摘 要:在鋼材的拉伸試驗(yàn)中所使用的老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)具有效率低、標(biāo)距數(shù)據(jù)容易失真、不滿足標(biāo)準(zhǔn) GB/T2281.1—2010的要求等缺點(diǎn)。利用激光高刻線精度和伺服電機(jī)高精度移動(dòng)距離控制技術(shù),設(shè)計(jì)了 新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī),可以大幅度地提高設(shè)備的打標(biāo)效率和精度,有效地解決老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)的問(wèn)題。 

關(guān)鍵詞:拉伸試驗(yàn);標(biāo)點(diǎn)機(jī);激光刻線;伺服電機(jī) 

中圖分類號(hào):TG115.5+2                                           文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                                        文章編號(hào):1001-4012(2022)07-0076-03

2022年國(guó)內(nèi)的鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破10 8t,鋼廠出廠 檢測(cè)、質(zhì)檢站檢測(cè)、工程項(xiàng)目檢測(cè)等環(huán)節(jié)都需要對(duì)鋼 材進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,而原始標(biāo)距是鋼材拉伸試驗(yàn) 中必不可少的一個(gè)過(guò)程。行業(yè)內(nèi)多數(shù)采用的是機(jī)械 標(biāo)點(diǎn)機(jī)進(jìn)行標(biāo)距,但機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)存在效率低、標(biāo)距數(shù) 據(jù)易失真、不滿足 GB/T228.1—2010《國(guó)家金屬材 料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》的要求等方 面的問(wèn)題。因此,對(duì)鋼材進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí),需要一種 更智能、效率更高的批量標(biāo)點(diǎn)設(shè)備來(lái)替換老式機(jī)械 標(biāo)點(diǎn)機(jī)。 

基于激光刻線和直線模組共同協(xié)調(diào)作用[1-4],筆 者研制出了批量試樣金屬表面標(biāo)距設(shè)備,其目的在 于克服現(xiàn)在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中原始標(biāo)距遇到的困難。

1 老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)存在的問(wèn)題 

標(biāo)點(diǎn)機(jī)是鋼材在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)前,在試樣表面等間距刻出原始標(biāo)距的一種設(shè)備(測(cè)試斷后伸長(zhǎng)率 需要原始標(biāo)距)[5]?，F(xiàn)今的拉伸試驗(yàn)中,進(jìn)行原始標(biāo) 距的設(shè)備多數(shù)為老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)(見(jiàn)圖1)。

1.1 效率低 

測(cè)試人員需先將鋼材試樣按順序地?cái)[放在平臺(tái) 上,然后在標(biāo)點(diǎn)機(jī)沖頭下方對(duì)試樣進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)。將前 面一根試樣卸下后,再將下一根試樣放上并進(jìn)行打 標(biāo),所有標(biāo)點(diǎn)都需按順序一根一根地進(jìn)行,測(cè)試人員 需將試樣從打標(biāo)平臺(tái)搬上、卸下,不僅耗費(fèi)體力,而且 打標(biāo)效率慢,不同規(guī)格試樣的打標(biāo)時(shí)間如圖2所示。 從圖2可以看出:試樣標(biāo)點(diǎn)的速率約為20s/根,尤其是在標(biāo)距大規(guī)格試樣時(shí),不僅時(shí)間消耗更長(zhǎng),而且更 耗費(fèi)測(cè)試人員的體力。

1.2 數(shù)據(jù)容易失真 

老式機(jī)械 標(biāo) 點(diǎn) 機(jī) 的 標(biāo) 點(diǎn) 原 理 是:采 用 機(jī) 械 沖 頭對(duì)試樣表面進(jìn) 行 機(jī) 械 撞 擊,依 據(jù) 形 成 的“凹 坑” 進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)。機(jī) 械 沖 頭 是 易 損 件,多 次 撞 擊 后 易 磨 損使打標(biāo) 距 離 發(fā) 生 偏 差,導(dǎo) 致 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 失 真。老 式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)的精度變化率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如 圖3所示,由圖3可知:老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)在使用30 d后,其 精 度 變 化 率 已 經(jīng) 超 出 了 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T228. 1—2010的要求(≤1%)。

1.3 未能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 

老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)的機(jī)械沖頭對(duì)試樣表面機(jī)械撞 擊形成“凹坑”,對(duì)試樣表面造成了機(jī)械損傷(見(jiàn)圖 4),不滿足 GB/T228.1—2010中“不得用引起過(guò)早 斷裂的缺口做標(biāo)記”的要求。 

2 新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī) 

2.1 批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)及功能 

圖5為新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu),其中:1為激光發(fā) 生器,用于產(chǎn)生一定功率的激光光束;2為工控機(jī),用于 控制激光器的動(dòng)作、移動(dòng)機(jī)構(gòu)在x 軸和y 軸方向上的 移動(dòng);3為機(jī)構(gòu)框架,用于支撐設(shè)備結(jié)構(gòu);4為y 軸移動(dòng) 機(jī)構(gòu),用于帶動(dòng)激光頭沿y 軸移動(dòng);5為x 軸移動(dòng)機(jī) 構(gòu),用于帶動(dòng)y 軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)沿x 軸移動(dòng);6為激光頭高 度調(diào)節(jié)升降臺(tái),可以自動(dòng)根據(jù)試樣的直徑來(lái)調(diào)節(jié)激光 頭與試樣下車上表面的相對(duì)高度,使激光焦點(diǎn)始終處 于需要操作的試樣表面;7為激光頭,是設(shè)備主要工作 部分;8為試樣小車,用于盛放、搬運(yùn)試樣。 

2.2 操作步驟 

新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)的具體操作步驟如下所述。 

(1)將需要進(jìn)行標(biāo)距操作的同規(guī)格試樣放置在 試樣小車上,調(diào)整試樣位置使其一端緊靠試樣小車 內(nèi)壁,將試樣小車推送至激光頭的工作區(qū)域。 

(2)通過(guò)電腦輸入試樣相關(guān)參數(shù)(如鋼種、規(guī) 格、根數(shù)),選擇標(biāo)距方案(每條線標(biāo)距的距離),調(diào)節(jié) 激光頭高度使激光聚焦于試樣表面。 

(3)按下啟動(dòng)按鈕開(kāi)始刻線。 

(4)待所有試樣均完成刻線操作后,設(shè)備指示 燈閃爍提醒刻線完成。 

(5)將打標(biāo)完成的試樣移出,推到對(duì)應(yīng)的拉伸 試驗(yàn)機(jī)位置,更換試樣小車,繼續(xù)打標(biāo)剩余試樣。

3 新老標(biāo)點(diǎn)機(jī)比較 

3.1 提高效率 

新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)采用激光刻線打標(biāo),用推車送樣 打標(biāo)一次性可以打標(biāo)約60根試樣,打標(biāo)完成后可用 推車批量送至對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)。老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)需手 動(dòng)一根一根地將試樣搬運(yùn)上打標(biāo)平臺(tái),打標(biāo)結(jié)束后再 一根一根地將試樣人工搬至試驗(yàn)機(jī),新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)的效率比現(xiàn)有老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)至少提高6倍。 

3.2 滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 

新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)采用激光刻線技術(shù)在試樣表面 進(jìn)行印記,深度僅約為0.02 mm(手動(dòng)可以擦掉痕 跡),不 會(huì) 形 成 凹 坑,保 證 試 樣 表 面 標(biāo) 記 符 合 GB/T228.1—2010的要求(見(jiàn)圖6)。

3.3 標(biāo)點(diǎn)精度更準(zhǔn)確 

新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)采用激光刻線[6],沒(méi)有機(jī)械磨 損,移動(dòng)采用伺服電機(jī)控制,精度可達(dá)到0.05mm, 能有效地保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時(shí)還可以保持 長(zhǎng)久的精度穩(wěn)定性(見(jiàn)圖7)。

3.4 適用性強(qiáng)

 新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)既可以在實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)使用,也 可以將推車送樣改成軌道推車送樣或 AGV(自動(dòng)引 導(dǎo)小車)送樣,實(shí)現(xiàn)從一端進(jìn)入標(biāo)距,標(biāo)距結(jié)束后從 另一端移出,全程無(wú)人的全自動(dòng)化流水線操作。

4 結(jié)論 

新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)利用激光高刻線精度和伺服電機(jī)的高精度(精度達(dá)0.001mm)移動(dòng)距離控制的特 點(diǎn),使設(shè)備在打標(biāo)效率、精度控制上實(shí)現(xiàn)了大幅度提 高,有效地改善了老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)現(xiàn)有的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn): 

[1] 楊曉禮.激光雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的研究[D]. 長(zhǎng)春:長(zhǎng)春理工大學(xué),2018. 

[2] 許盧偉,鄧昌奇,鄭俊泰,等.激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)的 研究[J].廣 東 石 油 化 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào),2017,27(1):45- 47. 

[3] 陳國(guó)強(qiáng),李曉峰.滾珠絲杠直線模組的模態(tài)分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì),2019,36(3):56-61. 

[4] 李永聰,袁森,馮治國(guó),等.伺服電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試平 臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2020 (6):98-100. 

[5] 孫福猛,何榮福,孫澤敏.依據(jù) GB/T1499.2—2018標(biāo) 準(zhǔn)的最大力總延伸率驗(yàn)證試驗(yàn)[J].理化檢驗(yàn)(物理分 冊(cè)),2022,58(4):16-18. 

[6] 滕偉香,魏建國(guó),宋長(zhǎng)濱.基于圓弧面上激光刻線的分 析與應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2011(7):137.

<文章來(lái)源   >材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 7期 (pp:76-78)>