Page 18 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

张 康，等：钢铁板材全自动力学性能测试工艺设计及实验室建设

搬运次数M的计算方法如式（1）和式（2）所示。 1.1.2 激光切割
  L 激光切割是利用激光准直性和功率密度高的特
= ∑  T n + t n  （1） 点，使工件与光斑结合处的材料熔化或汽化，以分离
 V n 
材料的一种切割工艺。相较传统的钢板切割工艺，
M = 3 600 （2） 激光切割工艺在切割速率、切割精度、切割成本等方
T 面有着巨大优势 。目前，其最大切割厚度可达到
[2]
式中:L 为第n次的行驶距离；V 为第n次的行驶速 100 mm。以20 mm厚的钢板为例，激光切割速率约
n
n
度；t 为第n次的移载时间与通讯时间之和；T为搬 为0.65 m/min。连续作业情况下，以拉伸、冲击、弯
n
运时间。 曲试样为一组，单台设备加工能力不低于13 组/h。

当一辆车，i个搬运场所时，每小时搬运次数M 在GB/T 2975—2018 《钢及钢产品 力学性能试验
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的计算方法如式（3）和式（4）所示。 取样位置及试样制备》中明确规定：当直径或厚度
T s = T R （3） 不大于 15 mm时，加工余量为 1~2 mm；当直径为
∑

i
i
15~25 mm时，加工余量为2~3 mm。
M = 3 600 （4） 在激光切割过程中，需要用氮气或者氧气作
1 T
s
为辅助气体。冷轧薄板切割需要用氮气作为保护
式中：T 为复合周期；T 为第i个搬运场所的周期； 气，单台功率为 2 kW的激光切割设备对氮气的要
s
i
R 为到第i个搬运场所的概率，指在一定时间内， 求为，流量大于500 m /h，压力为3 MPa，纯度大于
3
i
该车辆去第i个搬运场所的次数与总搬运次数的 99.95%；中厚板切割时需要用氧气助燃以保证切割
比值。 效果，单台功率为12 kW的激光切割设备对氧气的
当多辆车时，每小时搬运次数M 的计算方法如 要求为，压力为0.4~0.6 MPa，流量为10~15 m /h，
3
2
式（5）和式（6）所示。 纯度大于99.95%。气体消耗量虽不大，但对一些前
M = 3 600  （5） 期没有敷设这两种气体管道的实验室来说，如果采
N E
2  L  用汇流排的方式进行气体供给，显然是不可行的。
∑  n +t  n
 V n  可以采用空压机制取压缩空气，但是氧气必须从制
氧站中敷管接入，才能保证其纯度、压力及流量等满
M = 3 600  （6） 足要求。在实际运行中，由于切割功率对切口宽度
N E

2 ∑ RT
n
n
和热影响区的影响，最大切割厚度只能达到25 mm，
式中：N为AGV的数量；E为使用率，在多辆车系统 厚度大于25 mm的板材需要较高的切割功率，会影
中，由于交通管理的影响，自动导引车完成任务的有 响切割质量，进而影响后续加工。
效运行时间小于运行总时间，二者的比值为使用率； 1.1.3 工业机械手
T 为第n个搬运场所的周期；R 为到第n个搬运场 工业机械手是面向工业领域的多关节或多自由
n
n
所的概率。 度的机器人。工业机械手可以满足大批量生产制造
需要注意的是，AGV的使用会受到许多因素的 的需求，能够依靠自身动力和控制能力自动执行工
限制。AGV对生产现场地面条件有一定要求，地 作任务。目前，工业机械手已成为替代人力进行高
面不能有大的起伏和坡度。要求AGV运行应能以 重复性、高强度、高精密作业及恶劣环境下作业的可
可控的额定速度通过在1 m 范围内，平面度不小于 靠工具。
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3 mm、台阶高度不小于5 m、沟槽宽度不小于8 mm、 1.2 测试设备
坡度不小于0.05的路面，并在路面坡度不小于0.01 1.2.1 集成式试样加工中心
的停车点可靠停止。AGV对生产现场通行线路有 集成式试样加工中心是集铣削、磨削等加工工
一定要求。大多数实验室的智能化建设主要是对 艺于一体的加工设备，试样在设备内部通过机械手
现有实验室的改造，在阶段性改造过程中，避免不 进行移动、翻面等操作。力学性能实验室需要配备
了AGV和操作人员时空交叉的情况，因此要考虑 的试样加工中心主要有：平面加工中心，用于对拉
AGV专用通道的规划以及AGV自动规避行人功能 伸、弯曲、硬度等试样进行精细加工；冲击试样加工
的配备。 中心，用于对冲击毛坯料进行精细加工及开槽；圆棒

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