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简述我公司橡胶硫化机制造中感应加热技术的应用及可能会遇到的故障解析

目前我公司常用的最有效的橡胶硫化机热处理工艺,具有下列多种应用:表面淬火、透热淬火、回火和消除应力(低温)、退火和正火(高温)、焊缝退火、粉末金属烧结等。已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业广泛应用。

线圈和电源相连,电源为线圈提供交变电流,流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场,该磁场使工件产生涡流来加热。感应加热是伴随着汽车工业和拖拉机工业的诞生而起步的。由于其具有加热效率高、速度快、可控性好及易于实现机械化和自动化等优点。

感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料(即工件)的内部产生电流,依靠这些涡流的能量达到加热目的。感应加热系统的基本组成包括感应线圈、交流电源和工件。根据加热对象不同,可以把线圈制作成不同的外形。

在铸造方面,正在迅速发展双联熔炼工艺,即利用中频炉保温改性,进行橡胶硫化机球墨铁或合金钢的精密浇铸;在锻造方面,利用敢于加热实现快速透热热锻,不仅减少了氧化皮损耗而且大大地增加了锻模的寿命,其材料利用率可达85,锻件表面粗糙度可小于 50μm;在焊接、淬火方面,国外一方面致力于开发大功率全固态高频电源,一方面致力于开发高度自动化热处理成套处理系统。我国目前每年大约需要1000 万t铸件,而铸造行业仍以冲天炉熔炼、一般铸铁的铸造为主,吨位较小,导致温度及成份波动大,废品率高。较好的铸造业废品率也在6~15间,而一般铸造厂的废品率则高达30。

出现在配有 FANUK 7M统的XK715数控铣床的Z轴上。在控制系统给出运动指令过后,Z轴缓慢加速产生的振动也由小而大,最后产生猛烈的窜动,报警而停机。报警号往往是 05、07,出现动态偏差过大和急停。检查机床导轨、镶条、丝杠及联轴器等机械元件无卡堵现象,导轨润滑良好,电动机控制板及有关电器的工作状态、测速机两线间的电阻均没有发现明显问题。最后拆开测速机检查时才发现了问题所在。下图是该测速机换向器的展开示意图。

出现在辛辛那提1212U数控车床主轴上,其主轴驱动是美国Reliane的产品。在控制系统发出100r/min的指令后,主轴在110±3r/min的范围内运行,正常情况下,主轴此时应以100±1r/min的速度运转几分钟到几小时不等。过后,听到主轴减速造成的齿轮声,主轴转速逐步降低到 92±3r/min相对稳定运行一段时间后,橡胶硫化机主轴又逐步加速到先前的110±3r/min的速度,过后又会回到92±3r/min。如此循环往复,现象很奇怪。对此我们作了大量的检查,除机械、电气外,还作人工模拟检查,但总找不到问题,甚至一段时间认为这不太影响粗加工和精加工的精度而任其自然。然而涉及到精加工,问题就无法回避了。

出现在日本加工中心HR-5B Z轴驱动上。在经过较长时间的正常运行后,Z轴在进给运动中产生无规则的振动,影响到加工精度。首先排除机电方面的大量疑点,检查Z轴与X、Y轴之间的参数设置,逐渐缩小目标点。再检查测速机两线电阻,也基本正常。拆开测速机后,发现换向器表面不太光滑,有放电产生的凹凸不平的斑痕。经打磨换向器和碳刷后,情况有所好转,但仍有振动现象。再逐一检查各碳刷,发现有一碳刷因施压弹簧变形引起压力不足,碳刷和换向器产生动态接触不良。重新调整并修复,使四碳刷压力基本相等。至此振动完全消除,机床恢复到良好工作状态。

由于拆装困难,最初我们只能观察碳刷和换向器的磨合状态。换向器表面光滑无放电痕迹,测速机引出两线间电阻基本正常,故认为测速机没有问题。实在检查不出原因后,只好费劲地将主轴电动机从机床上拆下,打开测速机内部进行检查,发现了问题。其换向器展开图类似于前图,换向片为 33片。据测量大多数换向片之间电阻为5.4W左右,但1~2、2~3、3~4、4~5、5~6、6~7片间的电阻却分别为0.7、0.9、0.6、0.8、0.7、4.9W:17~18、18~19、19~20、20~21、21~22、22~23片间的电阻却分别为4.0、3.0、3.1、3.0、3.9、4.8W。说明存在程度不等的短路现象,并且阻值还不稳定。所以我们仔细清洁和处理了换向器,使橡胶硫化机片间电阻恢复到5.4±0.2W左右。重新装配好后,再看不到因电阻变化、电压变化造成转速漂移,更听不见速度变化所造成的齿轮撞击声了。

据统计,因测速机的问题而引起机床故障占直流伺服系统故障的30%~40%左右。为什么有如此之高呢,仔细一分析就不难明白。首先,它是精密器件,在控制器中起关键作用:其次,它是碳刷、换向器、转子组成的机械结构。碳刷、换向器之间的机械接触点有振动、放电、发热及变形,因而容易引起系统及机床出故障。在这方面我们是有经验和教训的。

正常时,其两换向片之间电阻约为31W左右,我们逐片测试,查出3、4、5、6片之间两两不通,18、19、22、23片之间也不通,可以判定转子中有好几个线圈断路,机床故障由此引起。因为有断路,反馈电压就会时有时无,橡胶硫化机指令电压和反馈电压的差值就会忽高忽低,造成电动机时快时慢,经闭环控制后,就会加大故障,使Z轴产生猛烈窜动,造成动态偏差过大引起报警、急速停机。更换测速机转子,修整碳刷后故障消除。

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