一种中厚钢板全自动切割设备的环保工艺及装备

工艺与工艺装备 现代制造工程2003(8)

一种中厚钢板全自动切割设备的环保工艺及装备

梁 睦 李 铬 雒合群 梅 瑛

摘要 介绍氧乙炔焰、等离子弧水下切割中厚钢板工艺及防撞机构的结构特点、工作原理, 对解决现场环保问题, 有重要的实用意义。

关键词:中厚钢板 全自动切割设备 排烟降噪工艺 机械式防撞机构中图分类号:T G48 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2003) 08 0048 03

Environmental protection technique and the equipment of automatic

cutting system for medium and thick steel plates

Liang Mu Li Ge Luo Hequn Mei Ying

Abstract T he techniques of o xyg en ethyne flame and plasma arc underwater cutting the medium and thick steel plates has been introduced, and also the structur e characteristics and the w orking principle of the prev enting crushing mechanism has been pre sented. I t is meaningful to so lve the spot environmental protection problems.

Key words:Medium and thick steel plates Autom atic cutting equipment Remove smoke and reduce noise technique M e

chanical preventing crushing mechanism

氧乙炔焰、等离子弧全自动切割设备采用两台伺服电机驱动割炬作任意平面运动, 用计算机编程控制, 可实现8~40mm 不锈钢板、10~200mm 碳素钢板的任意形状零件全自动切割; 其加工精度好, 工作效率高, 是取代人工氧乙炔焰切割的重要设备。然而, 氧乙炔焰、等离子弧在中厚钢板切割时, 会产生大量的有害气体烟尘, 并伴有很大的噪音, 影响操作现场工人健康。

由式(1) 可分析如下:

1) 在所选四个因素中以f 对Ra 影响最大, A 的影响次之, P 的影响再次之, R 对Ra 的影响最小; 而P 与R 的交互作用以及A 与P 的交互作用影响最大。由前面的单因素实验分析可知这一结论是正确的。

2) 对式(1) 应用优化方法以Ra 最小为目标, 寻优得到最优结果为A =12 m , P =150N , R =4mm , f =0 08mm/r 。又由前述单因素实验结果可知f 在0 08~0 16mm/r 的范围内Ra 变化很小, 从生产率考虑选f =0 14m m/r 。

一、氧乙炔焰、等离子弧全自动切割的环保工艺及装备

为了排除氧乙炔焰、等离子弧在中厚钢板切割时产生的有害气体烟尘, 笔者在郑州纺织机械厂设计过专用防尘排烟设备。该设备在整张钢板刚开始切割时, 由于补风面积小, 负压大, 排烟效果尚可, 但上盖钢板被切除一半或一半以上时, 补风面积太大, 负压衰减

2 进给量f 对粗糙度的影响显著, 呈线性变化。3 振幅控制在8~12 m 范围内可以得到较低的粗糙度值, 并且稳定。

4 预压力P 控制在150N 左右, R =4mm 可得最好的熨平效果。

5 四个因素对粗糙度影响程度为f >A >P >R 。

6 本实验优选结果:A =12 m , P =150N , R =4mm , f =0 14mm /r 。

参 考 文 献

1 隈部淳一郎 精密加工振动切削 北京:机械工业出版社,

1985

2 肖诗纲 刀具材料及其合理选择(第二版) 北京:机械工业

出版社, 1990

三、结束语

综上所述, 在超声振动挤压加工中, 振幅A 、预压力P 、进给量f 、切削速度v 对工件表面粗糙度Ra 的影响有如下特点。

1 随着切削速度v 的增大, 工件表面粗糙度Rt max 增高。

在n =200~300r/min 和n =900~1200r/min 区域, 粗糙度变化稳定, 当n =300r/min 时, Rt max 最小。作者通讯地址:郑州工业高等专科学校(中原西路195号)

(450007)

电话:(0371) 7442042收稿日期:20030623

现代制造工程2003(8) 工艺与工艺装备

严重, 常需要工人铺盖其他平板调整负压, 否则, 会造成厂房内乌烟瘴气, 加上抽风机的抽风噪音, 使厂房噪音高达100dB 以上。另外, 将污浊的烟尘直接排放到厂房外大气中也十分不妥。

为解决上述问题, 笔者设计了全自动切割水循环系统排烟装置(见图1) 。循环水系统由水泵管路及集水槽组成。被切割钢板用尖点支承平放在集水箱内, 此时集水箱内水面低于被切割钢板平面, 以便于氧乙炔焰割炬点火。欲切割钢板时, 先点燃割炬, 然后将集水槽内的循环水用水泵抽入集水箱, 让水淹没钢板, 使割炬在水下切割。这样, 切割钢板时产生的有害气体烟尘全部淹没并大部分溶解在水中。采用此工艺方案, 厂房内有害气体浓度明显降低, 并且使厂房内噪音控制在70dB 以下, 操作工人的工作条件得到了明显

的改善。

端用螺钉固定有两个顶块5, 其凸曲面与滑套6一端的两个凹曲斜面相吻合, 当割炬受阻使球面座3相对壳体10偏转时, 球面座3上的顶块5通过凸曲面迫使不能转动的滑套6沿轴线方向滑移。滑套6上装有固定的滑键9, 可在壳体10的通键槽内滑动, 并限制滑套6转动。滑键9上用螺钉安装固定有连接块8、撞块7, 通过壳体10上的长圆通孔与滑套6同步沿壳体10键槽滑移, 并以撞块7撞击行程开关(或接近开关) 产生报警信号, 并使割炬驱动电机断电制动。滑套6由弹簧11顶紧,

在人工调整割炬高度时及时复位。

图1 全自动切割水循环系统排烟装置

1 集烟箱及板料支承架 2 纵向筋板3 横向筋板及板料支承尖点 4 被切割板料

5 割炬 6 割炬夹持器 7 横梁轨道及割炬横向驱动系统8 纵向轨道及割炬纵向进给驱动系统 9 水泵及抽水管道

10 电磁阀及排水管道 11 集水箱

图2 机械式防撞机构

1 割炬夹头 2 割炬夹头 3 球面座 4 球面端盖5 顶块 6 滑套 7 撞块 8 连接块 9 滑键

10 壳体 11 弹簧 12 底盖

尽管氧乙炔焰、等离子弧割炬水下切割效果不错, 但也产生了新的问题, 当被切割钢板局部变形或局部支点不平使钢板翘起时, 由于浑浊的循环水淹没了割炬切割位置, 无法看清割炬的切割状态, 当割炬碰着水下的翘起钢板高点时, 要么割炬被撞坏, 要么割炬偏转变形, 影响了零件的切割质量。为此, 需设计专用装置, 将割炬的异常状态反馈给操作工人, 以便于操作工人及时调整处理。

在割炬正常切割工作时, 防撞机构内所有零件静止不动, 相当于一个刚性的割炬夹持器。因球面座3与滑套6环形平面接触, 割炬向下的重力无法使球面座3向下偏转。因此沿割炬轴线上、下方向的作用力对防撞机构都不产生任何影响。

当割炬向右行走碰到工作阻力时, 通过夹头1、2迫使球面座3压迫滑套6克服弹簧11的阻力滑移, 并使撞块7撞击行程开关, 发出警报信号, 使驱动电机断电制动。

当割炬前后行走碰到工作阻力时, 引起割炬偏转, 进而使夹头1、2, 球面座3及凸块5同步偏转, 通过与滑套6吻合的斜面, 迫使不能转动的滑套6和撞块7沿水平线滑移, 同样撞击行程开关产生报警信号, 使驱动电机断电制动。

当操作工人接到报警信号, 调整好割炬相对钢板的切割距离后, 防撞机构复位, 切割机又可以继续切割。

二、自动切割机水下切割防撞机构的基本结构及工作原理

全自动切割机机械式水下切割防撞机构如图2所示, 该机构代替原切割机的割炬夹持器6, 并安装固定在相应位置。防撞机构主要由割炬夹头1、2、球面座3、滑套6及相关的壳体10、球面端盖4、弹簧11等部分组成。割炬夹头分为1、2两部分, 通过螺栓连接固定割炬, 并用螺钉将2固定在球面座3上。球面座3的大凸球面与球面端盖4的凹球面配合铰接, 受力时, 球面座3可相对球面端盖4转动。球面座3的小球面

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夹持式镦粗过程夹紧力的分析研究

李群智 李双义 王树新

摘要 应用滑移线理论和金属的塑性变形理论, 分析研究圆柱体镦粗过程中的夹紧力的计算方法, 并与试验结果进行比较。计算结果与试验结果吻合。关键词:滑移线理论 夹紧力 梯形齿

中图分类号:T G75 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2003) 08 0050 04

The analysis and study of clamping force during forging

reduction of the nipping type

Li QunZhi, Li Shuangyi, Wang Shuxin

Abstract Based on the theor y of slip line and plast ic deformat ion of metal, the clamping force for forging reduction of cylinder is analyzed and studied. And the r esult of evaluation is w ell consistent with that of ex periment. Key words:Theory of slip line Clamp force Stepped tooth

一、引言

焊接技术是广泛应用的一种建筑钢筋连接技术, 但存在很多缺点; 近年来, 我国研究开发出与钢筋母材实际强度相等的等强度螺纹接头技术, 此技术具有接头强度高, 与母材等强度, 连接速度快, 性能稳定, 应用范围广, 操作方便, 节约用料等特点, 其中的关键技术之一即是钢筋端部的镦粗。

在夹持式镦粗过程中, 适度夹紧十分重要。本文仅以圆柱体形状的工件为例, 分析研究夹持式镦粗过程中的夹紧力。镦粗是一种塑性成形的过程, 即使在塑性区域内, 各点处的应力应变状态也不相同。因此, 要精确地按实际条件求解塑性加工工艺过程中金属的应力、应变分布是很困难的。有限元法是研究物体应力、应变的一种有效方法, 但是在分析夹紧力时, 由于边界条件复杂难以确定, 从而导致计算结果与实际值有较大的出入。本文针对圆柱体零件镦粗过程中的夹紧力, 基于金属的塑性变形理论, 在分析计算和试验基础上, 提出了使用滑移线理论估算圆柱体夹紧力的方法。该方法简单、准确、实用。

二、夹紧方式的确定

金属圆柱体的表面形状不一, 以钢筋为例, 钢筋表面交叉分布有两条形状规则的纵肋和多条几何形状复杂的横肋, 不易分析研究。因此, 有必要应用塑性力学

的理论, 对圆柱体的表面及其变形条件进行简化。此外, 还要根据实际情况, 确定夹紧模钳口的形状。以钢筋为例说明如下。

钢筋的横截面如图1a 所示, 经过试验分析与计算, 可以把钢筋两侧的横肋分别简化为两条纵肋, 分布如图1b 所示。在钢筋的夹紧过程中, 钢筋的摆放方式是有要求的, 正确的方式如图2a 所示, 简化后如图2b 所示。其他类钢筋的圆柱体表面的简化原则类似。

对于受到轴向作用力的圆柱体的夹紧, 按照夹紧钳口的作用力的方式可以分为两种:靠夹紧钳口与工件接触表面的摩擦力夹紧和靠钳口齿压入工件表层的嵌入夹紧。通常, 当轴向力偏小、表面光滑时, 适合采用摩擦力夹紧方式; 当轴向力偏大, 表面不光滑时, 适合采用嵌入夹紧方式。

3 藤森洋三著, 贺相译 机构设计实用构思图册[M ] 北京:

机械工业出版社, 1990

三、结语

采用水下切割工艺及装置, 较圆满地解决了氧乙炔焰、等离子弧全自动切割设备工作现场的环保问题, 具有推广价值与实用意义。

参 考 文 献

1 黄平 常用机械零件及机构图册[M ] 北京:化学工业出版

社, 19992 黄真 空间机构学[M ] 北京:机械工业出版社, 1991

作者简介:梁睦, 郑州中原工学院机械系副教授, 曾是郑州纺织机

械厂高级工程师, 专业从事非标准设备设计; 研究方向为机械加工工艺及技术装备。

作者通讯地址:中原工学院(郑州450007)

郑州纺织机械厂(郑州450053)

收稿日期:20030428