張少川，程永勝

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

薄膜電容器目前廣泛應(yīng)運(yùn)于電子、家電、通訊、電力等多個(gè)行業(yè)，是電子信息產(chǎn)業(yè)和電力工業(yè)不可缺少的最基本電子元件。隨著數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)與發(fā)展以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品的升級(jí)，薄膜電容器的市場(chǎng)需求將進(jìn)一步呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

薄膜電容器有多道生產(chǎn)工序，含浸固化聯(lián)動(dòng)線是薄膜電容器生產(chǎn)中的后道設(shè)備，主要完成電容的真空含浸和粉末包封以及與包封機(jī)的聯(lián)動(dòng)。

1 薄膜電容含浸固化聯(lián)動(dòng)線簡(jiǎn)介

浸漬型薄膜電容器環(huán)氧封裝工藝如圖1 所示。

浸漬型薄膜電容器經(jīng)過引線焊接、編帶、裝盤處理后進(jìn)行環(huán)氧封裝。其關(guān)鍵工藝為：真空含浸、含浸后固化、環(huán)氧封裝等環(huán)節(jié)。

圖1 浸漬型薄膜電容器環(huán)氧封裝工藝

不同的生產(chǎn)工序可以分散在廠房的不同位置，甚至能夠在不同的廠房獨(dú)立完成。薄膜電容含浸固化聯(lián)動(dòng)線的設(shè)計(jì)，將原有的多道分散工序進(jìn)行有序的組合，省去人工搬運(yùn)代以快速高效的聯(lián)動(dòng)，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)，確保產(chǎn)品的批次一致性，減少人為污染，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

聯(lián)動(dòng)線以多個(gè)模塊部分組成，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的功能，分別為：上料、預(yù)烘、低溫冷卻、真空含浸、擦盤、固化、下料。下料模塊與日本生產(chǎn)的PC4L-B 型粉末包封機(jī)對(duì)接，完成環(huán)氧封裝。聯(lián)動(dòng)線整線采用鏈條傳動(dòng)，傳動(dòng)對(duì)象為電容組框盤，模塊之間的銜接通過鏈條或氣缸動(dòng)作完成。

2 第一代薄膜電容含浸固化聯(lián)動(dòng)線的運(yùn)料方式介紹

第一代整線結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 第一代聯(lián)動(dòng)線結(jié)構(gòu)圖

聯(lián)動(dòng)線中有兩處需要用到加熱爐，完成預(yù)烘、固化功能。爐內(nèi)料盤運(yùn)動(dòng)模式為“串行方式”，以“幾”字形傳送，在加熱爐內(nèi)，橫向傳送過程中是單盤進(jìn)行動(dòng)作的，因此交接頻率高，而且在傳送過程中需要經(jīng)過“過渡導(dǎo)向槽”，這樣在傳送過程中容易產(chǎn)生卡盤現(xiàn)象，出現(xiàn)故障而停機(jī)，影響了整機(jī)工作效率。

在第一代含浸固化聯(lián)動(dòng)線中，料盤經(jīng)過加熱爐后，由鏈條帶動(dòng)一對(duì)撥料塊（見圖3）將單個(gè)料盤撥至加熱爐的待出料區(qū)，然后料盤上升，鏈條返回再撥出下一個(gè)料盤，以此類推將料盤逐一撥出加熱區(qū)，效率較低。

3 第二代薄膜電容含浸固化聯(lián)動(dòng)線運(yùn)料方式的改進(jìn)

第二代整線結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖3 撥料塊

在新一代的含浸固化聯(lián)動(dòng)線中，料盤的運(yùn)動(dòng)模式為“串、并行組合方式”。料盤在加熱爐中的加熱隧道內(nèi)進(jìn)行預(yù)烘或固化。在料盤進(jìn)入加熱隧道前采用串行方式單盤進(jìn)行送料，然后5 個(gè)料盤并行推入加熱隧道的對(duì)應(yīng)通道內(nèi)，并在隧道內(nèi)并行前進(jìn)，完成預(yù)烘或固化后。料盤在加熱區(qū)以“一”字形傳送，減少料盤交接頻率，故而降低了整線的故障率。最后，5 盤料同時(shí)被勾至加熱爐待出料區(qū)，以并行運(yùn)料的方式增加效率。

圖4 第二代聯(lián)動(dòng)線結(jié)構(gòu)圖

具體流程：由加熱爐前道模塊設(shè)備的機(jī)械手將單盤料推入加熱爐的待加熱區(qū)頂層，料盤一層一層下降，直到待加熱區(qū)的料盤達(dá)到5 盤時(shí)，由加熱爐自身的推料機(jī)械手將5 盤料同時(shí)推入加熱隧道中。等到待加熱區(qū)中的料盤再次達(dá)到5 盤時(shí)，隧道中的鏈條帶動(dòng)最先進(jìn)入加熱隧道的5 盤料行進(jìn)特定的距離，為后5 盤料留出空間，推料機(jī)械手將后續(xù)的5 盤料再次推入加熱隧道中。以此類推，當(dāng)加熱隧道中滿盤時(shí)，由加熱爐自身的勾料機(jī)械手將5 盤料同時(shí)勾至待出料區(qū)，然后由加熱爐后道模塊設(shè)備的機(jī)械手伸入加熱爐，將待出料區(qū)最底層的料盤勾出，剩余的料盤下降一層，等待機(jī)械手再次將最底層的料盤取走，直至將5 盤料全部勾出，然后加熱爐自身的機(jī)械手將隧道后續(xù)輸送入的5 層料盤再次勾至待出料區(qū)。

3.1 加熱隧道的設(shè)計(jì)

加熱爐的分區(qū)如圖5 所示。

加熱隧道的設(shè)計(jì)采用“鏈條貫通式”設(shè)計(jì)，在加熱隧道內(nèi)料盤不進(jìn)行交接，避免了卡盤現(xiàn)象。加熱隧道自上而下一共5 層加熱通道，待加熱區(qū)的5 盤料由機(jī)械手同時(shí)推入相應(yīng)的通道內(nèi)，而且5層通道同時(shí)行進(jìn)。并行模式的設(shè)計(jì)為整機(jī)節(jié)約了時(shí)間。

圖5 加熱爐分區(qū)

在隧道中，除了頂層通道外，剩下的每一層通道主動(dòng)輪采用了雙排鏈輪，相鄰的兩層使用鏈條進(jìn)行連接，底層的鏈輪通過鏈條與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，這樣由一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)5 層鏈條同時(shí)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了料盤的“并行傳動(dòng)”。

3.2 加熱爐勾料機(jī)械手的設(shè)計(jì)

加熱爐采用了加熱隧道5 層并行運(yùn)動(dòng)的方式，如果繼續(xù)采用第一代所使用的撥料塊的話，同時(shí)將5 盤料撥至待出料區(qū)時(shí)，需要5 層撥料塊，這樣的話料盤是無法逐層下降而被勾出加熱爐的，因此要對(duì)勾料機(jī)械手進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

3.2.1 方案選擇

(1)因?yàn)榱媳P的結(jié)構(gòu)為凹槽型（見圖6），所以只有勾到凹槽內(nèi)才能將料盤勾出。對(duì)此我們給出如下兩種設(shè)計(jì)方案，見圖7。

方案一中，勾料塊為“一體式”，要想勾取料盤，勾料塊需要3 個(gè)動(dòng)作才能完成。勾料塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要增加動(dòng)力源和其他輔助機(jī)構(gòu)。

方案二中，勾料塊為“分體式”，只需1 個(gè)動(dòng)作即可完成勾料。勾料塊結(jié)構(gòu)相對(duì)方案一來說較復(fù)雜，但是動(dòng)作流程簡(jiǎn)單，無需其他機(jī)構(gòu)。

綜合考慮，我們采用方案二——“分體式”勾料塊。

圖6 料盤

圖7 兩種勾料設(shè)計(jì)方案

（2）當(dāng)勾料機(jī)械手將5 盤料同時(shí)勾至待出料區(qū)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的問題：料盤下降時(shí)與勾料塊的干涉。為解決這個(gè)問題，我們同樣給出兩種設(shè)計(jì)方案，見圖8：

圖8 料盤下降解決方案

方案一中，勾料塊需要3 個(gè)動(dòng)作完成對(duì)料盤的讓位，需要增加動(dòng)力源和其他輔助機(jī)構(gòu)，而且所占空間要增大。

方案二中，勾料塊增加復(fù)位彈簧，當(dāng)料盤下降時(shí)將勾料塊壓下，料盤完成下降動(dòng)作后，勾料塊復(fù)位。勾料塊結(jié)構(gòu)相對(duì)方案一來說較復(fù)雜，但勾料塊不必移出料盤凹槽，節(jié)約了空間，并且動(dòng)作流程簡(jiǎn)單，無需增加其他機(jī)構(gòu)。

所以，我們選擇第二種設(shè)計(jì)方案。

3.2.2 勾料機(jī)械手的設(shè)計(jì)

由于設(shè)備要同時(shí)勾出5 層料盤，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了5 層勾料機(jī)械手，并且為了勾取料盤的穩(wěn)定性，每一層安裝有兩個(gè)勾料塊。

勾料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖9 所示。

勾料塊的結(jié)構(gòu)如圖10 所示。

圖9 勾料機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

圖10 勾料塊結(jié)構(gòu)

整個(gè)勾料機(jī)械手采用鏈條、鏈輪的連接方式與電機(jī)相連。勾料座安裝滾輪，可以在設(shè)備上相應(yīng)的導(dǎo)向軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的精確及順暢。勾料架采用角鋼焊接而成的三角架形式，保證了勾料機(jī)械手在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性。

勾料機(jī)械手運(yùn)動(dòng)流程：電機(jī)旋轉(zhuǎn)，鏈條帶動(dòng)勾料機(jī)械手前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)至料盤時(shí)，勾料小塊受力折回，勾料機(jī)械手繼續(xù)運(yùn)動(dòng)直至勾料小塊整體進(jìn)入料盤凹槽，在勾料小塊自身重力及復(fù)位彈簧2 的作用下，勾料小塊恢復(fù)至直立狀態(tài)。電機(jī)回轉(zhuǎn)，勾料小塊將料盤勾至待出料區(qū)。出料時(shí)，當(dāng)最底層的料盤被勾走后，待出料區(qū)的剩余料盤下降一層，在下降過程中，料盤將勾料塊的勾料臂壓下，料盤完全通過所壓勾料塊后，在彈簧1 的作用下，勾料塊恢復(fù)至原始狀態(tài)。

3.2.3 勾料機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

在勾料塊的設(shè)計(jì)中采用了兩種彈簧，其中彈簧1 負(fù)責(zé)將料盤下降所壓下的勾料臂拉回至原位，彈簧2 負(fù)責(zé)勾料時(shí)勾料小塊進(jìn)入料盤凹槽后的復(fù)位。因此，必須滿足如下條件：

（1）勾料時(shí)彈簧1 不得產(chǎn)生形變，彈簧2 必須產(chǎn)生形變。這樣使得勾料臂一直處于原位不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而勾料小塊可以折回從而進(jìn)入料盤凹槽。否則，勾料臂發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，勾料小塊無法進(jìn)入料盤凹槽，進(jìn)而將料盤推向相反方向。

（2）在滿足條件1 后，要保證勾料小塊的最下端要低于相應(yīng)一層料盤的上邊沿一定距離。距離太大，勾料小塊折回到最大程度也無法進(jìn)入料盤凹槽，而將料盤推向相反的方向；距離太小，勾料小塊復(fù)位后與料盤接觸少，會(huì)引起勾料過程中的不穩(wěn)定。

（3）料盤下降時(shí)，彈簧1 形變產(chǎn)生的力必須小于料盤下降時(shí)與勾料臂產(chǎn)生的摩擦力，使得料盤能夠順利下降一層。否則，料盤會(huì)卡在勾料臂處無法下降。

3.3 模塊之間的過渡改進(jìn)

在第一代聯(lián)動(dòng)線中，料盤從一個(gè)模塊到另一個(gè)模塊采用了氣缸作為動(dòng)力源，受生產(chǎn)環(huán)境的溫度影響，氣缸的動(dòng)作會(huì)出現(xiàn)不定時(shí)的延遲現(xiàn)象，從而影響了整線的穩(wěn)定性。在第二代聯(lián)動(dòng)線中，動(dòng)力源改為電機(jī)，由電機(jī)帶動(dòng)鏈條來完成料盤所需的動(dòng)作，模塊之間的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、順暢，提高了整線穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

第二代薄膜電容含浸固化聯(lián)動(dòng)線運(yùn)料方式的改進(jìn)，使得加熱爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且運(yùn)行順暢，降低了故障的發(fā)生率。同時(shí)，第二代聯(lián)動(dòng)線不僅在運(yùn)料方式上進(jìn)行了改進(jìn)，而且將各個(gè)模塊設(shè)備的外形及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使得整條生產(chǎn)線外觀更加美觀，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

[1] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.