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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-11-02 22:51
拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度測(cè)試、金相檢驗(yàn)等是熱軋板材出廠(chǎng)交付前的必要檢測(cè)項(xiàng)目,是評(píng)價(jià)熱軋板材質(zhì)量的重要依據(jù)。傳統(tǒng)試樣的加工工藝采取的是人工核對(duì)樣板、編寫(xiě)樣號(hào)、剪切和銑削等加工方式,這種方式不僅效率低而且存在試樣編號(hào)、方向、尺寸等易出錯(cuò)的問(wèn)題。北京首鋼股份有限公司的楊志權(quán)、張廣治、趙乃勝等研究人員通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分解,制定了相對(duì)應(yīng)的試樣標(biāo)示、項(xiàng)目類(lèi)型、尺寸及位置代碼規(guī)則定義,結(jié)合自動(dòng)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)板材試樣的自動(dòng)加工、自動(dòng)試驗(yàn),提高了試樣加工和檢測(cè)的效率及精度,避免了人為錯(cuò)誤,滿(mǎn)足了試樣檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性及溯源性要求。
熱軋板材全自動(dòng)智能檢測(cè)線(xiàn)的主要設(shè)備包括激光切割機(jī)、多功能加工中心、全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)、關(guān)節(jié)機(jī)器人等,配套了先進(jìn)的視覺(jué)識(shí)別、定位碼放、智能料倉(cāng)、尺寸測(cè)量等裝置,并與產(chǎn)銷(xiāo)一體化、LIMS(實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)管理專(zhuān)用系統(tǒng))無(wú)縫銜接。特有的集成管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)試樣分揀、激光切割、精加工以及拉伸檢測(cè)全流程自動(dòng)化,提升熱軋板卷的試樣加工能力、檢測(cè)效率和質(zhì)量管控水平。全自動(dòng)加工檢測(cè)流程圖如圖1所示。

1自動(dòng)化技術(shù)在熱軋成品檢驗(yàn)中應(yīng)用的必要性
1.1 提高試樣制備的安全可控程度
熱軋成品的力學(xué)性能檢測(cè)試樣制備需要機(jī)械加工設(shè)備,然而機(jī)械加工設(shè)備經(jīng)常發(fā)生安全事故。這些事故發(fā)生的原因是多方面的,如:操作人員的安全意識(shí)薄弱、設(shè)備不安全、管理不到位和環(huán)境的影響等。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)配套的防護(hù)圍欄及安全門(mén)、安全光柵,控制自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)動(dòng)等可以降低事故發(fā)生的概率。
1.2 提高試樣的加工和檢測(cè)效率
拉伸試樣的加工與檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)步驟:① 使用剪板機(jī)(厚度小于10mm的材料)或鋸床(厚度不小于10 mm 的材料)分切出毛坯樣;②使用立式銑床加工兩個(gè)側(cè)面;③雙開(kāi)肩加工平行長(zhǎng)度部分;④使用自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)和手動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。
彎曲試樣的加工與檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)以下3個(gè)步驟:①使用剪板機(jī)(厚度小于10mm材料)或鋸床(厚度不小于10mm材料)分切出毛坯樣;②使用立式銑床加工兩個(gè)側(cè)面;③使用手動(dòng)彎曲試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。
沖擊試樣加工與檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)以下9個(gè)步驟:①使用剪板機(jī)(厚度小于10mm材料)或鋸床(厚度不小于10mm材料)分切出毛坯樣;②使用立式銑床加工兩個(gè)側(cè)面;③轉(zhuǎn)移樣號(hào),樣號(hào)字頭朝向軋制面(關(guān)系到開(kāi)槽,開(kāi)V型槽要沿厚度方向),使用立式銑床去除厚度;④使用鋸床分切出3個(gè)小樣;⑤使用立式銑床加工每個(gè)小樣的兩個(gè)側(cè)面;⑥使用平面磨床磨四面,保證表面粗糙度小于5μm;⑦使用拉床加工V型槽;⑧抽查V型槽的深度及角度;⑨使用自動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)或手動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。
硬度試樣加工和檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)步驟;①使用剪板機(jī)(厚度小于10mm 材料)或鋸床(厚度不小于10 mm 材料)分切出毛坯樣;②使用立式銑床加工兩個(gè)側(cè)面;③在金相制樣室進(jìn)行磨拋;④使用手動(dòng)布氏硬度計(jì)、手動(dòng)洛氏硬度計(jì)、手動(dòng)維氏硬度計(jì)或自動(dòng)維氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試。
這些工藝存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在:①所有試樣均為人工加工,工作時(shí)間長(zhǎng),勞動(dòng)效率低;②加工流程復(fù)雜,核對(duì)試樣、剪切、鋸切、銑、開(kāi)口等各環(huán)節(jié)對(duì)樣號(hào)的控制困難,需多次核對(duì)試樣,不便于試樣的過(guò)程質(zhì)量控制;③由于均為人工加工,且加工設(shè)備比較陳舊,因此存在試樣的加工精度偏差和波動(dòng)大的問(wèn)題,影響檢測(cè)精度;④對(duì)于高強(qiáng)鋼,如鋸片鋼,因其合金含量較高,且硬度大,現(xiàn)在的加工設(shè)備存在能力不足的問(wèn)題;⑤試樣標(biāo)記全部為手動(dòng)打號(hào)。
自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于:①可以滿(mǎn)足熱軋板卷的加工和檢測(cè)需求,單批試樣檢測(cè)周期實(shí)現(xiàn)了從小時(shí)級(jí)到分鐘級(jí)的跨越,平均檢測(cè)時(shí)間縮短近40%,為加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)提供了有力的支撐;②自動(dòng)化系統(tǒng)集樣料的識(shí)別、分揀、切割、加工、檢測(cè)等環(huán)節(jié)于一體,全流程“一鍵式”操作,控制閉環(huán)、無(wú)人干預(yù),且試樣加工精度由±0.1mm提高到±0.02mm,更好地滿(mǎn)足了高端客戶(hù)對(duì)質(zhì)量的要求;③現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)條件及作業(yè)環(huán)境得到改善,全流程設(shè)備設(shè)施均配套安全連鎖防護(hù)裝置,有效提升了安全管理水平;④ 形成了一批可示范、可復(fù)制、可推廣的熱軋板卷試樣的加工、檢測(cè)等先進(jìn)制造技術(shù),成為自動(dòng)化、信息化、智能化技術(shù)集成應(yīng)用的行業(yè)示范項(xiàng)目。
2自動(dòng)化技術(shù)在熱軋成品檢驗(yàn)中的應(yīng)用方向
提高熱軋成品物理性能檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)備的工作效率,實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電氣自動(dòng)化的結(jié)合是當(dāng)前理化檢驗(yàn)行業(yè)內(nèi)的共識(shí)。自動(dòng)化技術(shù)就相當(dāng)于理化檢驗(yàn)行業(yè)的一場(chǎng)機(jī)械改革,只有牢牢抓住這個(gè)改革機(jī)遇,企業(yè)才能有更好的發(fā)展、更光明的未來(lái)。在面對(duì)一場(chǎng)改革時(shí),企業(yè)一般猶豫不決,但是未來(lái)理化檢驗(yàn)行業(yè)的發(fā)展方向就是建設(shè)一套完整的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,實(shí)現(xiàn)加工、檢測(cè)一體化,將精密的電子信息控制技術(shù)應(yīng)用在理化檢驗(yàn)行業(yè)中,切實(shí)提高企業(yè)的工作效率和安全控制。接下來(lái)具體分析自動(dòng)化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)物理性能檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用實(shí)例。
2.1 集中管控系統(tǒng)技術(shù)
管控系統(tǒng)與自動(dòng)分揀上料單元、激光切割下料單元、復(fù)合精加工單元、全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)單元進(jìn)行信息交互、指令收發(fā),實(shí)現(xiàn)試料、坯料及試樣的檢驗(yàn)任務(wù)分配及全流程狀態(tài)跟蹤。管控系統(tǒng)具有質(zhì)量檢驗(yàn)相關(guān)規(guī)則的維護(hù)、匹配功能;具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析,以及安全、可靠的連鎖控制功能。
集中管控系統(tǒng)包括:任務(wù)分配跟蹤系統(tǒng)、工藝規(guī)則配置系統(tǒng)、一級(jí)PLC(可編程邏輯控制器)控制系統(tǒng)、設(shè)備管控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等。根據(jù)LIMS委托和來(lái)樣信息,集中管控系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)規(guī)則自動(dòng)編排加工、檢測(cè)工藝流程,進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬、直觀(guān)顯示;集中管控系統(tǒng)具有人工干預(yù)、調(diào)整功能,支持人工新增加急、科研等任務(wù),支持對(duì)所有待執(zhí)行任務(wù)進(jìn)行查詢(xún)、調(diào)整、刪除操作,可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)明細(xì)定制化流程,對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)生成或人工創(chuàng)建的加工、檢測(cè)任務(wù)統(tǒng)一進(jìn)行管理,并實(shí)現(xiàn)單條任務(wù)執(zhí)行的全流程跟蹤,實(shí)時(shí)顯示任務(wù)明細(xì)和待處理狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵裝備工作狀態(tài)及試樣傳遞位置的動(dòng)態(tài)跟蹤,下發(fā)上料、下料、碼放、收集等指令,實(shí)現(xiàn)試樣(含廢料、殘樣)的全流程跟蹤、管理,確保加工、檢測(cè)全流程信息的可追溯性。
系統(tǒng)設(shè)有報(bào)警機(jī)制,執(zhí)行任務(wù)時(shí)間超過(guò)限定時(shí)長(zhǎng)或某個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)法正常按照計(jì)劃要求工作時(shí),執(zhí)行報(bào)警工作,人工確認(rèn)后可以切換工作模式,調(diào)整工藝路線(xiàn)。集中管控系統(tǒng)可對(duì)任務(wù)執(zhí)行進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,不斷優(yōu)化工藝模型,確保生產(chǎn)效率的最大化;其可對(duì)激光切割機(jī)、精加工中心、拉伸試驗(yàn)機(jī)、自動(dòng)分揀上料機(jī)器人、激光切割下料機(jī)器人、精加工上下料機(jī)器人、拉伸試驗(yàn)上料機(jī)器人以及相應(yīng)的視覺(jué)識(shí)別、等待位、轉(zhuǎn)出位、廢料輸出裝置等設(shè)備設(shè)施的工藝邏輯、控制規(guī)則進(jìn)行配置和調(diào)整。
系統(tǒng)可顯示各個(gè)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)(包含工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)),結(jié)合實(shí)際加工和檢測(cè)信息,對(duì)設(shè)備運(yùn)行效率進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)、分析。對(duì)各個(gè)單元和設(shè)備設(shè)施的電氣、潤(rùn)滑、液壓等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,部分設(shè)備出現(xiàn)故障后可實(shí)現(xiàn)自檢功能、故障報(bào)警、故障類(lèi)型和故障點(diǎn)信息提示,便于故障點(diǎn)的查找和維修。出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)將故障設(shè)備停運(yùn);如果下道工序設(shè)備出現(xiàn)故障,上道工序設(shè)備正常運(yùn)行,則試樣從人工位輸出并有相應(yīng)提示,任何單體設(shè)備故障不得影響其他子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所有設(shè)備設(shè)施具有單體控制、調(diào)試功能,方便日常維修以及校準(zhǔn)、檢定。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有安全、可靠的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析功能,可對(duì)試樣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、梳理、歸檔存儲(chǔ),便于試樣制樣溯源。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還可優(yōu)化檢測(cè)結(jié)果報(bào)出流程,根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行數(shù)值比對(duì)、報(bào)警,自動(dòng)審核、上傳。
2.2 自動(dòng)激光切割技術(shù)
全自動(dòng)激光切割系統(tǒng)配備功率為6000W的激光器,可伸縮式試樣臺(tái),試樣識(shí)別分揀、小樣放置平臺(tái),設(shè)備除塵、水冷系統(tǒng)等。通過(guò)接收總控系統(tǒng)下達(dá)的切割指令和切割圖形,該系統(tǒng)可完成試樣形狀、尺寸、位置等信息的匹配,快速完成不同試樣的切割任務(wù)。視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別切割試樣的位置,分揀機(jī)械手逐個(gè)抓取至指定位置。帶可視系統(tǒng)的分揀機(jī)器人將拉伸和彎曲試樣按種類(lèi)分揀到加工中心區(qū)域的放樣平臺(tái)上,根據(jù)切割指令,自動(dòng)將其他檢驗(yàn)項(xiàng)目的試樣分配到交替式料盒中,將試樣按用途分類(lèi),人工取走試樣進(jìn)行下一步檢驗(yàn)。整臺(tái)設(shè)備滿(mǎn)足GB/T 2975—2018 《鋼及鋼產(chǎn)品 力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》、GB/T 228.1—2010 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求。
整個(gè)子系統(tǒng)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7247.14—2012《激光產(chǎn)品的安全 第14部分:用戶(hù)指南》執(zhí)行任務(wù),防護(hù)等級(jí)按照4類(lèi)激光防護(hù);依靠可變化承托式夾具承托不同規(guī)格的樣板,設(shè)備可根據(jù)來(lái)料信息厚度、切割信息等指令,適應(yīng)毛坯試樣的來(lái)料尺寸,以保證試樣切割尺寸的準(zhǔn)確度。高速響應(yīng)的激光功率坡調(diào)可保證拐角及尖角的切割質(zhì)量;插補(bǔ)補(bǔ)償功能保證直線(xiàn)、圓弧插補(bǔ)和割縫補(bǔ)償,保證切割工件的成品率;特有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可按照管控系統(tǒng)指令切割的材料及其厚度,控制器自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出切割參數(shù),提高了加工的靈活性;系統(tǒng)有具體的報(bào)警信息并附帶故障處理方法。
2.3 復(fù)合精加工中心技術(shù)
全自動(dòng)復(fù)合精加工中心是建設(shè)一條薄規(guī)格試樣物理性能的全自動(dòng)加工、檢測(cè)系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由一臺(tái)全自動(dòng)機(jī)床與機(jī)械手組成,通過(guò)單元自動(dòng)化系統(tǒng)與總控自動(dòng)化系統(tǒng)高度結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了試樣從下料到成品加工的全過(guò)程控制和加工。全自動(dòng)拉伸試樣加工系統(tǒng)集成了1臺(tái)多功能板材試樣加工中心、1臺(tái)機(jī)械手、多個(gè)緩存平臺(tái)與測(cè)量設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸試樣、彎曲試樣、金相試樣、硬度試樣的精加工及切邊加工,消除熱影響區(qū)。機(jī)械手將試樣放入拉伸加工中心指定工位,自動(dòng)夾持緊固,試樣的加工信息通過(guò)上位控制系統(tǒng)傳入拉伸加工中心,拉伸加工中心根據(jù)上位控制系統(tǒng)傳入的指令和信息對(duì)材料進(jìn)行確認(rèn),確認(rèn)完成后,加工中心自動(dòng)根據(jù)指令調(diào)用相關(guān)程序完成材料的加工,加工完成后,試樣由機(jī)械手取樣輸送至下料中轉(zhuǎn)托盤(pán),準(zhǔn)備進(jìn)行試驗(yàn)。
整套設(shè)備對(duì)試樣加工均滿(mǎn)足GB/T 2975—2018、GB/T 228.1—2010、GB/T 229—2007 《金屬材料夏比沖擊試驗(yàn)方法》、GB/T 5313—2010 《厚度方向性能鋼板》、ASTM A370—2017 《鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》、ASTM E8—2016 《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》、ASTM E23—2018《金屬材料缺口試樣標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)方法》等的相關(guān)要求。
2.4 自動(dòng)拉伸試驗(yàn)技術(shù)
通過(guò)管控系統(tǒng)信息指令,全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)將需要進(jìn)行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī),機(jī)器人把加工好的試樣放置到拉伸試驗(yàn)機(jī)暫存臺(tái),自動(dòng)拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試樣信息進(jìn)行掃碼復(fù)核,自動(dòng)識(shí)別試樣字串碼,自動(dòng)匹配檢測(cè)管控系統(tǒng)中相對(duì)應(yīng)的試樣信息。自動(dòng)抓取試樣,并通過(guò)3點(diǎn)測(cè)量試樣的截面尺寸,上樣對(duì)中裝置自動(dòng)將試樣送到拉伸試驗(yàn)機(jī)上,自動(dòng)按設(shè)定程序進(jìn)行拉伸試驗(yàn),自動(dòng)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,自動(dòng)上傳試驗(yàn)結(jié)果到管控系統(tǒng),管控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)比數(shù)據(jù)是否合格,將不合格的殘樣放置在不合格殘樣收集盒內(nèi),管控系統(tǒng)報(bào)警提示,人工處理。
3熱軋成品檢驗(yàn)中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展前景
自動(dòng)化技術(shù)與熱軋成品力學(xué)性能試樣加工、檢測(cè)設(shè)備的融合應(yīng)用已經(jīng)是大勢(shì)所趨。在未來(lái),智能自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步融合到力學(xué)性能檢驗(yàn)設(shè)備的生產(chǎn)研究中。隨著人工的減少,鋼鐵企業(yè)需要探索設(shè)備維修和故障診斷,重視培養(yǎng)維修人員的專(zhuān)業(yè)技能,提高自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的維護(hù)程度,因?yàn)閾p失一臺(tái)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備就會(huì)影響試樣的檢測(cè)進(jìn)度和工作效率。同時(shí),還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化傳感器的研究,提高系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

來(lái)源:理化檢驗(yàn)物理分冊(cè)