Plieno karšto štampavimo formų restauravimo, pritaikant suvirinimo ...

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

MECHANIKOS FAKULTETAS

MEDŽIAGOTYROS IR SUVIRINIMO KATEDRA

Tomas Mikočiūnas

PLIENO KARŠTO ŠTAMPAVIMO FORMŲ RESTAURAVIMO,

PRITAIKANT SUVIRINIMO ROBOTĄ, KONCEPCIJOS SUKŪRIMAS IR

ĮGYVENDINIMAS

THE CREATION AND IMPLEMENTATION OF THE CONCEPTION OF

HOT FORGING STEEL FORMS RESTORATION USING WELDING

ROBOT

Baigiamasis magistro darbas

Medžiagų ir suvirinimo inžinerijos studijų programa, valstybinis kodas 621H70005

Gamybos inžinerijos studijų kryptis

Vilnius, 2016




TVIRTINU

Katedros vedėjas ______________________

(Parašas) ____________________

(Vardas, pavardė) ______________________

(Data)

Tomas Mikočiūnas

PLIENO KARŠTO ŠTAMPAVIMO FORMŲ RESTAURAVIMO,

PRITAIKANT SUVIRINIMO ROBOTĄ, KONCEPCIJOS SUKŪRIMAS IR

ĮGYVENDINIMAS

THE CREATION AND IMPLEMENTATION OF THE CONCEPTION OF

HOT FORGING STEEL FORMS RESTORATION USING WELDING

ROBOT

Baigiamasis magistro darbas

Medžiagų ir suvirinimo inžinerijos studijų programa, valstybinis kodas 621H70005


Vadovas _________________________ ____________ __________ (Moksl. laipsnis/pedag. vardas, vardas, pavardė) (Parašas) (Data)

Lietuvių kalbos konsultantas _________________________ ____________ __________ (Moksl. laipsnis/pedag. vardas, vardas, pavardė) (Parašas) (Data)

Vilnius, 2016




TVIRTINU

Katedros vedėjas

_________________________

(parašas)

___Irmantas Gedzevičius____

(vardas, pavardė)

2014-12-04

BAIGIAMOJO MAGISTRO DARBO

UŽDUOTIS

2014-12-04 Nr. ...............

Vilnius

Studentui (ei) Tomui Mikočiūnui ( vardas, pavardė )

Baigiamojo darbo tema Plieno karšto štampavimo formų restauravimo, pritaikant suvirinimo

robotą, koncepcijos sukūrimas ir įgyvendinimas

patvirtinta 2014 m. 12 mėn. 04 d. dekano įsakymu Nr. 294-me

Baigiamojo darbo užbaigimo terminas 2016 m. 05 mėn. 31 d.

BAIGIAMOJO DARBO UŽDUOTIS:

Karšto štampavimo formos lydinio restauravimo galimybių analizė, siekiant nustatyti optimalią

suvirinimo technologiją. Optimizuoti karšto štampavimo formos restauravimo technologiją. Roboto

programavimas ir suvirinimo technologijos tyrimai pritaikant robotą, karšto štampavimo formų

restauravime.

Baigiamojo darbo rengimo konsultantai:

lekt. A. Žemienė

..........................................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................................... (vardas, pavardė , mokslinis laipsnis ir vardas)

Vadovas ................................ doc. dr. Irmantas Gedzevičius

( parašas ) (vardas, pavardė , mokslinis laipsnis ir vardas )

Užduotį gavau

…………………………………..

(parašas)

Tomas Mikočiūnas

(vardas, pavardė)

…………2014-12-04…………...

Technologijos mokslo sritis

Mechanikos mokslo kryptis


Medžiagų ir suvirinimo inžinerijos studijų programa, valst. kodas 621H70005

Vilniaus Gedimino technikos universitetasMechanikos fakultetasMedžiagotyros ir suvirinimo katedra

ISBN ISSNEgz. sk. .........Data ..........-.....-.....

Antrosios pakopos studijų Medžiagų ir suvirinimo inžinerijos programos magistro baigiamasis darbas 4

Pavadinimas Plieno karšto štampavimo formų restauravimo, pritaikant suvirinimo robotą, koncepcijos sukūrimas irįgyvendinimas

Autorius Tomas MikočiūnasVadovas Irmantas Gedzevičius

Kalba: lietuvių

Anotacija Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamas plienų karšto štampavimo formos restauravimas. Atlikti svarbūs bandymai ir tyrimai:pramoninio roboto programavimas, režimų parinkimas, formos medžiagos analizė, šilumos pasiskirstymo tyrimas naudojant skirtingaspadėklines detales baigtinių elementų metodu (BEM). Išanalizuoti gauti tyrimo bei analizės rezultatai, teikiamos išvados ir tolimesnės rekomendacijos. Darbą sudaro 5 dalys: įvadas, karšto štampavimo procesui naudojamų medžiagų bei įrangos apžvalga ir analizė, universalauspramoninio roboto programavimas, suvirinimo technologijos tyrimai, išvados, literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 56 p. teksto, 42 iliustr., 17 lent., 27 bibliografiniai šaltiniai.

Prasminiai žodžiai: padėklinės detalės, režimas, suvirinimo robotas, štampavimo forma.

Vilnius Gediminas Technical UniversityFaculty of MechanicsDepartment of Materials Science and Welding

ISBN ISSNCopies No. .........Date ..........-.....-.....

Master Degree Studies Materials and Welding Engineering study programme Master Graduation Thesis 4

Title The Creation and Implementation of the Conception of Hot Forging Steel Forms Restoration usingWelding Robot

Author Tomas MikočiūnasAcademic supervisor Irmantas Gedzevičius

Thesis language: Lithuanian

Annotation In the final master thesis analyzes hot forging steel forms restoration. There are completed important testing and research: theprogramming of industrial robot, mode selection, steel forms material analysis, research of heat distribution using different palletplates in a finite element method (FEM). The results of research are analyzed which helps to make conclusions and further recommendations. Structure of work: introduction, literature review and analysis, versatile industrial robot programming, welding and materialsresearch, conclusions, references. Thesis consist of – 56 p. text, 42 pictures, 17 tables, 27 bibliographical entries.

Keywords: pallet plates, mode, welding robot, hot forging steel form.

Vilniaus Gedimino technikos universitetoegzaminų sesijų ir baigiamųjų darbų rengimobei gynimo organizavimo tvarkos aprašo

2 priedas

(Baigiamojo darbo sąžiningumo deklaracijos forma)


Tomas Mikočiūnas, 20062971 (Studento vardas ir pavardė, studento pažymėjimo Nr.) Mechanikos fakultetas (Fakultetas) Medžiagų ir suvirinimo inžinerija, SIfm-14 (Studijų programa, akademinė grupė)

BAIGIAMOJO DARBO (PROJEKTO)

SĄŽININGUMO DEKLARACIJA

2016 m. gegužės 30 d.

Patvirtinu, kad mano baigiamasis darbas tema „Plieno karšto štampavimo formų restauravimo, pritaikant

suvirinimo robotą, koncepcijos sukūrimas ir įgyvendinimas“ patvirtintas 2014 m. gruodžio 04 d. dekano potvarkiu

Nr. 294me, yra savarankiškai parašytas. Šiame darbe pateikta medžiaga nėra plagijuota. Tiesiogiai ar netiesiogiai

panaudotos kitų šaltinių citatos pažymėtos literatūros nuorodose.

Parenkant ir įvertinant medžiagą bei rengiant baigiamąjį darbą, mane konsultavo mokslininkai ir specialistai:

doc. dr. Irmantas Gedzevičius. Mano darbo vadovas doc. dr. Irmantas Gedzevičius.

Kitų asmenų indėlio į parengtą baigiamąjį darbą nėra. Jokių įstatymų nenumatytų piniginių sumų už šį darbą

niekam nesu mokėjęs (-usi).

Tomas Mikočiūnas (Parašas) (Vardas ir pavardė)

7

TURINYS

LENTELIŲ SĄRAŠAS ....................................................................................................................... 8

PAVEIKSLŲ SĄRAŠAS .................................................................................................................... 9

ĮVADAS.............................................................................................................................................11

1. KARŠTO ŠTAMPAVIMO PROCESUI NAUDOJAMŲ MEDŽIAGŲ BEI ĮRANGOS

APŽVALGA IR ANALIZĖ............................................................................................................... 12

1.1. Karšto štampavimo formos medžiagos analizė.............................................................. 12

1.2. Suvirinimo medžiagų analizė......................................................................................... 13

1.3. Suvirinimo procesų analizė............................................................................................ 15

1.4. Apsauginių suvirinimo dujų analizė............................................................................... 16

1.5. Suvirinimo režimų parinkimo teorija............................................................................. 21

1.6. Pramoninių robotų konstrukcijų analizė......................................................................... 27

1.7. Literatūros šaltinių apžvalgos apibendrinimas............................................................... 32

2. UNIVERSALAUS PRAMONINIO SUVIRINIMO ROBOTO PROGRAMAVIMAS,

SUVIRINIMO TECHNOLOGIJOS TYRIMAI................................................................................ 33

2.1. Tiriamasis objektas........................................................................................................ 33

2.2. Tyrimams naudojama įranga ir medžiagos..................................................................... 33

2.3. Šilumos pasiskirstymo tyrimas naudojant skirtingas padėklines detales baigtinių

elementų metodu (BEM).................................................................................................................... 35

2.4. Režimų parinkimas........................................................................................................ 45

2.5. Cheminės sudėties nustatymas....................................................................................... 46

2.6. Roboto programavimas.................................................................................................. 48

IŠVADOS...........................................................................................................................................54

LITERATŪRA...................................................................................................................................55

PRIEDAI............................................................................................................................................57

8

LENTELIŲ SĄRAŠAS

1.1 lentelė. Tyrimams naudoto plieno klasifikavimas ir taikymas..................................................... 12

1.2 lentelė. Tyrimams naudoto plieno cheminė sudėtis...................................................................... 12

1.3 lentelė. Medžiagos pasauliniai analogai....................................................................................... 12

1.4 lentelė. Suvirinimo vielų savybės................................................................................................. 14

1.5 lentelė. Apsauginių dujų skirstymas............................................................................................. 17

1.6 lentelė. Dujos MIG/MAG suvirinimui......................................................................................... 18

1.7 lentelė. Rekomenduojamos dujos virinant MIG/MAG būdu esant sroviniam metalo pernešimui

lanke................................................................................................................................................... 19

1.8 lentelė. Rekomenduojamos dujos virinant MIG/MAG būdu pernešant metalą lanke trumpais

jungimais............................................................................................................................................ 20

1.9 lentelė. Vielos storio parinkimas.................................................................................................. 21

1.10 lentelė. Režimų priklausomybė nuo vielos skersmens virinant mažaanglį plieną...................... 22

1.11 lentelė. Suvirinimo režimai skirtingiems metalo pernešimo lanke būdams............................... 23

1.12 lentelė. Vielos iškyšos ilgio ir kontaktoriaus gylio parinkimas.................................................. 25

2.1 lentelė. Plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1 charakteristikos naudojamos skaičiavimams..................... 36

2.2 lentelė. Plieno S235 charakteristikos............................................................................................ 37

2.3 lentelė. Vario charakteristikos...................................................................................................... 37

2.4 lentelė. Pasirinkti apvirinimo režimai.......................................................................................... 46

2.5 lentelė. Bandinių ir plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1 cheminės sudėtys............................................. 47

9

PAVEIKSLŲ SĄRAŠAS

1.1 pav. Skirtingi metalo pernešimo būdai lanke priklausomai nuo suvirinimo srovės ir lanko įtampos

virinant mažaanglį plieną 1,2 mm skersmens viela............................................................................. 22

1.2 pav. Dujų debito priklausomybė nuo suvirinimo srovės.............................................................. 23

1.3 pav. Suvirinimo srovės ir vielos tiekimo greičiai suvirinant mažaanglio plieno viela................. 24

1.4 pav. Suvirinimo įtampos įtaka metalo pernešimui lanke virinant MAG būdu skirtingo skersmens

pilnavidure viela................................................................................................................................. 24

1.5 pav. Tūtos skersmens priklausomybė nuo dujų debito................................................................. 25

1.6 pav. Vielos iškyšos ilgis ir kontaktoriaus gylis............................................................................. 25

1.7 pav. Vielos tiekimo greitis ir prilydymo norma virinant mažaanglio plieno viela....................... 26

1.8 pav. Metalo ištaškymo nuostoliai priklausomai nuo suvirinimo srovės ir dujų cheminės

sudėties.............................................................................................................................................. 27

1.9 pav. Robotizuoto suvirinimo veikimo schema............................................................................. 28

1.10 pav. Stačiakampės koordinačių sistemos robotas....................................................................... 29

1.11 pav. Cilindrinės koordinačių sistemos robotas........................................................................... 30

1.12 pav. Sferinės koordinačių sistemos robotas................................................................................ 30

1.13 pav. Polinės koordinačių sistemos robotas................................................................................. 31

1.14 pav. SCARA tipo robotas........................................................................................................... 32

2.1 pav. Flanšo karšto štampavimo forma apvirinta rankiniu lankiniu būdu..................................... 33

2.2 pav. Tyrimams paruoštas bandymų stendas................................................................................. 34

2.3 pav. Karšto štampavimo formų modeliai su skirtingomis padėklinėmis detalėmis..................... 35

2.4 pav. Karšto štampavimo formos modelis sudarytas iš baigtinių elementų................................... 36

2.5 pav. Šiluminio laidumo priklausomybė nuo temperatūros........................................................... 37

2.6 pav. Šiluminio plėtimosi koeficiento priklausomybė nuo temperatūros...................................... 38

2.7 pav. Medžiagos tankio priklausomybė nuo temperatūros............................................................ 38

2.8 pav. Medžiagos specifinės šilumos priklausomybė nuo temperatūros......................................... 39

2.9 pav. Karšto štampavimo formos su padėklu suskirstymas baigtiniais elementais....................... 39

2.10 pav. Pirmasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis............................ 40

2.11 pav. Antrasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis............................ 40

2.12 pav. Trečiasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis........................... 41

2.13 pav. Ketvirtasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis........................ 42

2.14 pav. Penktasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis.......................... 42

2.15 pav. Šeštasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis............................. 43

2.16 pav. Septintasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis........................ 44

10

2.17 pav. Aštuntasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis......................... 44

2.18 pav. Detalės apvirinimas pagal pasirinktus režimus................................................................... 45

2.19 pav. Cheminis analizatorius – Oxford PMI – MASTER PRO................................................... 47

2.20 pav. Štampavimo formos modelio kūrimas................................................................................ 48

2.21 pav. Aplydymo proceso simuliavimo programa......................................................................... 49

2.22 pav. Degiklio kelio parinkimas esant skirtingiems orientavimo į bazinę plokštumą kampams. 49

2.23 pav. Kampo į bazinę plokštumą derinimas sumuliuojant procesą............................................ 50

2.24 pav. Bazinio taško nesutapimas su simuliacijos programa......................................................... 51

2.25 pav. Roboto laisvės laipsnių ašių ribos pasiekimas.................................................................... 51

2.26 pav. Aplydomo sluoksnio nesutapimas su štampavimo formos kontūru.................................... 52

2.27 pav. Technologiniai aplydymo bandymai trimis ėjimais............................................................ 52

2.28 pav. Technologiniai aplydymo bandymai dviem ėjimais........................................................... 53

11

ĮVADAS

Karšto štampavimo formos gaminamos iš legiruotų karščiui atsparių plienų, nes dėl

sudėtingų darbo sąlygų (1000 oC ir daugiau) pasižymi gana trumpu tarnavimo laiku skaičiuojamu

valandomis, o ne dienomis. Formos išdilimas 0,5–1 mm nebeleidžia pagaminti kokybiškos detalės,

todėl formas reikia dažnai restauruoti.

Ta pati forma gali būti restauruojama 20–30 kartų. Iki šiol paplitęs rankinis formos

restauravimas užima daug laiko ir darbuotojo darbo valandų bei priklauso nuo personalo

kvalifikacijos.

Įsisavinus robotizuotą karšto štampavimo formų restauravimo technologiją būtų

sutaupoma daug laiko, medžiagų ir žmogiškųjų išteklių bei pagerėtų atliekamų darbų kokybė. Šiuo

metu atliekamą formų restauravimą rankiniu elektrolankiniu suvirinimo būdu pakeistų inovatyvus,

nestandartinis automatinis robotizuotas suvirinimas apsauginių dujų aplinkoje arba po fliuso

sluoksniu.

Tikslui įgyvendinti darbe atlikti taikomieji moksliniai tyrimai, kurie apima mokslinius

neapibrėžtumus suvirinimo technologijų srityje: suvirinimo vielos tipo naudojimas, optimalaus

apsauginių dujų mišinio nustatymas bei viso technologinio restauravimo proceso tyrimai siekiant

gauti kokybišką robotizuotą formos restauravimo procesą.

Darbo uždaviniai:

Karšto štampavimo formos lydinio restauravimo galimybių analizė, siekiant

išsiaiškinti optimalų suvirinimo procesą.

Rinkoje esančų suvirinimo medžiagų analizė ir parinkimas siekiant optimizuoti

karšto štampavimo formos restauravimą.

Universalaus pramoninio suvirinimo roboto programavimas ir pramoniniai

taikomieji suvirinimo ir medžiagotyros bandymai pritaikant robotą karšto štampavimo formų

restauravimui.

Darbo tikslas – pramoninio suvirinimo roboto pritaikymas karšto štampavimo formų

apvirinime, sukuriant koncepciją ir atliekant taikomuosius tyrimus.

12

1. KARŠTO ŠTAMPAVIMO PROCESUI NAUDOJAMŲ MEDŽIAGŲ BEI

ĮRANGOS APŽVALGA IR ANALIZĖ

1.1. Karšto štampavimo formos medžiagos analizė

Vienas iš svarbiausių apvirinimo etapų yra tinkamas suvirinimo vielos parinkimas, o

tam kad surasti geriausią variantą reikalinga tiksliai patikrinti pagrindinės medžiagos plieną ir jo

savybes. Tyrimams pateiktas ir naudotas plienas – 1.2344 / 4Cr5MoSiV1. Išanalizavus literatūros

šaltinius ir atlikus bandymą cheminės analizės analizatoriumi gauti svarbūs parametrai. Pirmiausia

nustatytas tokio tipo plieno klasifikavimas ir taikymas – aprašytas 1.1 lentelėje, o 1.2 lentelėje

pateikta cheminė sudėtis.

1.1 lentelė. Tyrimams naudoto plieno klasifikavimas ir taikymas

Klasifikavimas : Štampavimo plienas

Taikymas:

Presų formos, slėginis cinko, aliuminio ir magnio lydinių liejimas.

Štampavimo ir presavimo įdėklai esant karštam konstrukcinių plienų

deformavimui.

1.2 lentelė. Tyrimams naudoto plieno cheminė sudėtis

C Si Mn Ni S P Cr Mo V Cu

0,37–0,44 0,9–1,2 0,2–0,5 < 0,4 < 0,03 < 0,03 4,5–5,5 1,2–1,5 0,8–1,1 < 0,3

Žinant cheminę sudėtį ir medžiagos klasifikavimą bei praktinį taikymą, nustatyti šio

plieno pasauliniai analogai (1.3 lentelė).

1.3 lentelė. Medžiagos pasauliniai analogai

JAV Vokietija Anglija Rusija Italija Ispanija

– DIN,WNr BS Ru UNI UNE

H13

T20811

T20813

1.2344

Х40CrMoV5-1

2344

BH13

4Х5МФ1С

UD14

Х40CrMoV5-1-1KU

F.5318

Х40CrMoV5

Kinija Švedija Lenkija Čekija Austrija

GB SS PN CSN ONORM

4Cr5MoSiV1

SM4Cr5MoSV1

2214

2242

L40H5MF

WCLV

19554

W302

13

Nustačius pagrindinės medžiagos paskirtį, cheminę sudėtį ir pasaulinius analogus

galima vykdyti tolimesnes pagalbinių medžiagų analizes.

1.2. Suvirinimo medžiagų analizė

Projektuojant naujas arba remontuojant senas konstrukcijas reikia laikytis keturių

pagrindinių principų: a) konstrukcijos racionalios formos įvertinimas; b) reikalaujamo stiprumo ir

standumo užtikrinimas; c) apvirinamos konstrukcijos technologiškumas; d) gamybos

ekonomiškumas. Visų reikalavimų vienu metu patenkinti praktiškai neįmanoma, ieškoma

kompromiso ir parenkamas optimalus variantas. Svarbiausiu prioritetu turi būti saugus detalės

(konstrukcijos) darbas (Višniakas 2008).

Apvirinimo medžiagos parenkamos pagal tam tikrus kriterijus. Konstruktorius

pirmiausia turi nuspręsti, koks kriterijus tam konkrečiam gaminiui yra esminis. Skirtingiems

kriterijams reikia skirtingų medžiagų savybių. Medžiagų savybės apibūdinamos įvairiomis

charakteristikomis, kurių svarba kiekvienu konkrečiu atveju priklauso nuo medžiagos parinkimo

kriterijaus. Šis priklauso nuo tokio vyraujančio faktoriaus, dėl kurio poveikio objekto elementas gali

prarasti patikimumą (darbingumą) (Višniakas 2008).

Parenkant apvirinimo medžiagą, be pagrindinės funkcijos, kurią turi atlikti ja apvirinama

detalė, būtina įvertinti kai kuriuos kitus veiksnius, turinčios įtakos sėkmingai projektuojamo

elemento eksploatacijai. Patys bendriausi veiksniai yra šie:

apvirinamų medžiagų asortimentas;

apvirinto paviršiaus apdirbamumas;

apvirinto paviršiaus pataisomumas;

apvirinto paviršiaus patikimumas;

apvirinamų medžiagų ir pagrindinio metalo suderinamumas;

darbo aplinka;

apvirinimo kaina (Višniakas 2008).

Pagal pagrindinės medžiagos cheminę sudėtį ir vielos paskirtį, 1.4 lentelėje pateikiami

keli rinkoje esančių suvirinimo vielų variantai.

14

1.4 lentelė. Suvirinimo vielų savybės

Pavadinimas Tipas Paskirtis Cheminė sudėtis

ELGA FILEUR

DUR 603M Miltelinė

Aplydymui skirta metalo

miltelinė besiūlė suvirinimo

viela, legiruota Cr – Mo - W-

V. užtikrinanti atsparumą

trinčiai ir abrazyviniam

poveikiui su vidutinio

stiprumo smūgiais

C Si Mn Cr

0,5 1,3 1,3 5,5

Mo W V S

1,3 1,3 0,3 <0,020

P

<0,020

ELGA FILEUR

DUR 606M Miltelinė

Aplydymui skirta metalo

miltelinė besiūlė

suvirinimo viela, užtikrinanti

atsparumą trinčiai ir

abrazyviniam poveikiui su

vidutinio stiprumo smūgiais

C Si Mn

0,5 0,6 1,5

Cr Mo S

5,5 0,6 <0,025

P

<0,025

MTC MT-650

HB Pilnavidurė

Skirta karščiui atsparių plienų

apvirinimui. Tinkama remonto

darbams ir karščiui atsparių

detalių gamybai, kurių darbinė

temperatūra iki 500 ºC.

Taikymo pavyzdžiai: karšto

kirpimo peiliai, presuotos

formos, liejimo ritiniai ir kt.

C Si Mn

0,35 1,1 0,4

Cr Mo V

5,5 1,2 0,25

W

1,3

MTC MT-2343 Pilnavidurė

Skirta karščiui atsparių plienų

apvirinimui. Tinkama remonto

darbams ir karščiui atsparių

detalių gamybai, kurių darbinė

temperatūra iki 500 ºC.

Taikymo pavyzdžiai: karšto

kirpimo peiliai, presuotos

formos, liejimo ritiniai ir kt.

C Si Mn

0,38 1,0 0,5

Cr Mo V

5,0 1,1 0,5

Suvirinimo viela turi būti parinkta atsižvelgiant į visus nurodytus kriterijus bei kainą.

http://www.suvirinimas.lt/sites/default/files/docs/dur_603m_1.pdf




15

1.3. Suvirinimo procesų analizė

Ekonomiškai naudinga ir tikslinga aplydymą atlikti taikant lankinio suvirinimo procesus

kuriuos galima palyginti nesunkiai automatizuoti ir mechanizuoti. Optimalus rezultatas gali būti

pasiektas naudojant lankinį suvirinimą lydžiu elektrodu inertinių (MIG) arba aktyvių (MAG) dujų

aplinkoje, arba aplydant detales pritaikius suvirinimą nelydžiu volframo elektrodu (TIG) inertinių

dujų aplinkoje. Dėl tam tikrų priežasčių atsisakius pateiktų (MIG/MAG/TIG) procesų, galima būtų

nagrinėti galimybę aplydyti detales lydžiu elektrodu po fliuso sluoksniu (SAW) (Gedzevičius et al.

2009).

Pateikiama suvirinimo procesų privalumų ir trūkumų analizė:

MIG/MAG privalumai:

Procesą lengva vizualiai stebėti ir koreguoti;

Didelis prilydyto metalo kiekis per valandą;

Mažas metalo ištaškymas suderinus sinergetinius režimus;

Didelis aplydymo medžiagų pasirinkimas;

Skirtingų apsauginių dujų naudojimas aplydymo procese;

Galima naudoti aktyvias dujas ir atpiginti proceso savikainą;

Suderinus sinergetinį procesą vizualinė siūlės kokybė nenusileidžia TIG;

Galima naudoti miltelines vielas (LST EN ISO 9692-1:2013).

MIG/MAG trūkumai:

Apsauga nuo elektros lanko poveikio;

Reikia pastoviai valyti tūta nuo purslų (LST EN ISO 9692-1:2013).

TIG privalumai:


Aukšta apvirinimo siūlių kokybė;

Galima naudoti miltelines vielas (LST EN ISO 9692-1:2013).

TIG trūkumai:

Apsauga nuo elektros lanko poveikio;

Mažas prilydomo metalo kiekis per valandą;

Būtina pastoviai galąsti nelydų volframo elektrodą;

16

Brangus papildomai reikalingas vielos tiekimo į suvirinimo zoną mechanizmas,

aplydymo komplekso kainą pakeliantis 50–80 %;

Vielos tiekimo mechanizmas labai apsunkina proceso skaitmeninė modeliavimą;

Yra nelydaus volframo elektrodo užteršimo ir proceso sustabdymo galimybė;

Naudojamos tik inertinės dujos ir jų mišiniai (LST EN ISO 9692-1:2013).

SAW privalumai:


Nereikia apsaugos nuo elektros lanko spinduliuotės;

Nereikia apsauginių inertinių arba aktyvių dujų;

Didelis įvirinimo gylis;

Gera siūlių kokybė (LST EN ISO 9692-2:2000).

SAW trūkumai:

Problematiška procesą valdyti aplydymo metu;

Aplydymas tik žemutinėje padėtyje;

Būtina po suvirinimo šalinti šlaką ir nepanaudotą fliusą;

Galimi defektai proceso pradžioje ir pabaigoje (LST EN ISO 9692-2:2000).

1.4. Apsauginių suvirinimo dujų analizė

Svarbiausia apsauginių dujų funkcija – apsaugoti išlydytą metalą ir įkaitusią medžiagą

nuo žalingo oro poveikio, taip pat sudaryti palankias sąlygas elektros lankui. Be tokios apsaugos

metalas oksiduotųsi, o dėl ore esančio azoto, suvirinimo siūlė būtų porėta. Kiti veiksniai, kuriems

apsauginės dujos turi įtakos, yra suvirinimo greitis, atsparumas korozijai, mechaninės savybės ir

darbo aplinka. Todėl tam tikros apsauginių dujų savybės yra ypač svarbios darbo produktyvumui ir

kokybei (AGA 2016, Elme Messer 2016).

Kiekvienas iš apsauginių dujų komponentų turi savo poveikį. Norint pasiekti optimalų

poveikį, būtinas tikslus sudėtinių dalių santykis (Elme Messer 2016).

Apsauginės dujos – argonas. Daugumos apsauginių dujų pagrindas. Argonas yra

inertinės dujos. Chemiškai neaktyvus (AGA 2016).

Apsauginės dujos – vandenilis. Sumažina oksidaciją ir užtikrina geresnį suvirinimą

(AGA 2016).

17

Apsauginės dujos – helis (He). Taip pat inertinės dujos. Užtikrina geresnį suvirinimą

ir geresnį metalo tekėjimą siūlės vonelėje (AGA 2016).

Apsauginės dujos – anglies dioksidas. Oksiduojančiosios dujos. Naudojamos kaip

priedas, užtikrina lanko stabilumą ir suvirinimo siūlių taisyklingą formą (AGA 2016).

Apsauginės dujos – azotas. Naudojamas kaip priedas, kai atliekami azotu legiruoto

plieno suvirinimo darbai. Didina atsparumą korozijai (AGA 2016).

Dujų skirstymas pagal LST EN ISO 14175:2008 pateiktas 1.5 lentelėje.

1.5 lentelė. Apsauginių dujų skirstymas (LST EN ISO 14175:2008)

Simbolis Sudedamosios dalys, % nuo tūrio

Grupė

Indentifi-

kacinis

Nr.

Oksiduojančios Inertinės Redukuojančios

(dezoksiduo-

jančios) H2

Nereaguo-

jančios N2 CO2 O2 Ar He

R 1

2

Balansas*

Balansas*

0 iki 15

15 iki 50

I

1

2

3

100

–

Balansas

100

0 iki 95

M1

1

2

3

4

0 iki 5

0 iki 5

0 iki 5

0 iki 3

0 iki 3

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

0 iki 5

M2

0

1

2

3

4

5

6

7

5 iki 15

15 iki 25

0 iki 5

5 iki 15

5 iki 15

15 iki 25

15 iki 25

3 iki 10

3 iki 10

0 iki 3

3 iki 10

0 iki 3

3 iki 10

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

M3

1

2

3

4

5

25 iki 50

25 iki 50

5 iki 25

25 iki 50

10 iki 15

2 iki 10

10 iki 15

10 iki 15

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

Balansas*

C 1

2

100

Balansas

0 iki 30

N

1

2

3

4

5

Balansas*

Balansas*

Balansas*

0 iki 10

0 iki 50

100

0 iki 5

5 iki 50

0 iki 5

Balansas * - Argonas gali būti pakeistas iki 95 % heliu.

18

Apsauginės dujos priklauso nuo suvirinamo metalo. Spalvotiems metalams parenkamos

inertinės dujos (dažniausiai Ar), juodiems metalams – mišiniai (Ar + 20 % CO2; Ar + 2 % O2).

Apsauginių dujų naudojimas pagal jų sudėtį ir veikliąsias medžiagas pateiktas 1.6 lentelėje

(Gedzevičius et al. 2009).

1.6 lentelė. Dujos MIG/MAG suvirinimui (LST EN ISO 14175:2008, Gedzevičius et al. 2009)

Apsauginės dujos Cheminės

savybės Pritaikymas

Argonas Inertinės Visi metalai, išskyrus plienus

Helis Inertinės Aliuminio, magnio ir vario lydiniai siekiant

padidinti šilumos įvedimą ir sumažinti porėtumą

Ar + 20–80 % He Inertinės

Aliuminio, magnio ir vario lydiniai siekiant

padidinti šilumos įvedimą ir sumažinti porėtumą

(stabilesnis lankas nei 100 % helio)

Azotas Inertiškos variui Geresnis šilumos įvedimas virinant varį

(naudojama Europoje)

Ar + 25–30 % N2 Inertiškos variui

Geresnis šilumos įvedimas virinant varį

(naudojama Europoje). Stabilesnis lankas nei

virinant 100 % azotu

Ar + 1–2 % O2 Silpnai

oksiduojančios

Nerūdijantys ir anglingi plienai, kai kurie

deoksiduoti vario lydiniai

Ar + 3–5 % O2 Oksiduojančios Anglingi ir mažai legiruoti plienai

CO2 Oksiduojančios Anglingi ir mažai legiruoti plienai

Ar + 20–50 % CO2 Oksiduojančios Įvairūs plienai, dažniausiai virinant trumpais

jungimais

Ar + 10 % CO2 + 5 % O2 Oksiduojančios Įvairūs plienai (Europoje)

CO2 + 20 % O2 Oksiduojančios Įvairūs plienai (Japonijoje)

90 % He + 7,5 % Ar +

2,5 % CO2

Silpnai

oksiduojančios

Ypač atsparūs korozijai nerūdijantys plienai,

virinant trumpais jungimais

60–70 % He + 25–35 % Ar

+ 4–5 % CO2 Oksiduojančios

Mažai legiruoti plastiški plienai, virinant

trumpais jungimais

1.7 lentelėje pateikiamas suvirinimo dujų parinkimas pagal metalo rūšį, kai vykdomas

srovinis metalo pernešimas.

19

1.7 lentelė. Rekomenduojamos dujos virinant MIG/MAG būdu esant sroviniam metalo pernešimui

lanke (LST EN ISO 14175:2008, Gedzevičius et al. 2009)

Metalas Apsauginės dujos Pritaikymas

Aliuminis

Argonas Nuo 0 iki 25 mm storio geras metalo pernešimas ir

lanko stabilumas, mažas ištaškymas

35 % Ar + 65 % He

Nuo 25 iki 76 mm storio didesnis šilumos

įvedimas nei virinant gryno argono aplinkoje, turi

įtakos vonelės savybėms 5XXX serijos Al – Mg

lydiniams

25 % Ar + 75 % He Didesniam nei 76 mm storiui geresnis šilumos

įvedimas, mažesnis porėtumas

Magnis Argonas Geras paviršiaus valymas

Anglingi plienai

Ar + 1–5 % O2

Geresnis lanko stabilumas, skystesnė ir geriau

valdoma skysto metalo vonelė, geresnė siūlės

forma, sumažėja įpjovų tikimybė bei didesnis

suvirinimo greitis nei virinant gryno argono

aplinkoje

Ar + 3–10 % CO2 Gera siūlės forma, mažas ištaškymas, apribojimai

virinant erdvinėse padėtyse

Mažai legiruoti

plienai Ar + 2 % O2 Sumažėja įpjovų tikimybė ir mažesnė rumbelė

Nerūdijantys

plienai

Ar + 1 % O2 Geresnis lanko stabilumas, mažesnė rumbelė ir

geresnė siūlės forma, sumažėja įpjovų tikimybė

Ar + 2 % O2 Didesnis lanko stabilumas ir suvirinimo greitis nei

su 1 % deguonies mišiniu

Varis, nikelis ir

jų lydiniai

Argonas

Maži vonelės metalo paviršiaus įtempimai.

Mažina siūlės metalo takumą virinant iki 3,2 mm

storio metalą

Argonas + Helis Didesnis šilumos įvedimas virinant 50 ir 75 %

helio mišiniu, taip pat didesnė šilumos sklaida

Titanas Argonas

Geras lanko stabilumas, mažas siūlės kontaktas su

oru, būtina siūlės šaknies apsauga inertinėmis

dujomis

20

1.8 lentelėje pateikiamos rekomenduojamos apsauginės dujos pagal metalo tipą, kai

vykdomas metalo pernešimas trumpais jungimais.

1.8 lentelė. Rekomenduojamos dujos virinant MIG/MAG būdu pernešant metalą lanke trumpais jungimais

(LST EN ISO 14175:2008, Gedzevičius et al. 2009)

Metalas Apsauginės dujos Pritaikymas

Anglingi plienai

75 % Ar + 25 % CO2

Mažesniam nei 3,2 mm storiui: didelis

suvirinimo greitis be pradeginimo, mažos

deformacijos ir ištaškymas

75 % Ar + 25 % CO2

Didesniam nei 3,2 mm storiui: mažas

ištaškymas, švarus siūlės paviršius, gera

skysto metalo vonelės kontrolė

vertikalioje ir lubinėje padėtyse

CO2 Didesnis įvirinimo gylis, didesnis

suvirinimo greitis

Nerūdijantys plienai 90 % He + 7,5 % Ar +

2,5 % CO2

Neturi įtakos plienų atsparumo korozijai,

maža terminio poveikio zona, nėra įpjovų,

mažos deformacijos

Mažai legiruoti

plienai

60–70 % He + 25–35 % Ar +

4–5 % CO2

Mažai reaguoja, didelis plastiškumas,

puikus lanko stabilumas, mažas vonelės

paviršiaus įtempimas, mažas ištaškymas

75 % Ar + 25 % CO2

Geras plastiškumas, puikus lanko

stabilumas, mažas vonelės paviršiaus

įtempimas, mažas ištaškymas

Aliuminis, varis,

magnis, nikelis ir jų

lydiniai

Ar ir Ar + He

Argonas puikiai tinka lakštiniam plienui,

argono – helio mišiniai rekomenduojami

metalams nuo 3,2 mm storio

Apsauginės suvirinimo dujos, turi didelę įtaką apvirinimo kokybei, todėl svarbu

pasirinkti tinkamas dujas.

21

1.5. Suvirinimo režimų parinkimo teorija

Suvirinimo režimų algoritmo sudarymas – tai svarbus tyrimas, padedantis nustatyti

tinkamiausius režimus. Buvo pasirinkti standartiniai parametrai:

elektrodinės vielos skersmuo priklauso nuo suvirinamo metalo storio;

suvirinimo srovės stiprumas priklauso nuo gaminio storio ir lašo pernešimo būdo

lanke;

Dujų debitas priklauso nuo suvirinimo srovės;

Vielos tiekimo greitis proporcingas suvirinimo srovės dydžiui;

Lanko įtampa pasirenkama atsižvelgiant į metalo pernešimą lanke ir priklauso

nuo vielos skersmens;

Tūtos skersmenį pasirenkame pagal pučiamų dujų kiekį;

Vielos iškyšos ilgis ir kontaktoriaus gylis parenkamas pagal metalo pernešimą

lanke ir suvirinimo vielos skersmenį;

Šarvo tipas priklauso nuo tiekiamos juo vielos;

Metalo ištaškymo nuostoliai priklauso nuo suvirinimo srovės ir dujų cheminės

sudėties (Gedzevičius et al. 2009).

Elektrodinės vielos skersmuo priklauso nuo suvirinamo metalo storio ir parenkamas

pagal 1.9 lentelę:

1.9 lentelė. Vielos storio parinkimas (Gedzevičius et al. 2009, Naruškevičius 2011)

Vielos skersmuo, mm 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6

Gaminio storis s,

virinant plieną mm 0,6–2 1–3 1,5–4 2 – > 3 – >

Gaminio storis s,

virinant aliuminį, mm 1,5–4 2 – >

Suvirinimo srovės stiprumas priklauso nuo gaminio storio ir lašo pernešimo būdo

lanke (1.1 pav.).

22

1.1 pav. Skirtingi metalo pernešimo būdai lanke priklausomai nuo suvirinimo srovės ir lanko

įtampos virinant mažaanglį plieną 1,2 mm skersmens viela (Gedzevičius et al. 2009)

Iš 1.10 lentelės pagal vielos skersmenį pasirenkamas srovės dydis.

1.10 lentelė. Režimų priklausomybė nuo vielos skersmens virinant mažaanglį plieną (Naruškevičius

2011)

Vielos

skersmuo, mm

Pernešimas trumpais jungimais Srovinis pernešimas

Srovė, A Įtampa, V Srovė, A Įtampa, V

0,8 50–90 16–18 120–160 22–26

1,0 80–150 17–20 180–230 24–30

1,2 110–180 18–22 240–300 26–33

1,6 110–180 18–22 240–300 26–33

Iš 1.11 lentelės pagal vielos skersmenį ir lanko tipą pasirenkamas srovės dydis.

23

1.11 lentelė. Suvirinimo režimai skirtingiems metalo pernešimo lanke būdams (Gedzevičius et al.

2009, Naruškevičius 2011)

Lanko

tipas

Vielos

skersmuo,

mm

Lanko

įtampa,

V

Srovė, A

Vielos

tiekimo

greitis,

m/min

Taikymas

Trumpais

jungimais

0,8

1,0

1,2

14–18

16–19

17–20

50–130

70–160

100–200

2,0–8,0

2,0–6,5

2,0–6,0

Ploni lakštai ir plokštelės,

šaknies virinimas

Lašelinis

0,8

1,0

1,2

18–22

18–24

19–26

110–140

130–180

170–240

6,0–9,0

5,0–7,5

5,0–7,5

Vidutinio storio lakštai,

vertikalios siūlės iš viršaus

žemyn

Srovinis

0,8

1,0

1,2

23–28

24–30

25–32

140–190

180–280

220–340

9,0–14,0

7,5–18,0

6,5–12,0

Stori lakštai, suvirinimas

dideliu greičiu, užpildomieji

siūlės sluoksniai

Impulsinis 1,0

1,2

20–32

22–35

80–280

100–340

3,0–18,0

2,0–12,0 Plačios taikymo ribos

Apsauginių dujų debitas parenkamas pagal 1.2 paveiksle

1.2 pav. Dujų debito priklausomybė nuo suvirinimo srovės (Gedzevičius et al. 2009)

Vielos tiekimo greitis proporcingas suvirinimo srovės dydžiui (1.3 pav.).

24

1.3 pav. Suvirinimo srovės ir vielos tiekimo greičiai suvirinant mažaanglio plieno viela

(Gedzevičius et al. 2009)

Lanko įtampa pasirenkama atsižvelgiant į metalo pernešimą lanke ir priklauso nuo vielos

skersmens (1.4 pav.).

0,6 mm

0,8 mm

1,0 mm

1,2 mm

1,6 mm

1.4 pav. Suvirinimo įtampos įtaka metalo pernešimui lanke virinant MAG būdu skirtingo

skersmens pilnavidure viela (Gedzevičius et al. 2009)

25

Tūtos skersmuo priklauso nuo pučiamų dujų kiekio ir parenkamas pagal grafiką (1.5

pav.).

1.5 pav. Tūtos skersmens priklausomybė nuo dujų debito (Gedzevičius et al. 2009)

Vielos iškyšos ilgis ir kontaktoriaus gylis (1.6 pav.) parenkamas iš 1.12 lentelės.

1.6 pav. Vielos iškyšos ilgis ir kontaktoriaus gylis (Naruškevičius 2011)

1.12 lentelė. Vielos iškyšos ilgio ir kontaktoriaus gylio parinkimas (Naruškevičius 2011)

Suvirinimo lanko tipas

(pernešimas) Vielos iškyšos ilgis k, mm

Kontaktoriaus gylis l, mm

Trumpais jungimais Apie 10 x vielos skersmuo 0–3

Lašelinis pernešimas Apie 8–12 x vielos skersmuo 2–5

Srovinis pernešimas Apie 12–15 x vielos skersmuo 5

26

Šarvo tipas priklauso nuo juo tiekiamos vielos. Mažaanglio plieno vielai

rekomenduojamas metalinis šarvas. Spalvotųjų metalų, nerūdijančių plienų bei miltelinėms vieloms

rekomenduojamas tefloninis šarvas (Gedzevičius et al. 2009, Naruškevičius 2011).

Prilydyto metalo kiekis parenkamas iš 1.7 paveikslo.

1.7 pav. Vielos tiekimo greitis ir prilydymo norma virinant mažaanglio plieno viela (Gedzevičius et

al. 2009)

Metalo ištaškymo nuostoliai (1.8 pav.) priklauso nuo suvirinimo režimo, elektrodinės

vielos skersmens, maitinimo šaltinio charakteristikų bei apsauginių dujų sudėties. Didinant lanko

įtampą, metalo ištaškoma daugiau. Esant mažoms srovėms (del = 1,2–1,6 mm, Is = 100–200 A),

metalas pernešamas trumpais jungimais. Metalo nuostoliai priklauso nuo trumpo jungimo srovės

stiprumo ir jos augimo greičio. Vidutinių srovių diapazone (del = 1,2–1,6 mm, Is = 200–300 A)

gaunamas didžiausias ištaškymas, nes išmetami stambūs lašai. Didelių srovių diapazone (del = 1,2–

1,6 mm, Is = 350–450 A) vyksta smulkialašis srovinis elektrodinio metalo pernešimas. Ištaškymas

šiuo atveju nedidelis (Gedzevičius et al. 2009, Naruškevičius 2011).

27

1.8 pav. Metalo ištaškymo nuostoliai priklausomai nuo suvirinimo srovės ir dujų cheminės sudėties

(Gedzevičius et al. 2009)

Visi šie parametrai padeda greičiau nustatyti tinkamus suvirinimo režimus.

1.6. Pramoninių robotų konstrukcijų analizė

Siekdamas išsilaikyti šiandieninės rinkos sąlygomis, kiekvienas gamintojas yra

priverstas didinti gamybos našumą ir mažinti kaštus. Dauguma paprasto rankų darbo operacijų

išsivysčiusiose šalyse yra nerentabilios, ir toks darbas yra perkeliamas į šalis, kur yra pigesnė darbo

jėga. Tačiau netgi ten tik procesų automatizavimas gali prisidėti prie kokybiškų produktų gamybos.

Investicijos į robotų techniką suteikia galimybę išlaikyti gamybą tose šalyse, kur yra brangesnė darbo

jėga, ir patobulinti produktų kokybę. Robotai gali atlikti varginančius ir netgi pavojingus darbus.

Todėl naudojant robotus galima išlaikyti kvalifikuotą darbo jėgą ir apsaugoti darbuotojų sveikatą

(Newcut 2015).

Atsižvelgiant į naudojimo įvairiapusiškumą ir lankstumą galima naudoti ir darbams

automobilių pramonėje, ir kitose ūkio šakose. Svarbiausias elementas, kurį kalbant šiuo kontekstu

būtina paminėti, yra veiksmingas elektros lanko panaudojimo koeficientas. Šis koeficientas – tai

lanko degimo laiko ir bendrojo laiko, būtino visoms siūlėms atlikti, santykis. Priimama, kuo

koeficientas yra didesnis, tuo suvirinimo procesas yra veiksmingesnis. Skaičiuojama, kad suvirinant

rankiniu būdu šis koeficientas siekia apie 20 %, o suvirinant pramoniniu robotu gali siekti net 70 %.

Skirtumas yra suvirinimo būdo padarinys. Suvirinant rankiniu būdu siūlė daroma atkarpomis, kurios

ilgis nuo kelių iki maždaug 0,5 metro ilgio. Tai lemia būtinybė suvirintojui keisti padėtį suvirinamos

28

detalės atžvilgiu ir faktas, kad suvirintojas retkarčiais ilsisi. Suvirinant, kai naudojamas robotas, siūlė

atliekama per visą ilgį nepertraukiamai (Learn about robots 2015).

Taip pat būtina atkreipti dėmesį į galimybę kontroliuoti suvirinimo procesą naudojant

robotizuotas sistemas. Tais atvejais, kai pramoninio roboto technologija derinama su suvirinimo

šaltinio technologija (1.9 pav.), yra galimybė naudoti papildomas funkcijas, kurios yra

bendradarbiavimo rezultatas. Omenyje turimas dvikryptis duomenų tarp roboto ir suvirinimo šaltinio

keitimosi būdas. Be to, yra svarbu, kad anksčiau minėti procesai labai sumažina atplaišų kiekį per

visą srovės diapazoną nuo 40 iki 450 A, dėl ko labai sumažėja būtinybė valyti baigus suvirinimą. Taip

pat verta paminėti, kad dėl robotų pasiekiamas pakartojamumas sumažina suvirinimo neatitikimų

(defektų) kiekį ir kartu sumažina broko ar taisymų skaičių (Newcut 2015, Learn about robots 2015).

1.9 pav. Robotizuoto suvirinimo veikimo schema (Newcut 2015)

Nuo automatiškai valdomų robotų judesių dinamikos kokybės dažnai priklauso tokių

robotų praktinis pritaikymas, įdiegimas ir sėkmingas eksploatavimas. Kelių laisvės laipsnių sukamojo

ir slenkamojo judesio robotų kinematikos skaičiavimo išraiškose esančios aukštos eilės netiesinės

diferencialinės lygtys yra labai sudėtingos. Todėl tirti roboto judesių dinamiką dar ir šiandien labai

aktualu. Roboto judesių dinamiką galima tirti ir pavaizduojant judesio dinamiką erdvėje (Robotics

Online 2015).

Kompiuteriu atlikus parengiamuosius kinematikos ir dinamikos skaičiavimus ir

sukaupus pakankamą duomenų bei specialių žinių banką, galima vizualizuoti projektuojamų objektų

judesius realiuoju laiku. Tą leistų padaryti šiuolaikinės ekspertinės sistemos, duomenų gavybos ir

dirbtinio intelekto priemonės ir metodai, tačiau vieningų standartų nebuvimas ir konkrečių atvejų

29

sudėtingumas (didelis darbo imlumas, o kartais ir kvalifikacijos trūkumas) neskatina projektuotoją

imtis šio darbo (Mitka 2004, Robotics Online 2015).

Pramoninių robotų skirstymas pagal mechaninę konstrukciją:

Stačiakampė koordinačių sistema

(Cartesian/Rectilinear/Gantry) robotai veikiantys stačiakampėje arba Dekarto

koordinačių sistemoje (1.10 pav.). Turi tris tarpusavyje statmenus tiesiaeigius slinkimo judrumo

laipsnius. Roboto darbinė erdvė yra erdvinio lygiagretainio formos. Tokie robotai naudojami tada,

kai reikia aptarnauti didelį plotą ar visoje darbinėje erdvėje dirbti tokiu pačiu tikslumu. Pavyzdžiui,

IBM RS–1, Olivetti Sigma (Epson 2015).

Principinė schema Kinematinė schema Darbo erdvė Pavyzdys

1.10 pav. Stačiakampės koordinačių sistemos robotas (Mitka 2004)

Roboto kinematika Dekarto koordinačių sistemoje. Lengviausia apskaičiuoti slenkamąjį

rankos judesį lygiagrečiai stačiakampės ortogonalinės (Dekarto erdvės) koordinačių sistemos ašims,

kai x = X, y = Y, z = h. Šitaip interpretuojami važinėjantys portalinio krano tipo robotai, kurių darbo

organas turi 3 laisvės laipsnius (Epson 2015).

Cilindrinė koordinačių sistema

Robotai, dirbantys cilindrinėje koordinačių sistemoje (Cylindrical) (1.11 pav.). Turi du

tiesiaeigius slenkamuosius, tarpusavyje statmenus, judrumo laipsnius ir vieną sukimo judrumo

laipsnį. Roboto darbinė erdvė yra vertikalaus cilindro formos. Šie robotai labai patogūs, kai reikia

aptarnauti išdėstytus aplink jį ratu įrenginius. Pavyzdžiui, Verstran 600 (Mitka 2004).

30


1.11 pav. Cilindrinės koordinačių sistemos robotas (Mitka 2004)

Roboto kinematika cilindrinėse koordinatėse. Rankos padėtis Dekarto koordinatėse (x,

y, z) nustatoma kaip posūkio q , aukščio h ir poslinkio r judesių funkcija. Kadangi z ašis sutampa su

roboto vertikaliąja ašimi, be to, x–y plokštuma statmena z ašiai, taigi statmena ir posūkio q ir poslinkio

r kryptimis, todėl z = h, x = r cosq , y = r sinq (Mitka 2004, Epson 2015).

Sferinė koordinačių sistema

Robotai dirbantys sferinėje koordinačių sistemoje (Spherical) (1.12 pav.). Turi vieną

tiesiaeigį slenkamąjį judrumo laipsnį ir du sukamuosius judrumo laipsnius. Sukimosi ašys statmenos

viena kitai. Roboto darbinė erdvė yra nupjautos sferos formos. Pavyzdžiui, Unimate-200B (Mitka

2004, Adept 2015).


1.12 pav. Sferinės koordinačių sistemos robotas (Mitka 2004)

Roboto kinematika sferinėse (poliarinėse) koordinatėse. Rankos judesiai čia susideda iš

posūkio q, posvyrio f (judesio statmenai posūkio q plokštumai) ir poslinkio r. Jei to pakanka rankos

padėčiai nustatyti, tai judesio aprašymui tiesiog perskaičiuojamos (q, f, r) reikšmės. Tačiau, kai reikia

apskaičiuoti (x, y, z) koordinates, reikia atlikti kinematines judesių kintamųjų transformacijas (Adept

2015).

31

Polinė koordinačių sistema

Robotai su trimis sukimo judrumo laipsniais (Articulated/Jointed Spherical/Revolute)

(1.13 pav.). Dviejų judrumo laipsnių sukimosi ašys lygiagrečios tarpusavyje. Trečiojo sukimo

judrumo laipsnio sukimosi ašis statmena kitoms sukimosi ašims. Roboto darbinės erdvės išorę riboja

nupjautos sferos forma. Šis robotas labiausiai panašus į žmogaus ranką – turi petį, žąstą, alkūnę, dilbį

ir riešą. Pavyzdžiui, T3 arba Puma (Epson 2015, Adept 2015).


1.13 pav. Polinės koordinačių sistemos robotas (Mitka 2004)

SCARA

SCARA (Selective Compliance Arm for Robotic Assembly - išrenkanti lanksti ranka

robotizuotam surinkimui) tipo robotas (1.14 pav.). Šis robotas taip pat dirba cilindrinėje koordinačių

sistemoje, tačiau pozicionavimas plokštumoje atliekamas pasukant tarpusavyje susietas dvi

kinematines grandis. Dažniausiai naudojamas surinkimui, dedant objektus plokštumoje. Tikslumas

visoje darbinėje erdvėje yra tas pats. Roboto darbinės erdvės išorę riboja nupjautos sferos forma

(Adept 2015).

32


1.14 pav. SCARA tipo robotas (Mitka 2004)

Gamybos įmonėse pramoniniai robotai naudojami:

ruošiniams ir detalėms pakrauti, gabenti, iškrauti;

metalo pjovimo staklių įrankiams ir įrangai pakeisti;

detalėms ir ruošiniams plauti, valyti, dažyti, suvirinti;

gaminiams surinkti iš detalių;

ruošiniams, įrankiams, detalėms, gaminiams sandėliuoti automatiniuose

sandėliuose (Adept 2015, Mitka 2004, Epson 2015).

Pramoninių robotų universalumą ir galimybes apibūdina laisvės laipsnių skaičius

(nepriklausomų koordinačių, visiškai apibūdinančių kūno padėtį atskaitos sistemos atžvilgiu,

skaičius; į griebtuvo suspaudimo ir išlaisvinimo judesius čia neatsižvelgiama), programomis

nustatomų sustojimo taškų skaičius, darbo zonos matmenys, pozicionavimo tikslumas, keliamoji

galia, judesio rūšis (tolydinis ar diskretinis) ir galimybė “apmokyti” naujų operacijų (Mitka 2004).

1.7. Literatūros šaltinių apžvalgos apibendrinimas

Apžvelgus literatūroje pateikiamas rekomendacijas galime teigti, kad yra tik bendra

informacija, kuri padeda pasirinkti reikiamus parametrus detalės apvirinimui. Konkrečiam atvejui

būtina atlikti tolimesnius tyrimus. Literatūros šaltinių apžvalga padėjo pasirinkti šiuos nustatymus:

polinės koordinačių ašies robotą, suvirinimo vielą, apsaugines dujas, suvirinimo būdą bei kitus

parametrus suvirinimo režimų nustatymui.

33

2. UNIVERSALAUS PRAMONINIO SUVIRINIMO ROBOTO

PROGRAMAVIMAS, SUVIRINIMO TECHNOLOGIJOS TYRIMAI

2.1. Tiriamasis objektas

Tyrimams buvo pasirinkta eksploatuota štampavimo forma, kuri tinkamai restauruota

vėl naudojama gamybos procesuose (2.1 pav.).

2.1 pav. Flanšo karšto štampavimo forma apvirinta rankiniu lankiniu būdu (rodyklė rodo

restauravimo siūlę).

2.2. Tyrimams naudojama įranga ir medžiagos

Tyrimams pasirinktas Vilniaus Gedimino technikos universitete, Mechanikos fakultete,

Medžiagotyros ir suvirinimo katedros mokslinėje laboratorijoje esantis universalus pramoninis

suvirinimo robotas MOTOMAN NX100 turintis 6-is laisvės laipsnius. Kartu su robotu suderintas ir

suvirinimo stalas turintis 2 laisvės laipsnius. Bendra sistemos laisvės laipsnių suma 8. Prie roboto

sumontuotas MIG/MAG lanko maitinimo šaltinis KEMPPI PRO EVOLUTION 4200 (2.2 pav.).

34

2.2 pav. Tyrimams paruoštas bandymų stendas.

Sulyginus vielų cheminę sudėtį paaiškėjo, kad labiausiai tinkama viela MTC MT –

2343. Jos cheminė sudėtis labai artima aplydomam metalui. Kaip alternatyvą galima būtų naudoti ir

vielą MTC MT – 650 HB. ELGA FILEUR DUR 603M ir ELGA FILEUR DUR 606M vielas

tolimesniems tyrimams naudoti atsisakyta, kadangi jos yra miltelinės ir po robotizuoto suvirinimo

susidaręs šlakas reikalauja papildomų apdirbimo operacijų ir laiko sąnaudų. Tuo tarpu MTC vielos

yra pilnavidurės.

Palyginus vielų kainas (MTC MT – 650 HB 16 Eurų/kg ir MTC MT – 2343 28 Eurai/kg)

nutarta tolimesniems tyrimams naudoti pigesnę MTC MT – 650 HB vielą. Esant poreikiui pakeičiant

ją į MTC MT – 2343.

Turint vielą buvo parenkamos suvirinimo dujos. Pasirinktos M21 grupės dujos Ar + 18

% CO2. Pasirinktas srovinis metalo pernešimo lanke būdas.

http://suvirinimas.lt/sites/default/files/docs/dur_603m_1.pdf

http://suvirinimas.lt/sites/default/files/docs/dur_603m_1.pdf

35

2.3. Šilumos pasiskirstymo tyrimas naudojant skirtingas padėklines detales

baigtinių elementų metodu (BEM)

Panaudojus modeliavimo programą ANSYS ištiriamas įvedamos šilumos

pasiskirstymas ir jos išsilaikymas formoje, esant skirtingoms padėklinėms detalėms. Nagrinėjamos

dvi padėklines detales: varinė ir plieninė (2.3 pav.).

a) b)

2.3 pav. Karšto štampavimo formų modeliai su skirtingomis padėklinėmis detalėmis: a) su variniu

padėklu, b) su plieniniu padėklu.

Matematiškai modeliuojant karšto štampavimo formos deformacijos procesus reikėjo

nustatyti trimatį temperatūros pasiskirstymą. Šilumos mainų matematinis modeliavimas buvo

atliktas, atsižvelgiant į medžiagos savybių (šiluminės talpos, šiluminio laidumo, šilumos perdavimo

natūraliosios konvekcijos būdu koeficiento) priklausomybę nuo temperatūros.

Sprendžiant temperatūrinių laukų kitimo kietajame kūne uždavinius didžiulę įtaką turi

kontakto vietų šilumos mainų procesai. Paviršiaus šilumos perdavimo natūraliosios konvekcijos būdu

koeficientas nulemia detalės temperatūros laukų pasiskirstymą. Paviršiaus šilumos perdavimo

natūraliosios konvekcijos būdu koeficientas buvo panaudotas skaičiavimams, kad įvertinti karšto

štampavimo formos šilumines savybes.

Erdvinis karšto štampavimo formos modelis buvo sudarytas iš baigtinių elementų (2.4

pav.).

36

2.4 pav. Karšto štampavimo formos modelis sudarytas iš baigtinių elementų

Skaičiavimams naudojamas trijų rūšių metalas – karšto štampavimo formos

(1.2344/4Cr5MoSiV1) bei dviejų padėklinių detalių (varis ir plienas). 2.1 lentelėje pateiktos plieno

1.2344/4Cr5MoSiV1 charakteristikos.

2.1 lentelė. Plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1 charakteristikos naudojamos skaičiavimams

Tempera

tūra, ºC

Šiluminis

laidumas,

W/(m·ºC)

Specifinė

šiluma,

J/kg·ºC

Tankis,

kg/m3

Temperatūrinis

plėtimosi koeficientas,

1/ºC (10-6)

Tamprumo

modulis,

GPa

Puasono

koeficientas

20 22 460 7716 10,7 207 0,29

100 25 7692 10,7

200 27 7660 11,9

300 29 7627 12,2

400 30 7593 12,5

500 31 550 7559 12,7

600 31 590 7523 13,1

700 31 7490 13,5

800 31 7459 13,7

900 32 7438 13,7

2.2 lentelėje ir 2.3 lentelėje atitinkamai pateiktos vario ir plieno S235 charakteristikos.

37

2.2 lentelė. Plieno S235 charakteristikos

Tempera

tūra, ºC

Šiluminis

laidumas,

W/(m·ºC)

Specifinė

šiluma,

J/kg·ºC

Tankis,

kg/m3

Temperatūrinis


1/ºC (10-6)

Tamprumo

modulis,

GPa

Puasono

koeficientas

20 42,7 477 7850 16 200 0,27

2.3 lentelė. Vario charakteristikos

Tempera

tūra, ºC

Šiluminis

laidumas,

W/(m·ºC)

Specifinė

šiluma,

J/kg·ºC

Tankis,

kg/m3

Temperatūrinis


1/ºC (10-6)

Tamprumo

modulis,

GPa

Puasono

koeficientas

20 398 386 8960 17 120 0,36

2.5 paveiksle vaizduojama šiluminio laidumo priklausomybė nuo temperatūros. Šie

duomenys panaudoti skaičiavimams.

2.5 pav. Šiluminio laidumo priklausomybė nuo temperatūros

2.6 paveiksle vaizduojama šiluminio plėtimosi koeficiento priklausomybė nuo

temperatūros. Šie duomenys panaudoti skaičiavimams. Matome, kad didėjant temperatūrai šis

koeficientas didėja.

38

2.6 pav. Šiluminio plėtimosi koeficiento priklausomybė nuo temperatūros

2.7 paveiksle vaizduojama medžiagos tankio priklausomybė nuo temperatūros. Šie

duomenys panaudoti skaičiavimams. Matome, kad didėjant temperatūrai tankis mažėja.

2.7 pav. Medžiagos tankio priklausomybė nuo temperatūros

2.8 paveiksle vaizduojama medžiagos specifinės šilumos priklausomybė nuo

temperatūros. Šie duomenys panaudoti skaičiavimams. Matome, kad didėjant temperatūrai specifinė

šiluma didėja.

39

2.8 pav. Medžiagos specifinės šilumos priklausomybė nuo temperatūros

Tiriant įvedamos šilumos pasiskirstymą karšto štampavimo detalėje, esant dviem

skirtingiems padėklams – variniui ir plieniniui, buvo atlikti skaičiavimai. Pradžioje suskirstant

modelius į baigtinius elementus (2.9 pav.).

a) b)

2.9 pav. Karšto štampavimo formos su padėklu suskirstymas baigtiniais elementais: a) su variniu

padėklu, b) su plieniniu padėklu

Skaičiavimams atlikti buvo vertinama šilumos įvedimas į detalės išpjovos liniją.

Temperatūra buvo vertinama 2000 ºC, sukuriami 8 ėjimai aplink visą detalę, kas 24 sekundes.

Aptarsime padėklinės detalės įtaką šilumos pasiskirstymui kiekvieno ėjimo atveju.

40

2.10 paveiksle matome pirmąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą. Analizuojant gautus

vaizdus matyti, kad šilumos pasiskirstymas detalėje labai panašus. Labiausiai įkaitusi nedidelė zona,

būtent ten, kur buvo apvirinta. Raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek neataušusi 2000 ºC

temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230 ºC temperatūra.

a) b)

2.10 pav. Pirmasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

2.11 paveiksle matome antrąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir

pirmojo apvirinimo įtaka. Analizuojant gautus vaizdus matyti, kad šilumos pasiskirstymas detalėse

jau po truputėlį skiriasi. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek neataušusi

2000 ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230ºC temperatūra, bet zonos jau

platesnės. Šiek tiek platesnė sritis prie plieninio padėklo 2.11 paveiksle, b). Pradinė siūlė abiejuose

atvejuose ataušusi iki 440 ºC temperatūros.

a) b)

2.11 pav. Antrasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

41

2.12 paveiksle matome trečiąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir prieš

tai buvusių apvirinimų įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matyti, kad šilumos pasiskirstymas

detalėse dar truputėlį skiriasi. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek

neataušusi 2000 ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230 ºC temperatūra, bet zonos

dar platesnės. Po pirmųjų segmentų apvirinimo, detalė nespėjo visiškai ataušti ir visose iki šiol

vykusio apvirinimo zonose – aukšta temperatūra. Šiek tiek platesnė sritis prie plieninio padėklo 2.12

paveiksle, b). Didesnė sritis su aukštesne, apie 450 ºC, temperatūra.

a) b)

2.12 pav. Trečiasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

2.13 paveiksle matome ketvirtąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir

prieš tai buvusių apvirinimų įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matyti, kad šilumos

pasiskirstymas detalėse dar labiau skiriasi. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik

nei kiek neataušusi 2000 ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230 ºC temperatūra,

bet zonos dar platesnės. Nuo pirmųjų segmentų apvirinimo detalė nespėjo visiškai ataušti ir visose

iki šiol vykusio apvirinimo zonose – aukšta temperatūra. Įpusėjus detalės apvirinimui išryškėja ir

didesnė aukštesnės temperatūros zona – 450 ºC–670 ºC esant plieniniui padėklui 2.13 paveiksle, b).

42

a) b)

2.13 pav. Ketvirtasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

2.14 paveiksle matome penktąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir


pasiskirstymas detalėse dar labiau skiriasi. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik

nei kiek neataušusi 2000 ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230ºC temperatūra,

zonos dar platesnės, tačiau matome, kad jau pirmo apvirinto segmento zonoje, temperatūra nukrito

žemiau 230 ºC temperatūros. Likusiose vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė temperatūra. Išryškėja

ir didesnė aukštesnės temperatūros zona – 450 ºC–670 ºC ir 230 ºC–450 ºC zona esant plieniniui

padėklui 2.14 paveiksle, b).

a) b)

2.14 pav. Penktasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

43

2.15 paveiksle matome šeštąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir prieš

tai buvusių apvirinimų įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matyti, kad šilumos pasiskirstymas

detalėse dar labiau skiriasi. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek neataušusi

2000 ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230 ºC temperatūra, zonos dar platesnės,

tačiau matome, kad jau pirmo ir antro apvirinto segmento zonose, temperatūra nukrito žemiau 230ºC

temperatūros. Likusiose vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė temperatūra. Išryškėja ir didesnė

aukštesnės temperatūros zona – 450 ºC–670 ºC ir 230 ºC–450 ºC zona esant plieniniui padėklui 2.15

paveiksle, b). Ypač išsiskiria penktos zonos temperatūrų skirtumas esant skirtingiems padėklams.

2.15 paveiksle, a) matome, kad temperatūra žemesnė nei 446 ºC pasklidusi labiau nei 2.15 paveiksle,

b).

a) b)

2.15 pav. Šeštasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

2.16 paveiksle matome septintąjį 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir


pasiskirstymas detalėse išryškėjo. Kaip ir pradžioje, raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek

neataušusi 2000ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto laikosi apie 230ºC temperatūra, zonos dar

platesnės, tačiau matome, kad 2.16 paveiksle, a) pirmų penkių apvirinimų zonose, o 2.16 paveiksle,

b) pirmų keturių apvirinimų zonose temperatūra nukrito žemiau 230ºC temperatūros. Tai leidžia dar

labiau įsitikinti skirtingą temperatūrų išsilaikymą formoje esant nevienodoms padėklinėms detalėms.

Likusiose vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė temperatūra. Išryškėja ir didesnė aukštesnės

temperatūros zona – 450 ºC–670 ºC ir 230 ºC–450 ºC zona esant plieniniui padėklui 2.16 paveiksle,

b). Ypač išsiskiria penktos zonos temperatūrų skirtumas esant skirtingiems padėklams, 2.16

44

paveiksle, a) matome, kad temperatūra žemesnė nei 446 ºC, o 2.16 paveiksle, b) matome, kad siūlės

penktame apvirinime temperatūra laikosi iki 675 ºC.

a) b)

2.16 pav. Septintasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

2.17 paveiksle matome aštuntąjį (paskutinį) 24 sekundžių trukmės apvirinimą, kur

įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matome, kad iki

gaminio krašto laikosi apie 230ºC temperatūra, zonos dar platesnės, tačiau matome, kad 2.17

paveiksle, a) pirmų šešių apvirinimų zonose, o 2.17 paveiksle, b) pirmų penkių apvirinimų zonose

temperatūra nukrito žemiau 230ºC temperatūros. Tai leidžia dar labiau įsitikinti skirtingą temperatūrų

išsilaikymą formoje esant nevienodoms padėklinėms detalėms.

a) b)

2.17 pav. Aštuntasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su padėklinėmis detalėmis: a) varine b)

plienine

45

Pasitelkiant baigtinių elementų skaičiavimo programą ANSYS atlikti skaičiavimai,

kurie suteikia galimybę stebėti šilumos pasiskirstymą, jos dydį, kiekvienoje štampo zonoje.

Atlikus skaičiavimus skirtinguose apvirinimo etapuose, kur temperatūra detalėje

svyravo nuo 20ºC iki 2000ºC nustatyti šilumos pasiskirstymo dėsningumai ir palyginti skirtingi

šilumos nuvedimai esant variniui ir plieniniui padėklui.

Taigi matyti, kad šiluma karšto štampavimo formoje lėčiau nuvedama esant plieniniui

padėklui. Norint palaikyti tam tikrą šilumą detalėje reikėtų naudoti geriau plieninę nei varinę detalę.

2.4. Režimų parinkimas

Suvirinimo režimų teisingas parinkimas – svarbus tyrimo etapas, nes tik nustačius gerus

režimus galima aplydyti kokybiška suvirinimo siūle. Atlikus analizę sudarytas aplydymo režimų

algoritmas ir išbandyta praktiškai (2.18 pav., 2.4 lentelė).

2.18 pav. Detalės apvirinimas pagal pasirinktus režimus

46

2.4 lentelė. Pasirinkti apvirinimo režimai

Siūlės

Nr.

Vielos tiekimo

greitis, m/min

Srovė,

A Įtampa, V

Įtampa,

+/- Režimas

Degiklio

judėjimo

greitis,

cm/min

Degiklio

kampas

1 4,7 124 27,2–28,0 3 Pulsas 20 45

2 2,4 68 23,3–23,8 7 Pulsas 20 45

3 3,2 82 22,3–23,5 3 Pulsas 20 45

4 2,0 56 21,8–22,2 7 Pulsas 20 45

5 2,9 83 24,5–25,0 6 Pulsas 20 45

6 1,7 49 22,1–22,8 7 Pulsas 20 45

7 1,7 49 28,5–29,5 7 Dvigubas

pulsas 20 45

8 4,2 120 19,7–20,0 - Be pulso 20 45

9 2,0 56 21,8–22,2 7 Pulsas 20 55

10 1,7 49 22,1–22,8 7 Pulsas 20 55

11 4,2 120 19,7–20,0 - Be pulso 20 40

Parinkti suvirinimo režimai yra teisingi ir jais galima vadovautis. Konkrečiu atveju

reikia pasirinkti tinkamiausią režimą.

2.5. Cheminės sudėties nustatymas

Tyrimų metu buvo nustatoma cheminė štampavimo formos sudėtis. Atlikta cheminė

metalų analizė, naudojant optinės emisijos spektroskopijos būdą, cheminį analizatorių – Oxford PMI–

MASTER PRO (2.19 pav.).

47

2.19 pav. Cheminis analizatorius – Oxford PMI – MASTER PRO

Matavimų rezultatai ir plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1 cheminė sudėtis pateikti

2.5 lentelėje.

2.5 lentelė. Bandinių ir plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1 cheminės sudėtys

Bandinys Cheminių elementų kiekis, %

Fe C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu V

Bandinys

Nr.1 90,5 0,395 1,011 0,232 0,013 0,018 4,884 1,371 0,270 0,100 0,913

Bandinys

Nr.2 90,9 0,412 0,987 0,345 0,021 0,015 4,554 1,219 0,272 0,095 0,911

Bandinys

Nr.3 90,2 0,374 1,145 0,298 0,013 0,011 5,111 1,417 0,269 0,115 0,912

Bandinys

Nr.4 90,2 0,382 1,132 0,362 0,011 0,008 5,194 1,325 0,187 0,096 0,918

Bandinys

Nr.5 90,4 0,375 0,953 0,441 0,011 0,015 5,121 1,217 0,244 0,093 0,913

Plienas

1.2344 ~90

0,37–

0,44

0,9–

1,2

0,2–

0,5 <0,03 <0,03

4,5–

5,5

1,2–

1,5 <0,4 <0,3

0,8–

1,1

48

Iš 2.5 lentelėje pateiktų rezultatų matyti, kad visuose penkiuose bandiniuose nustatyti

cheminių elementų kiekiai panašūs į literatūros šaltinių pateiktą cheminę sudėtį. Šis tyrimas leido

įsitikinti, kad pateikta detalė yra būtent plieno 1.2344/4Cr5MoSiV1.

2.6. Roboto programavimas

Tolimesniame etape atliekamas karšto štampavimo formų aplydymo proceso

modeliavimas su programiniu paketu Robotmaster (2.20 pav.).

2.20 pav. Štampavimo formos modelio kūrimas

Simuliavimo procesas leidžia roboto programavimo darbus atlikti 3–5 kartus greičiau,

bei neapkrauti roboto. Simuliavimo procesas atliktas naudojant Mastercam programą (2.21 pav.).

49

2.21 pav. Aplydymo proceso simuliavimo programa

Simuliavimo proceso metu vykdomas degiklio kelio parinkimas esant skirtingiems

orientavimo į bazinę plokštumą kampams (2.22 pav.).

2.22 pav. Degiklio kelio parinkimas esant skirtingiems orientavimo į bazinę plokštumą kampams

50

Simuliavimo proceso metu vykdomas kampo į bazinę plokštumą derinimas. 15 laipsnių

kampas į bazinė plokštumą pavaizduotas 2.23 paveiksle.

2.23 pav. Kampo į bazinę plokštumą derinimas sumuliuojant procesą

Simuliavimo procesas ir technologiniai bandymai ne visuomet sutampa. Būtinas proceso

išbandymas, kad išvengti simuliavimo kelyje pasitaikančių klaidų. Taigi buvo vykdomas testavimas

realiomis sąlygomis.

Simuliacijos programa pirmiausia pateikia bazinio taško koordinates. Jų nesutapimas

realiomis sąlygomis pateikiamos 2.24 paveiksle. Vėliau vyksta programos derinimas ir ištaisomos

klaidos.

51

2.24 pav. Bazinio taško nesutapimas su simuliacijos programa

2.25 paveiksle pavaizduotas roboto laisvės laipsnių ašių ribos pasiekimas. Esant

galimybėms, kad išvengti šios problemos, reikėtų padidinti įmanomų roboto ašių skaičių.

2.25 pav. Roboto laisvės laipsnių ašių ribos pasiekimas

52

2.26 paveiksle pavaizduotas degiklio pozicijos nesutapimas realiomis sąlygomis su

simuliacijos programos pateikta pozicija. Programa turi būti derinama, kad apvirinimas būtų atliktas

teisingai.

2.26 pav. Aplydomo sluoksnio nesutapimas su štampavimo formos kontūru

Teisingai nustačius programos parametrus ir pasirinkus degiklio kampą bei kelią

atliekamas detalės apvirinimas. Pirmu atveju detalė aplydoma trimis ėjimais (2.27 pav.).

2.27 pav. Technologiniai aplydymo bandymai trimis ėjimais

53

Įvertinus užtrunkantį apvirinimo laiką, nuspręsta sumažinti degiklio judėjimo greitį, bet

aplydyti detalę dviem ėjimais (2.28 pav.).

2.28 pav. Technologiniai aplydymo bandymai dviem ėjimais

Kadangi galiausiai aplydyta karšto štampavimo forma yra frezuojama ir išorinė siūlės

išvaizda nėra svarbi, pasirinktas našesnis apvirinimas – dviem ėjimais.

54

IŠVADOS

1. Atlikus bandymų seriją ir įvertinus technologinius gamybos ypatumus, karšto

štampavimo formų restauravimui, pasirinkta aplydymo medžiaga – analogiška

įrankiui iš kurio pagaminta.

2. Pakeitus iki šiol taikytą rankinį lankinį apvirinimą glaistytaisiais elektrodais į

suvirinimo robotą, praktiniai bandymai parodė, kad darbo našumas padidėjo iki 8

kartų.

3. Robotizavus aplydymo (restauravimo) procesą pavyko išvengti žmogiškojo

faktoriaus nulemiamų klaidų, be to buvo atsisakyta kvalifikuoto suvirintojo

paslaugų.

4. Proceso robotizavimas leido sutaupyti suvirinimo medžiagų bei atpiginti aplydymo

procesą.

5. Taikant baigtinių elementų metodą nustatyta, kad norint palaikyti tam tikrą šilumą

detalėje reikėtų naudoti geriau plieninę nei varinę detalę. Šiluma karšto

štampavimo formoje lėčiau nuvedama esant plieniniam padėklui.

6. Aplydymo proceso simuliavimas su programiniu paketu MasterCam Robotmaster

neleidžia įvertinti visų aplydymo technologinių niuansų, todėl kiekvienai

konkrečiai detalei būtinas testavimas.

55

LITERATŪRA

1. Adept Technology - Industrial Robots and Controllers - Factory automation

[interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-23]. Prieiga per internetą: <http://www.adept.com/>.

2. Apsauginės dujos [interaktyvus], [žiūrėta 2016-03-12]. Prieiga per internetą:

<http://www.aga.lt/lt/products_ren/cutting_welding_gases/shielding_gases/index.html>.

3. Bombardier Transportation in the Czech Republic [interaktyvus], [žiūrėta 2016-02-

18]. Prieiga per internetą: <http://www.bombardier-transportation.cz/en/zkusebni-laborator-

vybaveni.php>.

4. Gas shielded arc welding [interaktyvus], [žiūrėta 2016-03-12]. Prieiga per internetą:

<https://www.messergroup.com/documents/20195/58291/Gas+shielded+arc+welding/cf3ddd73-

f806-4a27-ae08-7dffdf4662de?version=1.1>.

5. Gedzevičius, I., Kazakevičius, Č. 2009. Suvirinimo technologija: suvirinimo režimų

skaičiavimo metodiniai nurodymai. Vilnius: Technika. 112 p.

6. Industrial Robots and Factory Automation Equipment - EPSON Robotics

[interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-24]. Prieiga per internetą: <http://www.robots.epson.com/>.

7. International Federation of Robotics [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-24]. Prieiga

per internetą: <http://www.ifr.org/>.

8. Jaževič, N. 2010. Riedmenų priežiūros ir remonto pažangių technologijų analizė.

Vilnius. 83 p.

9. Kavaliauskienė, L., Čiuplys, A. Susidėvėjusių detalių restauravimas ir kietinamasis

aplydymas panaudojant antrines žaliavas [interaktyvus], [žiūrėta 2016-01-12]. Prieiga per internetą:

<http://talpykla.elaba.lt/elaba-fedora/objects/elaba:11616398/datastreams/MAIN/content>.

10. Learn about Industrial Robots [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-23]. Prieiga per

internetą: <http://www.learnaboutrobots.com/>.

11. LST EN ISO 14175:2008 Suvirinimo medžiagos. Lydomojo suvirinimo ir panašių

procesų dujos ir dujų mišiniai. CEN, 2008. 12 p.

12. LST EN ISO 15614-1:2004 Metalų suvirinimo procedūrų aprašas ir patvirtinimas.

Suvirinimo procedūros bandymas. 1 dalis. Plieno lankinis ir dujinis suvirinimas, nikelio ir nikelio

lydinių lankinis suvirinimas. CEN, 2004. 27 p.

13. LST EN ISO 5817:2014 Suvirinimas. Plieno, nikelio, titano ir jų lydinių lydomojo

suvirinimo (išskyrus pluoštinį suvirinimą) jungtys. Kokybės lygiai defektų atžvilgiu. CEN, 2014. 30

p.

http://www.adept.com/

http://www.learnaboutrobots.com/

56

14. LST EN ISO 9692-1:2013 Suvirinimas ir panašūs procesai. Jungčių paruošimo tipai.

1 dalis. Plienų rankinis lankinis suvirinimas glaistytuoju elektrodu, lankinis suvirinimas lydžiuoju

elektrodu apsauginėse dujose, dujinis suvirinimas, TIG suvirinimas ir pluoštinis suvirinima. CEN,

2013. 16 p.

15. LST EN ISO 9692-2:2000 Suvirinimas ir panašūs procesai. Jungčių paruošimas. 2

dalis. Plienų lankinis suvirinimas po fliusu. CEN, 2000. 13 p.

16. Merčaitis, J. 2016. Pramoninių robotų pritaikymas gaminių paletavime, suvirinime,

3D frezavime [interaktyvus], [žiūrėta 2016-05-04]. Prieiga per internetą:

<http://intechcentras.lt/lt/paslaugos/konsultavimas/pranesimai.html>.

17. Metal technology canterbo GMBH. Mtc-catalog-2009 [interaktyvus], [žiūrėta 2015-

06-04]. Prieiga per internetą: <http://www.mtc-meerbusch.com/english/downloads/>.

18. Mitka, D. 2004. Roboto valdymo sistema. Vilnius. 86 p.

19. Naruškevičius, J. 2011. Elektrolankinis suvirinimas. Vilnius: Mažoji Evelina. 200 p.

20. Robotics Online [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-23]. Prieiga per internetą:

<http://www.roboticsonline.com/>.

21. Robots LTD - Used Industrial 6-axis Robots [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-24].

Prieiga per internetą: <http://robotsltd.co.uk/>.

22. Supranavičius, P. 2014. Suvirinimo inertinių dujų aplinkoje technologija. Alytus. 52

p.

23. Suvirinimo ir pjovimo dujos [interaktyvus], [žiūrėta 2016-03-12]. Prieiga per

internetą: <http://www.elmemesser.lt/lt/products/welding-gases>.

24. Suvirinimo robotai [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-18]. Prieiga per internetą:

<https://www.newcut.pl/papildomos-paslaugos/suvirinimo-robotai?lang=lt>.

25. The ABB Group – Robotics [interaktyvus], [žiūrėta 2015-05-23]. Prieiga per

internetą: < http://www.abb.com/robotics>.

26. Višniakas, I. 2008. Metalų apvirinimas, paviršių restauravimas: mokomoji knyga.

Vilnius: Technika. 98 p.

27. West yorkshire steel [interaktyvus], [žiūrėta 2014-12-12]. Prieiga per internetą:

<http://www.westyorkssteel.com/steel-specifications/werkstoff-standards/tool-steel-w-nr/1-2344/>.

http://intechcentras.lt/download/335/profibus%20pramoniniu%20robotu%20taikymas.pdf


http://robotsltd.co.uk/

57

PRIEDAI

MEDŽIAGŲ INŽINERIJA 19-osios Lietuvos jaunųjų mokslininkų konferencijos „Mokslas – Lietuvos ateitis“, straipsnių rinkinys

(2016 m. balandžio 29 d.)

© Vilniaus Gedimino technikos universitetas

http://www.vgtu.lt/rysiai/leidyba 1

PLIENŲ KARŠTO ŠTAMPAVIMO FORMŲ RESTAURAVIMO PRITAIKANT

SUVIRINIMO ROBOTĄ KONCEPCIJOS SUKŪRIMAS IR ĮGYVENDINIMAS

Tomas MIKOČIŪNAS1, Irmantas GEDZEVIČIUS2 Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. paštas: [email protected]; [email protected]

Santrauka. Straipsnyje nagrinėjamas plienų karšto štampavimo formos restauravimas. Atlikti svarbūs bandymai ir

tyrimai: pramoninio roboto programavimas, režimų parinkimas, formos medžiagos analizė, šilumos pasiskirstymo

tyrimas naudojant skirtingas padėklines detales baigtinių elementų metodu (BEM). Išanalizuoti gauti tyrimo bei

analizės rezultatai, kurių pagalba teikiamos išvados ir tolimesnės rekomendacijos.

Reikšminiai žodžiai: padėklinės detalės, režimas, suvirinimo robotas, štampavimo forma.

Įvadas

Karšto štampavimo formos gaminamos iš legiruotų

karščiui atsparių plienų dėl sudėtingų darbo sąlygų

(1000 oC ir daugiau) pasižymi gan trumpu tarnavimo

laiku skaičiuojamu valandomis, o ne dienomis. Formos

išdilimas 0,5-1 mm nebeleidžia pagaminti kokybiškos

detalės, todėl formas reikia dažnai restauruoti.

Ta pati forma gali būti iki 20-30 kartų restauruoja-

ma. Iki šiol paplitęs rankinis formos restauravimas užima

daug laiko ir darbuotojo darbo valandų bei priklauso nuo

darbininko kvalifikacijos

Įsisavinus robotizuotą karšto štampavimo formų res-

tauravimo technologiją, būtų sutaupoma daug laiko, me-

džiagų ir žmogiškųjų išteklių bei pagerėtų atliekamų

darbų kokybė. Šiuo metu atliekamą formų restauravimą

rankiniu elektrolankiniu suvirinimo būdu pakeistų įnova-

tyvus, nestandartinis automatinis robotizuotas suvirini-

mas apsauginių dujų aplinkoje arba po fliuso sluoksniu.

Tikslui įgyvendinti būtina atlikti taikomuosius

mokslinius tyrimus, kurie apimtų mokslinius neapibrėž-

tumus suvirinimo ir medžiagotyros srityse: suvirinimo

vielos tipo naudojimas, optimalaus apsauginių dujų miši-

nio nustatymas bei viso technologinio restauravimo pro-

ceso tyrimai siekiant gauti kokybišką robotizuotą formos

restauravimo procesą.

Tiriamasis objektas

Tyrimams buvo pasirinkta eksploatuota štampavimo

forma, kuri tinkamai restauruota vėl naudojama gamybos

procesuose (1 pav.).

1 pav. Automobilio detalės – flanšo karšto štampavimo forma.

Karšto štampavimo formos medžiagos analizė

Vienas iš svarbiausių apvirinimo etapų yra tinkamas

suvirinimo vielos parinkimas, o tam kad surasti geriausią

variantą reikalinga tiksliai patikrinti pagrindinės medžia-

gos plieną ir jo savybes. Tyrimams pateiktas ir naudotas

plienas – 1.2344 / 4Cr5MoSiV1. Išanalizavus literatūros

šaltinius ir atlikus bandymą cheminės analizės analizato-

riumi gauti svarbūs parametrai. Pirmiausia nustatytas

tokio tipo plieno klasifikavimas ir taikymas – aprašytas 1

lentelėje, o 2 lentelėje pateikta cheminė sudėtis.

1 lentelė. Tyrimams naudoto plieno klasifikavimas ir taikymas

Klasifikavimas : Štampavimo plienas

Taikymas:

Presų formos, slėginis cinko, aliuminio

ir magnio lydinių liejimas Štampavimo

ir presavimo įdėklai esant karštam konst-

rukcinių plienų deformavimui.

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

2

2 lentelė. Tyrimams naudoto plieno cheminė sudėtis

C Si Mn Ni S

0.37 - 0.44 0.9 - 1.2 0.2 - 0.5 < 0.4 < 0.03

P Cr Mo V Cu

< 0.03 4.5 - 5.5 1.2 - 1.5 0.8 - 1.1 < 0.3

Pramoninio roboto programavimas ir rėžimų

parinkimas

Tyrimams pasirinktas Vilniaus Gedimino technikos

universitete, Mechanikos fakultete, Medžiagotyros ir

suvirinimo katedros mokslinėje laboratorijoje esantis

universalus pramoninis suvirinimo robotas „MOTOMAN

NX100“ turintis 6-is laisvės laipsnius. Kartu su robotu

suderintas suvirinimo stalas turintis 2 laisvės laipsnius.

Bendra sistemos laisvės laipsnių suma – 8. Prie roboto

sumontuotas MIG/MAG lanko maitinimo šaltinis

„KEMPPI PRO EVOLUTION 4200“ (2 pav.).

2 pav. Tyrimams paruoštas bandymų stendas.

Pirmiausia buvo atliekamas karšto štampavimo for-

mų aplydimo proceso modeliavimas su programiniu pa-

ketu „Robotmaster“ (3 pav.). Modeliavimo proceso metu

vykdomas degiklio kelio parinkimas esant skirtingiems

orientavimo į bazinę plokštumą kampams.

3 pav. Karšto štampavimo formos modelio kūrimas.

Suvirinimo rėžimų algoritmo sudarymas – tai svar-

bus tyrimas, padedantis nustatyti tinkamiausius rėžimus.

Buvo pasirinkti standartiniai parametrai:

elektrodinės vielos skersmuo priklauso nuo suvi-

rinamo metalo storio;

suvirinimo srovės stiprumas priklauso nuo gami-

nio storio ir lašo pernešimo būdo lanke;

Dujų debitas priklauso nuo suvirinimo srovės;

Vielos tiekimo greitis proporcingas suvirinimo

srovės dydžiui;

Lanko įtampa pasirenkama atsižvelgiant į metalo

pernešimą lanke ir priklauso nuo vielos skers-

mens;

Tūtos skersmenį pasirenkame pagal pučiamų dujų

kiekį;

Vielos iškyšos ilgis ir kontaktoriaus gylis paren-

kamas pagal metalo pernešimą lanke ir suvirini-

mo vielos skersmenį;

Šarvo tipas priklauso nuo tiekiamos juo vielos;

Metalo ištaškymo nuostoliai priklauso nuo suviri-

nimo srovės ir dujų cheminės sudėties (Gedzevi-

čius, I., Kazakevičius Č. 2009).

Atlikus analizę sudarytas aplydimo rėžimų algorit-

mas ir išbandyta praktiškai (4a pav., 4b pav.).

4a pav. Detalės apvirinimas pagal pasirinktus rėžimus.

3

Nr.

Vielos

tiekimo

greitis,

m/min

Srovė, A/

Įtampa, V

Degiklio judėjimo

greitis, cm/min/

Degiklio kampas

1 4,7 124/27,2 –

28,0 20/45

2 2,4 68/23,3 – 23,8 20/45

3 3,2 82/22,3 – 23,5 20/45

4 2,0 56/21,8 – 22,2 20/45

5 2,9 83/24,5 – 25,0 20/45

6 1,7 49/22,1 – 22,8 20/45

7 1,7 49/28,5 – 29,5 20/45

8 4,2 120/19,7 –

20,0 20/45

9 2,0 56/21,8 – 22,2 20/55

10 1,7 49/22,1 – 22,8 20/55

11 4,2 120/19,7 –

20,0 20/40

4b pav. Pasirinkti apvirinimo rėžimai.

Šilumos pasiskirstymo tyrimas naudojant skirtingas

padėklines detales baigtinių elementų metodu (BEM)

Tiriant įvedamos šilumos pasiskirstymą karšto

štampavimo detalėje, esant dviem skirtingiems padėk-

lams – variniui ir plieniniui buvo atlikti skaičiavimai.

Pradžioje suskirstant modelius į baigtinius elementus (5

pav.).

a) b)

5 pav. Karšto štampavimo formos su padėklu suskirstymas

baigtiniais elementais. a) Su variniu padėklu, b) su plieniniu

padėklu

Skaičiavimams atlikti buvo vertinamas šilumos įve-

dimas į detalės išpjovos liniją. Temperatūra buvo verti-

nama 2000 ºC, sukuriami 8 praėjimai aplink visą detalę,

kas 24 sekundes. Aptarsime padėklinės detalės įtaką

šilumos pasiskirstymui kiekvieno ėjimo atveju.

6 pav. matome pirmąjį 24 sekundžių trukmės apvi-

rinimą. Analizuojant gautus vaizdus matome, kad šilumos

pasiskirstymas detalėje labai panašus. Pagrinde įkaitusi

nedidelė zona, būtent ten kur buvo vykdomas apvirini-

mas. Raudona spalva pažymėta, tai dar beveik nei kiek

neataušusi 2000ºC temperatūros zona. Iki gaminio krašto

laikosi apie 230ºC temperatūra.

a) b)

6 pav. Pirmasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su

padėklinėmis detalėmis, a) varine b) plienine

7 pav. matome antrąjį 24 sekundžių trukmės apviri-

nimą, kur įvertinama ir pirmojo apvirinimo įtaka. Anali-

zuojant gautus vaizdus matome, kad šilumos

pasiskirstymas detalėse jau po truputėlį skiriasi. Kaip ir

pradžioje raudona spalva pažymėta, tai dar beveik nei

kiek neataušusi 2000ºC temperatūros zona. Iki gaminio

krašto laikosi apie 230ºC temperatūra, bet zonos jau pla-

tesnės. Šiek tiek platesnė sritis prie plieninio padėklo 7

pav. b). Pradinė siūlė abiejuose atvejuose ataušus iki

440ºC temperatūros.

a) b)

7 pav. Antrasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


8 pav. matome trečiąjį 24 sekundžių trukmės apviri-

nimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų įtaka

šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matome, kad šilu-

mos pasiskirstymas detalėse dar truputėlį skiriasi. Kaip ir

pradžioje raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek


laikosi apie 230ºC temperatūra, bet zonos dar labiau pla-

tesnės. Nuo pirmųjų segmentų apvirinimo detalė nespėjo

visiškai ataušti ir visose iki šiol vykusio apvirinimo zono-

4

se – aukšta temperatūra. Šiek tiek platesnė sritis prie plie-

ninio padėklo 8 pav. b). Jau didesnė sritis su aukštesne

apie 450ºC temperatūra.

a) b)

8 pav. Trečiasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


9 pav. matome ketvirtąjį 24 sekundžių trukmės apvi-

rinimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų

įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus matome, kad

šilumos pasiskirstymas detalėse dar labiau skiriasi. Kaip

ir pradžioje raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek


laikosi apie 230ºC temperatūra, bet zonos dar platesnės.

Nuo pirmųjų segmentų apvirinimo detalė nespėjo visiškai

ataušti ir visose iki šiol vykusio apvirinimo zonose –

aukšta temperatūra. Įpusėjus detalės apvirinimui išryškėja

ir didesnė aukštesnės temperatūros zona - 450ºC - 670ºC

esant plieniniui padėklui 9 pav. b).

a) b)

9 pav. Ketvirtasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


10 pav. matome penktąjį 24 sekundžių trukmės ap-

virinimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų





laikosi apie 230ºC temperatūra, zonos dar platesnės, ta-

čiau matome, kad jau pirmo apvirinto segmento zonoje,

temperatūra nukrito žemiau 230ºC temperatūros. Likusio-

se vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė temperatūra.

Išryškėja ir didesnė aukštesnės temperatūros zona - 450ºC

- 670ºC, ir 230ºC - 450ºC zona esant plieniniui padėklui

10 pav. b).

a) b)

10 pav. Penktasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


11 pav. matome šeštąjį 24 sekundžių trukmės apvi-

rinimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų






čiau matome, kad jau pirmo ir antro apvirinto segmento

zonose, temperatūra nukrito žemiau 230ºC temperatūros.

Likusiose vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė tempe-

ratūra. Išryškėja ir didesnė aukštesnės temperatūros zona

- 450ºC - 670ºC, ir 230ºC - 450ºC zona esant plieniniui

padėklui 11 pav. b). Ypač išsiskiria penktos zonos tempe-

ratūrų skirtumas esant skirtingiems padėklams, 11 pav. a)

matome, kad temperatūra žemesnė nei 446ºC, o 11 pav.

b) matome, kad siūlės penktame apvirinime iki 675ºC

temperatūra bei plačiau aukštesne temperatūra įkaitusi

detalė.

a) b)

11 pav. Šeštasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


12 pav. matome septintąjį 24 sekundžių trukmės ap-

virinimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių apvirinimų


šilumos pasiskirstymas detalėse iš viso išryškėjo. Kaip ir

pradžioje raudona spalva pažymėta dar beveik nei kiek



čiau matome, kad 12 pav. a) pirmų penkių apvirinimų

zonose, o 12 pav. b) pirmų keturių apvirinimų zonose

temperatūra nukrito žemiau 230ºC temperatūros. Tai

leidžia dar labiau įsitikinti skirtingą temperatūrų išsilai-

5

kymą formoje esant nevienodoms padėklinėms detalėms.

Likusiose vykusio apvirinimo zonose – aukštesnė tempe-

ratūra. Išryškėja ir didesnė aukštesnės temperatūros zona

- 450ºC - 670ºC, ir 230ºC - 450ºC zona esant plieniniui

padėklui 12 pav. b). Ypač išsiskiria penktos zonos tempe-

ratūrų skirtumas esant skirtingiems padėklams, 12 pav. a)

matome, kad temperatūra žemesnė nei 446ºC, o 12 pav.

b) matome, kad siūlės penktame apvirinime iki 675ºC

temperatūra bei plačiau aukštesne temperatūra įkaitusi

detalė.

a) b)

12 pav. Septintasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


13 pav. matome aštuntąjį (paskutinį) 24 sekundžių

trukmės apvirinimą, kur įvertinama ir prieš tai buvusių

apvirinimų įtaka šilumai. Analizuojant gautus vaizdus

matome, kad iki gaminio krašto laikosi apie 230ºC tem-

peratūra, zonos dar platesnės, tačiau matome, kad 13 pav.

a) pirmų šešių apvirinimų zonose, o 13 pav. b) pirmų

penkių apvirinimų zonose temperatūra nukrito žemiau

230ºC temperatūros. Tai leidžia dar labiau įsitikinti skir-

tingą temperatūrų išsilaikymą formoje esant nevienodoms

padėklinėms detalėms.

a) b)

13 pav. Aštuntasis 24 sekundžių trukmės apvirinimas su


Išvados

1. Išanalizuota štampavimo formos medžiaga, leido

lengviau pasirinkti aplydymo medžiagas.

2. Projektas leido detalių aplydimo greitį padidinti

iki 8 kartų.

3. Padidina galimybę išvengti žmogiško faktoriaus

klaidų

4. Padeda sutaupyti suvirinimo medžiagų bei atpi-

ginti aplydimo procesą

5. Baigtinių elementų metodo pagalba nustatyta, kad

norint palaikyti tam tikrą šilumą detalėje reikėtų naudoti

geriau plieninę nei varinę detalę. Šiluma karšto štampa-

vimo formoje lėčiau nuvedama esant plieniniam padėklui.

Literatūra

Gedzevičius, I., Kazakevičius, Č. 2009. Suvirinimo technologi-

ja: suvirinimo režimų skaičiavimo metodiniai nurodymai. Vil-

nius: Technika. 112p.

Višniakas, I. 2008. Metalų apvirinimas, paviršių restauravimas:

mokomoji knyga. Vilnius: Technika. 98 p.

Merčaitis, J. 2016. Pramoninių robotų pritaikymas gaminių

paletavime, suvirinime, 3D frezavime [interaktyvus], [žiūrėta

2016-05-04]. Prieiga per internetą:

<http://intechcentras.lt/lt/paslaugos/konsultavimas/pranesimai.h

tml>.

THE CREATION AND IMPLEMENTATION OF THE

CONCEPTION OF HOT FORGING STEEL FORMS

RESTORATION USING WELDING ROBOT

T. Mikočiūnas, I. Gedzevičius

Abstract

This article analyzes hot forging steel forms restoration.

There are completed important testing and research: the pro-

gramming of industrial robot, mode selection, steel forms mate-

rial analysis, research of heat distribution using different pallet

plates in a finite element method (FEM). The results of research

are analyzed which helps to make conclusions and further rec-

ommendations.

Keywords: pallet plates, mode, welding robot, hot forging steel

form.



Plieno karšto štampavimo formų restauravimo, pritaikant suvirinimo ...

Documents