分享：一种高精度钢材批量标点机

摘 要:在钢材的拉伸试验中所使用的老式机械标点机具有效率低、标距数据容易失真、不满足标准 GB/T2281.1—2010的要求等缺点。利用激光高刻线精度和伺服电机高精度移动距离控制技术,设计了 新型批量标点机,可以大幅度地提高设备的打标效率和精度,有效地解决老式机械标点机的问题。 

关键词:拉伸试验;标点机;激光刻线;伺服电机 

中图分类号:TG115.5+2                                           文献标志码:A                                        文章编号:1001-4012(2022)07-0076-03

2022年国内的钢产量已经突破10 8t,钢厂出厂 检测、质检站检测、工程项目检测等环节都需要对钢 材进行拉伸性能测试,而原始标距是钢材拉伸试验 中必不可少的一个过程。行业内多数采用的是机械 标点机进行标距,但机械标点机存在效率低、标距数 据易失真、不满足 GB/T228.1—2010《国家金属材 料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》的要求等方 面的问题。因此,对钢材进行拉伸试验时,需要一种 更智能、效率更高的批量标点设备来替换老式机械 标点机。 

基于激光刻线和直线模组共同协调作用[1-4],笔 者研制出了批量试样金属表面标距设备,其目的在 于克服现在拉伸试验过程中原始标距遇到的困难。

1 老式机械标点机存在的问题 

标点机是钢材在进行拉伸试验前,在试样表面等间距刻出原始标距的一种设备(测试断后伸长率 需要原始标距)[5]。现今的拉伸试验中,进行原始标 距的设备多数为老式机械标点机(见图1)。

1.1 效率低 

测试人员需先将钢材试样按顺序地摆放在平台 上,然后在标点机冲头下方对试样进行标点。将前 面一根试样卸下后,再将下一根试样放上并进行打 标,所有标点都需按顺序一根一根地进行,测试人员 需将试样从打标平台搬上、卸下,不仅耗费体力,而且 打标效率慢,不同规格试样的打标时间如图2所示。 从图2可以看出:试样标点的速率约为20s/根,尤其是在标距大规格试样时,不仅时间消耗更长,而且更 耗费测试人员的体力。

1.2 数据容易失真 

老式机械 标 点 机 的 标 点 原 理 是:采 用 机 械 冲 头对试样表面进 行 机 械 撞 击,依 据 形 成 的“凹 坑” 进行标点。机 械 冲 头 是 易 损 件,多 次 撞 击 后 易 磨 损使打标 距 离 发 生 偏 差,导 致 试 验 数 据 失 真。老 式机械标点机的精度变化率随时间的变化趋势如 图3所示,由图3可知:老式机械标点机在使用30 d后,其 精 度 变 化 率 已 经 超 出 了 标 准 GB/T228. 1—2010的要求(≤1%)。

1.3 未能完全满足标准要求 

老式机械标点机的机械冲头对试样表面机械撞 击形成“凹坑”,对试样表面造成了机械损伤(见图 4),不满足 GB/T228.1—2010中“不得用引起过早 断裂的缺口做标记”的要求。 

2 新型批量标点机 

2.1 批量标点机结构及功能 

图5为新型批量标点机的结构,其中:1为激光发 生器,用于产生一定功率的激光光束;2为工控机,用于 控制激光器的动作、移动机构在x 轴和y 轴方向上的 移动;3为机构框架,用于支撑设备结构;4为y 轴移动 机构,用于带动激光头沿y 轴移动;5为x 轴移动机 构,用于带动y 轴移动机构沿x 轴移动;6为激光头高 度调节升降台,可以自动根据试样的直径来调节激光 头与试样下车上表面的相对高度,使激光焦点始终处 于需要操作的试样表面;7为激光头,是设备主要工作 部分;8为试样小车,用于盛放、搬运试样。 

2.2 操作步骤 

新型批量标点机的具体操作步骤如下所述。 

(1)将需要进行标距操作的同规格试样放置在 试样小车上,调整试样位置使其一端紧靠试样小车 内壁,将试样小车推送至激光头的工作区域。 

(2)通过电脑输入试样相关参数(如钢种、规 格、根数),选择标距方案(每条线标距的距离),调节 激光头高度使激光聚焦于试样表面。 

(3)按下启动按钮开始刻线。 

(4)待所有试样均完成刻线操作后,设备指示 灯闪烁提醒刻线完成。 

(5)将打标完成的试样移出,推到对应的拉伸 试验机位置,更换试样小车,继续打标剩余试样。

3 新老标点机比较 

3.1 提高效率 

新型批量标点机采用激光刻线打标,用推车送样 打标一次性可以打标约60根试样,打标完成后可用 推车批量送至对应的试验机。老式机械标点机需手 动一根一根地将试样搬运上打标平台,打标结束后再 一根一根地将试样人工搬至试验机,新型批量标点机的效率比现有老式机械标点机至少提高6倍。 

3.2 满足标准要求 

新型批量标点机采用激光刻线技术在试样表面 进行印记,深度仅约为0.02 mm(手动可以擦掉痕 迹),不 会 形 成 凹 坑,保 证 试 样 表 面 标 记 符 合 GB/T228.1—2010的要求(见图6)。

3.3 标点精度更准确 

新型批量标点机采用激光刻线[6],没有机械磨 损,移动采用伺服电机控制,精度可达到0.05mm, 能有效地保证试验数据的准确性,同时还可以保持 长久的精度稳定性(见图7)。

3.4 适用性强

 新型批量标点机既可以在实验室单独使用,也 可以将推车送样改成轨道推车送样或 AGV(自动引 导小车)送样,实现从一端进入标距,标距结束后从 另一端移出,全程无人的全自动化流水线操作。

4 结论 

新型批量标点机利用激光高刻线精度和伺服电机的高精度(精度达0.001mm)移动距离控制的特 点,使设备在打标效率、精度控制上实现了大幅度提 高,有效地改善了老式机械标点机现有的问题。

参考文献: 

[1] 杨晓礼.激光雕刻机的结构及控制系统的研究[D]. 长春:长春理工大学,2018. 

[2] 许卢伟,邓昌奇,郑俊泰,等.激光雕刻机控制系统的 研究[J].广 东 石 油 化 工 学 院 学 报,2017,27(1):45- 47. 

[3] 陈国强,李晓峰.滚珠丝杠直线模组的模态分析[J]. 机械设计,2019,36(3):56-61. 

[4] 李永聪,袁森,冯治国,等.伺服电机控制系统调试平 台设计与开发[J].组合机床与自动化加工技术,2020 (6):98-100. 

[5] 孙福猛,何荣福,孙泽敏.依据 GB/T1499.2—2018标 准的最大力总延伸率验证试验[J].理化检验(物理分 册),2022,58(4):16-18. 

[6] 滕伟香,魏建国,宋长滨.基于圆弧面上激光刻线的分 析与应用[J].机械工程师,2011(7):137.

<文章来源   >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 7期 (pp:76-78)>