一種高精度鋼材批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)

張樹養(yǎng)

(三鋼閩光股份有限公司 質(zhì)量計(jì)量部, 三明 365000)

2022年國內(nèi)的鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破108t，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/T 228.1—2010 《國家金屬材料 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)試斷后伸長率需要原始標(biāo)距)[5]。現(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)(見圖1)。

圖1 老式機(jī)械標(biāo)點(diǎn)機(jī)宏觀形貌

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20 s/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，而且更耗費(fèi)測(cè)試人員的體力。

圖2 不同規(guī)格試樣打標(biāo)時(shí)間

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/T 228.1—2010的要求(≤1%)。

圖3 精度變化率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

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(見圖4)，不滿足GB/T 228.1—2010中“不得用引起過早斷裂的缺口做標(biāo)記”的要求。

圖4 試樣表面“凹坑”的宏觀形貌

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。

圖5 新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意

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/T 228.1—2010的要求(見圖6)。

圖6 新型批量標(biāo)點(diǎn)機(jī)刻線外觀

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0.05 mm,能有效地保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)還可以保持長久的精度穩(wěn)定性(見圖7)。

圖7 新老標(biāo)點(diǎn)機(jī)精度變化率隨時(shí)間變化對(duì)比

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)0.001 mm)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)有的問題。