對于直徑和單邊寬度較小且質(zhì)量相對較大的狹窄圓環(huán)形工件，按常規(guī)吸口設(shè)計的真空吸取器吸附力及密封性能無法滿足吸取工件的要求。本文基于真空原理，針對狹窄圓環(huán)形且質(zhì)量相對較大的工件設(shè)計了一種具有狹窄唇邊雙吸口式真空吸取器，并就該結(jié)構(gòu)真空吸取器的吸附力及密封性能進(jìn)行了檢測試驗。試驗結(jié)果表明，該真空吸取器具有較強(qiáng)的吸附能力和良好的密封性能，安全可靠、操作簡便，有較高的應(yīng)用價值。
真空起吊技術(shù)是真空技術(shù)與夾具、吊具相結(jié)合的產(chǎn)物，具有起吊方便、快捷、可靠、節(jié)省人力物力的特點。另外，真空技術(shù)網(wǎng)認(rèn)為真空吸附具有清潔、平穩(wěn)、可靠和不損壞所吸附工件表面的優(yōu)點。本文基于真空原理，針對狹窄圓環(huán)形工件設(shè)計出一種具有狹窄飛邊雙吸口真空吸取器。
1、真空吸取器工作原理
真空吸取器即用真空負(fù)壓來吸附工件以達(dá)到夾持和吊運工件的目的。殼體是吸取器的成形骨架，也是受力支承件。殼體安裝密封圈的部位稱為接口，殼體接口與密封圈組成吸口。真空吸取器的吸口與工件表面接觸密封，并能形成封閉的真空腔，通過真空泵和真空閥門對吸取器抽氣時，吸取器吸口與工件表面形成的腔處于真空狀態(tài)而形成真空腔，即處于空氣的剩余壓力(即真空度)狀態(tài)。如圖1 所示：真空吸取器的外界大氣壓力(即P1)與真空腔內(nèi)的剩余壓力(即P2)形成壓力差，該壓力差作用于吸取器殼體和工件上，即為真空吸取力，也稱吸附力。如P2 <P1，工件即被吸起。吸口內(nèi)部的真空度越高，吸口與工件之間貼得越緊。
圖1 真空吸取器吸附原理
2、影響真空吸取器吸附性能的主要因素
真空吸取器的吸附性能受多種條件制約，主要可歸結(jié)為三點：(a) 密封圈的材料；(b) 吸口與被吸附工件表面的貼合程度；(c) 吸口的結(jié)構(gòu)。
2.1、常見密封圈的材料
密封圈材料是決定吸取器密封性能的關(guān)鍵因素。目前常用的密封圈材料有丁腈橡膠、硅橡膠、聚氨酯、氟橡膠等。設(shè)計密封圈時，可根據(jù)密封圈的結(jié)構(gòu)形式和受力狀態(tài)確定選用的橡膠硬度，密封圈的結(jié)構(gòu)形式和橡膠硬度可互補(bǔ)。與工件硬接觸的密封圈，如圓截面和方截面密封圈等，應(yīng)選用硬度較低的橡膠制造。與工件軟接觸的密封圈如板形和飛邊形密封圈等，可選用硬度較高的橡膠制造，即達(dá)到軟飛邊與工件接觸時容易受力變形的目的又保證與工件接觸后的密封性要求。具體材料的選擇要根據(jù)工作環(huán)境對密封圈耐油、耐水、耐磨、耐熱、耐寒等性能要求確定。
2.2、吸口與工件表面的貼合程度
吸口與被吸附工件表面的貼合程度直接影響吸口內(nèi)的真空壓力，工件表面要求平整、光滑。若工件表面很粗糙，貼合度過差，吸口內(nèi)真空度不易保持，極易出現(xiàn)泄漏，發(fā)生工件掉落的事故。
2.3、吸口的常見結(jié)構(gòu)
吸口的結(jié)構(gòu)形式對吸取器的適用性和可靠性有重要作用，甚至是吸取器能否工作的關(guān)鍵。吸口的常見結(jié)構(gòu)有單吸口和雙吸口兩種。其中單吸口又分為四種：適于吊運平面工件的平面型；適于吊運球面工件的球面型；適于平面、球面工件的通用型；適于微型或小型吸口的真空吸盤。雙吸口又分為二種：固定式，適于吊運外球面或其它曲面的工件，也適于吊運平面環(huán)形工件；可調(diào)式，適于吊運外球面、曲面或平面的工件，兩個吸口的相對位置可以在垂直方向移動，在水平方向可以相對轉(zhuǎn)動。
其中雙吸口適于吸附平面環(huán)形工件(如圖2所示)，在殼體的下部有兩個同心的半圓形截面吸口(也可為方形截面和T 形截面)，接口的截面開口尺寸小于接口的截面直徑尺寸，將密封圈裝進(jìn)后不會自行脫落。該雙吸口與環(huán)形工件的平面同時接觸密封，形成環(huán)形真空腔，從而達(dá)到吸附工件的目的。
圖2 平面雙吸口結(jié)構(gòu)
然而圓形截面雙吸口要求兩個圓形截面密封圈吸口同時與工件的平面接觸密封，而且圓形截面占用的空間較大，所以有一定的技術(shù)難點，對設(shè)計和制造要求較高，接口和密封圈都必須嚴(yán)格控制加工精度。同時也要求工件的環(huán)形面積足夠大，這樣才能產(chǎn)生足夠的有效吸附力以吸附工件。
因此針對環(huán)形面積較小的狹窄圓環(huán)形工件設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的加工操作簡單易行、安全可靠的高適應(yīng)性真空吸取器。
3、狹窄唇邊雙吸口真空吸取器的設(shè)計
由于此次被吸附的工件其圓環(huán)直徑較小(外徑<140 mm)，且吸附面的單邊寬度小于25 mm，質(zhì)量為10 kg，非常狹窄且質(zhì)量相對較大，無法按常規(guī)設(shè)計吸口，因此設(shè)計了一種具有狹窄唇邊雙吸口的真空吸取器。
3.1、狹窄唇邊雙吸口設(shè)計
該吸取器的吸口是由一個燕尾槽形截面接口和一個燕尾槽形密封圈組成(見圖3)。由于圓環(huán)形工件內(nèi)外直徑相差較小(即尺寸A 較小)，造成有效吸附面積較小，吸取工件的狹窄平面時，為使密封圈具有良好的貼合度，外露的密封圈被接口折成45°角后成飛邊外伸。密封圈軟飛邊受壓變形折成水平狀態(tài)，并與平面接觸密封，飛邊的根部又被燕尾槽的狹窄唇邊接口壓緊，形成第二道密封線，以增強(qiáng)密封的可靠性。這種結(jié)構(gòu)相對增大了吸附面積，從而提高了吸取器的吸附力。同時環(huán)形燕尾槽既縮短了吸取器的吸附時間，又增加了其吸附力的均勻性。另外工件與吸口之間有密封圈飛邊的軟性接觸層，能夠保護(hù)工件表面鍍層不被破壞。該結(jié)構(gòu)吸口的幾何形狀和尺寸加工易于保證，適當(dāng)控制板形密封圈的厚度公差可達(dá)到較理想的工作狀態(tài)。
圖3 狹窄唇邊雙吸口結(jié)構(gòu)
3.2、密封圈設(shè)計
由于接口截面積較小，所以具有燕尾槽形截面的密封圈由壓板通過螺釘固定在環(huán)形燕尾槽截面接口內(nèi)，比粘接可靠。密封圈材料采用常見的硅橡膠板，降低成本的同時，軟硬適度的橡膠材料使飛邊可根據(jù)工件表面缺陷而變化，使其形狀與工件表面完成良好的貼合，達(dá)到較好的密封效果。此次設(shè)計的密封圈結(jié)構(gòu)如圖4 所示。
圖4 密封圈
3.3、狹窄唇邊雙吸口真空吸取器的組成
狹窄唇邊雙吸口真空吸取器結(jié)構(gòu)如圖5 所示。將三通閥、單向閥和自封快卸插座安裝在吸取器的手提桿上，方便控制真空吸取器的真空腔實現(xiàn)工作或非工作狀態(tài)，即吸氣、放氣狀態(tài)。自封快卸插座用于連接吸取器與真空罐上閥門之間的真空軟管，以便更換不同的吸頭，適應(yīng)不同尺寸的工件。自封快卸插座由插座及插頭兩部件組成，能快速接通，快速分離。兩部件連接時要求密封可靠，確保所要求的真空性能。兩部件分離后，儲氣罐在抽氣的工作狀態(tài)下，接真空罐上的部份能可靠的自封儲氣罐，不得降低其真空度。一旦真空管道嚴(yán)重漏氣或斷裂，單向閥可自動封閉真空閥門的抽氣口，維持吸取器真空腔內(nèi)的工作壓強(qiáng)，被吸附工件在短時間內(nèi)不會脫落，避免發(fā)生事故。
4、真空吸取系統(tǒng)的試驗方法、檢測規(guī)則及結(jié)果
未使用過的真空吸取器必須進(jìn)行試驗，并檢測，試驗及檢測結(jié)果需做記錄，試驗合格后方可正式使用。
4.1、對試驗用工件的要求
試驗用工件的質(zhì)量等于允許吸重的工件質(zhì)量的1.25 倍，被吸表面的尺寸公差、形狀公差和粗糙度應(yīng)與實際需吸取的工件相近。此次試驗用工件的質(zhì)量為12.5 kg，其余條件也符合試驗要求。
4.2、試驗方法、規(guī)則及結(jié)果
4.2.1、極限壓強(qiáng)試驗
啟動真空泵，打開真空閥門，吸住試件，注意真空表壓值穩(wěn)定不變時的z*小壓強(qiáng)，記下該表壓值Δ p(即為極限真空表壓值)，重復(fù)試驗5～10次，均達(dá)相同或相近結(jié)果。由于此次試驗使用的真空計顯示的值為絕對壓強(qiáng)，則極限真空表壓值即為該真空吸取器的極限壓強(qiáng)值p1。將試驗的極限壓強(qiáng)值與設(shè)計規(guī)定的極限壓強(qiáng)值對比，試驗值小于或等于設(shè)計值則為合格品，反之大于設(shè)計值則為不合格品。
4.2.2、氣密性試驗
表達(dá)吸取器在停止抽氣的極限壓強(qiáng)狀態(tài)下的密封性能，稱為氣密性。真空吸取器達(dá)到極限真空表壓值時，吸住試件，關(guān)閉真空閥門，注意真空表壓值的變化，記錄經(jīng)過5 分鐘真空表壓值的下降值，重復(fù)試驗5～10 次。將試驗得出的極限真空表壓值乘以25%，即為規(guī)定的真空表壓值下降數(shù)。實測的表壓值下降數(shù)小于或等于規(guī)定的下降數(shù)為合格，大于規(guī)定的下降數(shù)為不合格。
圖5 狹窄唇邊雙吸口式真空吸取器的組成
圖6 靜負(fù)荷試驗
4.2.5、負(fù)荷試驗
吸取器吸吊試件，在靜止和運行狀態(tài)下，考核吸取器和吊運能力、工作可靠性和安全性的試驗，稱為負(fù)荷試驗，又分為靜負(fù)荷試驗和動負(fù)荷試驗。
a.靜負(fù)荷試驗
在極限表壓值下，吸取器吸住試件后提起吸取器，使試件底面離地面100 mm，靜吊半小時。試驗中不許停泵、關(guān)閉真空閥門、對試件施加外力。[3]如圖6 所示。
b.動負(fù)荷試驗
吸取器吸住試件后，在極限真空表壓值下提起吸頭，使吸頭升降、水平運行各5 次，行程1 m左右，速度不限，但吸頭主軸(即試件主軸)與垂直方向傾斜角不大于10°(也可變換角度以試驗允許的z*大角度)。如圖7 所示，吸頭主軸與垂直方向傾斜角為90°。
圖7 動負(fù)荷試驗
通過以上試驗，在吸取器運行過程中真空表壓值沒有下降，試件也沒有脫落，則說明吸取器的真空性能符合設(shè)計和使用要求；在極限真空表壓值下，靜負(fù)荷和動負(fù)荷試驗中真空表壓值沒有下降，靜吊試件3 小時無脫落，吸頭主軸(即試件主軸)與垂直方向傾斜角為90°無脫落，該吸取器的真空性能符合設(shè)計和使用要求；吸取器的各構(gòu)件不產(chǎn)生裂紋，沒有出現(xiàn)永久變形及其它影響使用性能和安全要求的缺陷，該吸取器的機(jī)械性能符合設(shè)計和使用要求。
5、結(jié)論
本文針對狹窄圓環(huán)形且質(zhì)量相對較大的工件設(shè)計了一種具有狹窄飛邊雙吸口式真空吸取器，并就該結(jié)構(gòu)的真空吸取器進(jìn)行了極限壓強(qiáng)試驗、氣密性試驗和負(fù)荷試驗。通過理論及試驗分析得出，該真空吸取器具有較強(qiáng)的吸附能力和良好的密封性能，吸頭輕便美觀，能夠方便、快捷、安全可靠地完成工件的吊運、安裝工作。
