СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Заготовительные операции

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

Листовой прокат требует правки в том случае, если его постав­ляют е неправленом виде, а также если деформации возникли при транспортировании. Наиболее часто встречающиеся виды деформи­рования изображены на рис. 13.29.

Правка осуществляется созданием местной пластической де­формации и обычно производится в холодном состоянии. Для устранения волнистости листов и полос толщиной от 0,5 до 50 мм широко используют многовалковые машины (число валков больше пяти). Исправление достигается многократным изгибом при пропускании листов между верхним и нижним рядами вал­ков, расположенных в шахматном порядке (рис. 13.30,а). Листы толщиной менее 0,5 мм правят растяжением с помощью приспо­соблений на прессах или на специальных растяжных машинах.

Серповидность листовой и широкополосной стали подда­ется правке в ограниченной степени. Ее выполняют на многовал­ковых листоправильных вальцах с применением прокладок, выкла­дываемых у вогнутой кромки.

Правку мелко - и среднесортового, а также профильного про­ката производят на роликовых машинах (рис. 13.30,6), 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 пра­вильно-гибочных прессах ку­лачкового типа (рис. 13.30,0).

При постоянном ходе толка­теля 3 задаваемая деформа­ция профиля 2 регулируется изменением расстояния меж­ду опорами 1. На прессах пра­вят и толстолистовой прокат с толщиной более 50 мм.

Холодная деформация со­провождается уменьшением пластичности металла. Поэто­му относительное остаточное удлинение 6 наиболее деформированных волокон необходимо огра­ничивать. Например согласно СНиП 18—75 при холодной правке 6^1%: при холодной гибке 6^2%, что соответствует радиусу изги­ба не менее 50толщин листа приправке и не менее25 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 стали на вальцах, а полос шириной до 200 мм на кулачковом прессе разрешается только при стреле серповидности f^t2!(800b), где I — длина полосы; b — ширина полосы.

В случае необходимости создания более значительных дефор­маций правка и гибка стали должны производиться в горячем со­стоянии после нагрева до 900—1000°С для стали классов до С 46/33 включительно и до 900—950°С для стали классов С 52/40 и С 60/46. Деформирование при высокой температуре сопровожда­ется процессом рекристаллизации, и пластические свойства метал­ла не снижаются.

Нередко правке в вальцах подвергают сварные заготовки из двух или нескольких листов, сваренных стыковыми швами. Для ограничения пластической деформации зоны сварного соединения усиление сварного шва должно быть минимальным. В ряде случа­ев усиление рекомендуется удалять.

Разметка. Индивидуальная разметка трудоемка. Наметка бо­
лее производительна, однако изготовление специальных наметоч­ных шаблонов не всегда экономически целесообразно. Оптический метод позволяет вести разметку без шаблона — по чертежу, проек­тируемому на размечаемую поверхность. Разметочно-маркировоч - ные машины с пневмокернером производят разметку со скоростью до 8—10 м/мин при погрешности ±1 мм. В этих машинах приме­няют программное управление. Использование приспособлений для мерной резки проката, а также машин для тепловой резки с мас­штабной фотокопировальной или программной системой управле­ния позволяет обходиться без разметки.

Резка и обработка кромок. Резка деталей с прямолинейными кромками из листов толщиной до 40 мм, как правило, производит­ся на гильотинных ножницах (рис. 13.31,а). Разрезаемый лист 2 заводится между нижним 1 и верхним 4 ножами до упора 5 и зажимается прижимом 3. Верхний нож, нажимая на лист, про­изводит скалывание. Погрешность размера обычно составляет ±(2,0—3,0) 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. 13.31,6). При включе­нии гидроцилиндра 1 качающийся ножедержатель 3 поворачива­ется сначала вокруг оси А, производя прямой рез с помощью но­жа 7. Когда упор 2 ножедержателя 3 дойдет до выступа детали 4, они поворачиваются совместно вокруг оси Б, отводя прижим 5 от регулируемого упора 6. Нож 8 совершает рез на скос.

Дисковые ножницы (рис. 13.31,в) позволяют осуществлять вы­резку листовых деталей с непрямолинейными кромками толщиной s=20-*-25 мм. Для получения листовой заготовки заданной шири­ны с параллельными кромками дисковые ножи целесообразно рас­полагать попарно на заданном расстоянии друг от друга (рис. 13.31,в, г).

При резке на ножницах металл подвергается значительной пластической деформации. Если кромка реза в. дальнейшем попа­дает в зону сварки и полностью переплавляется, то дополнитель­ной обработки не требуется. Если же эта кромка остается свобод­ной, а конструкция работает при переменных нагрузках, то слой пластически деформированного металла целесообразно удалить последующей механической обработкой.

Для поперечной резки фасонного проката применяют пресс - нооюницы с фасонными ножами или дисковые пилы. В некоторых случаях применяют резку гладким диском либо с помощью тре­ния, либо контактно-дуговым оплавлением.

Производительным является процесс вырубки в штампах. При номинальных размерах деталей 1—4 м погрешности могут составлять +(1,0—2,5) мм.

Разделительная термическая резка менее произво­дительна, чем резка на ножницах, но более универсальна и приме­няется для получения стальных заготовок разных толщин как прямолинейного, так и криволинейного очертания. Наряду с газо­пламенной кислородной резкой все шире применяют плазменно­дуговую резку, позволяющую обрабатывать практически лю­бые металлы и сплавы. Использование в качестве плазмообразую­щего газа сжатого воздуха дает не только экономические, но и технические преимущества: высокое качество реза сочетается с боль­шой скоростью резки, особенно сталей малой и средней толщины (до 60 мм). Недостатком воздушно-плазменной резки является насыщение поверхностного слоя кромок азотом, что способствует образованию пор при сварке. Поэтому кромки в большинстве слу­чаев зачищают стальной щеткой или подвергают дополнительной механической обработке. Предотвращение пор в швах при сварке по кромкам, подготовленным воздушно-плазменной резкой, воз­можно и без зачистки кромок, однако в этом случае требуется четкое соблюдение технических рекомендаций. После кислородной резки зачистки кромок под сварку, как правило, не требуется.

Ручную и полуавтоматическую резку листов производят обычно по разметке, автоматическую — с помощью копирных устройств, по масштабному чертежу или на машинах с программным управ­лением. Масштабные чертежи содержат информацию только о тра­ектории, поэтому переход от одного реза к другому при раскрое целого листа приходится осуществлять вручную. Использование машин с цифровым программным управлением позволяет автома­тизировать процесс резки в пределах всего листа при одновремен­ном повышении точности реза. При вырезке заготовок небольшой толщины в ряде случаев эффективно использование резки листов пакетом толщиной порядка 100 мм.

Термическую резку применяют и при создании скоса кромок. Если эта операция совмещается с разделительной резкой, то одно­сторонний скос с притуплением получают, используя одновремен­но два резака, а двусторонний скос — три резака. После вырезки Детали иногда приходится править.

Начинают применять лазерную резку. Ее преимущества— чрезвычайно малая ширина реза (доли миллиметра) и возмож­ность резки материала малой толщины (от 0,05 мм).

Механическую обработку кромок на станках производят: а) для обеспечения требуемой точности сборки; б) для обработки фасок сложного очертания; в) для удаления металла кромок, обрезанных ножницами или с помощью термической резки, когда это считает­ся необходимым. При обработке длинных кромок применяют кром­кострогальные станки, более коротких — торцефрезерные.

е)

Гибка. Холодную гибку листовых элементов толщиной до 60 мм для получения деталей цилиндрической и конической формы осу­ществляют на листогибочных вальцах с валками длиной до 13 м. При вальцовке в холодном состоянии отношение радиуса изгиба к толщине листа ограничивают допустимым значением создавае­мой пластической деформации. При гибке в вальцах концевой участок листа размером а (рис. 13.32,а) остается почти плоским. Ширина этого участка при использовании трехвалковых вальцов определяется расстояниями между осями валков а (рис. 13.32,6). В четырехвалковых вальцах несвальцованным остается только участок шириной (1-^—2)s, где s — толщина листа (рис. 13.32,в). Более правильное очертание концевого участка листа может быть получено либо калибровкой уже сваренной обечайки, либо предва­рительной подгибкой кромок под прессом или на листогибочных вальцах с толстым подкладным листом, согнутым по заданному радиусу. После подгибки кромок лист устанавливают в гибочные вальцы, выверяют параллельность оси вала и кромки листа и на­чинают гибку со средней части листа (рис. 13.32,г). Использова-

ние двухвалковых гибочных вальцев с эластичным полиуретано­вым покрытием нижнего валка (рис. 13.32,5) устраняет необходи­мость дополнительной подгибки кромок при вальцовке обечаек из листов толщиной до б мм. Упругое покрытие обжимает листовую заготовку вокруг жесткого верхнего валка и обеспечивает равно­мерный изгиб по всей длине.

Листовые элементы с поверхностью пространственной кривизны получают на специальных вальцах с валками переменного диамет­ра. Для формообразования элементов оболочек больших размеров применяют штамповку взрывом. При серийном и массовом производстве для получения элементов с поверхностью сложного очертания широко используют холодную штамповку из ли­стового материала толщиной до 10 мм. Высокая производитель­ность, точность размеров и формы получаемых заготовок, их низ­кая себестоимость обеспечивают создание весьма технологичных штампосварных изделий.

При холодной гибке профильного проката и труб используют роликогибочные машины и трубогибочные станки. Когда возника­ют трудности, связанные с нарушением формы поперечного сече­ния, целесообразно использовать специальные гибочные станки с индукционным нагревом непрерывно перемещаемой и изгибаемой заготовки. Деформируемый участок, нагретый до температуры 950—1000°С, имеет небольшую протяженность, обладает малым со­противлением пластической деформации и повышенной устойчи­востью, что предотвращает образование гофров в зоне сжатия.

Для получения деталей из толстого листового металла применя­ют горячую гибку. Ее осуществляют на гибочных вальцах и на прессах.

В сварных конструкциях зачастую используют гнутые профиль­ные элементы, поперечные сечения которых не входят в сортамент, выпускаемый металлургическими заводами. Небольшие партии та­ких деталей можно изготовлять на кромкогибочных станках и прессах.

Гофрирование (рис. 13.33) повышает жесткость листов. Его предпочтительно производить штамповкой, а не гибкой, чтобы поперечные кромки листов остава­лись плоскими,

Очистка. Для очистки прока­та, деталей и сварных узлов при­меняют механические и химические методы. Удаление загрязнения, ржавчины и окалины производят с помощью дробеструйных и дро - беметных аппаратов, а также используют зачистные станки, рабо­чим органом которых являются металлические щетки, иглофрезьі, шлифовальные круги и ленты. При дробеструйной и дробеметной очистке применяют чугунную или стальную дробь размером от 0,7 до 4 мм в зависимости от толщины металла. В дробеструйных ап­паратах дробь выбрасывается на очищаемую поверхность через

55

сопло сжатым воздухом. В дробеметных аппаратах дробь выбра­сывается лопатками ротора (производительность выше и очистка обходится дешевле), однако происходит быстрый износ лопаток. Дробеструйную и дробеметную очистку обычно осуществляют в камерах. Беспыльные дробеструйные аппараты позволяют обхо­диться без камер, но они менее производительны — их применяю! в мелкосерийном производстве, а также для очистки крупногаба­ритных сварных узлов, которые не помещаются в камере.

Химическими методами проводят обезжиривание и травление поверхности. Различают ванный и струйный методы. В первом слу­чае детали последовательно опускают в ванны с различными рас­творами и выдерживают в каждом из них определенное время. Ва втором случае последовательная подача растворов различного со­става на поверхность деталей производится струйным методом,, что позволяет осуществлять непрерывный процесс очистки. Хими­ческий способ очистки эффективен, однако в производстве свар­ных конструкций его применение ограничено высокой стоимостью оборудования для очистки сточных вод. Для предохранения метал­ла от коррозии кроме очистки обычно проводят пассивирова­ние или грунтовку поверхности, позволяющие осуществлять сварку без удаления защитного покрытия.

Несмотря на широкое использование машин и механизмов, эф­фективность их использования в условиях индивидуального и мел­косерийного производства на заготовительном участке нередко ока­зывается низкой. Это объясняется большими затратами ручного* труда при выполнении транспортных и установочных операций. Поэтому весьма важно обеспечить здесь комплексное исполь­зование механизмов, позволяющее снизить затраты ручного труда до минимума.

Пример рациональной организации приемки и складирования листового металла в условиях мелкосерийного производства пока­зан на рис. 13.34. Горизонтальное складирование в пачки выпол­няют по габаритам и маркам металла. Краны оснащают травер­сами с электромагнитными или вакуумными захватами. Пакеты листов с сортировочных площадок 1 подают мостовым краном 2 на стеллажи к листоправильным вальцам 3. Комплексная механи­зация участка правки обеспечивается приводным рольгангом 4 и перегрузочными мостами 5. Листы правят при поступлении на склад и хранят в выправленном состоянии. Это повышает произ­водительность труда за счет увеличения партии листов одинаковой толщины.

В серийном производстве, в частности на судостроительных предприятиях, операции очистки металла, грунтовки, сушки, мар­кировки, разметки и резки выполняют на автоматизированных по­точных линиях.

Со входного рольганга листы автоматически снимаются канто­вателем и в вертикальном положении транспортируются через по­следовательно расположенные камеры подогрева, дробеметную, грунтовки листов в электростатическом поле, терморадиационной

сушки и затем выдаются в накопитель. Все операции выполняются в автоматическом режиме. Один рабочий наблюдает за ходом про­цесса у пульта управления и регулирует режим работы агрегатов в зависимости от толщины и ширины листов и марки материала. Очистка и грунтовка профильного материала производятся на аналогичной линии.

Комплексная механизация участка тепловой резки для выпол­нения работ по маркировке и вырезке деталей с криволинейными кромками жз листовой ста­ли толщиной свыше 2 мм ь,

организуется следующим ■образом.

По предварительно со­ставленной программе с по­мощью чертежного устрой­ства в масштабе 1:10 вы­черчиваются чертежи ос­новных деталей. Они снаб­жаются маркировкой и ис­пользуются для составле­ния карт раскроя листового материала. Масштабные ко­пии деталей вручную раз­мещают в пределах мас­штабных контуров листа проката с учетом техноло­гических требований и эко­номного использования ма­териала. Компоновку про­водят на специальных сто­лах, оборудованных систе­мой присоса и координато - метрами для снятия коор­динат характерных точек, необходимых для програм­мирования резки. Описа­ние карты раскроя в ви­де таблицы включает в се­бя кодовые номера деталей, записываемые в порядке вырез­ки, координаты двух точек каждой детали в системе координат листа, направление обхода каждой детали. Кроме того, для каж­дой детали имеется запись маршрута, т. е. координаты опорных точек и параметры участков контура, полученные еще до вычерчи­вания. Эти данные вводятся в ЭВМ, и на перфоленте выдается рабочая программа вырезки всего листа. Затем производится кон­трольное вычерчивание карты раскроя на чертежном устройстве, подключенном к ЭВМ.

При применении разметочно-маркировочных машин по чертежу раскроя измеряются координаты границ участков линий разметки,

начальных точек расположения марок и углы поворота этих марок. Все данные заносят в таблицу и затем набивают перфоленту.

Подача листов осуществляется по рольгангам на раскроечных платформах (рис. 13.35,6), у которых на основании 3 установлены ребра 2, служащие опорой листа 1. На этих же платформах про­изводится маркировка и тепловая резка листов, а также уборка вырезанных деталей и отходов. После линии очистки и грунтовки из накопителя 1 (рис. 13.35,а) лист подается гидротолкателем 2 в двусторонний кантователь 3, укладывающий его на раскроечную платформу 5.

а/

Участок оборудован приемным рольгангом 4, двумя подающи­ми рольгангами 6, рольгангом съема разрезанного листа 11 и воз­вратным рольгангом 13. Передача с рольганга одного направления на другой, расположенный перпендикулярно, производится подъе­мом секции роликов. Подача листов и их транспортирование к ме­ханизмам линий тепловой резки, снятие деталей и их передача для дальнейшей обработки осуществляются в полуавтоматическом цикле.

На линиях резки используют маркировочные машины и реза­тельные машины типа «Кристалл» с цифровым программным управлением.

Резке предшествуют разметка линий последующей гибки ли­стовых деталей и их маркировка. При этом необходимо, чтобы положение листа в системах координат разметочно-маркировочной машины и машины тепловой резки было одинаковым. Разметка осуществляется пневмокернером. Исполнительная часть машины 7 представляет собой портал продольного хода, на котором смонти­рована тележка поперечного перемещения. На ней находится по­строитель знаков с рабочим инструментом. Кернение линий раз­метки и холостые переходы осуществляются при движении порта­ла и тележки, а кернение марок — только при движении кареток построителя знаков, повернутого на заданный угол.

После разметки и маркировки листы на тех же раскроечных платформах 5 подаются к машинам тепловой резки 8, а по окон­чании резки выдаются в зону действия перегружателя-кантовате­ля 9. Траверса с большим числом магнитов (до 800 шт.) снимает все детали, а если необходимо, то кантует их для зачистки грата на 180°, а затем возвращает в исходное положение и укладывает на ленточный транспортер 10. Механизированная сортировка выре­занных деталей обеспечивается сортировщиком с вакуумными или магнитными присосками на траверсе. Этот управляемый операто­ром сортировщик раскладывает все крупные детали (более 0,7Х Х0,7 м) в пачки в зависимости от маршрута их дальнейшей обра­ботки. Детали меньшего размера отсортировываются в процессе перехода с транспортерной ленты на рольганг. Они комплектуются в контейнеры на шаговом транспортере-комплектаторе, работаю­щем в полуавтоматическом цикле. Поскольку раскроечная плат­форма 5 выполняет функции газорезательного стола, с ее помощью осуществляется уборка шлака из зоны резки. Для этого платфор­ма после снятия с нее деталей на позиции 12 наклоняется для сброса отходов в бункер, а затем возвращается рольгангом 13 на приемный рольганг 4.

При резке листов на механических ножницах большие трудо­вые затраты обычно связаны с подачей листа к ножам и с уборкой отходов. Оснащение ножниц комплексом механизмов, управляе­мых одним оператором, позволяет исключить тяжелый ручной труд (рис. 13.36). Захват листа, его разворот и укладку на подающую тележку 5 осуществляют с помощью универсального портального манипулятора 8, имеющего колонну 7 с траверсой 6, снабженной вакуумными захватами. Уложенный на холостой рольганг 2 лист

а)

[5к»и<1

У-

5 6 7

6)

2

с помощью прижимов 4 крепится к механизму подачи 3. Самоход­ная тележка 5 по рельсам 9 подает лист к ножам 1, после чего механизмом 3 производится точная установка листа. При резке по разметке или с помощью указателя, скользящего по масштабной линейке, управление ножницами и механизмом подачи осущест­вляется оператором с пульта управления.

При резке по упору партии одинаковых деталей процесс может быть полностью автоматизирован. Подача листа отключается ко­нечными выключателями. Отрезанные детали собирают в тележку, подкатываемую под ножницы. Перед обрезкой кромок тележку откатывают и обрезки падают в приямок, откуда механизм сталки­вает их в бункер.

Примером комплексной механизации заготовительных операций в серийном производстве может служить поточная линия заготовок труб большого диаметра на Челябинском трубопрокатном заводе. Последовательность расположения ее агрегатов показана на схеме рис. 13.37,а. С железнодорожной платформы 2 листоукладчиком 1 листы по одному подаются на приемный рольганг 3 и направля­ются в кромкострогальный станок 4 двусторонней строжки кромок и снятие фасок под сварку. Рабочее движение осуществляют клетш с рабочими валками 1 (рис. 13.37,6), припуск снимается резцами 2.

Формовка листа в трубную за­готовку выполняется на кромкоги­бочном стане 5 и прессах 7 я 8 (рис. 13.37,а). Управление станом 5 и прессом 7 осуществляет один оператор. На выходе из стана под­гибки кромок лист захватывается упором цепного транспортера 6 и подается под пресс 7, одновремен­но выталкивая ранее сформованную заготовку. Предварительная фор­мовка под прессом (рис. 13.37,в) производится ходом пуансона 1 до упора в постель 4 с помощью ку­лис 3 с роликами 2. Потом заго­товка поднимается вверх и вытал­кивается на промежуточный роль­ганг, откуда цепным транспорте­ром подается на окончательную формовку.

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства при большей номенклатуре выпускае­мых изделий особое значение при­обретает организация промежуточ­ного склада полуфабрикатов. Дли механизации и автматизации опера­ций на таких складах целесообраз­но использовать специализирован­ное оборудование, управляемое с по­мощью устройств вычислительной техники. Такого рода проект реали­зуется в производственном объеди­нении «Уралмаш». Склад комплектации должен производить прием, хранение, учет, комплектацию и своевременную выдачу на сбороч­ные участки всех необходимых для выполнения конкретного заказа заготовок и комплектующих изделий. Хранение грузов производит­ся в высотных консольных стеллажах. Длинномерные грузы (за­готовки профильного проката, трубы) размещаются в специальных кассетах, мелкие детали — в контейнерах. Краны-штабелеры под­
нимают и устанавливают кассеты и контейнеры в ячейки стелла­жей. Стеллажный кран-штабелер представляет собой плоскую раму 2 (рис. 13.38), перемещающуюся по напольному подкрановому пу­ти 7 и удерживаемую от опрокидывания верхним рельсом 1. Рама имеет две колонны, по которым перемещается грузоподъемник 5 с телескопическим захватом 6 и кабиной 4. Управление работой кранов-штабелеров производится с центрального пульта. Кабина предназначена для управления краном в процессе наладки или при выходе из строя системы автоматического управления. На уровне нижних ячеек стеллажей перемещаются стеллажные передаточные тележки 3. Груз, частично скомплектованный в заготовительном цехе на платформе-накопителе 8, на тележке 3 подается в зону хранения. Данные о принятом грузе оператор вводит в память ЭВМ и, получив адреса, где будет храниться груз, включает систе­му управления. Выдача грузов со склада осуществляется после того, как ЭВМ сигнализирует о завершении комплектации загото­вок конкретного заказа. По командам оператора в соответствии с заготовительной ведомостью стеллажные тележки выносят все указанные грузы в зону комплектации. Здесь их укладывают на платформу-накопитель и на транспортной тележке доставляют в сборочный цех.