Kā izstrādāt metināšanas armatūru, lai samazinātu veltņu ķēdes deformāciju?

Kā izstrādāt metināšanas armatūru, lai samazinātu veltņu ķēdes deformāciju?

Rullīšu ķēžu ražošanā metināšana ir kritiski svarīgs process posmu savienošanai un ķēdes izturības nodrošināšanai. Tomēr termiskā deformācija metināšanas laikā bieži kļūst par pastāvīgu problēmu, kas ietekmē izstrādājuma precizitāti un veiktspēju.rullīšu ķēdesvar rasties tādas problēmas kā posmu novirze, nevienmērīgs solis un nepastāvīgs ķēdes spriegojums. Šīs problēmas ne tikai samazina transmisijas efektivitāti, bet arī palielina nodilumu, saīsina kalpošanas laiku un pat izraisa iekārtu bojājumus. Kā galvenais deformācijas kontroles instruments, metināšanas armatūras konstrukcija tieši nosaka rullīšu ķēdes metināšanas kvalitāti. Šajā rakstā tiks aplūkoti rullīšu ķēdes metināšanas deformācijas pamatcēloņi un sistemātiski paskaidrots, kā panākt deformācijas kontroli, izmantojot zinātnisku armatūras konstrukciju, sniedzot praktiskus tehniskus risinājumus ražošanas speciālistiem.

Vispirms saprotiet: kāds ir rullīšu ķēdes metināšanas deformācijas pamatcēlonis?

Pirms armatūras projektēšanas mums vispirms ir jāsaprot rullīšu ķēdes metināšanas deformācijas pamatcēlonis — sprieguma atbrīvošanās, ko izraisa nevienmērīga siltuma padeve un nepietiekama nostiprināšana. Rullīšu ķēdes posmi parasti sastāv no ārējām un iekšējām plāksnēm, tapām un buksēm. Metināšanas laikā lokāla sildīšana galvenokārt tiek pielietota savienojumam starp plāksnēm, tapām un buksēm. Galvenos deformācijas cēloņus šī procesa laikā var apkopot šādi:

Nesabalansēts termiskā sprieguma sadalījums: Metināšanas loka radītā augstā temperatūra izraisa metāla strauju lokālu izplešanos, savukārt apkārtējās neapsildāmās zonas to zemākās temperatūras un lielākās stingrības dēļ darbojas kā ierobežojums, neļaujot sakarsētajam metālam brīvi izplesties un radīt spiedes spriegumu. Dzesēšanas laikā sakarsētais metāls saraujas, ko kavē apkārtējās zonas, kā rezultātā rodas stiepes spriegums. Kad spriegums pārsniedz materiāla tecēšanas robežu, rodas pastāvīga deformācija, piemēram, saliektas saites un nepareizi novietotas tapas.

Nepietiekama detaļu pozicionēšanas precizitāte: Rullīšu ķēdes solis un posmu paralēlisms ir galvenie precizitātes rādītāji. Ja detaļas pozicionēšanas atsauce armatūrā pirms metināšanas nav skaidra un iespīlēšanas spēks ir nestabils, metināšanas laikā termiskās slodzes ietekmē komponenti ir pakļauti sānu vai gareniskai nobīdei, kā rezultātā rodas soļa novirzes un posmu deformācija. Slikta metināšanas secības un armatūras saderība: Nepareiza metināšanas secība var izraisīt siltuma uzkrāšanos sagatavē, saasinot lokalizētu deformāciju. Ja armatūra nenodrošina dinamiskus ierobežojumus, pamatojoties uz metināšanas secību, deformācija tiks vēl vairāk pastiprināta.

Otrkārt, metināšanas armatūras projektēšanas pamatprincipi: precīza pozicionēšana, stabila nostiprināšana un elastīga siltuma izkliede.

Ņemot vērā rullīšu ķēžu strukturālās īpašības (vairākas sastāvdaļas un plānas, viegli deformējamas ķēdes plāksnes) un metināšanas prasības, armatūras konstrukcijai jāievēro trīs galvenie principi, lai kontrolētu deformāciju tās avotā:

1. Vienotā datuma princips: galveno precizitātes indikatoru izmantošana kā pozicionēšanas datuma

Rullīšu ķēžu galvenā precizitāte ir soļa precizitāte un ķēdes plāksnes paralēlisms, tāpēc stiprinājumu pozicionēšanas projektēšanā jākoncentrējas uz šiem diviem rādītājiem. Ieteicama klasiskā "vienas plaknes, divu tapu" pozicionēšanas metode: ķēdes plāksnes plakanā virsma kalpo kā galvenā pozicionēšanas virsma (ierobežojot trīs brīvības pakāpes), un divas pozicionēšanas tapas, kas savienojas ar tapu caurumiem (attiecīgi ierobežojot divas un vienu brīvības pakāpi), nodrošina pilnīgu pozicionēšanu. Novietojšanas tapām jābūt izgatavotām no nodilumizturīga leģētā tērauda (piemēram, Cr12MoV) un rūdītas (cietība ≥ HRC58), lai nodrošinātu pozicionēšanas precizitātes saglabāšanos pat pēc ilgstošas ​​lietošanas. Attālums starp pozicionēšanas tapām un ķēdes plāksnes tapu caurumiem jāuztur no 0,02 līdz 0,05 mm, lai atvieglotu iespīlēšanu un novērstu detaļu kustību metināšanas laikā.

2. Saspiešanas spēka pielāgošanas princips: “Pietiekams un nebojājošs”

Spriegošanas spēka projektēšanai ir izšķiroša nozīme deformācijas un bojājumu novēršanas līdzsvarošanā. Pārmērīgs spriegošanas spēks var izraisīt ķēdes plāksnes plastisko deformāciju, savukārt pārāk mazs spēks var kavēt metināšanas spriegumu. Jāievēro šādi projektēšanas apsvērumi:

Saspiešanas punkts jānovieto atbilstoši: tuvu metinājuma vietai (≤20 mm no metinājuma) un jānovieto ķēdes plāksnes stingrā vietā (piemēram, tapas cauruma malas tuvumā), lai izvairītos no lieces, ko izraisa saspiešanas spēks, kas iedarbojas ķēdes plāksnes vidū. Regulējams saspiešanas spēks: Izvēlieties atbilstošu saspiešanas metodi, pamatojoties uz ķēdes biezumu (parasti 3–8 mm) un materiālu (galvenokārt leģētie strukturālie tēraudi, piemēram, 20Mn un 40MnB). Šīs metodes ietver pneimatisko saspiešanu (piemērota masveida ražošanai, ar saspiešanas spēku, ko var regulēt ar spiediena regulatoru, diapazonā no 5 līdz 15 N) vai skrūvju saspiešanu (piemērota nelielu partiju pielāgošanai, ar stabilu saspiešanas spēku).
Elastīgs skavas kontakts: Skavas bloka un ķēdes kontakta laukumā tiek uzklāta poliuretāna blīve (2–3 mm bieza). Tā palielina berzi, vienlaikus novēršot skavas bloka iespiešanos vai skrāpēšanu uz ķēdes virsmas.

3. Siltuma izkliedes sinerģijas princips: termiskā saskaņošana starp skavu un metināšanas procesu

Metināšanas deformāciju būtībā izraisa nevienmērīgs siltuma sadalījums. Tāpēc skavai ir jānodrošina papildu siltuma izkliede, samazinot termisko spriegumu, izmantojot divējādu pieeju - "aktīvu siltuma izkliedi un pasīvu siltuma vadīšanu". Pasīvai siltuma vadīšanai armatūras korpusam jābūt izgatavotam no materiāla ar augstu siltumvadītspēju, piemēram, alumīnija sakausējuma (siltumvadītspēja 202 W/(m・K)) vai vara sakausējuma (siltumvadītspēja 380 W/(m・K)), aizstājot tradicionālo čugunu (siltumvadītspēja 45 W/(m・K)). Tas paātrina siltuma vadīšanu metināšanas zonā. Aktīvai siltuma izkliedei armatūras metinājuma tuvumā var konstruēt dzesēšanas ūdens kanālus, un var ievadīt cirkulējošu dzesēšanas ūdeni (ūdens temperatūra tiek kontrolēta 20–25 °C), lai noņemtu lokālo siltumu, izmantojot siltuma apmaiņu, padarot sagataves dzesēšanu vienmērīgāku.

Treškārt, galvenās stratēģijas un detaļas skavu konstrukcijā, lai samazinātu rullīšu ķēdes deformāciju

Balstoties uz iepriekš minētajiem principiem, mums jākoncentrējas uz konkrētām struktūrām un funkcijām. Šādas četras stratēģijas var tieši pielietot faktiskajā ražošanā:

1. Modulāra pozicionēšanas struktūra: pielāgojama vairākām rullīšu ķēdes specifikācijām, nodrošinot pozicionēšanas konsekvenci

Rullīšu ķēdes ir pieejamas dažādās specifikācijās (piemēram, 08A, 10A, 12A utt., ar soli no 12,7 mm līdz 19,05 mm). Atsevišķa stiprinājuma projektēšana katrai specifikācijai palielinātu izmaksas un pārejas laiku. Mēs iesakām izmantot modulārus pozicionēšanas komponentus: Pozicionēšanas tapas un bloki ir konstruēti tā, lai tos varētu nomainīt, un tie ir savienoti ar stiprinājuma pamatni, izmantojot skrūves. Mainot specifikācijas, vienkārši noņemiet veco pozicionēšanas komponentu un uzstādiet jaunu ar atbilstošu soli, samazinot pārejas laiku līdz mazāk nekā 5 minūtēm. Turklāt visu modulāro komponentu pozicionēšanas atskaites punktiem ir jāsakrīt ar stiprinājuma pamatnes atskaites virsmu, lai nodrošinātu vienādu pozicionēšanas precizitāti dažādu specifikāciju rullīšu ķēdēm.

2. Simetriska ierobežojumu projektēšana: metināšanas sprieguma "mijiedarbības" kompensēšana

Rullīšu ķēžu metināšanā bieži tiek izmantotas simetriskas struktūras (piemēram, vienlaikus piemetinot tapu pie dubultās ķēdes plāksnes). Tāpēc armatūrai jāizmanto simetriska ierobežojuma konstrukcija, lai samazinātu deformāciju, kompensējot spriegumus. Piemēram, dubultās ķēdes plāksnes un tapas metināšanas procesā armatūra jānovieto simetriski ar pozicionēšanas blokiem un skavas ierīcēm abās ķēdes pusēs, lai nodrošinātu vienmērīgu metināšanas siltuma padevi un ierobežošanas spēku. Turklāt ķēdes vidū, vienā līmenī ar ķēdes plākšņu plakni, var novietot papildu atbalsta bloku, lai metināšanas laikā mazinātu lieces spriegumu centrā. Praktiskie dati liecina, ka simetriska ierobežojuma konstrukcija var samazināt rullīšu ķēžu soļa novirzi par 30–40%.

3. Dinamiska turpmākā iespīlēšana: pielāgošanās termiskajai deformācijai metināšanas laikā

Metināšanas laikā sagatave piedzīvo nelielas pārvietošanās termiskās izplešanās un saraušanās dēļ. Fiksēta stiprināšanas metode var izraisīt sprieguma koncentrāciju. Tāpēc armatūru var konstruēt ar dinamisku sekošanas stiprināšanas mehānismu: nobīdes sensors (piemēram, lāzera nobīdes sensors ar precizitāti 0,001 mm) reāllaikā uzrauga ķēdes plāksnes deformāciju, pārraidot signālu uz PLC vadības sistēmu. Pēc tam servomotors darbina stiprināšanas bloku mikroregulēšanai (ar regulēšanas diapazonu no 0 līdz 0,5 mm), lai uzturētu atbilstošu stiprināšanas spēku. Šī konstrukcija ir īpaši piemērota biezu plākšņu veltņu ķēžu metināšanai (biezums ≥ 6 mm), efektīvi novēršot ķēdes plaisāšanu, ko izraisa termiskā deformācija.

4. Metināšanas novēršanas un vadības konstrukcija: nodrošina precīzu metināšanas ceļu un samazina karstuma ietekmēto zonu
Metināšanas laikā metināšanas pistoles kustības trajektorijas precizitāte tieši ietekmē metināšanas kvalitāti un siltuma padevi. Armatūrai jābūt aprīkotai ar metināšanas šuves novēršanas rievu un metināšanas pistoles vadotni. Blakus metinājuma šuvei jāizveido U veida novēršanas rieva (2–3 mm platāka par metinājuma šuvi un 5–8 mm dziļa), lai novērstu armatūras un metināšanas pistoles mijiedarbību. Turklāt virs armatūras jāuzstāda vadotne, lai nodrošinātu metināšanas pistoles vienmērīgu kustību pa iepriekš noteiktu trajektoriju (ieteicams metināšanas ātrums 80–120 mm/min), nodrošinot metinājuma taisnumu un vienmērīgu siltuma padevi. Izvairīšanās rievā var ievietot arī keramikas izolācijas materiālu, lai novērstu metināšanas šļakatu radītus bojājumus armatūrai.

Ceturtkārt, armatūras optimizācija un verifikācija: slēgtas cilpas vadība no projektēšanas līdz ieviešanai

Labam projektam nepieciešama optimizācija un pārbaude, pirms to var patiesi ieviest. Šie trīs soļi var nodrošināt armatūras praktiskumu un uzticamību:

1. Galīgo elementu simulācijas analīze: deformācijas prognozēšana un struktūras optimizēšana

Pirms armatūras izgatavošanas tiek veiktas termiski strukturālās savienojuma simulācijas, izmantojot galīgo elementu programmatūru, piemēram, ANSYS un ABAQUS. Ievadot rullīšu ķēdes materiāla parametrus (piemēram, termiskās izplešanās koeficientu un elastības moduli) un metināšanas procesa parametrus (piemēram, metināšanas strāvu 180–220 A un spriegumu 22–26 V), tiek simulēts temperatūras un sprieguma sadalījums armatūrā un sagatavē metināšanas laikā, prognozējot iespējamās deformācijas zonas. Piemēram, ja simulācija uzrāda pārmērīgu lieces deformāciju ķēdes plāksnes vidū, atbilstošajā armatūras vietā var pievienot papildu atbalstu. Ja sprieguma koncentrācija rodas pozicionēšanas tapā, tapas filejas rādiusu var optimizēt (ieteicams R2–R3). Simulācijas optimizācija var samazināt armatūras izmēģinājumu un kļūdu izmaksas un saīsināt izstrādes ciklu.

2. Izmēģinājuma metinājuma pārbaude: mazu partiju testēšana un iteratīvas pielāgošanas

Pēc armatūras izgatavošanas veiciet nelielas partijas izmēģinājuma metinājuma pārbaudi (ieteicams: 50–100 gabali). Pievērsiet uzmanību šādiem rādītājiem:

Precizitāte: Izmantojiet universālu instrumentu mikroskopu, lai izmērītu soļa novirzi (jābūt ≤0,1 mm) un ķēdes plāksnes paralēlismu (jābūt ≤0,05 mm);

Deformācija: Izmantojiet koordinātu mērīšanas mašīnu, lai skenētu ķēdes plāksnes līdzenumu un salīdzinātu deformāciju pirms un pēc metināšanas;

Stabilitāte: Pēc 20 gabalu nepārtrauktas metināšanas pārbaudiet armatūras fiksācijas tapu un skavas bloku nodilumu un pārliecinieties, vai skavas spēks ir stabils.

Pamatojoties uz izmēģinājuma metināšanas rezultātiem, armatūrai tiek veiktas iteratīvas korekcijas, piemēram, tiek regulēts iespīlēšanas spēks un optimizēta dzesēšanas kanāla atrašanās vieta, līdz tā atbilst masveida ražošanas prasībām.

3. Ikdienas apkope un kalibrēšana: ilgtermiņa precizitātes nodrošināšana

Pēc armatūras nodošanas ekspluatācijā jāizveido regulāra apkopes un kalibrēšanas sistēma:

Ikdienas apkope: Notīriet metināšanas šļakatas un eļļas traipus no stiprinājuma virsmas un pārbaudiet, vai skavas pneimatiskajās/hidrauliskajās sistēmās nav noplūžu.

Iknedēļas kalibrēšana: Izmantojiet mērblokus un skalas indikatorus, lai kalibrētu pozicionēšanas tapu pozicionēšanas precizitāti. Ja novirze pārsniedz 0,03 mm, nekavējoties noregulējiet vai nomainiet tos.

Ikmēneša pārbaude: pārbaudiet, vai dzesēšanas ūdens kanālos nav aizsprostojumu, un nomainiet nolietotās poliuretāna blīves un novietojuma komponentus.

Ar standartizētu apkopi var pagarināt armatūras kalpošanas laiku (parasti līdz 3–5 gadiem), nodrošinot efektīvu deformācijas kontroli ilgtermiņa ražošanas laikā.

Piektkārt, gadījuma izpēte: armatūras uzlabošanas prakse smago mašīnu uzņēmumā

Izturīgu rullīšu ķēžu (ko izmanto kalnrūpniecības mašīnās) ražotājs saskārās ar problēmām ar pārmērīgu deformāciju (≥0,3 mm) ķēdes posmos pēc metināšanas, kā rezultātā produkta kvalifikācijas rādītājs bija tikai 75%. Pateicoties šādiem stiprinājumu uzlabojumiem, atbilstības rādītājs palielinājās līdz 98%:

Pozicionēšanas uzlabojums: Sākotnējā viena pozicionēšanas tapa tika aizstāta ar pozicionēšanas sistēmu “divkārša tapa + plakana virsma”, samazinot atstarpi līdz 0,03 mm un atrisinot detaļas nobīdes problēmu;

Siltuma izkliedes optimizācija: Armatūras korpuss ir izgatavots no vara sakausējuma un aprīkots ar dzesēšanas kanāliem, kas palielina dzesēšanas ātrumu metināšanas zonā par 40%;

Dinamiska nospiešana: ir uzstādīts pārvietojuma sensors un servo nospiešanas sistēma, lai reāllaikā pielāgotu nospiešanas spēku un izvairītos no stresa koncentrācijas;

Simetriski ierobežojumi: simetriski skavas bloki un atbalsta bloki ir uzstādīti abās ķēdes pusēs, lai kompensētu metināšanas spriegumu.

Pēc uzlabojumiem veltņu ķēdes soļa novirze tiek kontrolēta 0,05 mm robežās, un deformācija ir ≤0,1 mm, pilnībā atbilstot klienta augstas precizitātes prasībām.

Secinājums: Armatūras dizains ir rullīšu ķēdes metināšanas kvalitātes “pirmā aizsardzības līnija”.

Rullīšu ķēdes metināšanas deformācijas samazināšana nav tikai viena soļa optimizācija, bet gan sistemātisks process, kas ietver pozicionēšanu, iespīlēšanu, siltuma izkliedi, apstrādi un apkopi, un kura galvenā sastāvdaļa ir metināšanas armatūras konstrukcija. Sākot ar vienotu pozicionēšanas struktūru un beidzot ar adaptīvu iespīlēšanas spēka kontroli un elastīgu dinamisko sekošanas konstrukciju, katra detaļa tieši ietekmē deformācijas efektu.