鍋爐欄桿柱沖孔設備的研制及應用

董 勇

(太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030008)

0 引言

制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。2015年5月，國務院發布實施《中國制造2025》，提出到新中國成立一百年時，把我國建設成為引領世界制造業發展的制造強國。太原鍋爐集團有限公司努力打造超一流的第四代流態二次重構超低排放循環流化床鍋爐技術與產品，為此配置專項研發經費用于開發新技術、新產品、新工藝。針對本公司欄桿柱產品鉆孔工序產能不足，迫切需要提升的問題，本研究提出用沖孔代替鉆孔的欄桿柱孔加工技術[1]，設計、制作了欄桿柱沖孔專用設備，并進行了反復的沖孔試驗，以驗證設備的沖孔質量及效率能否滿足產品設計、生產的需求。

1 欄桿柱產品及生產現狀

欄桿柱產品設計選用1″水煤氣管，材質為Q235A，其結構尺寸如圖1所示。現階段制造工藝流程為：GD4250帶鋸床下料→Z5132A臺鉆鉆制Φ19 mm通孔→JF21-110壓力機壓扁端部。三道工序中Φ19 mm通孔鉆制為產能的瓶頸工序，鉆孔工序能力是1臺鉆床、1名工人、8小時完成500根欄桿柱鉆孔。公司合同交付對欄桿柱產品鉆孔工序產能需求是1名工人、8小時加工800根(36秒/根)。現鉆孔工序產能不能滿足交付需求，須通過外包渠道才能保證合同交付，故迫切需求產能提升。

本設備適用于兩種規格產品的沖孔加工，兩種欄桿柱具體尺寸參數如表1所示。

2 沖孔設備結構與工作過程

2.1 沖孔設備結構

欄桿柱專用沖孔設備的整體結構如圖2所示。主要包括沖孔模具(凸、凹模)[2]、沖孔液壓缸、欄桿柱定位裝置、內支撐芯棒、芯棒位移液壓缸、液壓系統和機架。

圖1 欄桿柱結構

表1 兩種欄桿柱尺寸參數 mm

2.2 工作過程

2.2.1 Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程

圖3為Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程示意圖。

Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔過程如下：

(1) 準備工作：保留“端部定位1”，拆除“端部定位2”。

(2) 沖制孔1：將欄桿柱安裝至狀態1位置(如圖3所示)，定位銷固定工件；芯棒由液壓缸啟動，穿入欄桿柱中沖孔位置；此時沖頭啟動，沖孔；芯棒退回原位，孔1完成沖制。

(3) 沖制孔2：取下定位銷，將欄桿柱掉頭，安裝至狀態2位置(如圖3所示)，定位銷穿入已沖制孔1中進行固定；芯棒再次穿入工件至沖孔位置；沖頭啟動，沖孔；芯棒退回原位，孔2完成沖制。

(4) 取下定位銷和欄桿柱。

1-沖孔模具(凸、凹模)；2-沖孔液壓缸；3-欄桿柱定位裝置；4-內支撐芯棒；5-芯棒位移液壓缸；6-液壓系統；7-機架

圖3 Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程示意圖

2.2.2 Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔工作過程

Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔工作過程如圖4所示。

Q/TGJ02.5428-2007扶梯欄桿柱沖孔時使用定位點為：①孔1沖制：端部定位2、定位孔3；②孔2沖制：定位孔1。沖孔步驟與上述Q/TGJ02.5429-2007平臺欄桿柱沖孔工作過程類似。

圖4 扶梯欄桿柱沖孔工作過程示意圖

3 關鍵部件設計

3.1 內支撐芯棒

內支撐芯棒[3]結構如圖5所示。芯棒毛坯料與連接桿焊接連接，保證直線度，焊后加工芯棒直徑及芯棒通孔。

1-油缸與連接桿接頭；2-連接桿；3-芯棒

內支撐芯棒是欄桿柱沖孔實現的核心部件。初試試驗，欄桿柱沖孔模具有外支撐結構、無內支撐結構，僅能沖制直徑小于Φ9 mm的孔，Φ19 mm孔徑沖制時直接造成欄桿柱沖孔部位坍塌變形。因此欄桿柱Φ19 mm孔沖制必須設計支撐芯棒裝置，而且內支撐芯棒裝置需考慮避讓1″水煤氣管子內壁焊縫。

試驗選擇了兩種規格的芯棒直徑，芯棒直徑與沖孔邊緣凹陷值對應關系如表2所示。實驗結論選用Φ26.8 mm直徑的芯棒，其穿管間隙、沖孔質量均能滿足要求。

表2 芯棒直徑與沖孔邊緣凹陷值對應表 mm

3.2 芯棒位移液壓缸機構

芯棒位移液壓缸機構是通過液壓缸動力、行程實現內支撐芯棒機械化穿入欄桿柱[4]，如圖6所示。

欄桿柱穿過芯棒最小距離為227 mm，最大為535 mm。欄桿柱內徑與芯棒外徑單邊間隙為0.1 mm(為保證沖孔成形質量)。而且原材料管子存在橢圓度偏差。人工穿管無法實現，又因為芯棒屬于直線往復運動，因此采用液壓缸動力，芯棒穿管用時2秒/次。

1-液壓缸；2-油缸與連接桿接頭；3-連接桿；4-芯棒

4 沖孔試驗結果

試驗用工件：兩種規格欄桿柱各10根。

沖孔質量：孔邊緣凹陷小于0.5 mm。

沖孔用時：20根欄桿柱沖孔平均用時35秒/根。

5 結論

本文研究設計了一臺大孔徑比欄桿柱專用沖孔設備，并進行了沖孔試驗，得出以下結論：

(1) 欄桿柱沖孔質量滿足產品設計要求。

(2) 生產效率方面：1名工人、8小時加工820根(35秒/根)，滿足欄桿柱孔加工產能需求。

(3) 欄桿柱專用沖孔設備的成功研制，為大孔徑比管材沖孔提供了技術支持。