小零件热浸镀锌生产线执行机构的设计

摘 要：随着我国经济和各个行业的发展，五金件、标准件、紧固件等零件的热浸镀锌行业也在迅速发展，但是由于目前的自动化生产线都是针对大的结构件，小零件的热浸镀锌生产基本靠人工操作，劳动力需求大。针对这一问题，本文开展了小零件热浸镀生产线执行机构的设计工作。

关键词：小零件 热浸镀锌 执行机构

近年来，随着工业的发展，环境污染不断加剧，钢铁材料的腐蚀问题越来越严重， 因而材料的保护逐渐受到重视。据统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料量大约为金属年产量的1/2，即使腐蚀报废的金属材料可以回收2/3，每年还是有相当于年产量10% 的金属损失掉。目前防治钢铁材料腐蚀的有效方法有两大类：一是金属的合金化，二是金属镀层防腐。金属合金化是将钢铁材料制成含有特定金属元素的不锈钢，以达到提高耐腐蚀性的目的。由于这些钢种的生产工艺复杂，价格昂贵，所以它的普及性受到限制。而金属镀锌层防腐法由于采用标准电极电位较低的锌作为阳极材料，铁基上的镀锌层在一般的腐蚀介质中为阳极镀层，，对基体起到电化学保护作用，而且锌在腐蚀环境中能在表面形成耐腐蚀性良好的薄膜，不仅保护了锌层本身，还保护了钢铁基体，并且锌镀层无毒、廉价、防护性能优良，因此镀锌在防腐中占有重要的地位。

1 现有镀锌方法简介

据了解，目前应用比较广泛的镀锌方法主要有热浸镀锌、电镀锌及机械镀锌。

一、热浸镀锌

热浸镀锌是古老的热浸镀锡发展而来的一种应用最广泛和最有效的金属防锈方法，自应用于工业生产以来已有近170年的发展历。是一种防止钢铁大气腐蚀的有效方法。由于热镀锌产品具有良好的耐蚀能力、美好的外观、有利于后续加工、可降低成本和减少环境污染等优点。

二、电镀锌

以电化学方法使金属离子还原为金属的过程称为金属电沉积。如果在电沉积过程中能在金属和非金属制品表面形成符合要求的平滑致密的金属覆盖层，则称为电镀。

三、机械镀

目前，电化学沉积和高温冶金反应是获得金属镀层最常用的方法。如果使欲镀金属在形层过程中仅发生固态固态的转移，不但可以大大降低能耗，而且可以缓解工艺本身对环境的压力。而借助机械能形成镀层的方法就可以使欲镀金属只发生固态转移，而且在工件表面形成致密的金属或合金镀层，这就是机械镀。

2 热浸镀锌工艺的现状

基本原理：一般认为，热浸镀锌层是按下列步骤形成的：首先，固体铁溶解在熔融锌中，其次， 铁和锌形成铁锌化合物，最后， 在铁-锌合金层表面生成纯锌层。该过程中的物理化学反应可以分为以下几个阶段：①锌原子通过钢铁表面扩散到钢铁材料的亚表面， 形成锌铁固溶体；②以此固溶体为界，铁原子和锌原子进行反方向的扩散， 锌原子继续向钢铁内表面扩散，使固溶体层增厚，同时固溶体中的铁原子溶解于工件表面吸附在熔锌中，铁和锌生成Fe-Zn合金层；③当工件从锌锅中提出时，锅中的纯锌熔融体粘附在Fe-Zn合金层表面，冷却后形成纯锌结晶层。

工艺流程：目前的热镀锌生产工艺流如下： 预镀件脱脂水洗酸洗水洗挤干涂水溶剂烘干镀锌冷却矫直涂油打包。目前的自动化生产线基本都是针对大件材料的，而针对小零件的机械化生产线几乎很少见，现在很多小零件的自动化生产都是基本靠人工操作，劳动力需求多，劳动强度大，工作环境差，劳动力需求多，对工人的健康及安全有很大威胁。针对小零件热浸镀锌的工艺需求，为了降低工人的劳动强度，本文进行了小零件热浸镀锌生产线整体方案的设计。

3 小零件热浸镀锌生产线执行机构的方案设计

由于镀锌过程中，执行机构要配合其它机构共同实现镀锌。因此执行机构就需要循环地转动和停止，因此选用机构时应尽量选择结构简单，容易实现的机构形式，并且根据锌池的尺寸和安装的位置可采用一个大转轮来实现循环运动，并通过电控的方式对转轮的运动速度及其转动、停止的间隔进行控制，初步设计，其电控方法可采用PLC程序控制或者行程开关控制。由于要在转轮上挂篮子，将转轮的循环旋转运动传递给篮子，以实现篮子能够每转过90度都有篮子分别进行上料、镀锌及上料动作。考虑到篮子的固定及安装问题，初步拟定将两个转轮平行安装，在转轮的四个极限位置，最左边，最下边，最右边以及最上边分别打孔穿轴，用来挂篮子，执行机构的方案设计如图1所示。

图1 执行机构的方案设计

4 执行机构三维模型的建立

根据锌池尺寸，计算执行机构的各部分尺寸，利用三维建模软件Solid edge，建立执行机构的三维模型如图2所示。

图2 执行机构的三维模型

参考文献：

[1] 袁训华，何明奕，王胜民，等.热镀锌渣的形成原因及回收工艺[J].云南冶金，2007

[2] 李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京：冶金工业出版社，2001

[3] 李九龄.我国宽带钢热镀锌现状及现场前景[J].轧钢，2004

[4] CHEN De song. Adaptive Control of Hot Dip Galvanizing [J].Automation，1995

作者简介：黄文婷（1990-），女，江西科技学院，机械工程学院，硕士，助教。研究方向：机械设计及理论。