鍋爐欄桿柱沖孔設(shè)備的研制及應(yīng)用

董 勇

(太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030008)

0 引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。2015年5月，國務(wù)院發(fā)布實施《中國制造2025》，提出到新中國成立一百年時，把我國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強國。太原鍋爐集團有限公司努力打造超一流的第四代流態(tài)二次重構(gòu)超低排放循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)與產(chǎn)品，為此配置專項研發(fā)經(jīng)費用于開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝。針對本公司欄桿柱產(chǎn)品鉆孔工序產(chǎn)能不足，迫切需要提升的問題，本研究提出用沖孔代替鉆孔的欄桿柱孔加工技術(shù)[1]，設(shè)計、制作了欄桿柱沖孔專用設(shè)備，并進行了反復(fù)的沖孔試驗，以驗證設(shè)備的沖孔質(zhì)量及效率能否滿足產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)的需求。

1 欄桿柱產(chǎn)品及生產(chǎn)現(xiàn)狀

欄桿柱產(chǎn)品設(shè)計選用1″水煤氣管，材質(zhì)為Q235A，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。現(xiàn)階段制造工藝流程為：GD4250帶鋸床下料→Z5132A臺鉆鉆制Φ19 mm通孔→JF21-110壓力機壓扁端部。三道工序中Φ19 mm通孔鉆制為產(chǎn)能的瓶頸工序，鉆孔工序能力是1臺鉆床、1名工人、8小時完成500根欄桿柱鉆孔。公司合同交付對欄桿柱產(chǎn)品鉆孔工序產(chǎn)能需求是1名工人、8小時加工800根(36秒/根)?，F(xiàn)鉆孔工序產(chǎn)能不能滿足交付需求，須通過外包渠道才能保證合同交付，故迫切需求產(chǎn)能提升。

本設(shè)備適用于兩種規(guī)格產(chǎn)品的沖孔加工，兩種欄桿柱具體尺寸參數(shù)如表1所示。

2 沖孔設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作過程

2.1 沖孔設(shè)備結(jié)構(gòu)

欄桿柱專用沖孔設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要包括沖孔模具(凸、凹模)[2]、沖孔液壓缸、欄桿柱定位裝置、內(nèi)支撐芯棒、芯棒位移液壓缸、液壓系統(tǒng)和機架。

圖1 欄桿柱結(jié)構(gòu)

表1 兩種欄桿柱尺寸參數(shù) mm

2.2 工作過程

2.2.1 Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程

圖3為Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程示意圖。

Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔過程如下：

(1) 準備工作：保留“端部定位1”，拆除“端部定位2”。

(2) 沖制孔1：將欄桿柱安裝至狀態(tài)1位置(如圖3所示)，定位銷固定工件；芯棒由液壓缸啟動，穿入欄桿柱中沖孔位置；此時沖頭啟動，沖孔；芯棒退回原位，孔1完成沖制。

(3) 沖制孔2：取下定位銷，將欄桿柱掉頭，安裝至狀態(tài)2位置(如圖3所示)，定位銷穿入已沖制孔1中進行固定；芯棒再次穿入工件至沖孔位置；沖頭啟動，沖孔；芯棒退回原位，孔2完成沖制。

(4) 取下定位銷和欄桿柱。

1-沖孔模具(凸、凹模)；2-沖孔液壓缸；3-欄桿柱定位裝置；4-內(nèi)支撐芯棒；5-芯棒位移液壓缸；6-液壓系統(tǒng)；7-機架

圖3 Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程示意圖

2.2.2 Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔工作過程

Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔工作過程如圖4所示。

Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔時使用定位點為：①孔1沖制：端部定位2、定位孔3；②孔2沖制：定位孔1。沖孔步驟與上述Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程類似。

圖4 扶梯欄桿柱沖孔工作過程示意圖

3 關(guān)鍵部件設(shè)計

3.1 內(nèi)支撐芯棒

內(nèi)支撐芯棒[3]結(jié)構(gòu)如圖5所示。芯棒毛坯料與連接桿焊接連接，保證直線度，焊后加工芯棒直徑及芯棒通孔。

1-油缸與連接桿接頭；2-連接桿；3-芯棒

內(nèi)支撐芯棒是欄桿柱沖孔實現(xiàn)的核心部件。初試試驗，欄桿柱沖孔模具有外支撐結(jié)構(gòu)、無內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，僅能沖制直徑小于Φ9 mm的孔，Φ19 mm孔徑?jīng)_制時直接造成欄桿柱沖孔部位坍塌變形。因此欄桿柱Φ19 mm孔沖制必須設(shè)計支撐芯棒裝置，而且內(nèi)支撐芯棒裝置需考慮避讓1″水煤氣管子內(nèi)壁焊縫。

試驗選擇了兩種規(guī)格的芯棒直徑，芯棒直徑與沖孔邊緣凹陷值對應(yīng)關(guān)系如表2所示。實驗結(jié)論選用Φ26.8 mm直徑的芯棒，其穿管間隙、沖孔質(zhì)量均能滿足要求。

表2 芯棒直徑與沖孔邊緣凹陷值對應(yīng)表 mm

3.2 芯棒位移液壓缸機構(gòu)

芯棒位移液壓缸機構(gòu)是通過液壓缸動力、行程實現(xiàn)內(nèi)支撐芯棒機械化穿入欄桿柱[4]，如圖6所示。

欄桿柱穿過芯棒最小距離為227 mm，最大為535 mm。欄桿柱內(nèi)徑與芯棒外徑單邊間隙為0.1 mm(為保證沖孔成形質(zhì)量)。而且原材料管子存在橢圓度偏差。人工穿管無法實現(xiàn)，又因為芯棒屬于直線往復(fù)運動，因此采用液壓缸動力，芯棒穿管用時2秒/次。

1-液壓缸；2-油缸與連接桿接頭；3-連接桿；4-芯棒

4 沖孔試驗結(jié)果

試驗用工件：兩種規(guī)格欄桿柱各10根。

沖孔質(zhì)量：孔邊緣凹陷小于0.5 mm。

沖孔用時：20根欄桿柱沖孔平均用時35秒/根。

5 結(jié)論

本文研究設(shè)計了一臺大孔徑比欄桿柱專用沖孔設(shè)備，并進行了沖孔試驗，得出以下結(jié)論：

(1) 欄桿柱沖孔質(zhì)量滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

(2) 生產(chǎn)效率方面：1名工人、8小時加工820根(35秒/根)，滿足欄桿柱孔加工產(chǎn)能需求。

(3) 欄桿柱專用沖孔設(shè)備的成功研制，為大孔徑比管材沖孔提供了技術(shù)支持。