本發明涉及熱頂鍛試驗，具體為一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置及方法。

背景技術：

1、在現代鋼鐵企業物理熱頂鍛性能測試中，需要對來樣的圓棒、優棒、高線等圓柱體試樣進行熱處理頂鍛測試。根據標準yb/t?5293-2014，熱頂鍛測試主要指在室溫或者加熱狀態下沿試樣的軸線方向施加壓力，將試樣按規定的鍛壓比壓縮，檢驗金屬承受頂鍛塑性變形的能力并顯示金屬表面缺陷以判斷產品表面質量的一種工藝試驗方法。

2、通常頂鍛測試只進行30mm以下的試樣，且以冷頂鍛為主，通過人工搬運進行上樣。如果進行熱頂鍛試驗，通過人工搬運或行車吊裝等方式進行上樣，放置在加熱爐等加熱裝置按照一定工藝加熱處理后，再轉運至放置在頂鍛平臺上，單機設備進行熱頂鍛后，通過人工觀察后再人工進行丟棄廢料。但是對于直徑30mm以上的鋼鐵試樣，試樣重量大，且試樣頂鍛前后的圓柱體和圓餅試樣直徑不同，形狀不同，不易夾持，又因為是熱頂鍛試驗，常會出現由于試樣粘連或抓取不牢造成的試樣掉落等問題，易造成安全風險。

3、近些年來，雖然出現了全自動熱頂鍛系統，但是對于大直徑的鋼鐵試樣熱頂鍛測試仍然存在問題。具體出現的問題或困難主要有以下幾點：1、試樣較重，在要求成本低和穩定的要求下，夾爪對于兼顧不同直徑的頂鍛前圓柱體和頂鍛后圓餅夾持有困難。2、試樣在頂鍛后由圓柱體頂壓成圓餅樣后試樣中心位置有偏移，對機械手點位有影響。3、試樣加熱后，部分試樣存在粘樣情況，造成頂壓后的圓餅樣位置發生偏移或丟樣情況。4、除了已解決的大直徑試樣異常情況，仍會出現其他原因造成大直徑自動熱頂鍛試驗的運行不穩定，例如將其他形狀試樣當成圓柱形試樣上樣，試樣在爐內倒伏又被抓取至頂鍛機內部但是頂鍛結束后無法取出等情況，從而影響自動化試驗流程。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置及方法，以解決上述背景技術提出的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置，包括頂鍛機和用于夾取頂鍛機上試樣的機器人，所述機器人上帶有專用夾片的機械手夾爪，機械手夾爪從末端依次設置不同的夾持區域，夾持區域根據自動化系統中所需要夾持的試樣的不同類型和不同尺寸進行設置，每個區域根據所需設置不同的可拆卸的夾片，每段夾鉗采用兩個平面上的v型口用于夾持試樣；所述頂鍛機的內部固定位置設置壓縮空氣氣槍吹管，壓縮空氣氣槍吹管對準頂鍛機上壓盤下表面進行吹氣冷卻，在頂鍛機的另一側同時設置測溫槍進行測溫，當檢測到溫度恢復閾值溫度時繼續進行下次頂鍛試驗。

4、優選的，所述機械手夾爪上的每個區域從頂部俯視均為v型，v型口覆蓋的直徑的圓柱從俯視方向均為外切圓柱直徑圓。

5、本發明提供另一種技術方案：一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，基于大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置實現，包括以下步驟：

6、s1：將機械手夾爪伸入到800噸頂鍛機內，隨后關閉機械手夾爪；

7、s2：檢測機械手夾爪末端在本次抓取試樣直徑r的附近范圍內，機械手伺服電機的扭矩是否有明顯變化，若有變化執行s3，若無變化則執行s4；

8、s3：機械手夾爪將頂鍛結束的試樣放置在觀察臺上；

9、s4：機器人報錯“異常抓取，請處理”指令，由操作人員處理完畢，點擊“已處理”指令，機械手夾爪回到初始位置。

10、進一步地，還包括通過機械手夾爪解決試樣位置跑偏的對中規整方法，具體如下：當試樣在頂鍛后與原位置有一定偏移的情況下，專用動作為先夾住試樣再松開機械手夾爪一小段距離，同時機械手夾爪整體向試樣移動，左側夾片剛剛接觸試樣時，試樣受力為f，對試樣進行受力分析，以機械手夾爪為y軸方向建立坐標軸，將力分解為fx和fy，fx將試樣向右推動x的距離，fy將試樣推動y的距離，試樣始終沿著機械手夾爪的v形口的邊進行滑動，當試樣同時接觸到v形口的另一邊時，受到力t，ty和fy相等達到受力平衡，試樣在機械手夾爪的y軸方向上不在進行位移，此時規整完成。

11、進一步地，試樣規整在x方向上所需要的距離為x，距離x分為1-2次完成，最終機械手夾爪夾持試樣，v形口四點接觸，實現穩定夾持試樣。

12、進一步地，還包括頂鍛機防粘樣的方法，具體如下：通過在頂鍛機內部固定位置設置壓縮空氣氣槍吹管，壓縮空氣氣槍吹管對準頂鍛上壓盤下表面進行吹氣冷卻，并同時設置測溫槍進行測溫，當檢測到溫度恢復適當溫度時，可繼續進行下次頂鍛試驗。

13、進一步地，還包括機械手夾爪未夾住試樣的報警保護方法，具體如下：設機械手夾爪每次閉合所需要夾持的試樣直徑或者夾持邊緣直徑為r，受伺服電機影響的機械手夾爪末端距離為d，在設機械手夾爪閉合時，電機通過正反絲杠進行旋轉，機器人系統檢測d，檢測d從r一直降到0.9r的扭矩情況，當扭矩有較大變化時，機器人系統判斷為機械手夾爪抓取到試樣，當扭矩無較大變化時，機器人系統判斷為機械手夾爪未抓取到試樣，并編寫程序界面“機械手抓取異常，請確認”的對話框指令，當人工處理完畢后，可繼續進行試驗。

14、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

15、本發明的大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置及方法，通過特定形狀的夾爪，采用特定的機械手規整方法，可對大直徑圓柱形試樣進行熱頂鍛前后的不同狀態的夾持，解決了熱頂鍛過程中，該類試樣的粘樣問題及掉樣問題，整個裝置結構巧妙，方法有效，能夠確保大直徑的圓柱鋼鐵試樣穩定的進行自動熱頂鍛試驗，確保試樣穩定、方便的抓取，同時確保自動熱頂鍛試驗穩定運行，避免中斷和出現異常、危險。

技術特征：

1.一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置，包括頂鍛機(1)和用于夾取頂鍛機(1)上試樣(2)的機器人(3)，其特征在于，所述機器人(3)上帶有專用夾片的機械手夾爪(4)，機械手夾爪(4)從末端依次設置不同的夾持區域，夾持區域根據自動化系統中所需要夾持的試樣(2)的不同類型和不同尺寸進行設置，每個區域根據所需設置不同的可拆卸的夾片，每段夾鉗采用兩個平面上的v型口用于夾持試樣(2)；所述頂鍛機(1)的內部固定位置設置壓縮空氣氣槍吹管(5)，壓縮空氣氣槍吹管(5)對準頂鍛機(1)上壓盤下表面進行吹氣冷卻，在頂鍛機(1)的另一側同時設置測溫槍(6)進行測溫，當檢測到溫度恢復閾值溫度時繼續進行下次頂鍛試驗。

2.如權利要求1所述的一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置，其特征在于：所述機械手夾爪(4)上的每個區域從頂部俯視均為v型，v型口覆蓋的直徑的圓柱從俯視方向均為外切圓柱直徑圓。

3.一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，基于權利要求1-2任一項所述的大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置實現，其特征在于：包括以下步驟：

4.如權利要求3所述的一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，其特征在于：還包括通過機械手夾爪(4)解決試樣(2)位置跑偏的對中規整方法，具體如下：當試樣(2)在頂鍛后與原位置有一定偏移的情況下，專用動作為先夾住試樣(2)再松開機械手夾爪(4)一小段距離，同時機械手夾爪(4)整體向試樣(2)移動，左側夾片剛剛接觸試樣(2)時，試樣(2)受力為f，對試樣(2)進行受力分析，以機械手夾爪(4)為y軸方向建立坐標軸，將力分解為fx和fy，fx將試樣(2)向右推動x的距離，fy將試樣(2)推動y的距離，試樣(2)始終沿著機械手夾爪(4)的v形口的邊進行滑動，當試樣(2)同時接觸到v形口的另一邊時，受到力t，ty和fy相等達到受力平衡，試樣(2)在機械手夾爪(4)的y軸方向上不在進行位移，此時規整完成。

5.如權利要求4所述的一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，其特征在于：試樣(2)規整在x方向上所需要的距離為x，距離x分為1-2次完成，最終機械手夾爪(4)夾持試樣(2)，v形口四點接觸，實現穩定夾持試樣(2)。

6.如權利要求3所述的一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，其特征在于：還包括頂鍛機(1)防粘樣的方法，具體如下：通過在頂鍛機(1)內部固定位置設置壓縮空氣氣槍吹管(5)，壓縮空氣氣槍吹管(5)對準頂鍛上壓盤下表面進行吹氣冷卻，并同時設置測溫槍(6)進行測溫，當檢測到溫度恢復適當溫度時，可繼續進行下次頂鍛試驗。

7.如權利要求3所述的一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗方法，其特征在于：還包括機械手夾爪(4)未夾住試樣(2)的報警保護方法，具體如下：設機械手夾爪(4)每次閉合所需要夾持的試樣(2)直徑或者夾持邊緣直徑為r，受伺服電機影響的機械手夾爪(4)末端距離為d，在設機械手夾爪(4)閉合時，電機通過正反絲杠進行旋轉，機器人系統檢測d，檢測d從r一直降到0.9r的扭矩情況，當扭矩有較大變化時，機器人系統判斷為機械手夾爪(4)抓取到試樣(2)，當扭矩無較大變化時，機器人系統判斷為機械手夾爪(4)未抓取到試樣(2)，并編寫程序界面“機械手抓取異常，請確認”的對話框指令，當人工處理完畢后，可繼續進行試驗。

技術總結
本發明公開了一種大直徑圓柱鋼鐵試樣的自動熱頂鍛試驗裝置及方法，屬于熱頂鍛試驗技術領域，包括頂鍛機和用于夾取頂鍛機上試樣的機器人，機器人上帶有專用夾片的機械手夾爪，機械手夾爪從末端依次設置不同的夾持區域，頂鍛機的內部固定位置設置壓縮空氣氣槍吹管，在頂鍛機的另一側同時設置測溫槍進行測溫，當檢測到溫度恢復閾值溫度時繼續進行下次頂鍛試驗。通過將機械手夾爪伸入到頂鍛機內，檢測機械手夾爪末端在本次抓取試樣的伺服電機的扭矩是否有明顯變化進行后續試驗。本發明采用特定的機械手規整方法，可對大直徑圓柱形試樣進行熱頂鍛前后的不同狀態的夾持，解決了熱頂鍛過程中，該類試樣的粘樣問題及掉樣問題。

技術研發人員：宋小勇,陳泳,萬春華,劉志軍,王曼娟,芮琦,周勇,彭彤,李楊
受保護的技術使用者：馬鞍山鋼鐵股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28