Як распрацаваць зварачнае прыстасаванне, каб паменшыць дэфармацыю ролікавага ланцуга?

Як распрацаваць зварачнае прыстасаванне, каб паменшыць дэфармацыю ролікавага ланцуга?

У вытворчасці ролікавых ланцугоў зварка з'яўляецца найважнейшым працэсам для злучэння звёнаў і забеспячэння трываласці ланцуга. Аднак цеплавая дэфармацыя падчас зваркі часта становіцца пастаяннай праблемай, уплываючы на ​​дакладнасць і прадукцыйнасць вырабу. Дэфармаваныролікавыя ланцугімогуць узнікаць такія праблемы, як прагін звяна, нераўнамерны крок і неадпаведнае нацяжэнне ланцуга. Гэтыя праблемы не толькі зніжаюць эфектыўнасць перадачы, але і павялічваюць знос, скарачаюць тэрмін службы і нават прыводзяць да паломкі абсталявання. Як ключавы інструмент для кантролю дэфармацыі, канструкцыя зварачных прыстасаванняў непасрэдна вызначае якасць зваркі ролікавых ланцугоў. У гэтым артыкуле будуць разгледжаны асноўныя прычыны дэфармацыі пры зварцы ролікавых ланцугоў і сістэматычна растлумачаны спосабы дасягнення кантролю дэфармацыі з дапамогай навуковай канструкцыі прыстасаванняў, прапаноўваючы практычныя тэхнічныя рашэнні для вытворчых спецыялістаў.

Па-першае, зразумейце: у чым асноўная прычына дэфармацыі зваркі ролікавых ланцугоў?

Перад тым, як распрацоўваць прыстасаванне, мы павінны спачатку зразумець асноўную прычыну дэфармацыі пры зварцы ролікавых ланцугоў — зняцце напружання, выкліканае нераўнамерным падводам цяпла і недастатковай фіксацыяй. Звены ролікавых ланцугоў звычайна складаюцца з вонкавых і ўнутраных пласцін, штыфтоў і ўтулак. Падчас зваркі лакалізаваны нагрэў у асноўным прымяняецца да злучэння паміж пласцінамі, штыфтамі і ўтулкамі. Асноўныя прычыны дэфармацыі падчас гэтага працэсу можна абагульніць наступным чынам:

Незбалансаванае размеркаванне цеплавых напружанняў: высокая тэмпература, якая ствараецца зварачнай дугой, выклікае лакальнае хуткае пашырэнне металу, у той час як навакольныя ненагрэтыя ўчасткі з-за іх больш нізкай тэмпературы і большай калянасці дзейнічаюць як абмежавальнік, перашкаджаючы нагрэтаму металу свабодна пашырацца і ствараючы сціскальныя напружанні. Падчас астуджэння нагрэты метал сціскаецца, чаму перашкаджаюць навакольныя ўчасткі, што прыводзіць да расцяжных напружанняў. Калі напружанне перавышае мяжу цякучасці матэрыялу, узнікаюць рэшткавыя дэфармацыі, такія як пагнутыя звёны і няправільнае сумяшчэнне штыфтоў.

Недастатковая дакладнасць пазіцыянавання кампанентаў: крок ролікавага ланцуга і паралельнасць звёнаў з'яўляюцца ключавымі паказчыкамі дакладнасці. Калі арыенцір пазіцыянавання кампанента ў прыстасаванні незразумелы перад зваркай, а сіла заціску нестабільная, кампаненты схільныя да папярочнага або падоўжнага зрушэння пад дзеяннем цеплавога напружання падчас зваркі, што прыводзіць да адхіленняў кроку і дэфармацыі звёнаў. Дрэнная сумяшчальнасць паміж паслядоўнасцю зваркі і прыстасаваннем: няправільная паслядоўнасць зваркі можа выклікаць назапашванне цяпла ў апрацоўваным вырабе, пагаршаючы лакалізаваную дэфармацыю. Калі прыстасаванне не забяспечвае дынамічныя абмежаванні, заснаваныя на паслядоўнасці зваркі, дэфармацыя яшчэ больш пагоршыцца.

Па-другое, асноўныя прынцыпы праектавання зварачных прыстасаванняў: дакладнае пазіцыянаванне, стабільнае зацісканне і гнуткае адвядзенне цяпла.

Улічваючы структурныя характарыстыкі ролікавых ланцугоў (шматкампанентныя і тонкія, лёгка дэфармаваныя пласціны ланцуга) і патрабаванні да зваркі, канструкцыя прыстасавання павінна адпавядаць тром ключавым прынцыпам для кантролю дэфармацыі ў крыніцы:

1. Прынцып адзінай базы дадзеных: выкарыстанне асноўных паказчыкаў дакладнасці ў якасці базы дадзеных пазіцыянавання

Асноўнай дакладнасцю ролікавых ланцугоў з'яўляецца дакладнасць кроку і паралельнасць ланцуговай пласціны, таму пры праектаванні пазіцыянавання прыстасавання неабходна ўлічваць гэтыя два паказчыкі. Рэкамендуецца класічны метад пазіцыянавання «аднаплоскасць, два штыфты»: плоская паверхня ланцуговай пласціны служыць асноўнай паверхняй пазіцыянавання (абмяжоўваючы тры ступені свабоды), а два фіксуючыя штыфты, якія злучаюцца з адтулінамі для штыфтоў (абмяжоўваючы дзве і адну ступені свабоды адпаведна), забяспечваюць поўнае пазіцыянаванне. Фіксуючыя штыфты павінны быць выраблены з зносаўстойлівай легаванай сталі (напрыклад, Cr12MoV) і загартаваны (цвёрдасць ≥ HRC58), каб забяспечыць захаванне дакладнасці пазіцыянавання нават пасля працяглага выкарыстання. Зазор паміж фіксуючымі штыфтамі і адтулінамі для штыфтоў ланцуговай пласціны павінен падтрымлівацца ў межах 0,02-0,05 мм, каб палегчыць заціск і прадухіліць рух кампанентаў падчас зваркі.

2. Прынцып адаптацыі сілы заціску: «Дастаткова і не пашкоджвае»

Распрацоўка сілы заціску мае вырашальнае значэнне для прадухілення дэфармацыі і прадухілення пашкоджанняў. Залішняя сіла заціску можа выклікаць пластычную дэфармацыю ланцуговай пласціны, а занадта нізкая можа перашкодзіць напружанню зваркі. Неабходна выконваць наступныя канструктыўныя патрабаванні:

Кропка заціску павінна быць размешчана адпаведным чынам: блізка да зоны зваркі (≤20 мм ад зваркі) і ў цвёрдай зоне ланцуговай пласціны (напрыклад, каля краю адтуліны для штыфта), каб пазбегнуць выгібу, выкліканага сілай заціску, якая дзейнічае ў сярэдзіне ланцуговай пласціны. Рэгуляваная сіла заціску: выберыце адпаведны спосаб заціску ў залежнасці ад таўшчыні ланцуга (звычайна 3-8 мм) і матэрыялу (у асноўным легаваныя канструкцыйныя сталі, такія як 20Mn і 40MnB). Да гэтых метадаў адносяцца пнеўматычны заціск (падыходзіць для масавай вытворчасці, з сілай заціску, якая рэгулюецца рэгулятарам ціску, у дыяпазоне ад 5 да 15 Н) або шрубавы заціск (падыходзіць для невялікіх партый на заказ, са стабільнай сілай заціску).
Гнуткі заціскны кантакт: поліўрэтанавая пракладка (таўшчынёй 2-3 мм) наносіцца на кантактную зону паміж заціскным блокам і ланцугом. Гэта павялічвае трэнне, адначасова прадухіляючы ўвагнутасць або драпіны заціскнога блока на паверхні ланцуга.

3. Прынцып сінергіі цеплааддачы: цеплавое ўзгадненне паміж заціскам і працэсам зваркі

Дэфармацыя зваркі ў асноўным выклікана нераўнамерным размеркаваннем цяпла. Таму заціск павінен забяспечваць дапаможны адвод цяпла, зніжаючы цеплавое напружанне за кошт двайнога падыходу «актыўнага адводу цяпла і пасіўнай цеплаправоднасці». Для пасіўнай цеплаправоднасці корпус прыстасавання павінен быць выраблены з матэрыялу з высокай цеплаправоднасцю, напрыклад, з алюмініевага сплаву (цеплаправоднасць 202 Вт/(м·К)) або меднага сплаву (цеплаправоднасць 380 Вт/(м·К)), які замяняе традыцыйны чыгун (цеплаправоднасць 45 Вт/(м·К)). Гэта паскарае цеплаправоднасць у зоне зваркі. Для актыўнага адводу цяпла паблізу зварнога шва прыстасавання можна прадугледзець каналы для астуджальнай вады, і можна ўводзіць цыркуляцыйную астуджальную ваду (тэмпература вады кантралюецца на ўзроўні 20-25°C) для адводу лакальнага цяпла праз цеплаабмен, што робіць астуджэнне дэталі больш раўнамерным.

Па-трэцяе, ключавыя стратэгіі і дэталі ў канструкцыі заціскаў для памяншэння дэфармацыі ролікавага ланцуга

Зыходзячы з вышэйзгаданых прынцыпаў, нам трэба засяродзіць нашу канструкцыю на канкрэтных структурах і функцыях. Наступныя чатыры стратэгіі можна непасрэдна прымяніць у рэальнай вытворчасці:

1. Модульная структура пазіцыянавання: адаптуецца да розных спецыфікацый ролікавых ланцугоў, што забяспечвае паслядоўнасць пазіцыянавання

Ролікавыя ланцугі выпускаюцца ў розных спецыфікацыях (напрыклад, 08A, 10A, 12A і г.д., з крокам ад 12,7 мм да 19,05 мм). Распрацоўка асобнага прыстасавання для кожнай спецыфікацыі павялічыць выдаткі і час пераналадкі. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць модульныя кампаненты пазіцыянавання: штыфты і блокі пазіцыянавання распрацаваны так, каб іх можна было замяняць, і яны злучаюцца з асновай прыстасавання з дапамогай нітаў. Пры змене спецыфікацый проста выдаліце ​​стары кампанент пазіцыянавання і ўсталюйце новы з адпаведным крокам, што скараціць час пераналадкі да менш чым 5 хвілін. Акрамя таго, базавыя кропкі пазіцыянавання ўсіх модульных кампанентаў павінны супадаць з базавай паверхняй асновы прыстасавання, каб забяспечыць аднолькавую дакладнасць пазіцыянавання для ролікавых ланцугоў розных спецыфікацый.

2. Сіметрычны дызайн абмежаванняў: кампенсацыя «ўзаемадзеяння» напружання зваркі

Зварка ролікавых ланцугоў часта ўключае сіметрычныя канструкцыі (напрыклад, адначасовае прыварванне штыфта да падвойнай ланцуговай пласціны). Таму прыстасаванне павінна выкарыстоўваць сіметрычную канструкцыю абмежаванняў, каб мінімізаваць дэфармацыю шляхам кампенсацыі напружанняў. Напрыклад, падчас працэсу зваркі падвойнай ланцуговай пласціны і штыфта прыстасаванне павінна быць сіметрычна размешчана з пазіцыянавальнымі блокамі і заціскнымі прыладамі з абодвух бакоў ланцуга, каб забяспечыць паслядоўную падачу цяпла пры зварцы і сілу абмежавання. Акрамя таго, дапаможны апорны блок можа быць размешчаны пасярэдзіне ланцуга, на адным узроўні з плоскасцю ланцуговай пласціны, каб змякчыць напружанне выгібу ў цэнтры падчас зваркі. Практычныя дадзеныя паказваюць, што сіметрычная канструкцыя абмежаванняў можа паменшыць адхіленне кроку ў ролікавых ланцугах на 30%-40%.

3. Дынамічнае наступнае зацісканне: адаптацыя да тэрмічнай дэфармацыі падчас зваркі

Падчас зваркі дэталь падвяргаецца нязначным зрушэнням з-за цеплавога пашырэння і сціскання. Фіксаваны метад заціску можа прывесці да канцэнтрацыі напружанняў. Таму прыстасаванне можа быць распрацавана з дынамічным механізмам заціску з наступным адсочваннем: датчык перамяшчэння (напрыклад, лазерны датчык перамяшчэння з дакладнасцю 0,001 мм) кантралюе дэфармацыю ланцуговай пласціны ў рэжыме рэальнага часу, перадаючы сігнал у сістэму кіравання ПЛК. Затым серварухавік прыводзіць у рух заціскны блок для мікрарэгулявання (з дыяпазонам рэгулявання 0-0,5 мм), каб падтрымліваць адпаведную сілу заціску. Гэтая канструкцыя асабліва падыходзіць для зваркі тоўстых ролікавых ланцугоў (таўшчыня ≥ 6 мм), эфектыўна прадухіляючы расколіны ў ланцугу, выкліканыя цеплавой дэфармацыяй.

4. Праектаванне зварных швоў і накіравання: забяспечвае дакладны шлях зваркі і памяншае зону цеплавога ўздзеяння.
Падчас зваркі дакладнасць траекторыі руху зварачнага гармата непасрэдна ўплывае на якасць зваркі і падвод цяпла. Прылада павінна быць абсталявана пазай для пазбягання зварнога шва і накіроўвалай для зварачнага гармата. Побач са зварным швом неабходна стварыць U-вобразную пазу для пазбягання (на 2-3 мм шырэй за зварны шво і глыбінёй 5-8 мм), каб прадухіліць сутыкненне паміж прыстасаваннем і зварачным гарматам. Акрамя таго, над прыстасаваннем неабходна ўсталяваць накіроўвалую рэйку, каб забяспечыць раўнамерны рух зварачнага гармата па зададзенай траекторыі (рэкамендуецца хуткасць зваркі 80-120 мм/мін), што гарантуе прамалінейнасць шва і раўнамерны падвод цяпла. У пазу для пазбягання можна таксама размясціць керамічны ізаляцыйны матэрыял, каб прадухіліць пашкоджанне прыстасавання пырскамі зваркі.

Па-чацвёртае, аптымізацыя і праверка прыстасаванняў: кіраванне ў замкнёным контуры ад праектавання да рэалізацыі

Добры дызайн патрабуе аптымізацыі і праверкі, перш чым яго можна будзе рэальна рэалізаваць. Наступныя тры крокі могуць забяспечыць практычнасць і надзейнасць прыстасавання:

1. Аналіз метадам канчатковых элементаў: прагназаванне дэфармацыі і аптымізацыя структуры

Перад вырабам прыстасавання праводзіцца мадэляванне цеплавога і структурнага счаплення з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння для метаду канчатковых элементаў, такога як ANSYS і ABAQUS. Увод параметраў матэрыялу ролікавага ланцуга (такіх як каэфіцыент цеплавога пашырэння і модуль пругкасці) і параметраў працэсу зваркі (такіх як зварачны ток 180-220 А і напружанне 22-26 В) мадэлюе размеркаванне тэмпературы і напружанняў у прыстасаванні і апрацоўванай дэталі падчас зваркі, прагназуючы патэнцыйныя зоны дэфармацыі. Напрыклад, калі мадэляванне паказвае празмерную дэфармацыю выгібу ў сярэдзіне пласціны ланцуга, у адпаведнае месца ў прыстасаванні можна дадаць дадатковую апору. Калі канцэнтрацыя напружанняў узнікае на фіксуючым штыфце, можна аптымізаваць радыус згінання штыфта (рэкамендуецца R2-R3). Аптымізацыя мадэлявання можа знізіць выдаткі на метад спроб і памылак прыстасавання і скараціць цыкл распрацоўкі.

2. Праверка пробнага зварвання: выпрабаванні невялікіх партый і ітэрацыйныя карэкціроўкі

Пасля вырабу прыстасавання правядзіце праверку пробнага зварвання невялікай партыяй (рэкамендуецца: 50-100 штук). Звярніце ўвагу на наступныя паказчыкі:

Дакладнасць: выкарыстоўвайце універсальны інструментальны мікраскоп для вымярэння адхілення кроку (павінна быць ≤0,1 мм) і паралельнасці ланцужных пласцін (павінна быць ≤0,05 мм);

Дэфармацыя: выкарыстоўвайце каардынатна-вымяральную машыну для сканавання плоскасці ланцуговай пласціны і параўнання дэфармацыі да і пасля зваркі;

Стабільнасць: Пасля бесперапыннай зваркі 20 дэталяў праверце знос фіксуючых штыфтоў і заціскных блокаў прыстасавання і пераканайцеся, што сіла заціску стабільная.

На падставе вынікаў пробнай зваркі ў прыстасаванне ўносяцца ітэрацыйныя карэкціроўкі, такія як рэгуляванне сілы заціску і аптымізацыя размяшчэння канала астуджэння, пакуль яно не будзе адпавядаць патрабаванням масавай вытворчасці.

3. Штодзённае абслугоўванне і каліброўка: забеспячэнне доўгатэрміновай дакладнасці

Пасля ўводу прыбора ў эксплуатацыю неабходна ўсталяваць сістэму рэгулярнага тэхнічнага абслугоўвання і каліброўкі:

Штодзённае абслугоўванне: ачысціце паверхню прыстасавання ад пырскаў зваркі і алейных плям, а таксама праверце наяўнасць уцечак у пнеўматычных/гідраўлічных сістэмах заціскной прылады.

Штотыднёвая каліброўка: выкарыстоўвайце блокавыя калібры і індыкатары гадзіннікавага тыпу для каліброўкі дакладнасці пазіцыянавання штыфтоў. Калі адхіленне перавышае 0,03 мм, неадкладна адрэгулюйце або заменіце іх.

Штомесячная праверка: праверце каналы астуджальнай вады на наяўнасць закаркаванняў і заменіце зношаныя поліўрэтанавыя пракладкі і мацавальныя кампаненты.

Дзякуючы стандартызаванаму тэхнічнаму абслугоўванню тэрмін службы прыстасавання можа быць падоўжаны (звычайна да 3-5 гадоў), што забяспечвае эфектыўны кантроль дэфармацыі падчас працяглай вытворчасці.

Па-пятае, тэматычнае даследаванне: практыка ўдасканалення прыстасаванняў у кампаніі цяжкага машынабудавання

Вытворца цяжкіх ролікавых ланцугоў (якія выкарыстоўваюцца ў горназдабыўной тэхніцы) сутыкнуўся з праблемамі празмернай дэфармацыі (≥0,3 мм) у звёнах ланцуга пасля зваркі, у выніку чаго ўзровень кваліфікацыі прадукцыі склаў толькі 75%. Дзякуючы наступным паляпшэнням прыстасаванняў, працэнт праходжання выпрабаванняў павялічыўся да 98%:

Паляпшэнне пазіцыянавання: першапачатковы адзінарны штыфт быў заменены сістэмай пазіцыянавання «падвойны штыфт + плоская паверхня», што паменшыла зазор да 0,03 мм і вырашыла праблему зрушэння дэталі;

Аптымізацыя цеплааддачы: корпус прыстасавання выраблены з меднага сплаву і мае астуджальныя каналы, што павялічвае хуткасць астуджэння ў зоне зваркі на 40%;

Дынамічны заціск: усталяваны датчык перамяшчэння і сістэма серварнага заціску для рэгулявання сілы заціску ў рэжыме рэальнага часу, каб пазбегнуць канцэнтрацыі напружання;

Сіметрычныя абмежаванні: Сіметрычныя заціскныя блокі і апорныя блокі ўсталёўваюцца з абодвух бакоў ланцуга для кампенсацыі напружання зваркі.

Пасля паляпшэнняў адхіленне кроку ролікавага ланцуга кантралюецца ў межах 0,05 мм, а дэфармацыя складае ≤0,1 мм, што цалкам адпавядае патрабаванням заказчыка да высокай дакладнасці.

Выснова: Канструкцыя прыстасавання — гэта «першая лінія абароны» для якасці зваркі ролікавых ланцугоў.

Зніжэнне дэфармацыі пры зварцы ролікавых ланцугоў — гэта не пытанне аптымізацыі аднаго этапу, а сістэматычны працэс, які ахоплівае пазіцыянаванне, заціск, рассейванне цяпла, апрацоўку і абслугоўванне, прычым канструкцыя зварачнага прыстасавання з'яўляецца асноўным кампанентам. Ад уніфікаванай структуры пазіцыянавання да адаптыўнага кіравання сілай заціску і гнуткай канструкцыі дынамічнага сачэння — кожная дэталь непасрэдна ўплывае на эфект дэфармацыі.