全自动保管箱设计及其分析

冼澎铸

摘 要 本文介绍了应用在金库中一种保管箱的设计过程，因应用环境所限，决定了此保管箱制作精度和外观要求。因库体运作过程中，有机械手操作，所以需要一个固定尺寸的底盖。考虑到生产的实现和使用强度要求，所以底盖材料选用了ABS作为设计材料，并依据材料特性来设计所需的产品。金属内盒为装载客户物品的箱子，因此，对它要求有美观、耐用的特性。在设计此盒过程中，我们采用低成本原则，尽量利用现有数控设备生产，少开模具的要求。因此，借鉴机床的技术参数和材料成形来设计所需要的制品。

关键词 保管箱；设计；分析

中图分类号 TB21 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）14-0039-02

1 使用環境

此全自动保管箱是使用在银行全自动金库里，它作为储物盒而存在，是保管用户贵重物品、证书、单据、合同等。配合金库的机械手，依据不同用户的ID，准确把用户存放的物品快速地呈现给用户。考虑到银行存储物品空间限制，希望达到存储的最大化。因此，我们设计全自动的立体金库。

2 塑料底盖的设计

2.1 设计塑料底盖的依据

为保证保管箱在自动金库中准确存取，我们配合库体储存格和机械手运作，需要有一个固定的接口——底盖。依据储存格和托盘的宽深尺寸，底盖宽深尺寸分别为250mm和500mm，比它们相应尺寸各少2mm。这样的配合使用，目的就是使它们有一个单边1mm的间隙。我们在设计这个盒子之前，首先明确这个箱子载重量不少于20kg。依据此使用条件，我们查阅相关资料可知：生产尺寸稳定、具有一定的强度、又能够采用塑料反复成型的，就只有工程材料。考虑到生产成本和使用要求，我们选用了ABS工程材料。它的特点是易于模具成型、尺寸收缩率小，尺寸比较稳定，在常温下不易变形，适合做各种壳体类的零件。

2.2 底盖设计要点

1）此底盖型腔内尤如一个盘子一样，在生产成型时，易于抱紧型芯，难于脱模，因此要设计一个脱模斜度。在此，型腔高度为22mm，查它材料收缩率和成型条件，此内侧壁须有0.5°以上脱模斜度，才能顺利脱模，又不会拖花内侧表面。因机械手传送物品时，必须有一个扣手位，此扣手位的型腔与扣手之间配合间隙需有一个单边间隙小于1mm，不然导致机械手要反复校对尺寸，才能存取保管箱。

2）底盖是承载物品的最底部，机械手在推送过程中，它有一部分会悬空。因此，需在底部增加加强筋，但不能过厚。因为材料在成型过程后有一个应力收缩，会把底盖造成弯曲变形，就不能满足机械手对底盖的精度要求。为此，我们依据过往类似产品的变形特性，在底部增加四条半圆形的加强筋。

3）考虑到底盖与金属盒子连接的需要，我们在底盖处增加4个自攻的螺钉孔，便于它们连接成为一体，在一侧增加两个后工序加工孔，便于上铆钉，使其强度增强。

4）这个箱子是存放在库中，让不同的用户通过他们各自ID卡，让机械手通过RFID读取不同用户的信息，从而把该用户存放物品的箱子迅速送到眼前。为此，需在箱体适当位置有存放ID卡的槽，考虑到信号会受金属介质影响，我们把ID卡藏于底盖两侧边上。

3 金属盒的设计

3.1 设计金属盒的依据

在此金库中使用金属盒子，目的是满足用户要求，使盒子保护的物品不易被盗、不易被破坏，有一个坚固、耐用的性质。

此盒子制作要求尽量少开模，利用现有生产的数控机台实现。配合使用环境，盒子在室温环境下存放，湿度不是很大，且有相应设备提供合适环境。因此，我们采用了0.8mm厚的冷扎板加喷涂方式。生产时，最大限度用数控冲床、数控折弯和激光切割方式实现。

3.2 盒体设计要点

1）依据现在数控折弯机床的参数，查阅钣金设计工艺手册知：下模口V=Kt，式中，t为材料厚度，设计最小模口宽度时K=6。

数控最短折弯边的计算公式：Lmin=1/2（Bmin+△）+0.5。式中，Lmin为最短折弯边，Bmin为最小模口宽度，△为板材折弯系数。

Z形折弯的最小折弯高度Lmin=1/2（Bmin+△）+D+0.5+T。式中，Lmin为最短折弯边，Bmin为最小模口宽度，△为板材折弯系数，T为料厚，D为下模模口到边的结构尺寸，一般大于5mm。

折弯边的长短与折弯模头、刀具有关。因此，我们选用最小折弯边距为7.2mm作为标准参数。但在实际折弯中，不同厂家折弯刀具厚度是不同的，再加上刀口部也有一个小圆角，如R0.5、R1等。因此，我们在设计时考虑厂家在折弯线处作一个刨V形槽处理，和在实际折弯过程中，折弯边不能碰刀的原则。这里也是多道折弯。因此，我们选用最小折弯边距为9mm。刨V形槽的深度要求不小于0.2mm。这样处理后，折弯处尺寸可以保证，折弯线处可获得最小外圆角。

2）我们在金属盒子的口部和盒盖边处采用了拍平边的做法。这也是为增强盒子的强度，同时让用户使用时保证安全性。（但这个拍平边距依据钣金设计手册的拍平边计算参见上面折弯计算公式），可知我们可设计成5mm，这样拍平出来的效果比较平直，而又不会凹凸不平。

3）我们在设计盒体类拼角时，可以有很多种实现方式。但在这里，我们采用边角45°对接形式。尽量让弯角处达到90°直角状态。当然，在开料和焊接时也要细心配合，才可以达到理想状态。如在盒体焊接时，我们对拼角处采用底部点焊，不然在面上焊接，焊后需要打磨，且磨头难于磨到位，留下焊接痕，造成凹凸不平。达不到外观效果要求。

4）为配合箱体在自动库中使用，我们对盒盖锁孔处采用拉伸后冲孔的工艺，拉伸的深度（因在这里拉伸的深度不是很深，且这个冷扎板为优质碳素钢类，故不会把材料拉破）和直径大小由锁头决定，让其装配起来后，不高出盒盖面。不然，会影响机械手送箱子出口时，箱子会与其他零件干涉，达不到使用效果。公司LOGO字体的摆放以美观、大方为原则，让人一看就知道为哪个厂家生产。

5）盒盖开门的角度要求不小于90°。因此，我们在设计时摸拟盒盖运动轨迹（中心线部分），选取可能造成干涉的边计算角度。图中蓝色的中心线圆为此盖打开时最大两点的运行轨迹，此两圆与盒体的边缘没有相交点，证明在开盖时不会有干涉。当盖打开到最大角度时，与盒体的顶部边相碰，所得的角度为99.7°。这角度符合设计预期。因此，盒盖转轴中心选取是正确的。

6）在盒体上开好与底盖装配的孔，不要造成错位，安装不起来的情况。

7）我们在上面的设计、制作，皆为喷涂有一个好的素材。因此，考虑到不同用户的需求，依据盒子的材料，我们选择对盒子采用喷粉的方式，颜色可由客户选定，以便达到美观、耐用的要求。在这里，我们需要考虑到此盒体底部四周为密封的盒子，但喷粉时，喷枪喷出的为液体，如没有及时的排水孔，那角部是无法喷上满意涂料的。因此，在盒体四个角处需开工艺孔，这样就可以喷好整个盒体。

通过以上几个设计注意点，我们可以初步完成了设计工作和工艺注意点。但在生产过程中还是要注意生产细节的。

4 结论

通过上面保管箱的设计案例，我们在设计产品时，可以充分利用各种材料的特性及其成型规律，为我们设计出所需要的产品。通过挖掘材料的特性，我们利用它的成形临界点，利用目前生产设备的水平，生产出我们心目中的价格产品。从而达到我们的产品是物美价廉的目的。

参考文献

[1]成大先，王德夫.机械设计手册（常用设计资料）[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]钣金件结构设计工艺手册.https：//wenku.baidu.com/view/fee47ea4284ac850ad02422d.html.