高端输送平顶链链板的研发与应用*

陈亦兵

(浙江恒久机械集团有限公司， 浙江 诸暨 311800)

0 引 言

输送用平顶链，也称为铰卷式平顶链，分为直行平顶链和侧弯平顶链。常用来输送玻璃瓶、金属易拉罐、各种塑料容器及包裹，也可以输送自动餐饮食品与机器零件[1]，主要应用于啤酒、饮料、素食等自动生产线设备上。平顶链具有结构简单、重量轻、制造和维修方便等优点，并通过直输与曲输的结合，可以大大节省诸如运行轨迹不呈直线的灌装线等生产线设备的费用，故在平面既有直线输送又有曲线输送场合得到广泛应用[1]。

输送平顶链主要利用其链板平面承托诸如瓶、罐、盒等轻型物品进行输送，而且其实际应用时，大多为多排链组合[1]。近年来，国内外啤酒、饮料等行业飞速发展，输送线不断加长、速度不断加快、产能迅速提升，目前世界上最先进的吹连灌三位一体机设备，将吹瓶、灌装、旋盖三工序合为一体，每台产能达到72 000瓶/h。故对输送平顶链的诸如输送平稳性、耐磨性等质量指标提出了更高的要求，而输送平顶链的质量水准取决于平顶链链板的质量优劣，因此提高平顶链链板的质量水平，是提高输送平顶链质量水准的有效途径。

此文主要从链板结构、材料、制造工艺等方面的改进，来提升平顶链的强度、耐磨性和高速运行平稳性，从而达到提高生产线的产量和效率。

1 目前国内外输送平顶链的现状

输送平顶链由链板(即承载平板)和销轴两个基本零件组成(如图1)。平顶链的销轴穿过两链板相互交错的铰卷孔，并应保证销轴在活动铰卷孔内能灵活转动，而在固定铰卷孔内不得转动及轴向窜动[2]。

图1 链条结构

目前国内平顶链的最高允许线速度只能达到80 m/min，超过这个速度，作为输送带的平顶链就会发生强烈抖动，输送的物品就会发生倒塌，同时传动噪声也急剧加大。而国外欧标高质量平顶链能够在120 m/min的速度下达到运行平稳正常，而且同规格链条在同等运行条件下，输送物品的数量可达到国内同类产品极限值的1.5倍以上，则意味着链条的强度值也在国内同类产品的1.5倍以上。同时根据市场信息反馈，国外品牌输送平顶链的使用寿命一般都在国内品牌产品的3倍以上。显而易见，国外品牌平顶链在抗磨损、耐腐蚀等方面也优于国内产品。

浙江恒久机械集团有限公司自1980年始就开发生产销售不锈钢平顶链，是GB/T 4140-2003《输送用平顶链和链轮》标准的起草单位[3]。40多年来，公司通过技术攻关、技术积累、设备提升等多种手段，不断提高输送平顶链的质量层次，其制造工艺技术和市场销售额在国内处于领先地位，但与国外知名品牌还存在较大差距。

2 高端输送平顶链链板的设计改进及实现

高端链传动主要指高速度、高强度、高精度、高疲劳、高耐磨、耐腐蚀、耐高温、低噪音、耐剧烈冲击以及耐其它严酷工况等性能优异的高可靠性产品系列，这些产品系列可以是上述某一高端性能特征，也可以是上述几种高端性能的组合特征[4]。公司设计研发成功的输送平顶链具有高强度、耐磨损、耐腐蚀、高精度的性能，能满足高速度平面输送，当属高端链传动产品。

2.1 设计改进

如图2所示为输送用平顶链链板的产品图样。

图2 链板产品图

链板平面度是评定平顶链产品质量的一项非常关键的尺寸参数指标，直接影响链条的使用效果。根据平顶链产品的使用特性，为减少相邻链板间的高度差所带来的卡阻现象、提高链条的运行平稳性，链板工作表面设计成仅允许中间凸起的单向平面主误差结构(如图3、4)。并将链板的平面度由原来的11级精度提高到10级精度。

根据多年来公司平顶链产品在客户中的使用情况分析汇总，并对国外知名品牌的平顶链样品进行分析比较，对高端输送平顶链产品引人链板活动铰卷顶面B处的最大弯曲值(如图5)、相邻链板的平整度(如图6)、相邻链板铰卷处的平整度(如图7)质量指标，将其精度等级选取为10级精度。

图3 链板纵向结构 图4 链板横向结构

图5 链板活动铰卷顶面B处的最大弯曲值

图6 相邻链板的平整度 图7 相邻链板铰卷处的平整度

由于链板表面的形状误差、铰卷中心线与链板工作表面间的误差，易导致相邻链板间出现高度差。虽然提高了链板平面度、相邻链板间的平整度精度，只是减少了高度差，但无法避免。这样链条在实际运行过程中，由于所输送物品与链传动速度的不同步，链板间的高度差易损坏所输送物品的底部或导致输送物品倒塌。以前链板工作面四周端面的倒边采用斜面或圆弧面，这种倒边由于过渡不顺滑，在实际运行时完全消除不了链板高度差所带来的影响，特别是在输送物品较轻、高速工况下，高度差带来的影响尤为明显。将倒边方式改为椭圆式倒角能明显的消除高速运行情况下链板高度差所带来的影响(如图8)。

图8 链板端面倒边形状比较

2.2 材料选用

因输送平顶链使用时，经常要与食品、药物或液态物质接触，所以平顶链链板材料用不锈钢制造居多[5]。不锈钢平顶链的技术性能主要取决于其原材料和制造过程的工艺技术水平。不同的金属材料特性决定了平顶链产品的适用环境和工况条件。目前，国内不锈钢平顶链使用的链板材料有ANSI420、ANSI430、ANSI304。公司研发的高端输送平顶链既要具备耐磨损、耐腐蚀、高强度，又要保证材料在加工过程中的塑变要求。选用综合机械性能俱佳的1.4589铁素体耐蚀钢。按EN 10088-2:2014(E)一般用途耐腐蚀钢板和带钢的交货技术条件标准规定的化学成分及力学性能如表1、表2[6]所列。

表1 1.4589铁素体耐蚀钢的化学成分

表2 1.4589铁素体耐蚀钢在退火状态下室温力学性能和抗晶间腐蚀能力

2.3 模具工艺改进

2.3.1 倒边模的结构变化

以往的倒边模结构中间是平的，当链板工作表面出现不平整时，难以保证链板中间向材料外凸起的结构。现在倒边模具中间加装类似椭圆面的中间凸起顶块，顶块略高出倒边平面。这种结构使得链板中间部位始终较四周边缘略高，中间保持凸起，能满足前述图2、图3所示的链板平面设计要求。模具结构对比、导向块结构如图9所示。

图9 倒边模改进前后结构对比和导向块结构

2.3.2 卷圆工艺及模具的改进

常见的铰链弯曲卷圆的原理采用推圆法，分立式卷圆和卧式卷圆两种[7]。传统的输送平顶链铰卷加工方式采用钢带冲制后在压力机上进行立式卷圆，卷圆后再用钻头扩孔的方法加工[8]。落后的立式卷制过程中链板承载面受到成型力的作用产生不平整，铰卷扩孔时铰卷区部厚度被切削较多，导致铰卷区部强度降低。

随着设备输送线的加长、运行速度的加快，显然，传统的铰卷加工方式所生产的链板平面度、铰卷圆度满足不了当今高速长输送线平稳性的要求。我们经过多次试验、反复验证，现将铰卷卷圆方式改为卧式卷制，并增加预弯、一卷、二卷工序，最后采用芯棒伸入铰链孔校正成型(如图10)，消除传统卷圆工艺形成的内孔三角形与椭圆缺陷。这种工艺生产的链板平面度好，铰链孔达到准确的孔径尺寸和近乎完美的圆度精度，从而保证铰链孔与销轴的表面接触面积。

图10 链板铰链孔卷圆过程

预弯是将落料倒边好的链板头部先预弯曲成型，在预弯工序中，弯曲的端部α=75°～80°的圆弧量一般不易成型，故将凹模的圆弧中心向里偏移Δ值，使其局部材料挤压成型，便于卷圆[9]。铰链卷圆，当r/t>0.5且卷圆质量要求较高时，在预弯后再取二道工序卷圆，铰链卷圆件的回弹随r/t比值而增加，故卷圆凹模尺寸应比铰链外径小0.2～0.5 mm[10]。平顶链销轴直径为6.35，链板厚度为3.1，r/t=3.175/3.1=1.024>0.5，故增加两道工序(一卷、二卷)后进行卷圆。预弯模具尺寸如图11。

图11 铰链孔预弯模具尺寸

输送平顶链铰卷孔传统的卷圆方式(立式、二道弯曲)与先进的卷圆方式(卧式、四道弯曲)的对比见图12。

图12 铰卷孔传统卷圆方式与先进卷圆方式对比

3 性能对比

高端输送平顶链链板通过实验室检测，并与其他不锈钢材质的输送平顶链链板进行数据比较的结果如下。

3.1 强度对比

由于链板铰卷端呈无约束的开放状态，链板的拉伸强度主要取决于链板材料的屈服强度，基于平顶链链板的卷制开式结构，定义为链条失效伸长量不大于链条名义长度3%的可靠性运行条件下的强度为链条的实际屈服强度值。不同材料的链板在WE-300万能材料试验机上测得的试验数据如图13。

图13 不同材料链板强度对比

3.2 抗腐蚀性能对比

通过JW-60-SS盐水喷雾试验机试验，符合GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》标准[11]中NSS中性盐雾试验条件，不同材料的链板首次出现点蚀的连续雾化时间如图14。

图14 不同材料链板抗腐蚀性能对比

3.3 抗磨损性能对比

链板的抗磨损性能主要取决于链板的表面硬度和表面粗糙度。不同材料链板的表面硬度范围和表面粗糙度最大值如图15。

图15 不同材料链板抗磨损性能对比

3.4 现场使用综合性能对比

如图16所示为两张对照图片。

图16 改进前后链条使用情况对照图

图16(a)为普通输送平顶链，链板材质为430，应用在4.8万瓶/h、传送线速度80 m/min的灌装设备生产线上运行1年的图片；图(b)为高端输送平顶链，链板材质为1.458 9，应用在6万瓶/h、传送线速度120 m/min的灌装设备生产线上运行2年的图片。使用一定时间后，链板的磨损量、耐腐蚀性等性能指标对比明显。

4 结 语

通过提高链板设计要求、选用综合性能优异的1.458 9铁素体耐蚀钢材料，提高链板制造工艺水平研发的高端输送平顶链，经宁波天鱼机械有限公司应用在6万瓶/h输送量，传送线速度达120 m/min的自动灌装高速度设备生产线上,经过3年的运行情况证明：新研发的高端输送平顶链运行顺畅、平稳可靠，具备高磨损、耐腐蚀、高精度的特点，达到行业内高端链传动产品的质量水准。公司通过自主创新实现了自主品牌的品质提升，并跻身国际平顶链的高端市场，拉动了公司产品结构的优化、转型与升级。1.458 9铁素体耐蚀钢材料目前不仅应用在平顶链产品上，还推广应用到其他诸如不锈钢链条、洗瓶机链、水处理链等要求高性能的产品上，铰链孔的卧式卷制技术也在套管弯曲卷制中得到推广运用。