Приемы выполнения операций и применяемое оборудование заготовительных операций

1. Приемы выполнения операций и их технологическая наследственность

Литые, кованые и штампованные заготовки обычно поступают на сварку в готовом виде, не требующем дополнительных операций. По другому обстоит дело с деталями из проката. После подбора металла по размерам и маркам стали приходится выполнять следующие операции: правку, разметку, резку, обработку кромок и очистку под сварку.

Все технологические операции при изготовлении сварных конструкций делятся на следующие группы:

• заготовительные;
• сборочные;
• сварочные;
• послесварочные.

К заготовительным операциям относятся:

• очистка металла,
• правка,
• раскрой,
• резка,
• разделка кромок,
• образование отверстий,
• гибка.

Сборочные операции могут включать сборку подузлов и узлов, а также общую сборку конструкции. Сборка может выполняться по разметке, в кондукторах и в специальных сборочных приспособлениях.

Сварка производится по отдельным узлам, если сборка поузловая, а затем сварка всей конструкции из уже сваренных узлов, либо сварка целиком всей конструкции после её сборки.

В группу послесварочных операций входят контроль качества сварных швов и размеров сварного изделия, правка, отделочные работы, термообработка, нанесение защитных покрытий.

Вообще, контроль качества проводится как входной, так и пооперационный, после выполнения каждой технологической операции. Отклонения от требований по изготовлению и размеров деталей на любой технологической операции приведет к затруднениям при сборке и дефектам при сварке, а в конечном итоге к несоответствию выпускаемой продукции, т.е. к браку.

Следовательно, существует тесная взаимосвязь или технологическая наследственность всех операций технологического процесса.

2. Применяемое оборудование и комплексная механизация заготовительных операций

Листовой прокат требует правки в том случае, если металлургический завод поставляет его в неправленном виде, а также, если деформации возникли при транспортировании. Наиболее часто встречающиеся виды деформирования листовой стали приведены на рис. 56.

1 – волнистость; 2 – серповидность в плоскости; 3 – местные выпучины; 4 – заломленные кромки;5 – местная погнутость; 6 – волнистость поперек листа

Рисунок 56 – Виды деформации листовой стали

Правка осуществляется созданием местной пластической деформации и, как правило, производится в холодном состоянии. Для устранения волнистости листов и полос толщиной 0,5…50 мм широко используют многовалковые машины (с числом валков более пяти). Правка достигается многократным изгибом при пропускании листов между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном порядке. Схема расположения валков в семивалковой машине показана на рис. 57,а. Нижние приводные валки располагают в неподвижной станине; верхние приводные валки — в подвижной части станины. В зависимости от толщины выправляемых листов подвижную часть станины поднимают или опускают с помощью привода.

а – на листоправильных вальцах; б – на углоправильных вальцах; в – на прессе

Рисунок 57 – Схемы правки листовых и профильных элементов 

Листы толщиной более 40 мм обычно правят под прессом (см. рис. 57, в). Тонкие листы, толщиной менее 0,5 мм, правят растяжением на специальных растяжных машинах. Серповидность листовой и широкополосной сталей (искривление в плоскости) поддается правке в ограниченной степени, Правку мелко- и среднесортового, а также профильного проката производят на роликовых машинах (см.рис. 57,б). работающих по той же схеме, что и листоправильные. Для двутавров и швеллеров такой способ используется только для исправления в плоскости меньшего момента сопротивления. Исправление в другой плоскости осуществляют изгибом на правильногибочных прессах кулачкового типа (см. рис. 57, в).

При постоянном ходе толкателя 3 величина деформации детали регулируется изменением расстояния между опорами 1. Холодная деформация сопровождается уменьшением пластичности металла. Поэтому относительное остаточное удлинение δ наиболее деформированных волокон необходимо ограничивать, Например, согласно Строительным нормам и правилам (СНиП) допускают δ при холодной правке до 1%; при холодной гибке — до 2%, что соответствует радиусу изгиба не более 50 толщин листа при правке и не более 25 толщин листа при гибке. Исходя из этого, устанавливают предельные значения искривлений, исправление которых еще допускается в холодном состоянии.

Так, холодная правка серповидности широкополосной и универсальной сталей на вальцах и полос шириной до 200 мм на кулачковом прессе разрешается только при стреле серповидности f ≤ L²/800 b, где f — стрела серповидности; L — длина полосы; b — ширины полосы. В случае необходимости создания более значительных деформаций правка и гибка сталей должны производиться в горячем состоянии после нагрева до 900…1000^оС для стали классов до С 46/33 включительно и 900…950^оС для стали классов С 52/40 и С 60/46 (1-е число – предел прочности стали, 2-е число – предел текучести в кг/мм²).

Деформирование при высокой температуре сопровождается процессом рекристаллизации, и пластические свойства металла при этом ие снижаются. Нередко правке в вальцах подвергают сварные заготовки из двух или нескольких листов, сваренных стыковыми швами. Для ограничения совершаемой пластической деформации зоны сварного соединения усиление должно быть минимальным. В ряде случаев усиление рекомендуется удалять.

Раскрой металла. Индивидуальная разметка трудоемка. Наметка более производительна, однако изготовление специальных наметочных шаблонов не всегда экономически целесообразно. Оптический метод позволяет вести разметку без шаблона — по чертежу, проектируемому на размечаемую поверхность. Разметочно-маркировочные машины с пневмокернером производят разметку со скоростью до 8… 10 м/мин при точности Е1 мм. В этих машинах применяют программное управление. Использование приспособлений для мерной резки проката, а также машин для термической резки с масштабной фотокопировальной системой управления или программным управлением позволяет обходиться без разметки.

Автоматизация раскроя листового и профильного прокатов способна обеспечить многократное снижение трудоемкости при высоком коэффициенте использования металла (порядка 90%). При этом сокращение сроков подготовки данных для термической резки позволяет эффективно использовать высокопроизводительные портальные машины с числовым программным управлением (ЧПУ) в условиях мелкосерийного и единичного производств.

Резка и обработка кромок. Резка деталей с прямолинейными кромками из листов толщиной до 40 мм, как правило, производится на гильотинных ножницах (рис. 58,а). Разрезаемый лист 2 заводится между нижним 1 и верхним 4 ножами до упора 5, зажимается прижимом 3. Верхний нож, нажимая на лист, производит скалывание. Погрешность размера обычно составляет 1 (2…3) мм при резке по разметке и ~ (1,5…2,5) мм при резке по упору. Прямой рез со скосом кромки под сварку можно получить, используя специальные ножницы (рис. 58,б). При включении гидроцилиндра I качающийся ножедержатель 3 поворачивается сначала вокруг оси А, производя прямой. рез с помощью ножа 7. Когда упор 2 ножедержателя 3 упрется в выступ детали 4, они поворачиваются совместно вокруг оси Б, отводя прижим 5 от регулируемого упора 6. Нож 8 совершает рез на скос.

Дисковые ножницы (рис. 58,в) позволяют осуществлять вырезку листовых деталей с непрямолинейными кромками толщиной до 20…25 мм. Для получения листовой заготовки заданной ширины с параллельными кромками дисковые ножи целесообразно располагать попарно на заданном расстоянии друг от друга (рис. 58,г).

Рисунок 58 – Схема резки металла на ножницах различных типов

Многодисковые ножницы предназначены для продольной обрезки кромок или роспуска рулонного материала на полосы (рис. 58,г). Для поперечной резки фасонного проката применяют пресс-ножницы с фасонными ножами, дисковые пилы и ленточные пилы (рис. 60).

Для получения листовых заготовок толщиной до 6 мм различной конфигурации применяют также штамповочно-вырубные револьверные прессы с ЧПУ (рис. 59, а). Станина 1 имеет верхнюю 2 и нижнюю револьверные головки, несущие набор пуансонов 4 и матриц 5. Подлежащий вырубке лист 6 закрепляется прижимами 7 на балке поперечной подачи 8, которая задает перемещения в направлении У. Продольная подача листа в направлении Х обеспечивается движением суппорта 9 по направляющим 10.

Разделительная термическая резка более универсальна, чем резка на ножницах, и применяется для получения заготовок любой формы (рис. 61).

Наряду с газопламенной резкой все шире применяют плазменно-дуговую резку, позволяющую обрабатывать практически любые металлы и сплавы толщиной до 60 мм с высокой скоростью. Широкое применение получает резка с помощью луча лазера. Большая плотность энергии (10⁵…10⁶ Вт/см²) обеспечивает высокие скорости резки (до 6…10 м/мин) при малой ширине реза. Наиболее часто лазерную резку используют применительно к тонколистовым материалам, чувствительным к перегреву, таким как высоколегированные сплавы железа, алюминия, титана и никеля, а также для раскроя неметаллических материалов. В последние годы получила распространение абразивно-гидравлическая резка с использованием подаваемой под большим давлением до 1000 атм тонкой водяной струи в смеси с абразивным порошком (рис. 61). Нагрев и деформации разрезаемого металла полностью отсутствуют

Рисунок 59 — Схема вырубного револьверного пресса

Рисунок 60 – Станок для механической резки ленточной пилой

Рисунок 61 – Методы термической резки

Ручную и полуавтоматическую резку листов производят обычно по разметке; автоматическую — на машинах с программным управлением. Использование машин с цифровым программным управлением позволяет автоматизировать процесс резки в пределах всего листа без участия оператора при одновременном повышении точности реза. Термическую резку применяют и при создании скоса кромок под сварку (рис. 62). Если эта операция совмещается с разделительной резкой, то односторонний скос с притуплением кромок получают, используя одновременно два резака, а двусторонний скос — при трех резаках.

Рисунок 62 – Разделка кромок под сварку машинной газовой резкой

Современные портальные машины для лазерной резки позволяют ограничить предельные отклонения размеров вырезаемых деталей до 0,2…0,3 мм при толщине 0,5…5 мм. Столь высокая точность, сопоставимая с точностью механической обработки, позволяет использовать метод лазерной резки для размерной обработки деталей.

Механическую обработку кромок на станках производят: а) для обеспечения требуемой точности сборки; б) для образования фасок, имеющих сложное очертание; в) для удаления металла кромок, обрезанных ножницами или с помощью термической резки, когда это считается необходимым. При обработке длинных кромок листов большого размера применяют кромкострогальные станки: для обработки торцев — торцефрезерные.

Гибка. Детали цилиндрической или конической формы получают гибкой листов на листогибочных вальцах (рис. 63). При холодной гибке пластическую деформацию, определяемую отношением радиуса изгиба R к толщине листа s, приходится ограничивать. Если R/s ≥ 25, то гибку обычно выполняют в холодном состоянии, при меньшем значении этого отношения — в горячем.

а – обечайка с недовальцованными кромками; б, в – установка листа в 3-х- и хвалковых вальцах; г – вальцовка с предварительным подгибом кромок; д – гибка в двухвалковых вальцах

Рисунок 63 – Схемы вальцовки обечаек [4]

Рисунок 64 – Пуансон и матрица кромкогибочного станка

При гибке в вальцах концевой участок листа (рис. 63, а) остается почти плоским. Ширина этого участка при использовании трехвалковых вальцов определяется расстоянием между осями валков, а (рис. 63, б) и может оказаться значительной. В четырехвалковых вальцах несвальцованным остается только участок шириной (1…2) s, зажатый между средними валками (рис. 63, в). Обеспечение заданной кривизны в зоне стыка может быть получено либо путем калибровки уже сваренной обечайки, либо путем предварительной подгибки кромок (под прессом или на листогибочных вальцах с толстым подкладным листом, согнутым по заданному радиусу). Положение листа перед гибкой показано на рис. 63, г. После выверки параллельности оси валка и кромок листа гибку начинают со средней части.

Использование двухвалковых гибочных вальцов с эластичным полиуретановым покрытием нижнего валка (рис. 63, д) устраняет необходимость дополнительной операции подгибки кромок при вальцовке обечаек из листов толщиной до 6 мм. Упругое покрытие обжимает листовую заготовку вокруг жесткого верхнего валка и обеспечивает равномерный изгиб по всей длине. Для получения деталей из толстого листового металла применяют горячую гибку. В серийном и массовом производствах для получения элементов с поверхностью сложного очертания широко используют холодную штамповку из листового материала толщиной преимущественно до 10 мм (рис. 66). Высокая производительность холодной штамповки, точность размеров и формы получаемых заготовок, их малая масса и низкая себестоимость обеспечивают создание весьма технологичных штампосварных изделий.

Рисунок 65 — Гофрированные листы

Рисунок 66 — Схемы холодной штамповки

При холодной гибке профильного проката и труб используют роликогибочные и трубогибочные станки (рис. 64, 65, 66). При гибке труб (рис. 67) в зоне сечения, испытывающего напряжения сжатия, возможна потеря устойчивости с образованием гофр. В этом случае используют специальные гибочные станки с индукционным нагревом непрерывно перемещаемой и изгибаемой заготовки. Нагретое до температуры 950…1000 ^оС сечение обладает малым сопротивлением пластической деформации и повышенной устойчивостью. Это обеспечивает локализацию деформаций от сечения к сечению по мере продвижения заготовки через индуктор и сохранение формы исходного сечения.

1–упор; 2- зажим; 3 – труба; 4 – направляющие ролики; 5 – гибочный ролик; 6 -индуктор

Рисунок 67 – Схема трубогибочного станка с индукционным подогревом

В сварных конструкциях используют сортовые и гофрированные гнутые профильные элементы (рис. 65). Эти профили обычно выпускают металлургические заводы, однако небольшие партии нестандартных профилей нередко изготовляют на кромкогибочных станках и прессах. Гофрирование повышает жесткость листов.

Очистка. Для очистки проката, деталей и сварных узлов применяют механические и химические методы. Удаление. загрязнения, ржавчины и окалины производят с помощью дробеструйных и дробеметных аппаратов; используют зачистные станки, рабочим opraном которых являются металлические щетки, иглофрезы, шлифовальные круги.

При дробеструйной и дробеметной очистке применяют чугунную или стальную дробь размером 0,7…4 мм в зависимости от толщины металла. В дробеструйных аппаратах дробь выбрасывается на очищаемую поверхность через сопло сжатым воздухом. В дробеметных аппаратах дробь выбрасывается лопатками ротора, производительность выше и очистка обходится дешевле, однако происходит быстрый износ лопаток.

Производительность дробеметных аппаратов, в которых дробь выбрасывается лопатками ротора (рис. 68), больше, чем дробеструйных, и очистка обходится дешевле, однако происходит быстрый износ лопаток. Дробеструйную и дробеметную очистку обычно осуществляют в камерах, через которые лист 5 проходит в вертикальном положении с опорой на ролики 7. Использованная дробь элеватором 2 через сепаратор 3, в котором она очищается от частиц окалины, подается в расходный бункер 4 и поступает к дробеметным аппаратам 1. Пыль через трубопровод б вентилятором 8 подается в циклон 9 с водяной пленкой.

Для предохранения металла от ржавления в процессе изготовления сварных конструкций очистку обычно дополняют нанесением антикоррозионного покрытия (пассивирование, или грунтовка), позволяющего производить сварку без его удаления.

Химическими методами производят обезжиривание, травление поверхности. Различают ванный и струйный химические методы. В первом случае детали последовательно опускают в ванны с различными растворами и выдерживают в каждом определенное время. Во втором случае последовательная подача раствором различного состава на поверхность деталей производится струйным методом, что позволяет осуществлять непрерывный процесс очистке.

При струйном способе обработки компоненты, входящие в состав растворов, значительно интенсивнее реагируют с ржавчиной и окалиной, чем при обработке методом окунания. Струйный метод позволяет организовать наиболее производительные и механизированные поточные линии химической очистки. Химический способ очистки эффективен, однако в производстве сварных конструкций его применение ограничено высокой стоимостью оборудовании для очистки сточных вод.

Схема непрерывной поточной линии химической очистки струйным методом представлена на рис. 69. С роликового конвейера 1 через листоправильные вальцы 2 листы попадают на роликовый конвейер 3. Затем листоукладчиком листы устанавливаются в вертикальном положении на роликовый конвейер 4 и подаются в ряд камер: 5 — подогрева, 6 — травления, 8 — промывки, нейтрализации и пассивирования. Через камеры листы перемещаются системой роликов с приводом 7 и выталкиваются на неприводной роликовый конвейер 9, откуда снимаются кантователемлистоукладчиком 10 и ставятся в стеллаж.

Рисунок 68 — Дробеметная установка

Рисунок 69 — Схема непрерывной поточной линии химической очистки струйным методом

Для предотвращении или устранения вредного влияния технологической наследственности заготовительных операций нередко приходится вводить ограничения или дополнительные мероприятия. Так, при холодной правке и гибке металла устанавливают допускаемые значения пластической деформации; при механической разделительной резке на ножницах иногда предусматривают удаление металла вблизи кромки реза, где не исключено наличие надрывов. После операции очистки поверхности металла назначают операцию грунтовки для защиты от коррозии в процессе выполнения последующих операций; при выполнении раскроя листов термической резкой приходится учитывать погрешности вследствие перемещений, связанных с неравномерностью поля температур в процессе резки.