Методическая разработка учебного

Раздел 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Тема 2.1 Виды заготовительных работ

Методическая разработка учебного занятия

Тема занятия: Виды заготовительных работ

Вид занятия: комбинированное занятие

Цели занятия:

Образовательная:

- Повторить принципы классификации сварных конструкций;

- Изучить виды заготовительных работ

Воспитательная:

- показать значение данной темы для дальнейшего изучения дисциплины;

- формирование у студентов интереса к будущей профессии

Развивающая:

- расширение кругозора студентов по данной теме;

- развитие у студентов творческого подхода к изучению предмета.

Ожидаемые результаты занятия:

Студент должен:

Иметь представление:

- о наличии имеющегося заготовительного оборудования и его технических характеристиках;

Знать:

- основные нормативные документы на сортамент материала;

- основные заготовительные операции;

- способы разметки и получения заготовки;

Уметь:

- использовать справочники для выбора сортамента материала.

Межпредметные связи:

Обеспечивающие: Оборудование, механизация и автоматизация сварочного производства

Обеспечиваемые: курсовое и дипломное проектирование

Обеспечение занятия:

Наглядные пособия: презентация.

Технические средства обучения: компьютер, мультимедиа-проектор.

Учебные места: кабинет ТЭСП

Литература:

Основная: 1) Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контрль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991

Дополнительная: Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций – М.: Издательский центр «Академия», 2008

Ход занятия.

Ход занятия | Деятельность преподавателя | Деятельность студентов
Организационный момент | Сообщение студентам темы и задач занятия. Проверка готовности к уроку. | Наличие на столе рабочей тетради, письменных принадлежностей.
Повторение пройденного материала | Задает вопросы для повторения пройденного материала | Отвечают у доски на поставленные вопросы
Изучение нового материала | Сообщает содержание этапов занятия | Записывают в тетрадях вопросы необходимые для изучения
Закрепление нового материала | Задает вопросы для повторения пройденного материала | Отвечают на поставленные вопросы
Домашнее задание | стр.26-42 |
Подведение итогов занятия | Объявляет итоги занятия. |

Вопросы, изучаемые на уроке:

1. Правка листов;

2. Разметка деталей и раскрой листов;

3. Механическая резка и обработка кромок;

4. Разделительная термическая резка;

5. Гибка листов;

6. Очистка деталей.

Повторение пройденного материала:

1. Принципы классификации сварных конструкций

2. Материалы для изготовления сварных конструкций

3. Детали для изготовления сварных конструкций

4. Изготовление сварных ферм

5. Изготовление оболочковых конструкций

6. Сварные детали машин

Изучение нового материала

Вопрос 1. Правка листов

Технология изготовления сварных конструкций включает в себя несколько последовательно выполняемых операций. Различают основные и вспомогательные операции.

Основными операциями считают заготовительные (18...24%), сборочные (10...32%), сварочные (14...27%) и отделочные (5... 13 %). Отделочными являются контрольные операции, термическая и механическая обработка, окраска и упаковка.

Доля вспомогательных операций, связанных непосредственно со сваркой, составляет 5... 10%, а общих, связанных, главным образом, с транспортировкой свариваемых элементов конструкции — 15...42%.

При изготовлении сварных конструкций приходится соединять между собой заготовки и узлы, полученные различными технологическими методами: отливки, поковки, штамповки, прессованные заготовки, прокатные (листовые и профильные) детали.

Литые, кованые и штампованные заготовки обычно поступают на сварку в готовом виде, не требующем дополнительных операций. При работе с прокатом после подбора металла по размерам и маркам стали выполняют следующие операции: правку, разметку, резку, обработку кромок, гибку и очистку под сварку.

Правка листов. Листовой прокат требует правки (устранения деформаций) в том случае, если металлургический завод поставляет его в неправленном виде, а также, если деформации возникли при транспортировании. Наиболее часто встречающиеся виды деформирования стальных листов приведены на рис. 2.1: в виде волнистости вдоль или поперек листа (рис. 2.1, а, е), серповидности (рис. 2.1, б), местного выпучивания (рис. 2.1, в), заломленных кромок (рис. 2.1, г), местной вогнутости (рис. 2.1, д).

Правку осуществляют созданием местной пластической деформации и, как правило, в холодном состоянии. Для устранения волнистости листов и полос толщиной 0,5...50 мм широко используют многовалковые машины (с числом валков более пяти).

Правку выполняют многократным изгибом листов путем их пропускания между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном порядке. Схема расположения валков в семивалковой машине показана на рис. 2.2, 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 нажима.

Правку мелко- и среднесортового, а также профильного проката производят на углоправильных роликовых вальцах (рис. 2.2, 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 правильно-гибочных прессах кулачкового типа.

Листы толщиной более 40... 50 мм обычно правят под прессом. 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.

Холодная деформация сопровождается уменьшением пластичности металла. Поэтому относительное остаточное удлинение 8 наиболее деформированных волокон необходимо ограничивать. Например, согласно «Строительным нормам и правилам» (СНиП III — 18 — 75 «Металлические конструкции») допускают 8 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/(800b)

где f – стрела серповидности; l – длина полосы; b – ширина полосы.

Рис. 2.1. Виды деформаций листов:

а — волнистость; б — серповидность; в — местное выпучивание; г -заломленные кромки; д — местная вогнутость; е — волнистость поперек части листа.

Рис. 2.2 Схемы правки листовых и профильных элементов:

а – на листовых вальцах; б – в углоправильных вальцах

В случае необходимости создания более значительных деформаций правка и гибка сталей должны производиться в горячем состоянии после нагрева до 900... 1000 °С. Деформирование при высокой температуре сопровождается процессом рекристаллизации, и пластические свойства металла при этом не 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.

Вопрос 2. Разметка деталей и раскрой листов

Разметка – нанесение контура детали на поверхность исходной заготовки или нанесение линий базирования сопрягаемых деталей при сборке.

Индивидуальная разметка листов 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 ±1 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.

Раскрой может быть ручным, механизированным или автоматическим.

При ручном формировании карт раскроя осуществляют макетирование. Для этого по предварительно составленной программе с помощью чертежного устройства в масштабе 1:10 вычерчивают основные детали. Их маркируют и используют для составления карт раскроя листового материала. Масштабные копии деталей вручную размещают в пределах контуров листа проекта с учетом технологических требований и экономного использования материала.

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.

В настоящее время используются различные системы автоматизированного проектирования раскроя листового и профильного проката.

Компоновку производят на специальных столах, оборудованных системой присоса и координатомерами 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 вводят в ЭВМ и на перфоленте выдается рабочая программа вырезки всего листа. Затем производится контрольное вычерчивание карты раскроя на чертежном устройстве, подключенном к ЭВМ.

При механизированном методе формирование карты раскроя выполняют на экране дисплея. Исходной информацией, находящейся в памяти ЭВМ, является аналитическое представление о контуре каждой из деталей. Номер детали, марку материала, толщину, кратность детали и другое в диалоговом режиме оператор вводит в ЭВМ, вызывает из памяти машины и размещает на экране дисплея контуры необходимых для вырезки деталей. Далее перемещает и вращает эти контуры в пределах габаритов исходного листа. У оператора имеется возможность размещать в вырезаемых окнах мелкие детали, добиваясь более полного использования материала.

При автоматическом методе формирование карты раскроя осуществляется через ЭВМ. На экране дисплея и на графопостроителе появляются полностью готовые карты раскроя и исчерпывающая дополнительная информация о наименованиях деталей, коэффициенте использования металла, нумерации вырезаемых деталей и др.

Нашли использование и системы, позволяющие получать карты раскроя в автоматическом режиме и производить при необходимости корректировку в диалоговом режиме.

На основе полученных карт раскроя создаются управляющие программы для машин термической резки, которые также могут быть получены в диалоговом или автоматическом режиме.

Вопрос 3. Механическая резка и обработка кромок

Все существующие приемы резки металлов можно разделить на две группы: механическая и термическая.

Достоинством механических способов являются:

- высокая производительность;

- возможность резки практически любых конструкционных материалов.

К недостаткам следует отнести:

- ограничения толщины разрезаемых элементов до 40 мм;

- громозкость и сложность оборудования, высокая стоимость режущего инструмента;

- при механической резки происходит исчерпание пластичности в поверхностных слоях зоны реза и, возможно, появление трещин на кромках. В тех случаях, когда после резки предусмотрена операция гибки в направлении поперечном относительно поверхности кромки, необходимо предварительно удалить строжкой нагартованные слои;

- детали сложной конфигурации с небольшими радиусами закругления механическими способами вырезать можно только с использованием методов штамповки.

Резку деталей с прямолинейными кромками из листов толщиной до 40 мм, как правило, производят на гильотинных ножницах (рис. 2.3, а) и пресс-ножницах (рис. 2.3, б). Разрезаемый лист 2 заводится между нижним 1 и верхним 4 ножами до упора 5, зажимается прижимом 3. Верхний нож, нажимая на лист, производит скалывание. При длине отрезаемого элемента 1 ...4 м погрешность размера обычно составляет ±(2...3) мм при резке по разметке и ±(1,5...2,5) мм при резке по упору.

Дисковые ножницы (рис. 2.4, а) позволяют осуществлять вырезку листовых деталей с непрямолинейными кромками толщиной 5 до 25 мм.

б

Рис. 2.3. Схемы резки металла на гильотинных (а) и пресс-ножницах (б): 1 — нижний нож; 2 — разрезаемый лист; 3 — прижим; 4 — верхний нож; 5 - упор

Рис. 2.4. Схема резки металла на дисковых (а) и специальных (6) ножницах:

1 — гидроцилиндр; 2 — упор; 3 — ножедержатель; 4 — ось; 5 — пластина с выступом; 6 — ось; 7 — прижим; 8 — регулируемый упор; 9, 10 — ножи

Диаметр дисков D выбирают в зависимости от толщины листа:

D = (25...30)S

Для получения листовой заготовки заданной ширины с параллельными кромками дисковые ножи целесообразно располагать попарно на заданном расстоянии друг от друга. Многодисковые ножницы предназначены для продольно и обрезки кромок или роспуска рулонного материала на полосы. Прямой рез со скосом кромки под сварку можно получить, используя специальные ножницы (рис. 2.4, б). При включении гидроцилиндра 1 качающийся ножедержатель 3 поворачивается сначала вокруг оси 6, закрепленной в треугольной пластине 5, производя прямой рез с помощью ножа 9. Когда упор 2 ножедержателя упрется в выступ детали 5, детали 3 и 5 поворачиваются совместно вокруг оси 4, отводя прижим 7 от регулируемого упора 8. Нож 10 совершает рез на скос.

При резке на ножницах металл у кромки реза подвергается значительной пластической деформации. Если эта кромка 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-ножницы с фасонными ножами или дисковые пилы. В некоторых случаях применяют резку гладким диском либо за счет трения, либо контактно-дуговым оплавлением.

Производительным является процесс вырубки листовых заготовок в штампах. При номинальных размерах деталей 1 ...4м отклонения могут соответственно составлять ±(1,0...2,5) мм.

Для получения листовых заготовок толщиной до 6 мм различной конфигурации применяют также штамповочно-вырубные револьверные прессы с ЧПУ. Конфигурация вырубаемой заготовки в соответствии с программой обеспечивается системой управления пресса за счет шаговой подачи по прямой или окружности путем пробивки отверстий, перекрывающих друг друга. Наличие лазерной головки с кислородным или воздушным дутьем и отсосом позволяет кроме вырубки выполнять резку стальных заготовок толщиной до 10 мм. В этом случае двухкоординатное перемещение листа обеспечивает непрерывное продвижение луча лазера по контуру, составленному из отрезков прямой и дуг окружности.

Вопрос 4. Разделительная термическая резка

В отличие от резки на ножницах разделительная термическая резка менее производительна, но более универсальна и применяется для получения заготовок как прямолинейного, так и криволинейного очертания в широком диапазоне толщин материалов.

Преимущества термической резки:

- возможность резки малоуглеродистых сталей практически любой толщины;

- возможность вырезки деталей любой конфигурации;

- относительная простота и компактность оборудования;

- возможность автоматизации.

Недостатки термических способов резки являются:

- относительно низкая производительность;

- не все материалы одинаково хорошо поддаются резке;

- после резки образуются остаточные напряжения;

- сравнительно низкое качество поверхности реза.

При газокислородной резке кислород расходуется на окисление или сжигание металла в процессе резки, а также для образования подогревающего пламени, доводящего металл до температуры воспламенения.

В качестве горючих газов в основном используют ацетилен С2Н2 и пропан С3Н6. От того, какой горючий газ и в какой пропорции он будет смешан с кислородом, зависят характер пламени, его температура и свойства.

При разделительной резке режущая струя направлена перпендикулярно к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Разделительной резкой раскраивают листовые заготовки, профильный материал, вырезают косынки, фланцы, круги и т.п.

Очевидно, что не все металлы, применяемые в технике, можно резать этим способом. Одни из них режутся хорошо, другие плохо, а некоторые вообще не поддаются кислородной резке. Низкоуглеродистые стали, низколегированные и легированные стали с содержанием углерода до 0,25 % хорошо поддаются кислородной резке обычным способом без предварительного подогрева. Среднеуглеродистые стали, легированные конструкционные и инструментальные стали с содержанием углерода более 0,25 %, а также высоколегированные конструкционные стали удовлетворительно поддаются кислородной резке с предварительным подогревом по линии реза. Алюминиевые и магниевые сплавы кислородной резке не поддаются.

Процесс кислородной резки влияет на разрезаемый металл: увеличивается твердость, изменяются структура и химический состав металла у кромок среза, а также создаются напряжения в зоне резки, вызывающие коробление заготовок.

По характеру и направленности кислородной струи различают разделительную резку и резку кислородным копьем. При резке кислородным копьем резку выполняют с помощью тонкостенной стальной трубки (копья), присоединенной к рукоятке и прижатой свободным концом к прожигаемому материалу. Резка начинается с подогрева конца заготовки сварочной дугой или газовой горелкой. При пропускании кислорода через трубку ее конец быстро загорается и дальнейший подогрев не нужен. Копье прижимают к материалу и углубляют в него. Таким образом прожигают отверстия круглого сечения в толстых материалах.

Резка может быть ручной или машинной. При ручной резке вследствие неравномерности перемещения резака и вибрации режущей струи в большинстве случаев не может быть обеспечена высокая чистота поверхности реза, поэтому полость реза затем механически обрабатывают.

Поверхность металла, подлежащая резке, должна быть очищена от окалины, краски и грязи, если вырезка детали идет для последующей сборки без механической обработки кромок. Если при резке остается припуск на механическую обработку, то очистка металла не обязательна.

Расстояние от режущего сопла до поверхности металла зависит от толщины металла, его определяют по следующей формуле:

h = 5 + 0,05S,

где h — расстояние от сопла до поверхности металла, мм; S — толщина металла, мм.

Обычную кислородную резку выполняют при S= 5...300 мм.

Высокое качество реза можно получить при машинной резке, когда обеспечивается равномерное перемещение резака по линии реза, строгая перпендикулярность режущей струи к разрезаемой поверхности и постоянство расстояния от мундштука до поверхности изделия.

Машинную резку выполняют автоматами или полуавтоматами с использованием специальных шаблонов-копиров.

Принципиальные кинематические схемы стационарных газорезательных машин представлены на рис. 2.5. В машинах с продольно-поперечным передаточным устройством (рис. 2е, а) ведущая головка 3 закреплена на подвижной штанге 7, перемещающейся вдоль или поперек разрезаемого листа по рельсам 2. В машинах с параллелограммным передаточным устройством (рис. 2.5, б) ведущая головка и резаки 5 закреплены на неподвижной штанге 4. В машинах с радиально-шарнирным передаточным устройством (рис. 2.5, в) резак перемещается вдоль разрезаемого листа 7 по шаблону 6.

Примеры режимов машинной кислородной резки ста и одним резаком даны в табл. 2.1.

При необходимости изготовления большого количества одинаковых заготовок применяют пакетную резку, когда несколько листов, собранных в пакет, разрезают одновременно. Такой способ резки следует применять для углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,4 % и низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25 %.

Рис. 2.5. Принципиальные кинематические схемы газорезательных машин

с продольно-поперечным (а), параллелограммным (б) и радиально-шарнирным (в) передаточными устройствами:

1 — подвижная штанга; 2 — рельсы; 3 — резательная головка; 4 — штанга для крепления резательной головки; 5 — резак; 6 — шаблон; 7 — разрезаемый лист

Таблица 2.1 - Режимы машинной кислородной резки стали

Показатель | Толщина разрезаемого металла, мм
| 5 | 10 | 20 | 30
Номер мундштука | 1 | 1 | 2 | 3
Давление кислорода, МПа | 0,35 | 0,45 | 0,45 | 0,45
Скорость резки, мм/мин | 590. ..640 | 480... 520 | 390... 420 | 350...380
Расход кислорода, л/м | 65 | 95 | 160 | 250
Расход ацетилена, л/м | 12 | 15 | 23 | 27

Окончание табл. 2.1

Показатель | Толщина разрезаемого металла, мм
| 60 | 100 | 150 | 200
Номер мундштука | 4 | 4 | 5 | 6
Давление кислорода, МПа | 0,60 | 1,05 | 1,05 | 1,05
Скорость резки, мм/мин | 300. ..330 | 240...260 | 210...230 | 200...210
Расход кислорода, л/м | 560 | 1180 | 2250 | 3920
Расход ацетилена, л/м | 42 | 62 | 95 | 125

Процесс кислородно-флюсовой резки отличается от процесса обычной резки тем, что режущая струя подастся с распыленным в кислороде порошком флюса. Основной частью флюса является порошок железа. При сгорании флюса дополнительно выделяется большое количество теплоты, которое повышает температуру в месте реза.

Кроме того, частицы флюса, вылетая из сопла резака с большой скоростью, механически удаляют тугоплавкие оксиды. Кислородно-флюсовую резку применяют для тех металлов, которые плохо или вовсе не поддаются обычной кислородной резке, например, высокохромистых и хромоникелевых сталей, чугунов, медных сплавов.

Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода более 0,8%, чугуны, высоколегированные стали с содержанием хрома более 10 % и вольфрама свыше 30 % поддаются кислородно-флюсовой резке с предварительным подогревом и медленным последующим охлаждением. Кислородно-флюсовая резка позволяет легко разрезать заготовки из меди, латуни, бронзы и никелевых сплавов.

Высокопроизводительным методом разделительной резки является плазменная резка. При плазменной резке металл выплавляется из полости реза направленным потоком высокотемпературной плазмы. При плазменной резке используют аргон, его смесь с водородом, воздух и другие газы. Таким способом разрезают толстые листы (до 120 мм) из алюминиевых сплавов, высоколегированных сталей и медных сплавов. Плазме иную резку выполняют специальным резаком, называемым плазмотроном, и она позволяет обрабатывать практически любые металлы и сплавы.

Использование в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха дает не только экономические, но и технические преимущества, так как наряду с весьма высоким качеством реза обеспечивает значительное повышение скорости резки, особенно при вырезке заготовок из сталей малой р средней толщины (до 60 мм). Параметры режимов плазменно-дуговой резки даны в табл. 2.2.

Широкое применение получает резка с помощью луча лазера. Высокая плотность потока излучения (105... 106 Вт/см2) обеспечивает настолько быстрый нагрев металла, что процесс резки начинается практически сразу после пуска лазерного луча (независимо от теплофизических свойств металла).

Наиболее часто лазерную резку используют для резки тонколистовых материалов, чувствительных к перегреву, таких как высоколегированные высокопрочные сплавы на основе железа, алюминия, титана и никеля, а также для раскроя неметаллических материалов (пластмасс, дерева, ткани, кожи, стекла, резины). Этот процесс характеризуется высокими скоростями резки (до 10 м/мин) при малой ширине реза.

Таблица 2.2 – параметры режимов плазменной резки сталей

Параметр | Сталь Ст.3, S= 18 мм | Сталь 1Х18Н9Т, S= 20 мм
Ток, А | 300 | 340
Напряжение дуги, В | 65 | 75
Диаметр электрода, мм | 4 | 4
Диаметр сопла, мм | 3,5 | 3,5
Расстояние от сопла до изделия, мм | 5 | 5
Расход аргона, л/ч | 10 | 10
Расход воздуха, м3/ч | 5 | 5
Скорость резки, м/ч | 60 | 40

Ручную и полуавтоматическую лазерную резку листов производят обычно по разметке, автоматическую — по масштабному чертежу или на машинах с программным управлением. Масштабные чертежи содержат информацию только о траектории, поэтому переход от каждого отдельного реза к другому при раскрое целого листа приходится осуществлять вручную. 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. Если эта операция совмещается с разделительной резкой, то односторонний скос с притуплением получают, используя одновременно два резака, а двусторонний скос — при трех резаках. Погрешность машинной термической резки Др, складывается из погрешностей Ат, вносимых технологическим процессом, механизмом Ам и тепловыми деформациями разрезаемого элемента Ад:

ДР = АТ + Ам + Ад.

При использовании традиционных методов термической резки, которым присущи значительные размеры зоны нагрева, наиболее существенной составляющей оказывается Ад, поскольку в процессе резки лист деформируется и перемещается относительно опор раскройного стола.

Погрешность Ад уменьшают обычно путем отвода теплоты от зоны реза с помощью водяного охлаждения. Резкое сокращение зоны нагрева при переходе к лазерной резке сопровождается соответствующим снижением погрешности Ад.

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. Примером такого использования является прецизионная вырезка шаблонов, используемых тля контроля размеров штампов и деталей машин в процессе их изготовления.

Механическую обработку кромок на станках производят для обеспечения требуемой точности сборки, для образования фасок, имеющих сложное очертание, и для удаления металла кромок, обрезанных ножницами. Обработку выполняют с помощью термической резки, когда это считается необходимым. Для обработки длинных кромок листов большого размера применяют кромкострогальные станки, для обработки торцев — торцефрезерные.

Сварные соединения можно выполнять с разделкой кромок или без нее (рис. 2.6). Сваривают односторонние и двусторонние стыковые швы без скоса кромок (рис. 2.6, а), тавровые швы без скоса кромок (рис. 2.6, б), тавровые швы с односторонним скосом одной кромки (рис. 2.6, в), стыковые швы со скосом одной кромки (рис. 2.6, г), стыковые швы со скосом двух кромок (рис. 2.6, в), стыковые швы с двумя скосами двух кромок (рис. 2.6, е), стыковые швы с криволинейным скосом двух кромок (рис. 2.6, ж) и стыковые швы без скоса кромок со смещением (рис, 2.6, з).

d e ж з

Рис. 2.6. Конструктивные элементы кромок деталей под сварку:

а — односторонние и двусторонние стыковые швы без скоса кромок; б — тавровые швы без скоса кромок; в — тавровые швы с односторонним скосом одной кромки; г — стыковые швы со скосом одной кромки; д — стыковые швы со скосом двух кромок; е — стыковые швы с двумя скосами двух кромок; ж — стыковые швы с криволинейным скосом двух кромок; з — стыковые швы без разделки кромок со смещением; b — зазор; с — притупление; α — угол разделки кромок; β — угол скоса кромок; δ — смешение кромок

Конструктивными элементами кромок, подготовленных под сварку заготовок и сборки их для сварки, являются зазор b, притупление c, угол скоса кромок β, угол разделки кромок α, смещение кромок δ.

Разделку кромок выполняют при толщине деталей более 7 мм, в противном случае возможны непровар, перегрев или пережог металла. Угол скоса кромок α выбирают в пределах (60 ± 5)... (20 ± 5)°, а зазор b — в пределах 1,5...4 мм. Притупление кромок c необходимо для обеспечения устойчивости процесса сварки при выполнении корневого шва. Величина притупления обычно составляет 1...3 мм. Смещение кромок оказывает существенное влияние на механические свойства сварного соединения и зависит от типа конструкции, материала и условий эксплуатации.

Вопрос 5. Гибка листов

Детали цилиндрической или конической формы получают гибкой листов на листогибочных вальцах. 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.

При гибке в вальцах концевой участок листа а (рис. 2.7, а) остается почти плоским. Ширина этого участка при использовании трехвалковых вальцов определяется расстоянием между осями валков b (рис. 2.7, б) и может оказаться значительной. В четырехвалковых вальцах несвальцованным остается только участок с шириной (1 ...2)5, зажатый между средними валками (рис. 2.7, в).

Рис. 2.7. Схемы вальцовки обечаек:

а — обечайка с необвальцованными кромками; б, в — установка листа в трех- и четырехвалковых вальцах; г — положение листа в начале гибки в вальцах; д — гибка листа в двухвалковых вальцах; а — концевой участок листа; b — расстояние между осями валков; с — несвальцованный участок; S — толщина листа

Рис. 2.8. Технологический процесс штамповки полуобечаек на гидравлическом прессе: а — предварительная гибка; б — полная гибка; в — окончательная гибка

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. 2.7, 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. 2.7, д) устраняет необходимость дополнительной операции 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. Для получения деталей из толстого листового металла применяют горячую гибку. Ее осуществляют на гибочных вальцах и на прессах.

При большой толщине листа обечайки изготавливают из двух половин штамповкой в нагретом до 1 000 °С состоянии. Гибку заготовок производят на гидравлическом прессе в несколько приемов. Сначала выполняют предварительную гибку на 1/3 высоты (рис. 2.8, а), затем полную гибку с выдержкой под давлением в течение 2...3 мин (рис. 2.8, б), после чего траверсу поднимают, выдвигают продольные брусья и производят окончательную гибку полуобечайки (рис. 2.8, в).

Листовые элементы с поверхностью двоякой кривизны получают на специальных вальцах с валками переменного диаметра.

Для формообразования элементов оболочек больших размеров применяют штамповку взрывом. В серийном и массовом производствах для получения элементов с поверхностью сложного очертания широко используют холодную штамповку из листового материала толщиной преимущественно до 10мм. Высокая производительность холодной штамповки, точность размеров и формы получаемых заготовок, их малая масса и низкая себестоимость обеспечивают создание весьма технологичных штампосварных изделий.

При холодной гибке профильного проката и труб используют роликогибочные и трубогибочные станки. При гибке таких профилей в зоне сечения, испытывающей 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... 1 000°С 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.

Рис. 2.9. Схема трубогибочного станка с индукционным нагревом:

а — исходное состояние: 1 — упор; 2 — каретка; 3 — заготовка; 4 — направляющие ролики; 5 — гибочный ролик; 6 — индуктор; б — гибка на 90°; в — гибка на 180°

При гибке трубы с индукционным нагревом изгибаемая заготовка 3 закрепляется в каретке 2 и направляющих роликах 4, упираясь в упор 1. Гибка производится гибочным роликом 5 при перемещении заготовки кареткой и нагреве ее на узком участке индуктором 6. На таких станках можно выполнять гибку различных профилей, устанавливая нужные направляющие ролики.

В сварных конструкциях часто используют гнутые профильные элементы (сортовые и гофрированные). Эти профили обычно выпускают металлургические заводы, однако небольшие партии нестандартных профилей нередко изготовляют на кромкогибочных станках и прессах. Гофрирование повышает жесткость листов; его предпочтительно производить не гибкой, а вытяжкой, чтобы поперечные кромки листов оставались плоскими.

Вопрос 6. Очистка деталей

Очистку и подготовку поверхности деталей осуществляют перед запуском листов и профилей проката в обработку или после изготовления деталей до их сборки в зависимости от состояния поверхности материала назначения и способа изготовления деталей и свариваемых узлов. Очистка ручным и механизированным инструментом малопроизводительна и применяется в основном для зачистки сварных швов и отделочных работ.

Для очистки деталей из проката, а также сварных узлов применяют механические и химические способы.

Механическое удаление загрязнения, коррозии (ржавчины) и окалины производят с помощью дробеструйных и дробеметных аппаратов, используют зачистные станки, рабочим органом которых являются металлические щетки, иглофрезы, шлифовальные круги и ленты.

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).

Дробеструйную и дробеметную очистку обычно осуществляют в камерах. Через такую камеру лист проходит в вертикальном положении и очищается одновременно с двух сторон. Скорость движения очищаемого листа составляет несколько метров в минуту. Беспыльные дробеструйные аппараты позволяют обходиться без камер, но они менее производительны, их применяют в мелкосерийном производстве, а также для очистки крупногабаритных сварных узлов, которые не помещаются в камере.

Химическими способами производят обезжирование и травление поверхности. Различают ванный и струйный химические методы. В первом случае детали последовательно опускают в ванны с раз личными растворами и выдерживают в каждом определенное время. Во 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 пассирование или грунтовку, позволяющие производить сварку без удаления защитного покрытия.

Следует иметь в виду, что выполнение заготовительных операций может привести к появлению таких остаточных явлений в материале заготовок, которые могут снизить, качество выполнения последующих операций сборки и сварки, а также работоспособность готовых изделий. Такой перенос свойств, приобретенных при выполнении предшествующей операции на последующие, получил название технологической наследственности.

Для предотвращения или устранения вредного влияния технологической наследственности заготовительных операций нередко приходится вводить ограничения или дополнительные мероприятия. Так, например, 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 возможность погрешности вследствие перемещений, связанных с неравномерностью поля температур в процессе резки. При механической обработке таких заготовок возможно снижение точности их размеров и формы вследствие наличия поля остаточных напряжений.

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

Закрепление нового материала

1. Какие виды операций включает заготовительное производство?

2. Назовите основные способы правки, разметки и гибки листов.

3. Назовите основные способы подготовки кромок деталей под сварку.

4. С какой целью выполняют разделку кромок под сварку?

5. Назовите основные конструктивные элементы подготовки кромок
под сварку?

6. Какие факторы влияют на выбор угла скоса кромок?

Домашнее задание:

Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991 - стр.