Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Предварительная обработка проката

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Поступающий на судостроительные заводы прокат, как правило, имеет отклонения от плоскостности (листы) или прямолинейности (балки профиля), величины которых часто превышают допускаемые (до 3 мм/м и до 10 мм на всю длину проката). Отклонения обусловлены неравномерным обжатием листов при их горячей прокатке на ме­таллургических заводах и последующим неравномерным охлаждени­ем листов и профилей, деформированием в процессе перевозки и многочисленных грузовых операций.

Подобные отклонения ведут к погрешностям при изготовлении деталей. Поэтому в КОЦ обработку проката начинают с предваритель­ной правки, которая заключается в создании в укороченных волокнах проката деформаций растяжения. Исходя из способа получения таких деформаций, существуют способы правки изгибом и растяжением.

В основном используется технология правки листового металла на валковых листоправиль­ных машинах, основные элементы которых представлены на рис. 1. Лист за счет сил трения затягивается между двумя рядами валков правильной машины и многократно изгибается между ними, отчего укороченные волокна растягиваются.

Схема правки листового проката
Рис. 1 Схема правки листового проката в валковой листоправильной машине.
1 – вспомогательные валки; 2 и 5 – верхние и нижние рабочие валки; 3 – траверса; 4 – роль­ганг; 6 – выправленный прокат

Число проходов зависит от исходного состояния и толщины проката, квалификации рабочего и не превышает пяти. Степень изгиба проката при правке определяется величиной зазора между нижними и верхними рабочими валками, зависящего от марки материала (его пластичности), толщины, соотношения длины и ширины листа, величины имеющейся местной погиби. Зазор устанавливают перемещением траверсы станка.

Передний направляющий валок обеспечивает ввод листа в вальцы, а задний – горизонтальность выходящего листа. Для правки листов толщиной свыше 6 мм обычно применяют 5 или 7 валковые машины, для листов меньшей толщины – 9-11-валковые. В отдельных случаях предварительную правку листов можно выполнять в листогибочных вальцах и на прессах.

Правку растяжением осуществляют на правильно-растяжных машинах. Для материалов с отношением σвт > 1, 2 она возможна без опасности разрушения металла. Прокат закрепляют по торцевым кром­кам в зажимных губках машины. Под действием гидравлического усилия они раздвигаются, растягивая прокат на 1-2 % его длины и устраняя неплоскостность или непрямолинейность практически за одно приложение нагрузки. Производительность по сравнению с правкой в валковых машинах возрастает в 6-8 раз.

Основной недостаток способа – повреждение поверхности проката насечкой от зажимных губок, что требует отрезки поперечных полос проката длиной до 300 мм (глубина захвата) с каждого конца заготовки.

Профильный прокат правят на горизонтально-гибоч­ных прессах, а также на растяжных машинах, роликовых правильных машинах. Для профильного проката допускается местная волнистость до 2 мм/м, но не более 8 мм на всю длину.

Линия очистки
Линия очистки и грунтовки листового и профильного проката

Прокат, поступающий на судостроительный завод, покрыт слоем окалины и пятнами ржавчины, а также имеет загрязнения. Окалина образуется при горячей прокатке стали. Ржавчина – результат хранения металла на открытом воздухе. И окалина и ржавчина по химической природе являются окислом железа. Для дальнейшей обработки прокат необходимо очистить и покрыть антикоррозионным составом, тем самым повышается коррозионная стойкость металла на весь межоперационный период. Основной метод очистки металла от окалины толщиной свыше 4 мм – механиче­ский. Для проката меньшей толщины применяют химическую очистку.

Механическую очистку дробеметным способом выполняют на по­точной линии, имеющей также позиции нанесения антикоррозионно­го покрытия и сушки окрашенной поверхности. Существуют линии, работающие при вертикальном и горизонтальном положении листа в процессе очистки. Схема линии приведена на рис. 2. Подачу проката на линию осуществляют поперечной транспортной системой 1, куда он укладывается перегружателями или кранами.

Схема поточной линии очистки
Рис. 2 Схема поточной линии очистки и грунтовки проката:
а – общая компоновка; б – схема дробеметной очистки;
1 – лист; 2 – профиль; 3 – турбинка; 4 – трасса дроби; 5 – ролик рольганга

Далее по рольгангу 2 прокат поступает в камеру предварительной сушки 3, где его нагрева­ют газовыми горелками до 34-40 °С. Жировые загрязнения при этом сгорают. Нагрев ослабляет связь окалины с основным металлом, так как они имеют разные коэффициенты линейного расширения. По про­межуточному рольгангу 4 прокат поступает в дробеметную камеру, где на поверхность листа из турбинок дробеметной камеры 5 со скоростью до 80 м/с выбрасывается чугунная или стальная дробь диаметром 0,5-2,5 мм.

Сбиваемые окалина, ржавчина и отработанная дробь попа­дают в сепаратор, где дробь отделяется и поступает для повторного ис­пользования, а частицы измельченных окалины и ржавчины отсасыва­ют воздухом и удаляют. По промежуточному рольгангу 6 прокат подается в окрасочную камеру 7 для нанесения антикоррозионного покрытия и далее в камеру сушки 8 и по выходному рольгангу 9 – в зону действия поперечной транспортной системы 10.

Поточные линии с горизонтальным расположением листа исполь­зуют и для обработки профильного проката (рис. 2, б). Скорость дви­жения проката на линиях 1-3 м/мин, а годовая производительность 200-300 тыс. пог. м. Для профильного проката, если объем перераба­тываемого металла велик, устанавливают отдельные линии.

Правильно-растяжная машина
Правильно-растяжная машина ПРМ-700 для правки профиля

Химическую очистку тонких (толщиной менее 4 мм) листов выпол­няют травлением в 15-20 % растворе соляной или серной кислоты в те­чение 1-3 ч в зависимости от марки материала и состояния поверхно­сти проката. Окислы в кислоте растворяются и после травления смываются проточной холодной водой, поверхность листов нейтрали­зуют в 3-5 % растворе кальцинированной соды в течение 3-5 мин и окончательно промывают водой.

На очищенные поверхности наносят фосфатирующий раствор, а после его сушки – раствор олифы в уайтспирите. Такое покрытие защищает металл на срок до 3 месяцев. По сравнению с механической химическая очистка имеет тяжелые и опасные условия труда, трудности с утилизацией отходов, поэтому осуществ­ляется только при необходимости работы с большими объемами тон­колистового металла. В любом случае, следует соблюдать безопасность при работе с металлорежущим оборудованием.

Предварительной обработке подвергают весь поступающий на за­вод прокат, после чего в зависимости от вида резки он направляется на разметку или на тепловую резку на машинах с ЧПУ, т. е. на основные операции обработки.

Разметка и маркирование деталей

При разметке на прокат наносят контуры деталей в натуральную ве­личину с учетом припусков на обработку, а также базовые и контрольные линии и линии притыкания смежных деталей. Одновременно детали маркируют. Разметку деталей выполняют в тех случаях, когда предусматривается механическая резка, тепловая ручная или резка перенос­ными машинами. Существует разметка ручная по эскизам и по шабло­нам, на машинах с ЧПУ. Сохранилась еще и фотопроекционная разметка.

По эскизам размечают простейшие листовые детали с прямолиней­ными кромками, без внутренних или кромочных вырезов. Все необхо­димые построения разметчик выполняет на листе. Прямые линии про­черчивают чертилкой по металлической линейке и отбивают для большей заметности намеленной ниткой. Размеры измеряют рулеткой не ниже второго класса точности. На металле разметку фиксируют кернением.

Разметка по шаблонам заключается в том, что разложенные на лис­те шаблоны деталей обводят чертилкой и затем линии кернят. Метод более точен и требует меньших затрат по сравнению с разметкой по эс­кизам, однако необходимо обеспечить изготовление и хранение шаб­лонов, поэтому его целесообразно применять при изготовлении боль­шого количества одинаковых деталей.

Детали из профильного проката размечают и маркируют по эскизам.

При изготовлении все детали корпуса маркируют, нанося основную, дополнительную и вспомогательную марки. Основная марка включает заводской номер строящегося заказа, марку стали, номер рабочего Чертежа секции и номер детали. Дополнительная марка содержит ориентиные надписи (нос, корма, верх, левый борт. ДП и т. п.), номера шпангоутов, указания по обработке кромок, величине припуска при гибке.

Вспомогательная марка состоит из общих указаний, например, «вырез вскрыть после сборки». Маркируют и так называемые деловые отходы – часть листа, не занятую деталями. Деловые отходы в даль­нейшем могут использоваться для изготовления деталей другого тех­нологического комплекта. Маркирование выполняют вручную спе­циальными маркерами.

Измерительный инструмент
Измерительный инструмент:
а – кронциркуль; б – штангенциркуль; в – микрометр

Для автоматизации маркирования деталей в судостроении было разработано несколько машин с ЧПУ. Машины АМУ-62 и «Символ» наносили маркировку соответственно пневмокерном и пневмозубилом. Газолазерные машины наносят маркировку методом скрайбирования – образования на поверхности металла канавок за счет расплавления металла лучом лазера и последующего удаления расплава струей газа.

На многих предприятиях машины с ЧПУ для тепловой резки осна­щают специальными разметочно-маркировочными устройствами с ис­пользованием:

Возможно использование и электрокаплеструйного печатающего устройства. Под действием высокого давления из сопла устройства выбрасывается струя чернил, дробящаяся затем на капли, которые по­лучают электрический заряд определенной величины. Развертку на­носимого знака на поверхности металла выполняют по одной коорди­нате за счет отклонения заряженных капель электрическим нолем, а по другой – путем линейного перемещения печатающей головки.

В настоящее время высокоскоростные маркировочные устройства как на базе ударного метода, так и на базе лазерной и плазменной тех­нологии нашли применение на верфях, оснащенных соответствующим оборудованием.

Тепловая и механическая резка

Одной из основных операций при изготовлении деталей из листо­вого и профильного проката является резка. Возможные области при­менения различных способов резки представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, в судостроении используется два вида резки – механическая и тепловая. И та и другая могут быть разделительной и поверхностной.

Таблица 1. Область применения способов резки
Способ резкиМатериалТолщина, ммФорма кромокОборудование, мм
МеханическаяКонструкционные стали, алюминий, титанДо 12Прямолинейные
Криволинейные
Гильотинные ножницы
Вибрационные ножницы
ЛазернаяДо 16ЛюбаяСтационарные
машины с ЧПУ
ПлазменнаяКонструкционные стали, алюминий3-30
3-80
Стационарные машины с ЧПУ
Переносные машины
КислороднаяКонструкционные стали, титан3-100
4-100

 
Разделительная резка преследует цель отделить детали друг от дру­га по линиям разметки на металле или в соответствии с программой резки, кодирующей карту раскроя, подготовленную плазом. В ряде случаев «программой» служит копир-чертеж, также выполненный плазом.

Поверхностную резку осуществляют:

Снятие фаски возможно совместить с разделительной резкой как единую операцию.

Снятие ласки и высококачественная обработка кромок выполняются в рамках технологического процесса изготовления детали как отдель­ные от разделительной резки операции.

В современном судостроении распространение получила тепловая рез­ка, поскольку для нее практически нет ограничений по толщине выреза­емых деталей. Она обеспечивает:

Возможна ав­томатизация процесса и организация гибких автоматических линий. Кислородная и плазменная тепловая резка являются наиболее употреби­тельными. Принципы тепловой резки поясняет рис. 3.

Схемы тепловой резки
Рис. 3 Схемы тепловой резки:
а – кислородной; б – плазменной; в – лазерной;
1 – корпус резака; 2 – лист; 3 – подача горючей смеси; 4 – подача режущего кислорода; 5 – электрод; 6 – подача плазмообразующей среды; 7 – линза; 8 – лазерные лучи; 9 – подача кислорода или инертного газа

Кислородная резка основана на сжигании (интенсивном окислении) металла в струе чистого кислорода (рис. 3, а). Металл предваритель­но подогревают до температуры его воспламенения. В качестве горю­чего газа используют ацетилен, обеспечивающий наивысшую темпера­туру пламени (до 3 300 °С), а также природный газ, пропан-бутановую смесь и значительно реже пары керосина.

Скорость кислородной резки и качество кромок по линии реза су­щественно зависят от чистоты используемого кислорода. При резке на нижней кромке деталей может образовываться грат – частицы расплав­ленного окисла железа, которые после вырезки удаляют вручную метал­лическим скребком или ручной пневматической машинкой с вращающимся наждачным кругом. Применение кислорода с чистотой 99,8 % и выше обеспечивает безгратовую резку без снижения скорости резки.

Режимы кислородной резки определяют в зависимости от марки стали и толщины проката.

Кислородная резка возможна, если у разрезаемых металлов темпе­ратура воспламенения металла ниже температуры плавления, окислы металла жидкотекучи и температура их плавления ниже температуры плавления основного металла. Выделяемой при окислении металла теплоты достаточно для поддержания процесса горения.

Плазменная резка (рис. 5) осуществляется благодаря расплав­лению металла дуговым разрядом и удалению расплава из зоны реза под давлением струи плазмы (струи ионизированного газа, состояще­го из нейтральных атомов, молекул, ионов, электронов). Для резки при­меняют низкотемпературную плазму (10 000 – 50 000 °С), которая об­разуется вследствие обжатия столба электрической дуги струей газа. Формирование плазменной струи происходит в специальном устройстве – плазматроне.

Промышленный робот для резки профильного проката
Рис. 5 Промышленный робот для резки профильного проката

Основные преимущества плазменной резки по сравнению с кисло­родной состоят в увеличении скорости резки (особенно для малых и средних толщин) и уменьшении тепловых деформаций, а также в от­сутствии грата. К недостаткам процесса следует отнести усложнение условий труда в связи с неблагоприятным воздействием на организм человека выделяемых при резке веществ, ярким световым излучением, повышенным уровнем шума.

Машина «Кристалл»
Машина «Кристалл» для тепловой резки с программным управлением

Газонасыщение кромок деталей при вы­резке, особенно азотом воздуха, может привести к образованию пор, трещин при последующей сварке. Воздействие названных недостатков удается уменьшить, применяя в качестве плазмообразующих сред смесь воды с воздухом или кислородом, а также выполняя плазменную резку на воде или под водой.

Перспективным способом тепловой резки, особенно для тонколис­тового проката, считается лазерная резка, которая происходит за счет расплавления металла сфокусированным лазерным лучом и удаления его из зоны реза под давлением газовой струи (рис. 3, в). Толщина разрезаемого металла и скорость резки зависят от мощности лазера и качества фокусировки излучения.

Распространение при лазерной резке получили электроразрядные газовые (CO2) лазеры непрерывного действия и установки на базе твер­дотельных лазеров, которые по сравнению с газовыми более компакт­ны и обладают большей мощностью.

Лазеры используют и для выполнения других технологических опе­раций, например:

Тепловую резку выполняют на стационарных или на переносных машинах и вручную. В зависимости от конструктивного исполнения стационарные машины могут быть портальными, консольными, пор­тально-консольными и шарнирными. По количеству одновременно обрабатываемых листов различают одно-, двух- и многоместные машины.

Схема механической резки металла
Схема механической резки металла на гильотинных ножницах

На рис. 4 показана стационарная машинадля тепловой резки. В кон­струкцию машины входит портал 1, перемещающийся по направляющим рельсам. Вдоль портала движется поперечная каретка (или несколько кареток) с резаком 2. На портале размещена также система управления Машиной 3. Для обеспечения газовой резки установлены системы пода­чи газов, воды, электропитания, а для машин плазменной резки – источники питания, плазматроны, устройства подготовки газов.

Машина с ЧПУ
Рис. 4 Машина с ЧПУ для тепловой резки

Машины для тепловой резки имеют системы ЧПУ (управление про­цессом задают в численной форме) или фотоэлектронные системы управления (работающие по копир-чертежам). Исходными данными для разработки управляющих программ являются карты раскроя, оп­ределяющие положение вырезаемых деталей на листе металла. В каче­стве программоносителей для машин с ЧПУ используют перфоленты. Магнитные диски. Возможна организация управления машиной и непосредственно от ЭВМ.

Стационарные машины для тепловой резки могут работать автоном­но или в составе поточных линий. В последнем случае позиции резки оборудуют рольгангами, устройствами подъема раскроечных рам, на которые листовой прокат укладывают и подают вместе с ними в рабочую зону машины (под резак). На входе и выходе линий устанавливают пе­регружатели для подачи листов и снятия вырезанных деталей.

В судостроении используют и специализированные машины для рез­ки полос, вырезки круглых фланцев. Разделку кромок деталей под свар­ку и снятие ласок можно выполнять на специализированной портальной машине «Ладога» с копировальной системой управления. Траек­торию движения резака задает механический туи, который перемеща­ется по кромке шаблона.

Для резки профильного проката применяют унивесальные промыш­ленные роботы, оснащенные резаком, обеспечивающие высокую точность и производительность резки (рис. 4).

Для вырезки деталей, разделки кромок и снятия ласок используют и переносные машины. Они представляют собой тележки с привода­ми. На тележке крепят один или два резака. Перемещение тележек осу­ществляют по направляющим. В ограниченном объеме в КОД приме­няют и ручную резку – для вырезки деталей из профиля, разрезки перемычек между вырезанными на стационарной машине деталями и отходов после резки.

Гильотинные ножницы
Гильотинные ножницы для прямолинейной резки листов толщиной до 12 мм

При тепловой резке в судостроении не всегда обеспечивается точность вырезаемых деталей, исключающая пригонку деталей при последующей сборке. Погрешности вырезаемых деталей определяются оборудовани­ем – конструктивным исполнением, регулировкой машин и систем управления, технологией резки (режимами, маршрутами вырезки), квали­фикацией рабочих, деталью – материалом и состоянием его поставки, формой и размерами детали. Чтобы исключить влияние названных источников неточностей, назначают припуски на размеры деталей.

Механическую разделительную резку в судостроении выполняют на специализированном станочном оборудовании, действующем по прин­ципу скалывания. Применяют в основном ножницы гильотинного типа (упрощенно их называют гильотина­ми), а также прессножницы, диско­вые ножницы и вибрационные нож­ницы. Дисковые ножницы, пожалуй, единственные из всего семейства на­званных станков рекомендуют для выполнения криволинейных резов по тонкому (до 5-6 мм) металлу. Виброножницы из-за их чрезмерной шумности при работе применяют крайне редко.

Механическая резка может также осуществляться путем снятия струж­ки. Главным образом так работают кромкострогательные станки разного типа и размеров, широко используе­мые в КОЦ для обработки кромок деталей после тепловой вырезки. На таких станках возможно также  снятие фаски и даже ласки. Достига­ют этого наклоном режущего инструмента на нужный угол, а для мелких (до 1 м длиной) деталей наклоном самой детали.

Главное преимущество механической резки по сравнению с тепловой заключается в ее высокой производительности и высоком качестве по­верхности реза. Однако необходима предварительная разметка дета­лей, которую выполняют вручную. Значительных физических усилий требует и ориентация (установка) листов относительно ножей станка.

Механическая резка основана на сложном деформировании мате­риала в зоне реза, включая изгиб (отгиб) кромки заготовки под дей­ствием сил, приложенных к кромкам разрезаемых деталей, и смятие металла вследствие внедрения в него режущих кромок ножей.

Как уже отмечено, в КОЦ основным оборудованием для механи­ческой резки являются гильотинные ножницы, имеющие наклонный нож длиной 2-5 м. Усилия, необходимые для резки проката на гильо­тинах. как следует из рис. 6, а, определяют из условия обеспечения на поверхности среза F напряжений, равных сопротивлению среза τср для данного материала:

P=KFτcp=KƖsτcp2s2σВ2tgλ

где:

Для конструкционных сталей принимают τср = (0,8 -0,86)σв. Угол λ изменяется в пределах от 0,5 до 6°. Максимальные значения угла уста­навливают при резке материала большей толщины.

Схема обработки кромок листа
Рис. 6 Схема механической обработки листового проката:
а – резка на гильотинных ножницах; б – разделка кромок на станке СКС – 25

Для поддержания листов в процессе резки перед ножницами разме­щают стойки с опорными роликами. На гильотинах можно вырезать де­тали толщиной до 40 мм. Однако в судостроении механическая резка проката толщиной свыше 12 мм не рекомендуется, поскольку связана с большими физическими нагрузками при ручном перемещении тяжелых листов, а в цехах существуют развитые участки тепловой резки.

Резку сортового (полоса, круг, квадрат) и фасонного проката (углового, швел­лера) можно выполнять с помощью прессножниц, имеющих комплект специальных сменных ножей, воспроизводящих форму профиля.

Механическую разделку кромок мелких деталей в КОЦ выполняют на станках типа СКС-25, схема действия которого показана на рис. 6, б. Деталь 1 перемещается по опорным роликам 3 и прижимается в ходе резки дисковой фрезой 2 к упорам 4. Детали на станок подаются вручную, а при резке движутся за счет захвата фрезой и ее вращения.

В отдельных случаях для удаления газонасыщенного или наклепан­ного слоя металла и достижения требуемой точности кромки деталей обрабатывают на кромкострогательных или фрезерных станках. Для обеспечения прямолинейности кромок листов (что важно при последующей их сварке на поточных линиях) и различной формы разделки кро­мок под сварку в судостроении получают применение специализирован­ные фрезерные или шлифовальные станки. Схема последнего приведена на рис. 7.

Шлифовальная установка
Рис. 7 Шлифовальная установ­ка для подготовки кромок дета­лей под сварку

Сверление и зенкование отверстий в КОЦ выполняют на радиаль­но-сверлильных станках.

Для вырезки деталей можно использовать и гидрорезание, основанное на разрушении материала в зоне реза под ударным воздействием тонкой струи воды сверхвысокого давления. Добавление к воде поли­меров, абразивов оказывает большое влияние на режущие свойства струи и позволяет увеличить толщину разрезаемого материала.

Рекомендуем к прочтению: Плазовые работы

Основ­ные параметры гидрорезания: давление струи 150-2 000 МПа, скорость струи 540-1 400 м/с, мощность установки 5-8 кВт, расход воды 0,5-25 л/мин, диаметр сопла 0,05-0,5 мм, ширина реза 0,1-0,8 мм. К преимуществам гидрорезания следует отнести высокую точность рез­ки, отсутствие тепловых деформаций и светового излучения, возмож­ность резки различных материалов. Однако скорость резки по сравне­нию с тепловой пока невелика и высока энергоемкость способа.

Сноски

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 26, 2018 6474 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ