Kuidas konstrueerida keevitusseadet rullketi deformatsiooni vähendamiseks?

Kuidas konstrueerida keevitusseadet rullketi deformatsiooni vähendamiseks?

Rullkettide tootmisel on keevitamine lülide ühendamise ja keti tugevuse tagamise kriitilise tähtsusega protsess. Keevitamise ajal tekkiv termiline deformatsioon muutub aga sageli püsivaks probleemiks, mis mõjutab toote täpsust ja jõudlust.rullketidvõivad esineda sellised probleemid nagu lüli läbipaine, ebaühtlane samm ja ebaühtlane keti pinge. Need probleemid mitte ainult ei vähenda ülekande efektiivsust, vaid suurendavad ka kulumist, lühendavad kasutusiga ja põhjustavad isegi seadmete rikkeid. Keevitusseadmete konstruktsioon on deformatsiooni kontrollimise peamine vahend ning määrab otseselt rullkettkeevituse kvaliteedi. See artikkel uurib rullkettkeevituse deformatsiooni algpõhjuseid ja selgitab süstemaatiliselt, kuidas saavutada deformatsiooni kontrolli teadusliku seadmete disaini abil, pakkudes tootmisspetsialistidele praktilisi tehnilisi lahendusi.

Esiteks, mõista: mis on rullketi keevitamise deformatsiooni algpõhjus?

Enne kinnitusdetailide projekteerimist peame kõigepealt mõistma rullketi keevitusdeformatsiooni peamist põhjust – pinge vabanemist, mis on põhjustatud ebaühtlasest soojuse sisestamisest ja ebapiisavast tõmbepingest. Rullketi lülid koosnevad tavaliselt välis- ja siseplaatidest, tihvtidest ja puksidest. Keevitamise ajal rakendatakse lokaalset kuumust peamiselt plaatide, tihvtide ja pukside vahelisele ühendusele. Selle protsessi käigus tekkiva deformatsiooni peamised põhjused võib kokku võtta järgmiselt:

Tasakaalustamata termilise pinge jaotus: Keevituskaare tekitatud kõrge temperatuur põhjustab metalli lokaalset kiiret paisumist, samas kui ümbritsevad kuumutamata alad toimivad oma madalama temperatuuri ja suurema jäikuse tõttu piiranguna, takistades kuumutatud metalli vaba paisumist ja tekitades survepinget. Jahutamise ajal kuumutatud metall tõmbub kokku, mida ümbritsevad alad takistavad, mille tulemuseks on tõmbepinge. Kui pinge ületab materjali voolavuspiiri, tekib püsiv deformatsioon, näiteks painutatud lülid ja valesti joondatud tihvtid.

Ebapiisav komponendi positsioneerimistäpsus: Rullketi samm ja lülide paralleelsus on peamised täpsusnäitajad. Kui komponendi positsioneerimisviide kinnitusdetailis on enne keevitamist ebaselge ja kinnitusjõud on ebastabiilne, on komponendid keevitamise ajal termilise pinge mõjul altid külgmisele või pikisuunalisele joondamise kõrvalekaldele, mille tulemuseks on sammu kõrvalekalded ja lülide deformatsioon. Keevitusjärjestuse ja kinnitusdetaili halb ühilduvus: Vale keevitusjärjestus võib põhjustada toorikus kuumuse akumuleerumist, mis süvendab lokaliseeritud deformatsiooni. Kui kinnitusdetail ei suuda keevitusjärjestuse põhjal dünaamilisi piiranguid pakkuda, süveneb deformatsioon veelgi.

Teiseks, keevitusseadmete disaini põhiprintsiibid: täpne positsioneerimine, stabiilne kinnitus ja paindlik soojuseraldus.

Arvestades rullkettide konstruktsioonilisi omadusi (mitmed komponendid ja õhukesed, kergesti deformeeruvad ketiplaadid) ja keevitusnõudeid, peab kinnitusdetailide projekteerimisel deformatsiooni kontrollimiseks allika juures järgima kolme peamist põhimõtet:

1. Ühendatud andmeprintsiip: positsioneerimisandmetena põhiliste täpsusnäitajate kasutamine

Rullkettide põhitäpsus on sammu täpsus ja ketiplaadi paralleelsus, seega peab kinnitusdetailide positsioneerimise disain keskenduma neile kahele näitajale. Soovitatav on klassikaline „ühe tasapinna, kahe tihvtiga“ positsioneerimismeetod: ketiplaadi tasane pind toimib peamise positsioneerimispinnana (piirates kolme vabadusastet) ja kaks tihvtiaukudega sobivat tihvti (piirates vastavalt kahte ja ühte vabadusastet) saavutavad täieliku positsioneerimise. Paigaldustihvtid peavad olema valmistatud kulumiskindlast legeerterasest (näiteks Cr12MoV) ja karastatud (kõvadus ≥ HRC58), et tagada positsioneerimistäpsuse säilimine ka pikaajalisel kasutamisel. Paigaldustihvtide ja ketiplaadi tihvtiauku vaheline kaugus peaks olema vahemikus 0,02–0,05 mm, et hõlbustada kinnitust ja vältida komponentide liikumist keevitamise ajal.

2. Kinnitusjõu kohandamise põhimõte: „Piisav ja mittekahjustav”

Kinnitusjõu projekteerimine on deformatsiooni ja kahjustuste vältimise tasakaalustamiseks ülioluline. Liigne kinnitusjõud võib põhjustada ketiplaadi plastilist deformatsiooni, samas kui liiga väike kinnitusjõud võib takistada keevituspinget. Projekteerimisel tuleb arvestada järgmiste kaalutlustega:

Kinnituspunkt tuleks paigutada sobivalt: keevisõmbluse lähedale (≤20 mm keevisõmblusest) ja ketiplaadi jäigale osale (näiteks tihvtiava serva lähedale), et vältida ketiplaadi keskel mõjuva kinnitusjõu põhjustatud paindumist. Reguleeritav kinnitusjõud: Valige sobiv kinnitusmeetod, mis põhineb keti paksusel (tavaliselt 3–8 mm) ja materjalil (enamasti legeerkonstruktsiooniterased, näiteks 20Mn ja 40MnB). Nende meetodite hulka kuuluvad pneumaatiline kinnitus (sobib masstootmiseks, kinnitusjõudu saab reguleerida rõhuregulaatori abil vahemikus 5–15 N) või kruvikinnitus (sobib väikepartiide kohandamiseks, stabiilse kinnitusjõuga).
Paindlik kinnituskontakt: Kinnitusploki ja keti vahelisele kontaktpinnale kantakse polüuretaanist tihend (paksus 2–3 mm). See suurendab hõõrdumist, hoides samal ajal kinnitusploki poolt keti pinna sisselõiget või kriimustamist.

3. Soojuse hajumise sünergia põhimõte: klambri ja keevitusprotsessi termiline sobivus

Keevitusdeformatsiooni põhjustab sisuliselt ebaühtlane soojusjaotus. Seetõttu peab klamber pakkuma täiendavat soojuse hajutamist, vähendades termilist pinget kahe lähenemisviisi abil: „aktiivse soojuse hajutamise ja passiivse soojusjuhtivuse“. Passiivse soojusjuhtivuse tagamiseks peaks kinnitusdetaili korpus olema valmistatud kõrge soojusjuhtivusega materjalist, näiteks alumiiniumisulamist (soojusjuhtivus 202 W/(m・K)) või vasesulamist (soojusjuhtivus 380 W/(m・K)), asendades traditsioonilist malmi (soojusjuhtivus 45 W/(m・K)). See kiirendab soojusjuhtivust keevituspiirkonnas. Aktiivse soojuse hajumise tagamiseks saab kinnitusdetaili keevisõmbluse lähedale projekteerida jahutusveekanalid ja sisse juhtida ringlevat jahutusvett (vee temperatuur reguleeritakse 20–25 °C-ni), et eemaldada lokaalne soojus soojusvahetuse kaudu, muutes tooriku jahutamise ühtlasemaks.

Kolmandaks, klambrite disaini põhistrateegiad ja üksikasjad rullketi deformatsiooni vähendamiseks

Eeltoodud põhimõtete põhjal peame oma disainis keskenduma konkreetsetele struktuuridele ja funktsioonidele. Järgmisi nelja strateegiat saab otse tootmises rakendada:

1. Modulaarne positsioneerimisstruktuur: kohandatav mitme rullketi spetsifikatsiooniga, tagades positsioneerimise järjepidevuse

Rullketid on saadaval mitmesuguste spetsifikatsioonidega (nt 08A, 10A, 12A jne, sammuga 12,7 mm kuni 19,05 mm). Iga spetsifikatsiooni jaoks eraldi kinnitusvahendi projekteerimine suurendaks kulusid ja vahetusaega. Soovitame kasutada modulaarseid positsioneerimiskomponente: positsioneerimistihvtid ja -plokid on konstrueeritud vahetatavatena ning kinnitatud kinnitusaluse külge poltide abil. Spetsifikatsioonide muutmisel eemaldage lihtsalt vana positsioneerimiskomponent ja paigaldage uus vastava sammuga, vähendades vahetusaega vähem kui 5 minutini. Lisaks peavad kõigi moodulkomponentide positsioneerimispunktid olema joondatud kinnitusaluse kinnituspinnaga, et tagada erinevate spetsifikatsioonidega rullkettide ühtlane positsioneerimistäpsus.

2. Sümmeetriline piirangute disain: keevituspinge „interaktsiooni” kompenseerimine

Rullkettkeevitamisel kasutatakse sageli sümmeetrilisi konstruktsioone (näiteks tihvti samaaegne keevitamine topeltkettplaadi külge). Seetõttu peaks kinnitusdetail kasutama sümmeetrilist kinnituskonstruktsiooni, et minimeerida deformatsiooni pingete tasakaalustamise teel. Näiteks topeltkettplaadi ja tihvti keevitamisel peaks kinnitusdetail olema sümmeetriliselt paigutatud, positsioneerimisplokkide ja kinnitusseadmetega keti mõlemal küljel, et tagada ühtlane keevitussoojuse sisend ja kinnitusjõud. Lisaks saab keti keskele, kettplaatide tasapinnaga tasapinnale, paigutada abitoeploki, et keevitamise ajal keskel painutuspinget vähendada. Praktilised andmed näitavad, et sümmeetriline kinnituskonstruktsioon võib vähendada rullkettide sammu hälvet 30–40%.

3. Dünaamiline järelkinnitus: kohandumine keevitamise ajal toimuva termilise deformatsiooniga

Keevitamise ajal nihkub toorik termilise paisumise ja kokkutõmbumise tõttu minimaalselt. Fikseeritud kinnitusmeetod võib põhjustada pingekontsentratsiooni. Seetõttu saab kinnitusvahendi konstrueerida dünaamilise järelkinnitusmehhanismiga: nihkeandur (näiteks lasernihkeandur täpsusega 0,001 mm) jälgib ketiplaadi deformatsiooni reaalajas ja edastab signaali PLC juhtimissüsteemile. Seejärel juhib servomootor kinnitusplokki mikroreguleerimiseks (reguleerimisvahemikuga 0–0,5 mm), et säilitada sobiv kinnitusjõud. See konstruktsioon sobib eriti hästi paksude plaatidega rullkettide (paksus ≥ 6 mm) keevitamiseks, hoides tõhusalt ära termilise deformatsiooni põhjustatud keti pragunemise.

4. Keevituse vältimise ja juhtimise disain: tagab täpse keevitustee ja vähendab kuumusest mõjutatud tsooni
Keevitamise ajal mõjutab keevituspüstoli liikumistee täpsus otseselt keevituse kvaliteeti ja soojustarbimist. Kinnitusvahend peab olema varustatud keevisõmbluse vältimise soonega ja keevituspüstoli juhikuga. Keevisõmbluse lähedale tuleks luua U-kujuline vältimise soon (2–3 mm laiem kui keevisõmblus ja 5–8 mm sügav), et vältida kinnitusvahendi ja keevituspüstoli vahelist kokkupuudet. Lisaks tuleks kinnitusvahendi kohale paigaldada juhtsiin, et tagada keevituspüstoli ühtlane liikumine mööda etteantud trajektoori (soovitatav on keevituskiirus 80–120 mm/min), tagades keevituse sirguse ja ühtlase soojustarbe. Vältimise soonesse võib paigutada ka keraamilist isolatsioonimaterjali, et vältida keevituspritsmete kahjustamist kinnitusvahendile.

Neljandaks, kinnitusdetailide optimeerimine ja kontrollimine: suletud ahelaga juhtimine projekteerimisest teostuseni

Hea disain vajab enne rakendamist optimeerimist ja kontrollimist. Järgmised kolm sammu tagavad seadme praktilisuse ja töökindluse:

1. Lõplike elementide simulatsioonianalüüs: deformatsiooni ennustamine ja struktuuri optimeerimine

Enne kinnitusdetailide valmistamist viiakse läbi termiliselt struktuursed sidestussimulatsioonid, kasutades lõplike elementide meetodi tarkvara, näiteks ANSYS ja ABAQUS. Rullketi materjali parameetrite (näiteks soojuspaisumistegur ja elastsusmoodul) ja keevitusprotsessi parameetrite (näiteks keevitusvool 180–220 A ja pinge 22–26 V) sisestamine simuleerib kinnitusdetaili ja tooriku temperatuuri ja pinge jaotust keevitamise ajal, ennustades potentsiaalseid deformatsioonipiirkondi. Näiteks kui simulatsioon näitab ketiplaadi keskel liigset paindedeformatsiooni, saab kinnitusdetaili vastavasse kohta lisada täiendavat tuge. Kui pingekontsentratsioon tekib kinnitustihvti juures, saab tihvti ümardusraadiust optimeerida (soovitatav on R2–R3). Simulatsiooni optimeerimine võib vähendada kinnitusdetaili katse-eksituse meetodil tehtavaid kulusid ja lühendada arendustsüklit.

2. Proovikeevituse kontrollimine: väikepartiide testimine ja iteratiivsed kohandused

Pärast kinnitusdetaili valmistamist tehke väikeseeria (soovitatav: 50–100 tükki) proovikeevituse kontroll. Keskenduge järgmistele näitajatele:

Täpsus: Kasutage universaalset tööriistamikroskoopi sammu kõrvalekalde mõõtmiseks (peaks olema ≤0,1 mm) ja ketiplaadi paralleelsuse mõõtmiseks (peaks olema ≤0,05 mm);

Deformatsioon: Kasutage koordinaatmõõtemasinat ketiplaadi tasapinna skaneerimiseks ja deformatsiooni võrdlemiseks enne ja pärast keevitamist;

Stabiilsus: Pärast 20 detaili pidevat keevitamist kontrollige kinnitusdetailide kinnitustihvtide ja kinnitusplokkide kulumist ning veenduge, et kinnitusjõud on stabiilne.

Proovikeevituse tulemuste põhjal tehakse kinnitusdetailile korduvaid kohandusi, näiteks reguleeritakse kinnitusjõudu ja optimeeritakse jahutuskanali asukohta, kuni see vastab masstootmise nõuetele.

3. Igapäevane hooldus ja kalibreerimine: pikaajalise täpsuse tagamine

Pärast seadme kasutuselevõttu tuleks luua regulaarne hooldus- ja kalibreerimissüsteem:

Igapäevane hooldus: Puhastage kinnitusdetailide pind keevituspritsmetest ja õliplekkidest ning kontrollige kinnitusseadme pneumaatiliste/hüdrauliliste süsteemide lekkeid.

Iganädalane kalibreerimine: Kasutage mõõteplokke ja indikaatoreid, et kalibreerida kinnitustihvtide positsioneerimistäpsust. Kui kõrvalekalle ületab 0,03 mm, reguleerige või vahetage need viivitamatult välja.

Igakuine kontroll: kontrollige jahutusveekanaleid ummistuste suhtes ning vahetage kulunud polüuretaanist tihendid ja kinnitusdetailid välja.

Standardiseeritud hoolduse abil saab kinnitusdetailide eluiga pikendada (tavaliselt kuni 3–5 aastani), tagades tõhusa deformatsioonikontrolli pikaajalise tootmise ajal.

Viiendaks, juhtumiuuring: rasketehnikaettevõtte seadmete täiustamise tavad

Raskeveokite rullkettide (kasutatakse kaevandusmasinates) tootja seisis silmitsi probleemidega keti lülide liigse moonutusega (≥0,3 mm) pärast keevitamist, mille tulemusel oli toote kvalifitseerimise määr vaid 75%. Järgmiste kinnitusdetailide täiustuste abil tõusis läbimise määr 98%-ni:

Positsioneerimise uuendus: Algne ühekordne kinnitustihvt asendati „topelttihvti + tasase pinna” positsioneerimissüsteemiga, vähendades kliirensit 0,03 mm-ni ja lahendades detaili nihke probleemi;

Soojuse hajumise optimeerimine: kinnitusdetaili korpus on valmistatud vasesulamist ja sellel on jahutuskanalid, mis suurendavad keevituspiirkonna jahutuskiirust 40%;

Dünaamiline kinnitus: nihkeandur ja servokinnitussüsteem on paigaldatud kinnitusjõu reaalajas reguleerimiseks, et vältida pinge koondumist;

Sümmeetrilised piirangud: Keevituspinge kompenseerimiseks on keti mõlemale küljele paigaldatud sümmeetrilised kinnitusplokid ja tugiplokid.

Pärast täiustusi kontrollitakse rullketi sammu hälvet 0,05 mm piires ja moonutus on ≤0,1 mm, mis vastab täielikult kliendi ülitäpsetele nõuetele.

Kokkuvõte: Kinnitusvahendite disain on rullkettkeevituse kvaliteedi „esimene kaitseliin“.

Rullketi keevitusdeformatsiooni vähendamine ei ole ühe etapi optimeerimine, vaid süstemaatiline protsess, mis hõlmab positsioneerimist, kinnitamist, soojuse hajutamist, töötlemist ja hooldust, mille põhikomponent on keevitusseadme disain. Alates ühtsest positsioneerimisstruktuurist kuni adaptiivse kinnitusjõu juhtimise ja dünaamilise järelkontrolli paindliku disainini mõjutab iga detail otseselt deformatsiooniefekti.