Како да се дизајнира апарат за заварување за да се намали деформацијата на валчестиот синџир?

Како да се дизајнира апарат за заварување за да се намали деформацијата на валчестиот синџир?

Во производството на ролери, заварувањето е критичен процес за поврзување на алките и обезбедување на цврстината на ланецот. Сепак, термичката деформација за време на заварувањето често станува постојан проблем, влијаејќи на прецизноста и перформансите на производот. Деформираноролер синџириможе да се појават проблеми како што се отклонување на спојката, нееднаков наклон и неконзистентна затегнатост на ланецот. Овие проблеми не само што ја намалуваат ефикасноста на преносот, туку го зголемуваат и абењето, го скратуваат работниот век, па дури и предизвикуваат дефект на опремата. Како клучна алатка за контрола на деформацијата, дизајнот на заварувачките тела директно го одредува квалитетот на заварувањето со валчест синџир. Оваа статија ќе ги испита основните причини за деформација на заварувањето со валчест синџир и систематски ќе објасни како да се постигне контрола на деформацијата преку научен дизајн на тела, обезбедувајќи практични технички решенија за практичарите во производството.

Прво, разберете: Која е основната причина за деформација на заварувањето со валчест синџир?

Пред да дизајнираме светилка, прво мора да ја разбереме основната причина за деформација на заварувањето со валчест ланец - ослободување на стрес предизвикано од нееднаков влез на топлина и недоволно ограничување. Алките на валчестиот ланец обично се состојат од надворешни и внатрешни плочи, иглички и втулки. За време на заварувањето, локализираното загревање првенствено се применува на врската помеѓу плочите, игличките и втулките. Основните причини за деформација за време на овој процес може да се сумираат на следниов начин:

Нерамнотежа во распределбата на термичкиот стрес: Високата температура генерирана од лакот за заварување предизвикува локализирано брзо ширење на металот, додека околните незагреани површини, поради нивната пониска температура и поголема цврстина, дејствуваат како ограничување, спречувајќи го загреаниот метал слободно да се шири и генерирајќи компресивен стрес. За време на ладењето, загреаниот метал се собира, што е попречено од околните површини, што резултира со затегнувачки стрес. Кога стресот ја надминува границата на истегнување на материјалот, се јавува трајна деформација, како што се свиткани врски и неправилно порамнети иглички.

Несоодветна точност на позиционирање на компонентите: Растојанието на валјачкиот синџир и паралелизмот на врските се клучни индикатори за прецизност. Ако референцата за позиционирање на компонентите во прицврстувачот е нејасна пред заварувањето и силата на стегање е нестабилна, компонентите се склони кон странично или надолжно нерамномерно порамнување под дејство на термички стрес за време на заварувањето, што резултира со отстапувања на растојанието и искривување на врските. Лоша компатибилност помеѓу секвенцата на заварување и прицврстувачот: Несоодветната секвенца на заварување може да предизвика акумулација на топлина во обработуваниот дел, влошувајќи ја локализираната деформација. Ако прицврстувачот не успее да обезбеди динамички ограничувања врз основа на секвенцата на заварување, деформацијата дополнително ќе се усложни.

Второ, основни принципи на дизајнот на заварувачки тела: прецизно позиционирање, стабилно стегање и флексибилно распрснување на топлината.

Со оглед на структурните карактеристики на ролерските синџири (повеќе компоненти и тенки, лесно деформирачки плочи на синџирот) и барањата за заварување, дизајнот на тела мора да се придржува до три клучни принципи за контрола на деформацијата на изворот:

1. Принцип на унифициран податок: Користење на индикатори за точност на јадрото како податок за позиционирање

Основната точност на валчестите синџири е точноста на наклонот и паралелизмот на плочата на синџирот, па затоа дизајнот на позиционирање на тела мора да се фокусира на овие два индикатора. Се препорачува класичен метод на позиционирање „една рамнина, два пина“: рамната површина на плочата на синџирот служи како примарна површина за позиционирање (ограничувајќи три степени на слобода), а два локациски иглички, споени со дупките на игличките (ограничувајќи два и еден степен на слобода, соодветно), постигнуваат целосно позиционирање. Локациски игличките мора да бидат изработени од легиран челик отпорен на абење (како што е Cr12MoV) и калени (тврдост ≥ HRC58) за да се обезбеди точност на позиционирањето дури и по долготрајна употреба. Растојанието помеѓу локациски игличките и дупките на игличките на плочата на синџирот треба да се одржува помеѓу 0,02-0,05 mm за да се олесни стегањето и да се спречи движење на компонентите за време на заварувањето.

2. Принцип на прилагодување на силата на стегање: „Доволно и нештетно“

Дизајнот на силата на стегање е клучен за балансирање помеѓу спречувањето на деформација и спречувањето на оштетување. Прекумерната сила на стегање може да предизвика пластична деформација на плочата на ланецот, додека премалата сила може да го попречи стресот на заварувањето. Мора да се исполнат следниве услови за дизајн:

Точката на стегање треба да биде соодветно позиционирана: блиску до областа на заварувањето (≤20 mm од заварувањето) и поставена во цврста област на плочата на ланецот (како на пример близу до работ на дупката на иглата) за да се избегне свиткување предизвикано од силата на стегање што дејствува во средината на плочата на ланецот. Прилагодлива сила на стегање: Изберете го соодветниот метод на стегање врз основа на дебелината на ланецот (обично 3-8 mm) и материјалот (претежно легирани конструкциски челици како што се 20Mn и 40MnB). Овие методи вклучуваат пневматско стегање (погодно за масовно производство, со сила на стегање прилагодлива преку регулатор на притисок, во опсег од 5-15N) или стегање со завртки (погодно за прилагодување на мали серии, со стабилна сила на стегање).
Флексибилен стегачки контакт: На контактната површина помеѓу блокот за стегање и ланецот се нанесува полиуретанска заптивка (дебелина од 2-3 мм). Ова го зголемува триењето, а воедно спречува блокот за стегање да ја вдлабне или гребе површината на ланецот.

3. Принцип на синергија на дисипација на топлина: Термичко усогласување помеѓу стегата и процесот на заварување

Деформацијата при заварување е во суштина предизвикана од нееднаква распределба на топлината. Затоа, стегата мора да обезбеди помошна дисипација на топлина, намалувајќи го термичкиот стрес преку двоен пристап на „активна дисипација на топлина и пасивна спроводливост на топлина“. За пасивна спроводливост на топлина, телото на арматурата треба да биде направено од материјал со висока топлинска спроводливост, како што е легура на алуминиум (топлинска спроводливост 202W/(m・K)) или легура на бакар (топлинска спроводливост 380W/(m・K)), заменувајќи го традиционалното леано железо (топлинска спроводливост 45W/(m・K)). Ова го забрзува спроводливоста на топлината во областа на заварување. За активна дисипација на топлина, каналите за вода за ладење може да се дизајнираат во близина на заварот на арматурата, а може да се воведе циркулирачка вода за ладење (температура на водата контролирана на 20-25°C) за да се отстрани локалната топлина преку размена на топлина, со што ладењето на обработуваниот дел ќе биде порамномерно.

Трето, клучни стратегии и детали во дизајнот на стегите за намалување на деформацијата на валчестиот ланец

Врз основа на горенаведените принципи, треба да го фокусираме нашиот дизајн на специфични структури и функции. Следните четири стратегии можат директно да се применат во реалното производство:

1. Модуларна структура за позиционирање: Прилагодлива на повеќе спецификации на ролерски ланец, обезбедувајќи конзистентност на позиционирањето

Ролерските синџири се достапни во различни спецификации (на пр., 08A, 10A, 12A, итн., со чекори од 12,7 mm до 19,05 mm). Дизајнирањето на посебен држач за секоја спецификација би ги зголемило трошоците и времето за промена. Препорачуваме употреба на модуларни компоненти за позиционирање: Позиционирачките иглички и блокови се дизајнирани да бидат заменливи и поврзани со основата на држачот преку завртки. При промена на спецификациите, едноставно отстранете ја старата компонента за позиционирање и инсталирајте нова со соодветен чекор, со што времето за промена ќе се намали на помалку од 5 минути. Понатаму, точките на позиционирање на сите модуларни компоненти мора да се усогласат со површината на точката на основата на држачот за да се обезбеди конзистентна точност на позиционирање за ролер синџири со различни спецификации.

2. Симетричен дизајн со ограничувања: Компензација на „интеракцијата“ на стресот при заварување

Заварувањето со валчест ланец често вклучува симетрични структури (на пример, заварување на игла на двојна плоча со ланец истовремено). Затоа, прицврстувачот треба да користи симетричен ограничувачки дизајн за да се минимизира деформацијата со неутрализирање на напрегањата. На пример, за време на процесот на заварување на двојна плоча со ланец и игла, прицврстувачот треба да биде симетрично позициониран со блокови за позиционирање и уреди за стегање од двете страни на ланецот за да се обезбеди конзистентен влез на топлина за заварување и сила на ограничување. Понатаму, помошен потпорен блок може да се постави во средината на ланецот, во рамнината на плочите со ланец, за да се ублажи напрегањето на свиткување во центарот за време на заварувањето. Практичните податоци покажуваат дека симетричниот ограничувачки дизајн може да го намали отстапувањето на наклонот кај валчестите ланци за 30%-40%.

3. Динамичко стегање со следење: Прилагодување на термичка деформација за време на заварувањето

За време на заварувањето, обработуваниот дел претрпува минимални поместувања поради термичка експанзија и контракција. Методот на фиксно стегање може да доведе до концентрации на напрегање. Затоа, прицврстувачот може да биде дизајниран со динамичен механизам за стегање со следење: сензор за поместување (како што е ласерски сензор за поместување со точност од 0,001 mm) ја следи деформацијата на плочата на ланецот во реално време, пренесувајќи го сигналот до PLC контролниот систем. Потоа серво мотор го движи блокот за стегање за микро-прилагодувања (со опсег на прилагодување од 0-0,5 mm) за да се одржи соодветната сила на стегање. Овој дизајн е особено погоден за заварување на дебели валчести ланци (дебелина ≥ 6 mm), ефикасно спречувајќи пукање на ланецот предизвикано од термичка деформација.

4. Дизајн за избегнување и водење на заварување: Обезбедува прецизна патека на заварување и ја намалува зоната погодена од топлина
За време на заварувањето, точноста на патеката на движење на пиштолот за заварување директно влијае на квалитетот на заварувањето и внесувањето топлина. Фиксацијата треба да биде опремена со жлеб за избегнување на заварскиот спој и водилка за пиштол за заварување. Во близина на заварскиот спој треба да се создаде жлеб за избегнување во форма на U (2-3 mm поширок од заварскиот спој и длабок 5-8 mm) за да се спречи пречки помеѓу фиксијата и пиштолот за заварување. Понатаму, над фиксијата треба да се инсталира водилка за да се обезбеди рамномерно движење на пиштолот за заварување по претходно поставена патека (се препорачува брзина на заварување од 80-120 mm/мин), обезбедувајќи правост на заварувањето и рамномерен внес на топлина. Керамички изолационен материјал може да се постави и во жлебот за избегнување за да се спречи оштетување на фиксијата од распрскување на заварот.

Четврто, оптимизација и верификација на тела: Контрола во затворена јамка од дизајн до имплементација

Добриот дизајн бара оптимизација и верификација пред да може навистина да се имплементира. Следните три чекори можат да ја обезбедат практичноста и сигурноста на светилката:

1. Анализа на симулација на конечни елементи: Предвидување на деформација и оптимизирање на структурата

Пред изработката на телата, се вршат симулации на термичко-структурно спојување со користење на софтвер за конечни елементи како што се ANSYS и ABAQUS. Внесувањето на параметрите на материјалот на валчестиот синџир (како што се коефициент на термичка експанзија и модул на еластичност) и параметрите на процесот на заварување (како што се струја на заварување од 180-220A и напон од 22-26V) ги симулира распределбите на температурата и напрегањето во телата и обработуваниот дел за време на заварувањето, предвидувајќи ги потенцијалните области на деформација. На пример, ако симулацијата покаже прекумерна деформација на свиткување во средината на плочата на ланецот, може да се додаде дополнителна потпора на соодветната локација во телата. Ако се појави концентрација на напрегање на клинот за лоцирање, радиусот на филетот на клинот може да се оптимизира (се препорачува R2-R3). Оптимизацијата на симулацијата може да ги намали трошоците за обиди и грешки на телата и да го скрати циклусот на развој.

2. Пробна верификација на заварување: Тестирање во мали серии и итеративни прилагодувања

Откако ќе се произведе арматурата, спроведете пробна верификација на заварувањето во мала серија (препорачано: 50-100 парчиња). Фокусирајте се на следниве индикатори:

Точност: Користете универзален микроскоп со алатки за мерење на отстапувањето на наклонот (треба да биде ≤0,1 mm) и паралелизмот на ланчаната плоча (треба да биде ≤0,05 mm);

Деформација: Користете машина за мерење координати за скенирање на рамноста на плочата на ланецот и споредете ја деформацијата пред и по заварувањето;

Стабилност: По континуирано заварување на 20 парчиња, проверете ги локациски игличките и стегачките блокови на склопот за абење и осигурајте се дека силата на стегање е стабилна.

Врз основа на резултатите од пробното заварување, се прават итеративни прилагодувања на фиксаторот, како што се прилагодување на силата на стегање и оптимизирање на локацијата на каналот за ладење, сè додека не ги исполни барањата за масовно производство.

3. Дневно одржување и калибрација: Обезбедување на долгорочна точност

Откако ќе се пушти во употреба апаратот, треба да се воспостави систем за редовно одржување и калибрација:

Дневно одржување: Исчистете ги прскањата од заварувањето и дамките од масло од површината на склопот и проверете дали има протекување во пневматските/хидрауличните системи на стегачкиот уред.

Неделна калибрација: Користете блокови со мерачи и индикатори со бројчаник за да ја калибрирате точноста на позиционирањето на игличките за лоцирање. Доколку отстапувањето надминува 0,03 mm, веднаш прилагодете ги или заменете ги.

Месечна инспекција: Проверете ги каналите за вода за ладење за запушувања и заменете ги истрошените полиуретански дихтунзи и компоненти за лоцирање.

Преку стандардизирано одржување, животниот век на светилката може да се продолжи (обично до 3-5 години), обезбедувајќи ефикасна контрола на деформацијата за време на долгорочното производство.

Петто, Студија на случај: Практики за подобрување на тела во компанија за тешка машинерија

Производител на тешки валчести ланци (кои се користат во рударски машини) се соочувал со проблеми со прекумерна дисторзија (≥0,3 mm) во алките на ланецот по заварувањето, што резултирало со стапка на квалификација на производот од само 75%. Преку следните подобрувања на тела, стапката на поминување се зголемила на 98%:

Надградба на позиционирањето: Оригиналниот единечен клинец за позиционирање беше заменет со систем за позиционирање „двоен клинец + рамна површина“, со што се намали зафатнината на 0,03 mm и се реши проблемот со делумното поместување;

Оптимизација на дисипација на топлина: Телото на апаратот е направено од бакарна легура и има канали за ладење, зголемувајќи ја стапката на ладење во областа на заварување за 40%;

Динамичко стегање: Инсталирани се сензор за поместување и серво систем за стегање за да се прилагоди силата на стегање во реално време за да се избегне концентрација на стрес;

Симетрични ограничувања: Симетрични стегачки блокови и потпорни блокови се инсталирани од двете страни на ланецот за да се компензира стресот од заварувањето.

По подобрувањата, отстапувањето на наклонот на валјачкиот синџир е контролирано во рамките на 0,05 mm, а дисторзијата е ≤0,1 mm, целосно задоволувајќи ги барањата за висока прецизност на клиентот.

Заклучок: Дизајнот на тела е „првата линија на одбрана“ за квалитетот на заварувањето со валчест ланец.

Намалувањето на деформацијата на заварувањето со валчест синџир не е прашање на оптимизирање на еден чекор, туку систематски процес што опфаќа позиционирање, стегање, дисипација на топлина, обработка и одржување, при што дизајнот на заварувачките тела е основна компонента. Од унифицираната структура за позиционирање, до адаптивната контрола на силата на стегање, до флексибилниот дизајн на динамичко следење, секој детаљ директно влијае на ефектот на деформација.