Hoe ontwerp je een lasmall om vervorming van de rollenketting te verminderen?

Hoe ontwerp je een lasmall om vervorming van de rollenketting te verminderen?

Bij de productie van rollenkettingen is lassen een cruciaal proces voor het verbinden van de schakels en het garanderen van de sterkte van de ketting. Thermische vervorming tijdens het lassen vormt echter vaak een hardnekkig probleem dat de precisie en prestaties van het product beïnvloedt.rollenkettingenProblemen zoals doorbuiging van de schakels, ongelijke steek en inconsistente kettingspanning kunnen optreden. Deze problemen verminderen niet alleen de efficiëntie van de transmissie, maar verhogen ook de slijtage, verkorten de levensduur en kunnen zelfs leiden tot defecten aan de apparatuur. Het ontwerp van de lasmallen is een essentieel hulpmiddel voor het beheersen van vervorming en bepaalt direct de kwaliteit van het lassen van de rollenketting. Dit artikel onderzoekt de oorzaken van vervorming bij het lassen van rollenkettingen en legt systematisch uit hoe vervorming kan worden beheerst door middel van een wetenschappelijk ontwerp van de lasmallen. Hiermee worden praktische technische oplossingen geboden voor professionals in de productie.

Begrijp allereerst: wat is de hoofdoorzaak van vervorming bij het lassen van rollenkettingen?

Voordat we een mal ontwerpen, moeten we eerst de fundamentele oorzaak van vervorming bij het lassen van rollenkettingen begrijpen: spanningsontlading als gevolg van ongelijkmatige warmte-inbreng en onvoldoende fixatie. Rollenkettingen bestaan ​​doorgaans uit buiten- en binnenplaten, pinnen en bussen. Tijdens het lassen wordt de warmte voornamelijk lokaal toegepast op de verbinding tussen de platen, pinnen en bussen. De belangrijkste oorzaken van vervorming tijdens dit proces kunnen als volgt worden samengevat:

Onevenwichtige thermische spanningsverdeling: De hoge temperatuur die door de lasboog wordt gegenereerd, veroorzaakt een plaatselijke, snelle uitzetting van het metaal. De omliggende, onverwarmde gebieden, door hun lagere temperatuur en grotere stijfheid, fungeren als een beperking, waardoor het verhitte metaal niet vrij kan uitzetten en er drukspanning ontstaat. Tijdens het afkoelen krimpt het verhitte metaal, wat wordt belemmerd door de omliggende gebieden, met als gevolg trekspanning. Wanneer de spanning de vloeigrens van het materiaal overschrijdt, treedt permanente vervorming op, zoals verbogen verbindingen en scheefstaande pinnen.

Onvoldoende positioneringsnauwkeurigheid van de componenten: De steek van de rollenketting en de paralleliteit van de schakels zijn belangrijke precisie-indicatoren. Als de positioneringsreferentie van de componenten in de opspaninrichting vóór het lassen onduidelijk is en de klemkracht instabiel is, zijn de componenten gevoelig voor laterale of longitudinale uitlijningsfouten onder invloed van thermische spanning tijdens het lassen, wat resulteert in steekafwijkingen en vervorming van de schakels. Slechte compatibiliteit tussen lasvolgorde en opspaninrichting: Een onjuiste lasvolgorde kan warmteophoping in het werkstuk veroorzaken, waardoor lokale vervorming wordt verergerd. Als de opspaninrichting geen dynamische beperkingen biedt op basis van de lasvolgorde, zal de vervorming verder toenemen.

Ten tweede, de kernprincipes van het ontwerp van lasmallen: nauwkeurige positionering, stabiele klemming en flexibele warmteafvoer.

Gezien de structurele kenmerken van rollenkettingen (meerdere componenten en dunne, gemakkelijk vervormbare kettingplaten) en de lasvereisten, moet het ontwerp van de opspaninrichting aan drie belangrijke principes voldoen om vervorming bij de bron te beheersen:

1. Principe van een uniform referentiepunt: gebruik van kernnauwkeurigheidsindicatoren als positioneringsreferentiepunt

De kernnauwkeurigheid van rollenkettingen wordt bepaald door de steeknauwkeurigheid en de paralleliteit van de kettingplaat. Daarom moet het ontwerp van de positionering van de mal zich op deze twee indicatoren richten. De klassieke "éénvlaks, twee-pinnen"-positioneringsmethode wordt aanbevolen: het vlakke oppervlak van de kettingplaat dient als primair positioneringsoppervlak (waardoor drie vrijheidsgraden worden beperkt), en twee positioneringspinnen, die in de pinopeningen passen (waardoor respectievelijk twee en één vrijheidsgraad worden beperkt), zorgen voor een volledige positionering. De positioneringspinnen moeten gemaakt zijn van slijtvast gelegeerd staal (zoals Cr12MoV) en gehard (hardheid ≥ HRC58) om ervoor te zorgen dat de positioneringsnauwkeurigheid ook na langdurig gebruik behouden blijft. De speling tussen de positioneringspinnen en de pinopeningen van de kettingplaat moet tussen 0,02 en 0,05 mm liggen om het klemmen te vergemakkelijken en beweging van het onderdeel tijdens het lassen te voorkomen.

2. Principe van aanpassing van de klemkracht: “Voldoende en niet-schadelijk”

Het bepalen van de juiste klemkracht is cruciaal voor het vinden van een balans tussen het voorkomen van vervorming en het voorkomen van schade. Een te hoge klemkracht kan plastische vervorming van de kettingplaat veroorzaken, terwijl een te lage klemkracht de lasspanning kan belemmeren. De volgende ontwerpoverwegingen moeten in acht worden genomen:

Het klempunt moet op de juiste plaats worden gepositioneerd: dicht bij het lasgebied (≤20 mm van de las) en in een stijf gedeelte van de kettingplaat (bijvoorbeeld nabij de rand van het pengat) om buiging te voorkomen die wordt veroorzaakt door de klemkracht die in het midden van de kettingplaat werkt. Instelbare klemkracht: Kies de juiste klemmethode op basis van de kettingdikte (doorgaans 3-8 mm) en het materiaal (meestal gelegeerde constructiestalen zoals 20Mn en 40MnB). Deze methoden omvatten pneumatisch klemmen (geschikt voor massaproductie, met een instelbare klemkracht via een drukregelaar, variërend van 5-15 N) of schroefklemmen (geschikt voor maatwerk in kleine series, met een stabiele klemkracht).
Flexibel klemcontact: Een polyurethaanpakking (2-3 mm dik) wordt aangebracht op het contactvlak tussen het klemblok en de ketting. Dit verhoogt de wrijving en voorkomt tegelijkertijd dat het klemblok de ketting beschadigt of bekrast.

3. Synergieprincipe voor warmteafvoer: thermische afstemming tussen de klem en het lasproces

Lasvervorming wordt voornamelijk veroorzaakt door een ongelijkmatige warmteverdeling. Daarom moet de klem extra warmteafvoer bieden en thermische spanningen verminderen door een dubbele aanpak van "actieve warmteafvoer en passieve warmtegeleiding". Voor passieve warmtegeleiding moet het klemlichaam gemaakt zijn van een materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals een aluminiumlegering (thermische geleidbaarheid 202 W/(m·K)) of een koperlegering (thermische geleidbaarheid 380 W/(m·K)), ter vervanging van traditioneel gietijzer (thermische geleidbaarheid 45 W/(m·K)). Dit versnelt de warmtegeleiding in het lasgebied. Voor actieve warmteafvoer kunnen koelwaterkanalen in de buurt van de las van de klem worden ontworpen en kan circulerend koelwater (watertemperatuur geregeld op 20-25 °C) worden toegevoerd om lokale warmte af te voeren door middel van warmtewisseling, waardoor het werkstuk gelijkmatiger wordt gekoeld.

Ten derde: belangrijke strategieën en details in het klemontwerp om vervorming van de rollenketting te verminderen.

Op basis van bovenstaande principes moeten we ons ontwerp richten op specifieke structuren en functies. De volgende vier strategieën kunnen direct in de praktijk worden toegepast:

1. Modulaire positioneringsstructuur: aanpasbaar aan diverse rollenketting specificaties, waardoor positioneringsconsistentie wordt gewaarborgd.

Rollenkettingen zijn verkrijgbaar in verschillende specificaties (bijv. 08A, 10A, 12A, enz., met steekmaten van 12,7 mm tot 19,05 mm). Het ontwerpen van een aparte mal voor elke specificatie zou de kosten en de omsteltijd verhogen. Wij adviseren het gebruik van modulaire positioneringscomponenten: de positioneringspinnen en -blokken zijn ontworpen om vervangbaar te zijn en worden met bouten aan de basis van de mal bevestigd. Bij het wisselen van specificaties hoeft u alleen de oude positioneringscomponent te verwijderen en een nieuwe met de overeenkomstige steek te installeren, waardoor de omsteltijd tot minder dan 5 minuten wordt teruggebracht. Bovendien moeten de positioneringsreferentievlakken van alle modulaire componenten overeenkomen met het referentievlak van de malbasis om een ​​consistente positioneringsnauwkeurigheid te garanderen voor rollenkettingen van verschillende specificaties.

2. Symmetrisch ontwerp met beperkingen: het compenseren van de "interactie" van lasspanningen

Bij het lassen van rollenkettingen worden vaak symmetrische structuren gebruikt (bijvoorbeeld het gelijktijdig lassen van een pen aan een dubbele kettingplaat). Daarom moet de opspaninrichting een symmetrisch ontwerp hebben om vervorming te minimaliseren door spanningen te compenseren. Tijdens het lassen van een dubbele kettingplaat en een pen moet de opspaninrichting bijvoorbeeld symmetrisch worden gepositioneerd met positioneringsblokken en klemmen aan beide zijden van de ketting om een ​​consistente warmte-inbreng en fixatiekracht te garanderen. Bovendien kan een extra steunblok in het midden van de ketting worden geplaatst, gelijk met het vlak van de kettingplaten, om buigspanning in het midden tijdens het lassen te verminderen. Praktische gegevens tonen aan dat een symmetrisch ontwerp de steekafwijking in rollenkettingen met 30% tot 40% kan verminderen.

3. Dynamische naklemming: aanpassing aan thermische vervorming tijdens het lassen

Tijdens het lassen ondergaat het werkstuk minuscule verplaatsingen als gevolg van thermische uitzetting en krimp. Een vaste klemmethode kan leiden tot spanningsconcentraties. Daarom kan de opspaninrichting worden ontworpen met een dynamisch volgklemmechanisme: een verplaatsingssensor (zoals een laserverplaatsingssensor met een nauwkeurigheid van 0,001 mm) meet de vervorming van de kettingplaat in realtime en stuurt het signaal door naar het PLC-besturingssysteem. Een servomotor stuurt vervolgens het klemblok aan voor micro-aanpassingen (met een instelbereik van 0-0,5 mm) om de juiste klemkracht te handhaven. Dit ontwerp is bijzonder geschikt voor het lassen van dikwandige rollenkettingen (dikte ≥ 6 mm), waardoor scheuren in de ketting als gevolg van thermische vervorming effectief worden voorkomen.

4. Ontwerp voor het vermijden en geleiden van lassen: zorgt voor een nauwkeurig lastraject en vermindert de door warmte beïnvloede zone.
Tijdens het lassen heeft de nauwkeurigheid van de beweging van het laspistool direct invloed op de laskwaliteit en de warmte-inbreng. De mal moet daarom voorzien zijn van een groef om de lasnaad te ontwijken en een geleider voor het laspistool. Een U-vormige groef (2-3 mm breder dan de lasnaad en 5-8 mm diep) moet in de buurt van de lasnaad worden aangebracht om te voorkomen dat de mal en het laspistool elkaar raken. Bovendien moet er een geleiderail boven de mal worden gemonteerd om een ​​gelijkmatige beweging van het laspistool langs een vooraf ingestelde route te garanderen (een lassnelheid van 80-120 mm/min wordt aanbevolen), waardoor een rechte las en een gelijkmatige warmte-inbreng worden gewaarborgd. Keramisch isolatiemateriaal kan ook in de groef worden geplaatst om te voorkomen dat lasspatten de mal beschadigen.

Ten vierde, optimalisatie en verificatie van de testopstelling: gesloten-lusregeling van ontwerp tot implementatie.

Een goed ontwerp vereist optimalisatie en verificatie voordat het daadwerkelijk kan worden geïmplementeerd. De volgende drie stappen kunnen de praktische bruikbaarheid en betrouwbaarheid van het armatuur garanderen:

1. Eindige-elementensimulatieanalyse: vervorming voorspellen en de structuur optimaliseren

Voordat de opspaninrichting wordt vervaardigd, worden thermisch-structurele koppelingssimulaties uitgevoerd met behulp van eindige-elementensoftware zoals ANSYS en ABAQUS. Door materiaaleigenschappen van de rollenketting (zoals de thermische uitzettingscoëfficiënt en de elasticiteitsmodulus) en lasprocesparameters (zoals een lasstroom van 180-220 A en een spanning van 22-26 V) in te voeren, worden de temperatuur- en spanningsverdelingen in de opspaninrichting en het werkstuk tijdens het lassen gesimuleerd, waardoor potentiële vervormingsgebieden worden voorspeld. Als de simulatie bijvoorbeeld een overmatige buigvervorming in het midden van de kettingplaat laat zien, kan extra ondersteuning op de betreffende locatie in de opspaninrichting worden aangebracht. Als er spanningsconcentratie optreedt bij de positioneringspen, kan de afrondingsradius van de pen worden geoptimaliseerd (R2-R3 wordt aanbevolen). Simulatieoptimalisatie kan de kosten van het proefondervindelijk ontwikkelen van de opspaninrichting verlagen en de ontwikkeltijd verkorten.

2. Proeflasverificatie: testen in kleine series en iteratieve aanpassingen

Na de fabricage van het hulpstuk voert u een proeflascontrole uit op een kleine serie (aanbevolen: 50-100 stuks). Concentreer u op de volgende indicatoren:

Nauwkeurigheid: Gebruik een universele gereedschapsmicroscoop om de spoedafwijking te meten (deze moet ≤0,1 mm zijn) en de paralleliteit van de kettingplaten (deze moet ≤0,05 mm zijn);

Vervorming: Gebruik een coördinatenmeetmachine om de vlakheid van de kettingplaat te meten en vergelijk de vervorming vóór en na het lassen;

Stabiliteit: Controleer na het continu lassen van 20 stuks de positioneringspennen en klemblokken van de mal op slijtage en zorg ervoor dat de klemkracht stabiel blijft.

Op basis van de resultaten van de proeflas worden iteratieve aanpassingen aan de mal gemaakt, zoals het aanpassen van de klemkracht en het optimaliseren van de plaatsing van de koelkanalen, totdat deze voldoet aan de eisen voor massaproductie.

3. Dagelijks onderhoud en kalibratie: het waarborgen van nauwkeurigheid op lange termijn

Nadat het apparaat in gebruik is genomen, moet een systeem voor regelmatig onderhoud en kalibratie worden opgezet:

Dagelijks onderhoud: Verwijder lasspatten en olievlekken van het oppervlak van het werkstuk en controleer op lekkages in de pneumatische/hydraulische systemen van de kleminrichting.

Wekelijkse kalibratie: Gebruik meetblokken en meetklokken om de positioneringsnauwkeurigheid van de centreerpinnen te kalibreren. Als de afwijking groter is dan 0,03 mm, moeten de pinnen onmiddellijk worden bijgesteld of vervangen.

Maandelijkse inspectie: Controleer de koelwaterkanalen op verstoppingen en vervang versleten polyurethaanpakkingen en positioneringsonderdelen.

Door gestandaardiseerd onderhoud kan de levensduur van het opspanmiddel worden verlengd (doorgaans tot 3-5 jaar), waardoor effectieve vervormingsbeheersing tijdens langdurige productie wordt gewaarborgd.

Ten vijfde, casestudy: Praktijken voor het verbeteren van opspaninrichtingen bij een bedrijf in zware machines.

Een fabrikant van zware rollenkettingen (gebruikt in mijnbouwmachines) had problemen met overmatige vervorming (≥0,3 mm) van de schakels na het lassen, wat resulteerde in een productkwalificatiepercentage van slechts 75%. Door de volgende verbeteringen aan de mallen steeg het goedkeuringspercentage naar 98%:

Verbeterde positionering: De oorspronkelijke enkele positioneringspen is vervangen door een positioneringssysteem met "dubbele pen + vlak oppervlak", waardoor de speling is teruggebracht tot 0,03 mm en het probleem van de verschuiving van het onderdeel is opgelost;

Optimalisatie van de warmteafvoer: De behuizing van het opspanapparaat is gemaakt van een koperlegering en is voorzien van koelkanalen, waardoor de koelsnelheid in het lasgebied met 40% toeneemt;

Dynamische klemming: Een verplaatsingssensor en een servoklemsysteem zijn geïnstalleerd om de klemkracht in realtime aan te passen en spanningsconcentratie te voorkomen;

Symmetrische beperkingen: Aan beide zijden van de ketting zijn symmetrische klemblokken en steunblokken aangebracht om de lasspanning te compenseren.

Na de verbeteringen wordt de steekafwijking van de rollenketting binnen 0,05 mm gehouden en de vervorming is ≤0,1 mm, waarmee volledig wordt voldaan aan de hoge precisie-eisen van de klant.

Conclusie: Het ontwerp van de opspaninrichting is de "eerste verdedigingslinie" voor de kwaliteit van het lassen van rollenkettingen.

Het verminderen van vervorming bij het lassen van rollenkettingen is geen kwestie van het optimaliseren van één enkele stap, maar een systematisch proces dat positionering, klemming, warmteafvoer, bewerking en onderhoud omvat, waarbij het ontwerp van de lasmall de kern vormt. Van de uniforme positioneringsstructuur tot de adaptieve klemkrachtregeling en het flexibele ontwerp van de dynamische nabewerking: elk detail heeft direct invloed op het vervormingseffect.