一種高精度鋼材批量標點機

張樹養

(三鋼閩光股份有限公司 質量計量部, 三明 365000)

2022年國內的鋼產量已經突破108t，鋼廠出廠檢測、質檢站檢測、工程項目檢測等環節都需要對鋼材進行拉伸性能測試，而原始標距是鋼材拉伸試驗中必不可少的一個過程。行業內多數采用的是機械標點機進行標距，但機械標點機存在效率低、標距數據易失真、不滿足GB/T 228.1—2010 《國家金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》的要求等方面的問題。因此，對鋼材進行拉伸試驗時，需要一種更智能、效率更高的批量標點設備來替換老式機械標點機。

基于激光刻線和直線模組共同協調作用[1-4]，筆者研制出了批量試樣金屬表面標距設備，其目的在于克服現在拉伸試驗過程中原始標距遇到的困難。

1 老式機械標點機存在的問題

標點機是鋼材在進行拉伸試驗前，在試樣表面等間距刻出原始標距的一種設備(測試斷后伸長率需要原始標距)[5]。現今的拉伸試驗中，進行原始標距的設備多數為老式機械標點機(見圖1)。

圖1 老式機械標點機宏觀形貌

1.1 效率低

測試人員需先將鋼材試樣按順序地擺放在平臺上，然后在標點機沖頭下方對試樣進行標點。將前面一根試樣卸下后，再將下一根試樣放上并進行打標，所有標點都需按順序一根一根地進行，測試人員需將試樣從打標平臺搬上、卸下，不僅耗費體力，而且打標效率慢，不同規格試樣的打標時間如圖2所示。從圖2可以看出：試樣標點的速率約為20 s/根，尤其是在標距大規格試樣時，不僅時間消耗更長，而且更耗費測試人員的體力。

圖2 不同規格試樣打標時間

1.2 數據容易失真

老式機械標點機的標點原理是：采用機械沖頭對試樣表面進行機械撞擊，依據形成的“凹坑”進行標點。機械沖頭是易損件，多次撞擊后易磨損使打標距離發生偏差，導致試驗數據失真。老式機械標點機的精度變化率隨時間的變化趨勢如圖3所示，由圖3可知：老式機械標點機在使用30 d后，其精度變化率已經超出了標準GB/T 228.1—2010的要求(≤1%)。

圖3 精度變化率隨時間的變化趨勢

1.3 未能完全滿足標準要求

老式機械標點機的機械沖頭對試樣表面機械撞擊形成“凹坑”，對試樣表面造成了機械損傷(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記”的要求。

圖4 試樣表面“凹坑”的宏觀形貌

2 新型批量標點機

2.1 批量標點機結構及功能

圖5為新型批量標點機的結構，其中：1為激光發生器，用于產生一定功率的激光光束；2為工控機，用于控制激光器的動作、移動機構在x軸和y軸方向上的移動；3為機構框架，用于支撐設備結構；4為y軸移動機構，用于帶動激光頭沿y軸移動；5為x軸移動機構，用于帶動y軸移動機構沿x軸移動；6為激光頭高度調節升降臺，可以自動根據試樣的直徑來調節激光頭與試樣下車上表面的相對高度，使激光焦點始終處于需要操作的試樣表面；7為激光頭，是設備主要工作部分；8為試樣小車，用于盛放、搬運試樣。

圖5 新型批量標點機的結構示意

2.2 操作步驟

新型批量標點機的具體操作步驟如下所述。

(1) 將需要進行標距操作的同規格試樣放置在試樣小車上，調整試樣位置使其一端緊靠試樣小車內壁，將試樣小車推送至激光頭的工作區域。

(2) 通過電腦輸入試樣相關參數(如鋼種、規格、根數)，選擇標距方案(每條線標距的距離)，調節激光頭高度使激光聚焦于試樣表面。

(3) 按下啟動按鈕開始刻線。

(4) 待所有試樣均完成刻線操作后，設備指示燈閃爍提醒刻線完成。

(5) 將打標完成的試樣移出，推到對應的拉伸試驗機位置，更換試樣小車，繼續打標剩余試樣。

3 新老標點機比較

3.1 提高效率

新型批量標點機采用激光刻線打標，用推車送樣打標一次性可以打標約60根試樣，打標完成后可用推車批量送至對應的試驗機。老式機械標點機需手動一根一根地將試樣搬運上打標平臺，打標結束后再一根一根地將試樣人工搬至試驗機，新型批量標點機的效率比現有老式機械標點機至少提高6倍。

3.2 滿足標準要求

新型批量標點機采用激光刻線技術在試樣表面進行印記，深度僅約為0.02 mm(手動可以擦掉痕跡)，不會形成凹坑，保證試樣表面標記符合GB/T 228.1—2010的要求(見圖6)。

圖6 新型批量標點機刻線外觀

3.3 標點精度更準確

新型批量標點機采用激光刻線[6]，沒有機械磨損，移動采用伺服電機控制，精度可達到0.05 mm,能有效地保證試驗數據的準確性，同時還可以保持長久的精度穩定性(見圖7)。

圖7 新老標點機精度變化率隨時間變化對比

3.4 適用性強

新型批量標點機既可以在實驗室單獨使用，也可以將推車送樣改成軌道推車送樣或AGV(自動引導小車)送樣，實現從一端進入標距，標距結束后從另一端移出，全程無人的全自動化流水線操作。

4 結論

新型批量標點機利用激光高刻線精度和伺服電機的高精度(精度達0.001 mm)移動距離控制的特點，使設備在打標效率、精度控制上實現了大幅度提高，有效地改善了老式機械標點機現有的問題。