面看，当代液压控制系统已达到很高的技术水平，基本可以适应各种复杂的控制要求[6]。液压传动具有质量轻、结构紧凑、自动适应性好、操纵简便、运转平稳等优点[7]。所以本文选用液压装置对压块机完成设计。

3.1 上液压缸的安装布局

由于液压缸的压头是通过上下移动来完成对铁屑的压缩成型，所以上液压缸进行竖直安放。在支架上层中间留一个圆柱形状，来使液压缸穿过并安装在机架上，通过四个螺钉与机架箱配合。

液压缸缸桶是通过焊接与液压缸后端盖联结。液压缸后端盖顶部设置一个螺纹孔，用来与油管相配合。而液压缸前端盖为了能够完成安装，选择与缸桶通过螺纹来联结，螺纹联结同时也能起到密封作用。前端盖内壁上也设置一个螺纹孔，来用于与油管的联结。液压缸顶部还需要安置一个密封盖，内部有防尘圈、密封圈等部件，来完成对液压缸的密封措施。密封盖通过四个螺钉与前端盖相配和。

3.2 缸筒设计与计算

1）单活塞杆液压缸缸筒内径D的计算

F1——单活塞杆液压缸实际推力

p——液压缸工作压力

p0——液压缸回油被压

mη——液压缸机械效率

d——液压缸活塞杆径

即D=235m

经圆整后取D为240mm

2）缸筒的材料 45 抗拉强度σp/MPa 700 伸长率δ/% 4硬度HV210～220 屈服强度σs/MPa 600～650

3）技术要求

a）缸筒内径选H9配合，内径的表面粗糙度，Ra为0.4～0.2μm，需衍磨。

b）缸筒内径的圆度和圆柱度公差选8级精度。

c）缸筒端部用螺纹连接，螺纹用6级精度的细牙螺纹。

4）缸筒壁厚σ的计算

采用洪格尔公司THH型液压缸，产品系列代号F

液压缸的额定压力Pn为25MPa

查42.4-58，缸筒壁厚σ为30

缸筒壁厚的验算

液压缸的额定压力Pn值应低于一定的极限值，保证工作安全

经验算缸筒壁厚符合要求

5）支承环的选用

导向支承环由抗磨的填充聚四氟乙烯（PTFE）材料制成。常与同轴密封圈，Y型密封圈等组合使用，在液压缸活塞和活塞杆动密封装置中起导向和支撑作用，导向支承环具有精确的导向作用，可吸收随时产生的径向力，承载能力大，摩擦阻力小，耐磨性号，能抑制机械振动，避免液压缸内滑动部件的金属接触。使用温度为-55～225℃，往复运动速度≤3m/s，工作介质为液压油、水等。活塞用支承环GB/15242.3-1994规格0800c，D=210，D1=225，b =10，δ=2.5 z=3，如图3。

图3 活塞用支撑环Fig.3 Support ring

4 下液压缸的安装布局与设计

4.1 下液压缸的安装

下液压缸顶端盖通过两个螺钉与机架下层相配合。下液压缸后半部分通过一个支架来完成支撑作用。

4.2 缸筒设计及其计算

1）单活塞杆液压缸缸筒内径D的计算

即D=157m，经圆整后取D为160mm

2）缸筒的材料 45 抗拉强度σp/MPa 700 伸长率δ/% 4硬度HV 210～220 屈服强度σs/MPa 600～650

3）技术要求

a）缸筒内径选H9配合，内径的表面粗糙度，Ra为0.4～0.2μm，需衍磨。

b）缸筒内径的圆度和圆柱度公差选8级精度。

c）缸筒端部用螺纹连接，螺纹用6级精度的细牙螺纹。

4）缸筒壁厚σ的计算

采用洪格尔公司THH型液压缸，产品系列代号F

液压缸的额定压力Pn为25MPa

缸筒内径D为160

缸筒壁厚σ为20

液压系统是大截面压块机完成压块作业的执行机构，本部分设计的合理与否，将直接影响到屑块的质量，能量的消耗和生产率，甚至会影响到压块机工作的安全性[8]。为保证设备的安全，所有液压缸的回位都应有行程开关作为位置指示[9]。

5 总结

本次设计的铁屑压块机体积小，操作方便，不仅满足使用要求，而且大大提高了废金属回收的效率。将回收的金属屑、碎片经过一是的压缩，密度较高，便于运输，可提高运输效率，降低一定的运输费用[10]。该铁屑压块机能将粉粒状的铸铁屑直接冷压成3～6公斤的圆柱或圆形饼块，以便于运输、投炉、整个过程不需加温、加添加剂，或其他工艺，直接从金加工下来的铁屑就能压制成饼。铸铁屑压制后密度可达3以上，铸造时按20%的比例混合至生铁中投炉，就能产出合格铸件。大大降低了成本费用。

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The Design of Metal Scrap Briquetting Machine

LIU Zhi-gang, WU Hai-long, XIE Rong-yu, LIU Wei-na
(Chang Chun University Of Science And Technology, 130022)

Due to the blind expansion of production in the early stage of industrialization, Metal scrap iron waste phenomenon is serious with less recycling, Scrap metal scrap iron pollution to the environment to swell. Along with our country economic growth mode from extensive to intensive changes and people to the growth of awareness of environmental protection, Demand for scrap metal scrap processing equipment will be bigger and bigger. In order to achieve the effective recycling of scrap metal scrap iron, To deal effectively with scrap metal scrap iron block making machine research has caused many people's interests. This article is about the structure of block making machine design, The design of the block making machine is small in size, and it is easy to operate.Not only have various application requirements, and greatly improve the efficiency of scrap metal scrap recycling.

Scrap metal scrap iron ; Recycling ; The structure design

刘志刚，邬海龙，谢荣誉，等.金属屑压块机的设计研究[J]. 新型工业化，2016，6（11）：53-57.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.006

: LIU Zhi-gang, WU Hai-long, XIE Rong-yu, et al. The Design of Metal Scrap Briquetting Machine[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 53-57.

吉林省教育厅科研课题

刘志刚，男，长春理工大学光电信息学院高工，机械制造及其自动化；邬海龙，男，长春理工大学机电工程学院本科生，机械制造及其自动化；谢荣誉，男，长春理工大学机械工程硕士研究生，精密、超精密加工、检测及装备；刘薇娜（1956-），女，博士，教授，研究方向为精密超精密加工技术、激光加工技术等