摘 要:在鋼材的拉伸試驗中所使用的老式機械標(biāo)點機具有效率低、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。利用激光高刻線精度和伺服電機高精度移動距離控制技術(shù),設(shè)計了 新型批量標(biāo)點機,可以大幅度地提高設(shè)備的打標(biāo)效率和精度,有效地解決老式機械標(biāo)點機的問題。
關(guān)鍵詞:拉伸試驗;標(biāo)點機;激光刻線;伺服電機
中圖分類號:TG115.5+2 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)07-0076-03
2022年國內(nèi)的鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破10 8t,鋼廠出廠 檢測、質(zhì)檢站檢測、工程項目檢測等環(huán)節(jié)都需要對鋼 材進行拉伸性能測試,而原始標(biāo)距是鋼材拉伸試驗 中必不可少的一個過程。行業(yè)內(nèi)多數(shù)采用的是機械 標(biāo)點機進行標(biāo)距,但機械標(biāo)點機存在效率低、標(biāo)距數(shù) 據(jù)易失真、不滿足 GB/T228.1—2010《國家金屬材 料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》的要求等方 面的問題。因此,對鋼材進行拉伸試驗時,需要一種 更智能、效率更高的批量標(biāo)點設(shè)備來替換老式機械 標(biāo)點機。
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)在拉伸試驗過程中原始標(biāo)距遇到的困難。
1 老式機械標(biāo)點機存在的問題
標(biāo)點機是鋼材在進行拉伸試驗前,在試樣表面等間距刻出原始標(biāo)距的一種設(shè)備(測試斷后伸長率 需要原始標(biāo)距)[5]?，F(xiàn)今的拉伸試驗中,進行原始標(biāo) 距的設(shè)備多數(shù)為老式機械標(biāo)點機(見圖1)。
1.1 效率低
測試人員需先將鋼材試樣按順序地擺放在平臺 上,然后在標(biāo)點機沖頭下方對試樣進行標(biāo)點。將前 面一根試樣卸下后,再將下一根試樣放上并進行打 標(biāo),所有標(biāo)點都需按順序一根一根地進行,測試人員 需將試樣從打標(biāo)平臺搬上、卸下,不僅耗費體力,而且 打標(biāo)效率慢,不同規(guī)格試樣的打標(biāo)時間如圖2所示。 從圖2可以看出:試樣標(biāo)點的速率約為20s/根,尤其是在標(biāo)距大規(guī)格試樣時,不僅時間消耗更長,而且更 耗費測試人員的體力。
1.2 數(shù)據(jù)容易失真
老式機械 標(biāo) 點 機 的 標(biāo) 點 原 理 是:采 用 機 械 沖 頭對試樣表面進 行 機 械 撞 擊,依 據(jù) 形 成 的“凹 坑” 進行標(biāo)點。機 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 數(shù) 據(jù) 失 真。老 式機械標(biāo)點機的精度變化率隨時間的變化趨勢如 圖3所示,由圖3可知:老式機械標(biāo)點機在使用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
老式機械標(biāo)點機的機械沖頭對試樣表面機械撞 擊形成“凹坑”,對試樣表面造成了機械損傷(見圖 4),不滿足 GB/T228.1—2010中“不得用引起過早 斷裂的缺口做標(biāo)記”的要求。
2 新型批量標(biāo)點機
2.1 批量標(biāo)點機結(jié)構(gòu)及功能
圖5為新型批量標(biāo)點機的結(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,用于 控制激光器的動作、移動機構(gòu)在x 軸和y 軸方向上的 移動;3為機構(gòu)框架,用于支撐設(shè)備結(jié)構(gòu);4為y 軸移動 機構(gòu),用于帶動激光頭沿y 軸移動;5為x 軸移動機 構(gòu),用于帶動y 軸移動機構(gòu)沿x 軸移動;6為激光頭高 度調(diào)節(jié)升降臺,可以自動根據(jù)試樣的直徑來調(diào)節(jié)激光 頭與試樣下車上表面的相對高度,使激光焦點始終處 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、搬運試樣。
2.2 操作步驟
新型批量標(biāo)點機的具體操作步驟如下所述。
(1)將需要進行標(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)按下啟動按鈕開始刻線。
(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,推到對應(yīng)的拉伸 試驗機位置,更換試樣小車,繼續(xù)打標(biāo)剩余試樣。
3 新老標(biāo)點機比較
3.1 提高效率
新型批量標(biāo)點機采用激光刻線打標(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 推車批量送至對應(yīng)的試驗機。老式機械標(biāo)點機需手 動一根一根地將試樣搬運上打標(biāo)平臺,打標(biāo)結(jié)束后再 一根一根地將試樣人工搬至試驗機,新型批量標(biāo)點機的效率比現(xiàn)有老式機械標(biāo)點機至少提高6倍。
3.2 滿足標(biāo)準(zhǔn)要求
新型批量標(biāo)點機采用激光刻線技術(shù)在試樣表面 進行印記,深度僅約為0.02 mm(手動可以擦掉痕 跡),不 會 形 成 凹 坑,保 證 試 樣 表 面 標(biāo) 記 符 合 GB/T228.1—2010的要求(見圖6)。
3.3 標(biāo)點精度更準(zhǔn)確
新型批量標(biāo)點機采用激光刻線[6],沒有機械磨 損,移動采用伺服電機控制,精度可達到0.05mm, 能有效地保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時還可以保持 長久的精度穩(wěn)定性(見圖7)。
3.4 適用性強
新型批量標(biāo)點機既可以在實驗室單獨使用,也 可以將推車送樣改成軌道推車送樣或 AGV(自動引 導(dǎo)小車)送樣,實現(xiàn)從一端進入標(biāo)距,標(biāo)距結(jié)束后從 另一端移出,全程無人的全自動化流水線操作。
4 結(jié)論
新型批量標(biāo)點機利用激光高刻線精度和伺服電機的高精度(精度達0.001mm)移動距離控制的特 點,使設(shè)備在打標(biāo)效率、精度控制上實現(xiàn)了大幅度提 高,有效地改善了老式機械標(biāo)點機現(xiàn)有的問題。
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