Kaip suprojektuoti suvirinimo įtaisą, kad sumažėtų ritininės grandinės deformacija?
Gaminant ritinines grandines, suvirinimas yra labai svarbus procesas, skirtas sujungti grandis ir užtikrinti grandinės stiprumą. Tačiau terminė deformacija suvirinimo metu dažnai tampa nuolatine problema, turinčia įtakos gaminio tikslumui ir našumui.ritininės grandinėsgali kilti tokių problemų kaip grandies deformacija, netolygus žingsnis ir nepastovus grandinės įtempimas. Šios problemos ne tik sumažina perdavimo efektyvumą, bet ir padidina susidėvėjimą, sutrumpina tarnavimo laiką ir netgi sukelia įrangos gedimus. Suvirinimo įtaisų konstrukcija, kaip pagrindinė deformacijos kontrolės priemonė, tiesiogiai lemia ritininės grandinės suvirinimo kokybę. Šiame straipsnyje bus nagrinėjamos pagrindinės ritininės grandinės suvirinimo deformacijos priežastys ir sistemingai paaiškinta, kaip pasiekti deformacijos kontrolę taikant mokslinį įtaisų projektavimą, pateikiant praktinius techninius sprendimus gamybos specialistams.
Pirmiausia supraskite: kokia yra ritininės grandinės suvirinimo deformacijos pagrindinė priežastis?
Prieš projektuodami tvirtinimo įtaisą, pirmiausia turime suprasti pagrindinę ritininės grandinės suvirinimo deformacijos priežastį – įtempių išlaisvinimą, kurį sukelia netolygus šilumos tiekimas ir nepakankamas sutvirtinimas. Ritininės grandinės jungtys paprastai susideda iš išorinių ir vidinių plokščių, kaiščių ir įvorių. Suvirinimo metu lokalizuotas kaitinimas pirmiausia taikomas plokščių, kaiščių ir įvorių jungčiai. Pagrindines deformacijos priežastis šio proceso metu galima apibendrinti taip:
Nesubalansuotas šiluminio įtempio pasiskirstymas: suvirinimo lanko sukuriama aukšta temperatūra sukelia greitą lokalų metalo plėtimąsi, o aplinkinės nešildomos sritys dėl žemesnės temperatūros ir didesnio standumo veikia kaip apribojimas, neleidžiantis įkaitintam metalui laisvai plėstis ir sukelti gniuždymo įtempio. Aušinimo metu įkaitintas metalas susitraukia, o tai trukdo aplinkinės sritys, todėl atsiranda tempimo įtempis. Kai įtempis viršija medžiagos takumo ribą, atsiranda liekamoji deformacija, pvz., sulenktos jungtys ir nesutapę kaiščiai.
Nepakankamas komponentų padėties nustatymo tikslumas: ritininės grandinės žingsnis ir grandinių lygiagretumas yra pagrindiniai tikslumo rodikliai. Jei prieš suvirinimą komponentų padėties nustatymo atskaitos taškas tvirtinimo elemente yra neaiškus, o prispaudimo jėga nestabili, dėl terminio įtempio suvirinimo metu komponentai yra linkę į šoninį arba išilginį nesutapimą, dėl kurio atsiranda žingsnio nuokrypiai ir grandinių deformacija. Blogas suvirinimo sekos ir tvirtinimo elemento suderinamumas: netinkama suvirinimo seka gali sukelti šilumos kaupimąsi ruošinyje, o tai sustiprina lokalizuotą deformaciją. Jei tvirtinimo elementas nesugeba užtikrinti dinaminių apribojimų, pagrįstų suvirinimo seka, deformacija dar labiau sustiprės.
Antra, pagrindiniai suvirinimo įrangos projektavimo principai: tikslus padėties nustatymas, stabilus prispaudimas ir lankstus šilumos išsklaidymas.
Atsižvelgiant į ritininių grandinių konstrukcines savybes (daug komponentų ir plonos, lengvai deformuojamos grandinės plokštės) ir suvirinimo reikalavimus, tvirtinimo detalių konstrukcija turi atitikti tris pagrindinius principus, siekiant kontroliuoti deformaciją jos šaltinyje:
1. Vieningo duomenų bazių principas: pagrindinių tikslumo indikatorių naudojimas kaip padėties nustatymo duomenų bazių
Pagrindinis ritininių grandinių tikslumas yra žingsnio tikslumas ir grandinės plokštės lygiagretumas, todėl tvirtinimo detalių padėties projektavimas turi būti orientuotas į šiuos du rodiklius. Rekomenduojamas klasikinis „vienos plokštumos, dviejų kaiščių“ padėties nustatymo metodas: plokščias grandinės plokštės paviršius yra pagrindinis padėties nustatymo paviršius (apribojantis tris laisvės laipsnius), o du padėties nustatymo kaiščiai, atitinkantys kaiščių skyles (atitinkamai apribojantys du ir vieną laisvės laipsnius), užtikrina visišką padėties nustatymą. Padėties nustatymo kaiščiai turi būti pagaminti iš dilimui atsparaus legiruotojo plieno (pvz., Cr12MoV) ir grūdinti (kietumas ≥ HRC58), kad padėties nustatymo tikslumas išliktų net ir po ilgalaikio naudojimo. Tarpas tarp padėties nustatymo kaiščių ir grandinės plokštės kaiščių skylių turėtų būti 0,02–0,05 mm, kad būtų lengviau pritvirtinti ir komponentai nejudėtų suvirinimo metu.
2. Prispaudimo jėgos pritaikymo principas: „Pakankama ir nepažeidžianti“
Prispaudimo jėgos projektavimas yra labai svarbus norint subalansuoti deformacijos ir pažeidimų prevenciją. Per didelė prispaudimo jėga gali sukelti grandinės plokštės plastinę deformaciją, o per maža – trukdyti suvirinimo įtempiui. Reikia atsižvelgti į šiuos projektavimo aspektus:
Užspaudimo taškas turėtų būti tinkamai išdėstytas: arti suvirinimo vietos (≤20 mm nuo suvirinimo siūlės) ir standžioje grandinės plokštės vietoje (pvz., prie kaiščio skylės krašto), kad būtų išvengta lenkimo, kurį sukelia grandinės plokštės viduryje veikianti užspaudimo jėga. Reguliuojama užspaudimo jėga: pasirinkite tinkamą užspaudimo būdą pagal grandinės storį (paprastai 3–8 mm) ir medžiagą (daugiausia legiruoti konstrukciniai plienai, tokie kaip 20Mn ir 40MnB). Šie metodai apima pneumatinį užspaudimą (tinka masinei gamybai, su užspaudimo jėga, reguliuojama slėgio reguliatoriumi, nuo 5 iki 15 N) arba varžtinį užspaudimą (tinka mažų partijų pritaikymui, su stabilia užspaudimo jėga).
Lankstus prispaudimo kontaktas: poliuretano tarpinė (2–3 mm storio) uždedama ant prispaudimo bloko ir grandinės sąlyčio srities. Tai padidina trintį ir neleidžia prispaudimo blokui įlenkti ar subraižyti grandinės paviršiaus.
3. Šilumos išsklaidymo sinergijos principas: terminis spaustuko ir suvirinimo proceso suderinimas
Suvirinimo deformaciją iš esmės sukelia netolygus šilumos pasiskirstymas. Todėl spaustukas turi užtikrinti papildomą šilumos išsklaidymą, sumažindamas šiluminį įtempį dvigubu „aktyvaus šilumos išsklaidymo ir pasyvaus šilumos laidumo“ metodu. Pasyviam šilumos laidumui įtaiso korpusas turėtų būti pagamintas iš medžiagos, pasižyminčios dideliu šilumos laidumu, pavyzdžiui, aliuminio lydinio (šilumos laidumas 202 W/(m・K)) arba vario lydinio (šilumos laidumas 380 W/(m・K)), pakeičiant tradicinį ketų (šilumos laidumas 45 W/(m・K)). Tai pagreitina šilumos laidumą suvirinimo srityje. Aktyviam šilumos išsklaidymui šalia įtaiso suvirinimo siūlės galima suprojektuoti aušinimo vandens kanalus ir įleisti cirkuliuojantį aušinimo vandenį (vandens temperatūra kontroliuojama 20–25 °C), kad būtų pašalinta vietinė šiluma per šilumos mainus, todėl ruošinys aušinamas tolygiau.
Trečia, pagrindinės strategijos ir detalės spaustukų konstrukcijoje, siekiant sumažinti ritininės grandinės deformaciją
Remiantis aukščiau pateiktais principais, turime sutelkti dėmesį į konkrečias struktūras ir funkcijas. Šios keturios strategijos gali būti tiesiogiai pritaikytos realioje gamyboje:
1. Modulinė padėties nustatymo struktūra: pritaikoma prie kelių ritininių grandinių specifikacijų, užtikrinant padėties nustatymo nuoseklumą
Ritininės grandinės būna įvairių specifikacijų (pvz., 08A, 10A, 12A ir kt., kurių žingsnis svyruoja nuo 12,7 mm iki 19,05 mm). Projektuojant atskirą tvirtinimo elementą kiekvienai specifikacijai, padidėtų išlaidos ir pailgėtų perjungimo laikas. Rekomenduojame naudoti modulinius padėties nustatymo komponentus: padėties nustatymo kaiščiai ir blokai yra suprojektuoti taip, kad juos būtų galima pakeisti, ir prie tvirtinimo pagrindo pritvirtinti varžtais. Keičiant specifikacijas, tiesiog nuimkite seną padėties nustatymo komponentą ir įdiekite naują su atitinkamu žingsniu, taip sutrumpindami perjungimo laiką iki mažiau nei 5 minučių. Be to, visų modulinių komponentų padėties nustatymo atskaitos taškai turi sutapti su tvirtinimo pagrindo atskaitos paviršiumi, kad būtų užtikrintas vienodas skirtingų specifikacijų ritininių grandinių padėties nustatymo tikslumas.
2. Simetrinis apribojimų projektavimas: suvirinimo įtempių „sąveikos“ kompensavimas
Ritininių grandinių suvirinimas dažnai atliekamas simetriškai (pavyzdžiui, vienu metu privirinant kaištį prie dvigubos grandinės plokštės). Todėl tvirtinimo elementas turėtų naudoti simetrišką tvirtinimo konstrukciją, kad būtų sumažinta deformacija kompensuojant įtempius. Pavyzdžiui, suvirinant dvigubą grandinės plokštę ir kaištį, tvirtinimo elementas turėtų būti simetriškai išdėstytas su padėties nustatymo blokais ir prispaudimo įtaisais abiejose grandinės pusėse, kad būtų užtikrintas pastovus suvirinimo šilumos tiekimas ir tvirtinimo jėga. Be to, grandinės viduryje, viename lygyje su grandinės plokščių plokštuma, galima įdėti pagalbinį atraminį bloką, kad suvirinimo metu centre būtų sumažintas lenkimo įtempis. Praktiniai duomenys rodo, kad simetriška tvirtinimo konstrukcija gali sumažinti ritininių grandinių žingsnio nuokrypį 30–40 %.
3. Dinaminis tolesnis prispaudimas: prisitaikymas prie terminės deformacijos suvirinimo metu
Suvirinimo metu ruošinys dėl šiluminio plėtimosi ir susitraukimo patiria nedidelius poslinkius. Fiksuotas prispaudimo metodas gali sukelti įtempių koncentraciją. Todėl įtaisas gali būti suprojektuotas su dinaminiu prispaudimo mechanizmu: poslinkio jutiklis (pvz., lazerinis poslinkio jutiklis, kurio tikslumas yra 0,001 mm) realiuoju laiku stebi grandinės plokštės deformaciją ir perduoda signalą PLC valdymo sistemai. Tada servovariklis valdo prispaudimo bloką, kad būtų galima atlikti mikroreguliavimus (su 0–0,5 mm reguliavimo diapazonu), kad būtų palaikoma tinkama prispaudimo jėga. Ši konstrukcija ypač tinka storaplokštinių ritininių grandinių (storis ≥ 6 mm) suvirinimui, veiksmingai užkertant kelią grandinės įtrūkimams dėl šiluminės deformacijos.
4. Suvirinimo vengimo ir valdymo konstrukcija: užtikrina tikslų suvirinimo kelią ir sumažina karščio paveiktą zoną
Suvirinimo metu suvirinimo pistoleto judėjimo trajektorijos tikslumas tiesiogiai veikia suvirinimo kokybę ir šilumos tiekimą. Įtvirtinimas turi turėti suvirinimo siūlės vengimo griovelį ir suvirinimo pistoleto kreipiklį. Šalia suvirinimo siūlės turėtų būti sukurtas U formos vengimo griovelis (2–3 mm platesnis už suvirinimo siūlę ir 5–8 mm gylio), kad būtų išvengta įtaiso ir suvirinimo pistoleto sąlyčio. Be to, virš įtaiso turėtų būti įrengtas kreipiamasis bėgelis, kad būtų užtikrintas tolygus suvirinimo pistoleto judėjimas iš anksto nustatytu keliu (rekomenduojamas 80–120 mm/min. suvirinimo greitis), užtikrinant suvirinimo tiesumą ir tolygų šilumos tiekimą. Į vengimo griovelį taip pat galima įdėti keraminės izoliacinės medžiagos, kad suvirinimo purslai nepažeistų įtaiso.
Ketvirta, įrangos optimizavimas ir patikra: uždaro ciklo valdymas nuo projektavimo iki įgyvendinimo
Gerą dizainą reikia optimizuoti ir patikrinti, prieš jį iš tikrųjų įdiegiant. Šie trys žingsniai gali užtikrinti įrenginio praktiškumą ir patikimumą:
1. Baigtinių elementų modeliavimo analizė: deformacijos prognozavimas ir konstrukcijos optimizavimas
Prieš gaminant įtaisą, atliekamas šiluminio-struktūrinio sujungimo modeliavimas naudojant baigtinių elementų programinę įrangą, tokią kaip ANSYS ir ABAQUS. Įvedus ritininės grandinės medžiagos parametrus (pvz., šiluminio plėtimosi koeficientą ir tamprumo modulį) ir suvirinimo proceso parametrus (pvz., 180–220 A suvirinimo srovę ir 22–26 V įtampą), imituojamas temperatūros ir įtempių pasiskirstymas įtaise ir ruošinyje suvirinimo metu, prognozuojant galimas deformacijos sritis. Pavyzdžiui, jei modeliavimas rodo per didelę lenkimo deformaciją grandinės plokštės viduryje, atitinkamoje įtaiso vietoje galima pridėti papildomą atramą. Jei įtempių koncentracija susidaro ties fiksavimo kaiščiu, galima optimizuoti kaiščio užlenkimo spindulį (rekomenduojamas R2–R3). Modeliavimo optimizavimas gali sumažinti įtaiso bandymų ir klaidų sąnaudas ir sutrumpinti kūrimo ciklą.
2. Bandomojo suvirinimo patikrinimas: mažų partijų bandymai ir iteraciniai koregavimai
Pagaminus tvirtinimo detalę, atlikite nedidelės partijos bandomojo suvirinimo patikrinimą (rekomenduojama: 50–100 vienetų). Atkreipkite dėmesį į šiuos rodiklius:
Tikslumas: žingsnio nuokrypiui (turėtų būti ≤0,1 mm) ir grandinės plokštės lygiagretumui (turėtų būti ≤0,05 mm) matuoti naudokite universalų instrumentinį mikroskopą;
Deformacija: Koordinatine matavimo mašina nuskaitykite grandinės plokštės plokštumą ir palyginkite deformaciją prieš ir po suvirinimo;
Stabilumas: Nepertraukiamai suvirinę 20 detalių, patikrinkite, ar tvirtinimo elemento fiksavimo kaiščiai ir prispaudimo blokai nėra susidėvėję, ir įsitikinkite, kad prispaudimo jėga yra stabili.
Remiantis bandomojo suvirinimo rezultatais, atliekami iteraciniai tvirtinimo įtaiso koregavimai, pavyzdžiui, reguliuojama prispaudimo jėga ir optimizuojama aušinimo kanalo vieta, kol jis atitinka masinės gamybos reikalavimus.
3. Kasdienė priežiūra ir kalibravimas: ilgalaikio tikslumo užtikrinimas
Įjungus įrenginį, turėtų būti įdiegta reguliari priežiūros ir kalibravimo sistema:
Kasdienė priežiūra: nuvalykite suvirinimo purslus ir alyvos dėmes nuo tvirtinimo detalės paviršiaus ir patikrinkite, ar nėra nuotėkių prispaudimo įtaiso pneumatinėse / hidraulinėse sistemose.
Savaitinis kalibravimas: Norėdami sukalibruoti padėties nustatymo kaiščių tikslumą, naudokite matuoklius ir indikatorius. Jei nuokrypis viršija 0,03 mm, nedelsdami juos sureguliuokite arba pakeiskite.
Mėnesinė patikra: patikrinkite, ar aušinimo vandens kanaluose nėra užsikimšimų, ir pakeiskite susidėvėjusias poliuretano tarpines bei padėties nustatymo komponentus.
Standartizuota priežiūra leidžia pailginti įtaiso tarnavimo laiką (paprastai iki 3–5 metų), užtikrinant veiksmingą deformacijos kontrolę ilgalaikės gamybos metu.
Penkta, atvejo analizė: įrangos tobulinimo praktika sunkiųjų mašinų įmonėje
Didelės apkrovos ritininių grandinių (naudojamų kasybos mašinose) gamintojas susidūrė su problemomis dėl per didelio grandinės grandinių iškraipymo (≥0,3 mm) po suvirinimo, todėl gaminio kvalifikacijos rodiklis siekė tik 75 %. Patobulinus šiuos tvirtinimo elementus, atitikties rodiklis padidėjo iki 98 %:
Padėties nustatymo atnaujinimas: originalus vieno padėties nustatymo kaištis buvo pakeistas „dvigubo kaiščio + plokščio paviršiaus“ padėties nustatymo sistema, sumažinant tarpą iki 0,03 mm ir išsprendžiant detalės poslinkio problemą;
Šilumos išsklaidymo optimizavimas: Įrenginio korpusas pagamintas iš vario lydinio ir turi aušinimo kanalus, kurie padidina aušinimo greitį suvirinimo srityje 40 %;
Dinaminis prispaudimas: Įrengtas poslinkio jutiklis ir servo prispaudimo sistema, kad būtų galima realiuoju laiku reguliuoti prispaudimo jėgą, siekiant išvengti įtempių koncentracijos;
Simetriniai apribojimai: Abiejose grandinės pusėse sumontuoti simetriški prispaudimo ir atraminiai blokai, siekiant kompensuoti suvirinimo įtempį.
Po patobulinimų ritininės grandinės žingsnio nuokrypis kontroliuojamas 0,05 mm tikslumu, o iškraipymas yra ≤0,1 mm, visiškai atitinkant kliento didelio tikslumo reikalavimus.
Išvada: Įtvirtinimo detalių konstrukcija yra „pirmoji gynybos linija“ ritininių grandinių suvirinimo kokybei.
Ritininės grandinės suvirinimo deformacijos mažinimas nėra vieno žingsnio optimizavimo klausimas, o sistemingas procesas, apimantis padėties nustatymą, prispaudimą, šilumos išsklaidymą, apdorojimą ir priežiūrą, kurio pagrindinis komponentas yra suvirinimo įtaiso konstrukcija. Nuo vieningos padėties nustatymo struktūros iki adaptyvaus prispaudimo jėgos valdymo ir lanksčios dinaminio sekimo konstrukcijos – kiekviena detalė tiesiogiai veikia deformacijos efektą.
Įrašo laikas: 2025-09-05