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专业知识

U型螺栓制作方法的改进与应用

2020-09-16

U型螺栓是常村矿井下生产队组使用较多的构件, 所使用材料几乎都是低碳钢, 对使用强度要求不高, 通常情况, 矿内部对其进行加工制作。机修厂传统U型螺栓加工制作方式工序繁琐, 浪费人力, 现为改变以往低效的加工制作模式, 针对所存在的问题和不足, 提出了改进措施和办法, 对其进行改进, 达到了简化作业流程, 提高工作效率的目的, 取得了较好的实际应用效果, 同时也积极响应了矿上降本增效的理念, 最大限度地使用场地有效条件, 不折不扣地降低成本。

1、改进前U型螺栓加工过程

常村矿机修厂在制作U型螺栓时, 采用气割加热的方法, 将车好的双头螺柱加热到红烛状态, 用C2H2和O2混合气燃烧的火焰喷射, 即2C2H2+5O2=4CO2+2H2O, 释放大量热进行快速加热, 然后人工弯制, 最后进行淬火处理, 立即喷水冷却, 弯曲部位淬硬深度为2 mm~6 mm, 否则会引起表面严重变形开裂, 影响使用价值。

1.1 U型螺栓使用用途

U型螺栓是U型支撑装置, 作安装固定用, 一般使用在井下管道的固定, 钢丝绳固定的场合。井下所需U型螺栓强度、精度要求不高, 符合使用要求就行。

1.2 U型螺栓的制作程序

具体方法是:

a) 提前下好一定长度的圆钢料 (冲剪机上) ;

b) 车工将圆钢料两端分别车相等长度的螺纹, 即双头螺柱, 见图1;

图1 双头螺柱和U型螺栓

c) 将车好的圆钢料放置在预定的工作台上 (工作台焊接有4个Φ30 mm×60 mm的圆柱, 圆柱间的间隙正好是双头螺柱直径, 双头螺柱放置在圆柱间隙中) ;

d) 开启O2-C2H2气体瓶, 调节好割炬, 一人使用割炬对双头螺柱需弯曲部位进行加热, 另一人手拿套筒, 套在螺纹丝杠一端用体力进行弯曲处理, 弯曲到垂直为止, 接着按相同方法对另一端弯曲处理;

e) 弯曲成型后, 见图1, 进行淬火处理;

f) 对需打磨处理的打磨处理。

2、改进前U型螺栓加工存在的问题

原U型螺栓加工在下好圆钢料后对其两头螺纹车制, 最后对其弯曲成型处理, 整个弯曲变形过程, 耗时费工, 效率低下。

在将车好两头螺纹的双头螺柱圆钢弯曲时, 单人根本无法完成弯制, 往往需要2人~3人, 轮流操作, 气割弯曲, 这样就增加了人力成本, 最重要的是作业强度大。通常, 弯制1根U型螺栓所需时间大约4 min~6 min, 这样做工作效率低, 作业人员处于高温环境长时间操作会出现肺部与喉咙疼痛, 主要是C2H2不完全燃烧时产生的CO气体对身体的危害最大, 即C2H2+O2=2CO+H2, 因为CO气体是一种无色、无嗅、无味、含剧毒的无机化合物气体, 同时也不符合成本最优化、效益最大化目的。对此, 结合车间现状, 就地取材, 按照简单实用原则, 达到满足加工需要, 也能符合井下作业的使用要求, 对U型螺栓加工的弯曲成形环节进行改进, 有效解决了上述问题。

3、U型螺栓弯曲成形改进思路
3.1 改进思路

U型螺栓尺寸大小不一致, 每次制作时都耗时费工, 针对这一情况, 决定设计制作一种灵活性较高的模具, 以方便快捷地适应不同尺寸U型螺栓的制作, 进而简化作业流程, 提高作业效率。以往U型螺栓弯曲成形环节费时费力, 作业环境差, 现利用车间内闲置的液压机 (液压机参数:型号Y-50T, 系统压力20MPa, 有效行程260 mm) , 对车好双头螺纹圆钢进行冲压, 这样就需要设计制作1个弯曲成形模具, 见图2。将一定长度的双头螺柱料放置在弯曲成形模具上, 通过调节可伸缩部位, 液压机液压缸带动冲头, 对其冲压可以一次成型, 可迅速快捷地生产出所需U型螺栓, 同时也能够达到井下作业使用要求。

3.2 调节原理

为了能够生产不同宽度的直角U形螺栓, 适应井下作业中的不同使用要求, 在压力机模具定位孔上设计安装1个可伸缩性成型调节装置, 也就是通过调节两端螺柱控制两轴承间距离, 调节过程中确保左右两侧轴承与定位孔对称。

4、U型螺栓弯曲成形改进方法

U型螺栓弯曲成形改进的具体做法如下:

图2 弯曲成型模具
1.调节丝杆;2.支撑架;3.滚轮固定架;4.滚轮 (滚轮套和轴承配合组成) ;5.销轴;6.结合螺纹套;7.底座;8.定位圆柱;9.冲头

a) 下1块620 mm×200 mm×20 mm (长×宽×高) 的底座, 并在其下方正中间焊接1个Φ50 mm×100 mm的圆柱, 用来与压力机上的模具定位孔配合;

b) 车加工2个与轴承配合的圆形套, 安装上轴承组成滚轮, 然后焊接制作2个开口方形槽, 方形槽两侧打孔, 安装上滚轮后, 穿入销子固定, 这就是所谓的滚轮固定座;

c) 下料制作冲头 (与所需生产U型螺栓配合) ;也就是铣床加工1个方型块, 在其低端截面铣成槽, 也就是凸模, 方形块上部焊接1个螺纹套, 用来和压力机的缸体部位螺纹柱通过螺旋结合, 冲头是用来给双头螺柱施加向下的力;

d) 车加工2条Φ30 mm×250 mm丝杠, 丝杠旋转通过底座上的螺纹调节支撑架, 其顶端与调节轮固定座通过螺纹连接;

e) 车加工2条销轴, 用来固定滚轮与滚轮固定座的配合

5、U型螺栓弯曲成形改进后弯曲成形操作程序

U型螺栓弯曲成形改进后弯曲成形操作程序如下:

a) 把弯曲成形模具固定在压力机底座上, 安装好冲头, 旋转调节好丝杠, 使两侧滚轮与定位孔对称;

b) 开启液压机, 空载运行5 min, 然后将双头螺柱放置在模具滚轮上方, 螺柱左右两侧与定位孔对称, 接着按下液压按钮, 液压缸带动冲头向下做活塞运动, 会将双头螺柱一次冲压成型, 接着松手按钮, 冲头做回程运动, 将返回原点;

c) 将冲压好的U型螺栓取下, 接着在将双头螺柱放置在模具上, 开始新的冲压。

6、使用效果

其使用效果有以下几方面:

a) 采用了可伸缩性冲压成形模具后, 可以方便快捷地冲压出不同尺寸的U型螺栓, 重要的是效率高, 也使闲置的液压机有了用武之地;

b) 以往是使用人工进行弯曲加工, 至少需要2人, 改进后是使用液压进行机械化冲压, 单人就可以弯制冲压了。以往人工气割加热弯制1根U型螺栓需要4min~6 min, 现在采用压力机, 1 min就可以冲压3根, 弯制环节效率提高了12倍~18倍, 极大地提高了作业效率, 同时也缓解了作业人员的疲劳强度, 能够解决生产队组的燃眉之急;

c) 采用了可伸缩性调节模具, 可以冲压不同尺寸的U型螺栓, 通过调节模具左右侧旋转丝杠;

d) 以往人工气割加热弯曲环境恶劣, 忍受着高温和有害气体, 现在1人使用压力机就可以作业, 不仅作业条件得到了改善, 减少了作业人员数量, 节省了人力成本。

7、结语

通过对U型螺栓制作方法的改进与应用, 显著提高了经济效益和安全效益。经济效益:改造前, 生产制作方式比较落后, 费时耗功, 效率低下, 并且需要两人参与作业。改造后, 使用了闲置的液压压力机, 采用了机加工, 单人就可以作业了, 并且效率高。安全效益:改造前, 需要使用割炬对双头螺柱进行加热, 进而来弯曲变形, 这样处于高温作业环境, 容易烫伤, 劳动强度大。改造后, 不需要处于高温环境, 避免了烫伤, 更重要的是降低了职工的劳动强度和安全事故率。通过在常村矿机修厂冲压实践应用, 采用了可伸缩性冲压成型模具后, 可以加工不同尺寸大小的U型螺栓及U型卡, 具备小规模批量生产条件, 满足生产队组的需求, 大大地节约了劳动时间, 降低了作业人员的劳动强度, 提高劳动效率, 节约生产成本, 具有一定的推广和使用价值。

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