制桶技術培訓講義-工藝和技術部分(4)
楊文亮
第三講 制桶工藝方法及設備
本講主要介紹制桶工序的工藝實現方法及相應的設備,由于各企業的工藝方法及設備不盡相同,所以,我們主要介紹各種工藝方法及設備的特點。
一、開卷校平下料工藝及設備
常見開卷校平機如圖所示:
開卷校平下料生產線
開卷校平設備主要由開卷機,送料小車(或天車)、校平機、剪切機(沖床)和堆垛機組成。目前比較先進的開卷校平生產線,采用伺服電機,計算機自動控制,實現高速、準確的下料,對保證后道工序的下料尺寸,起著重要的作用。
鋼板下料設備目前主要有斜刃剪板機、平刃剪板機和圓盤式剪板機。如下圖所示為平刃剪板機和斜刃剪板機剪切部分示意圖。
平刃剪板機和斜刃剪板機原理圖
斜刃剪板機和平刃剪板機,按傳動方式分為機械剪板機和液壓剪板機,按刀架的運動形式分為直線運動剪板機和擺動剪板機。平刃剪板機,因為在剪切方向上剪切,所以剪切力大,但切面平整斜刃剪板機在剪切方向上是接觸面小,因此剪切力小,但容易造成板料不平整,各有利弊。
目前比較先進剪切機為圓盤式剪切機,其工作原理如下圖所示。圓盤式剪板機的特點是:上、下切刀為圓盤形,剪切時上下圓盤刀以相同的速度不同的方向旋轉。被剪裁的板料靠本身與刀片之間的摩擦力而進入刀片中,完成剪裁工作。有點像生活中壓面機的切刀一樣。圓刀剪板機常用來下條料或進行縱橫聯合下料,生產效率極高。如下圖所示為縱橫聯合剪板機。
圓盤剪板機原理圖
縱橫圓盤剪板機外形圖
二、桶身卷圓焊接工藝及設備
在一般鋼桶生產車間,桶身卷圓采用單獨的卷圓機生產,如下圖所示為常見卷圓機結構圖。
鋼桶生產常用的三輥卷圓機,采用機械調節。支撐兩下輥筒的軸承裝于左右機架中,側輥(下輥)的軸端伸出機架外,通過齒輪、減速器與電動機連接,兩側輥均由電動機驅動。普通的三輥卷圓機,因為兩下輥距離較遠,所以,生產出的桶圈兩頭都有一段直線段,影響鋼桶表面的曲率圓滑度。
三輥卷圓機結構圖
在采用全自動縫焊機生產時,卷圓裝置通常集成在縫焊機上。下圖為全自動焊縫機上的卷圓裝置。它是非對稱的三輥卷圓機,在下輥和后輥之間,設置了一個滑動輥。滑動輥的作用是把桶身料的前緣正確導向后輥的上半徑,并將板料前緣可能存在的直線段減到最小。它的位置基本上是固定的,輥子是被動的。
全自動縫焊機卷圓裝置原理圖
在國內多數制桶企業中,桶身經過卷圓后,都要經過點焊機進行搭邊定位,然后再在縫焊機上進行縫焊。在采用新型半自動縫焊機生產時,不需要進行點焊定位,通過縫焊機上的Z型導軌可直接定位并縫焊。采用全自動縫焊機生產時,可以直接將平板料供給縫焊機,縫焊機可完成卷圓、定位、縫焊的全過程。
下圖為常見半自動縫焊機結構圖。其點焊機的結構與其基本相同,只是焊輪部分為點焊頭,減少了焊輪驅動等部分。鋼桶生產常見電阻焊機有點焊機、縫焊機和凸焊機,其工作原理都是屬于電阻焊。
半自動縫焊機結構原理圖
一般電阻焊設備由三個主要部分組成:
(1)以電阻焊變壓器為主,包括電極及次級回路組成的焊接回路。
(2)由機架和有關夾持工件及施加焊接壓力的傳動機構組成的機械裝置。
(3)能按要求接通電源,并可控制焊接程序中各段時間及調節焊接電流的控制電路。
除了以上基本裝置外,鋼桶用電阻焊機還有一些輔助裝置,如定位裝置、冷卻水裝置等等。新型半自動縫焊機,在機頭部分安裝有Z型搭邊定位導軌和桶徑定位腰鼓輥輪。冷卻水裝置主要用于電極的冷卻,電極的冷卻條件直接影響它的導電率、硬度以及使用壽命。電極在使用過程中,若冷卻強烈,使其散熱良好,不僅能保持其良好的導電率和硬度,同時延長了電極的使用壽命。
下圖為常見全自動縫焊機的結構圖。
全自動縫焊機結構原理圖
全自動縫焊機生產時,剪切好的鋼板在焊機前部自動進料,經卷圓和初步定位后,由推進器沿Z形導軌送入定位滾輪和上下焊輪之間。當幾萬安培的電流通過時,由于桶身搭接處有較高的界面電阻,其熱效應造成局部溫升。隨著溫度的增加,鋼桶內部的電阻迅速上升,兩者相互作用,使得焊接部位的金屬軟化成塑性狀態。此時,在上、下焊輪的壓力作用下,通過勻速直線運動,高頻電流按正弦波作周期的變化,則形成一個個連續的焊點,這樣就在卷圓后的桶身兩側之間,形成一個具有共同晶粒的結合面。在焊縫修正輥的進一步壓力作用下,則形成均勻、緊密、牢固的熔接焊縫,因而能承受翻邊、壓波紋、脹筋和封口過程中的應力,取得理想的工藝效果。
焊接質量與焊機的性能、焊接工藝規范有很大的關系。焊接工藝規范指組成焊接循環過程和決定電阻焊規范特點的參數,主要有焊接電流、焊接壓力、通電時間、電極工作端面幾何形狀和尺寸等。這些參數之間有著密切的關系,可以在相當大的范圍內變化,以便控制焊接質量。為了正確選用規范參數,應掌握各個參數的特點、作用及相互間關系,了解規范選擇、測量及控制的方法。一般來說,參數的選擇,應主要依據焦耳定律來進行。
Q=I2Rt
從上式中可以分析出電阻焊各參數間的相互關系。其中的電阻,與材料的導電率、板厚和電極間的壓力有很大的關系:壓力越大,電阻越小,壓力越小,電阻越大;材料導電率越好,電阻越小,導電率越差,電阻越大。
1、改變焊接電流對焊接的影響。當電流過小時,焊接處不能充分加熱,始終不能達到熔化溫度;增大電流后出現熔化核心,但尺寸過小,仍未焊透;當電流過大時,電流密度提高,使加熱加劇,若核心直徑擴大速度遠遠超過塑性環擴大的速度,就出現飛濺。隨著飛濺的形成,則可能形成深度壓坑、大尺寸縮孔等缺陷,降低了接頭強度。
2、改變電流脈沖持續時間對焊接的影響。當通電時間過短時,只能獲得接觸面的加熱痕跡,不能形成塑性粘連的焊接區,或塑性焊接區很小,不能形成牢固的接頭;當通電時間過長時,核心內液態金屬在電極壓力作用下,有可能突破相對變薄的塑性環,形成飛濺,引起表面過熱、深壓坑、搭邊壓潰等缺陷,使零件表面質量及接頭承載能力大為惡化。
3、電極壓力對焊接的影響。當電極壓力過大時,板件-電極接觸緊密,散熱加強,因而總熱量減少,焊點熔化核心尺寸減小有時會形成未焊透;當電極壓力過小時,板間接觸不良,會引起加熱過急,形成大量焊前飛濺,以至零件燒傷、燒穿。
4、電極端面尺寸對焊接的影響。因為電極決定著電流分布及40%以上熱量的散失,所以電極材料、形狀、冷卻條件及工作端面的尺寸都直接影響著焊點強度。當電極材料、形狀、結構一定時電極端面大將使接觸表面擴大,電流密度降低及散熱能力加強,其結果是使焊透率很快降低。若電流密度和電極壓力還能維持在一定范圍之內,核心直徑d則變化不大。
以上僅從點焊的部分情況來分析焊接工藝參數對點焊質量穩定性的影響。實際上焊接過程各參數間并非是孤立的變化,常常變動一個參數會引起另一個參數的改變,而幾個參數按一定要求各自向不同方向變化,又能調節出具備不同特點,獲得不同加熱效果的規范。
(播放全自動縫焊機工作視頻,英聯邦全自動縫焊機)