2 Производство труб
Трубы являются одним из продуктов без которого не обходится ни одно производство и значение труб для промышленности сравнивают со значением вен для живого организма, а диапазон их выпуска по размерам от долей миллиметра (оптико-волоконная связь) до десятка метров (тоннели). Материалом для изготовления труб является практически вся гамма имеющихся материалов от текстиля (пропитанного смолами для пожарных рукавов) через полимеры, резины, стекло, керамику, через все металлы и бетоны (железобетонные трубы) до скальных пород (трубы в горах – тоннели). Трубы весьма различны и по назначению. Их применяют для передачи светового сигнала (оптико-волоконная связь), воздуха и газов, жидких природных материаллов и искусственных веществ, а также и твердых материалов (пневмопочта и пневмопровод для транспортировки сыпучих материалов).
Различные трубопроводы от медицинской системы до трансконтинентальных нефте- и газопроводов (рисунок 4), жизненно важных как для индивидуального человека, так и для человечества.
Рисунок 4 – Трубопроводы и их монтаж
Рисунок 5 – Монтаж колоны с помощью автомобильного крана
Промышленное значение имеют несколько способов изготовления труб, в том числе с использованием всех основных методов обработки конструкционных материалов (литьем, обработкой давлением, сваркой и обработкой резанием). Наиболее распространенными являются две принципиально различные технологии производства труб. Первый способ: стальной лист или ленту сворачивают в трубу и сваривают по прямой линии или по спирали. Второй способ: нагретую до 1300 оС круглую заготовку прошивают на специальном винтовом стане в полую гильзу с толстыми стенками, которую затем раскатывают в длинную трубу с требуемой толщиной стенки. Так изготавливают бесшовные трубы.
2.1 Производство сварных труб
Сварные трубы получают из плоской заготовки – рулонов ленты, называемой штрипсом, или из листов, ширина которых обычно соответствует длине окружности трубы. Сварные трубы изготовляют несколькими способами: печной сваркой (встык или внакладку), электрической и газовой сваркой.
Сварные трубы изготавливают с толщиной стенкой от 0,5 до 20 мм и диаметром более 2400 мм с хорошо выполненным прямым или винтовым швом (рисунок 6) и высоким качеством поверхности.
Рисунок 6 – Виды труб
2.1.1 Производство труб с продольным швом
2.1.1.1 Производство труб печной сваркой
Способом печной сварки изготовляют трубы на цепных и непрерывных станах главным образом встык диаметром от 10 до 114 мм при толщине стенки до 5 мм. Для печной сварки применяется малоуглеродистая сталь (С – 0,3 %).
Процесс изготовления труб сваркой встык на цепных станах начинают с того, что у одного конца полосы обрезают углы, а сам конец загибают (рисунок 7). Затем заготовку 1 нагревают в печи до сварочной температуры 1300-1350 °C. После чего специальными клещами 3 захватывают за загнутый конец полосы (или приваренного стержня) и протягивают ее через воронку 2, в которой она одновременно сворачивается в трубу и благодаря давлению сваривается встык. При малых диаметрах труб к заготовке приваривается стержень. Окалина перед сваркой сбивается струей сжатого воздуха.
Рисунок 7 – Схема процесса получения труб сваркой встык в печи
В настоящее время сварку труб встык производят в непрерывных станах, состоящих из нескольких клетей (от 6 до12), в которых валки имеют круглые калибры. В этих станах размотанная с рулона лента вначале проходит роликовую правильную машину, а затем поступает в узкую длинную (до 40 м) газовую печь, где она нагревается до 1350 °C.
По выходе из печи лента попадает в непрерывный прокатный стан, где она формуется в трубу и сваривается встык. После выхода из стана труба на ходу разрезается специальной пилой на куски требуемой длины (сейчас этот способ применяется реже).
2.1.1.2 Производство труб электросваркой
Большинство труб производят электросваркой, с использованием индукционной сварки токами высокой частоты, контактной сварки сопротивлением, сварки под слоем флюса и газовой сварки. При этом представляется возможным получать трубы с прямым или винтовым швом.
Технологический процесс получения сварных труб осуществляется в трех основных поточных участках – подготовительном, формовки и сварки (выполняются как непрерывный процесс) и отделки.
2.1.1.2.1 Профилирование ленточного, полосового и листового материала (изготовление гнутых профилей)
Разновидностью процессов гибки является получение профильных заготовок, имеющих постоянную по длине пространственную форму поперечного сечения, получаемую из плоской листовой заготовки (гнутые профили и трубы). Профилированием изготовляют легкие, но жесткие профили простой и сложной конфигурации различной длины. Исходным материалом при профилировании являются холоднокатаные ленты, полоса или листы толщиной от 0,5 до 20 мм и шириной до 2000 мм из мягкой коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали, цветных металлов и их сплавов.
Существует много способов и специализированных гибочных машин для получения профильных заготовок из листового металла. Широкие, но короткие профили из тонкого полосового и листового металла изготовляют на универсально-гибочных машинах.
Наиболее распространенными способами профилирования листового металла являются: гибка на гибочных прессах с поступательным движением ползуна или гибка на роликовых профилировочных станках.
Крупные профили как из тонкого, так и из толстого листа изготовляют на специальных листогибочных прессах. Схема изготовления профилей на прессах с поступательным движением ползуна приведена на рисунке 8.
Длина профиля, который можно получать на гибочных прессах, несколько меньше длины пуансонов и матриц.
Заменой пуансонов и матриц на гибочных прессах можно получать и более сложные профили, в том числе и закрытые профили, например, трубчатые и имеющие круглое сечение (рисунок 8).
Рисунок 8 – Схема гибки закрытых профилей на прессах
Для получения достаточно длинных профилей гибочные прессы обычно делают двухстоечными с длинным, но узким столом и ползуном. Существующие прессы обеспечивают получение профилей длиной более 6 м из листа толщиной более 10 мм. Роликовые профилировочные станки представляют собой станок с удлиненной станиной, вдоль которой размещается несколько пар роликов, приводимых во вращение от общего или от индивидуальных приводов. Каждая пара роликов имеет желоб (на одном из роликов) и ребристый выступ (на другом ролике). Зазор между ребром и желобом примерно равен толщине исходной заготовки, а профиль этих элементов (отличный от профилей предыдущих пар роликов) определяет характер и величину формоизменения заготовки в промежутке между смежными парами роликов (рисунок 9).
В профилировочных станках пары роликов по ходу деформирования могут иметь горизонтальное и вертикальное расположение осей вращения. Поэтому ролики действуют на заготовку вертикальными или горизонтальными внешними силами, что позволяет получить как открытые, так и закрытые профили, причем последние могут быть сделаны с внутренним наполнителем.
Профили, полученные гибкой на прессах, на валковых гибочных машинах и на профилегибочных станках, при необходимости в дальнейшем подвергаются разделительным или формоизменяющим операциям.
Профили большой длины из ленты или полосы изготовляют на специальных многороликовых профилировочных станках (рисунок 9).
Рисунок 9 – Гибка на профилировочных станках
Плоская заготовка постепенно изгибается в требуемую форму посредством пропускания ленты через несколько пар вращающихся роликов.
2.1.1.2.2 Производство труб с продольным швом
Формовку ленты (горячекатаной с δ> 1,75 мм, холоднокатаной с δ< 1,75 мм) производят в девяти приводных клетях и одной не приводной. Сварка кромок сформованной трубы осуществляется в сварочной клети, где кромки сближаются вертикальными не приводными роликами.
К подготовительным операциям относятся разматывание рулонов, их резка, правка, при необходимости травление, холодная прокатка, строжка кромок, сварка концов одного рулона с другим и др.
Формовка и электросварка выполняются как непрерывный процесс.
На рисунке 9в показана последовательность профилирования одного конкретного профиля из полосы толщиной 0,8 мм. Производительность станов достигает 15 м/мин и более. Разновидностью профилегибочных станов являются станы для производства труб. На рисунке 10 приведена схема размещения оборудования трубосварочного стана.
1 – весы для взвешивания рулонов; 2 – приемное устройство для рулонов; 3 – консольно-поворотный кран; 4 – загрузочное устройство; 5 – разматыватель штрипса; 6 – девятироликовая правильная машина; 7 – ножницы для отрезки концов; 8 – машина для сварки концов рулонов; 9 – тянущие ролики; 10 – регулятор петли; 11 – петлеобразователь; 12 – передвижные ножницы; 13 – автомат для приварки иглы к концу штрипса; 14 – машина для подачи штрипса в печь; 15 – печь для нагрева штрипса; 16 – шести клетевой формовочно-сварочный стан; 17 – летучие кривошипные ножницы для клетевого отделения иглы; 18 – четырнадцати клетевой редукционный стан; 19 – трехклетьевой калибровочный стан; 20 – летучая пила для разрезки труб на ходу; 21 – винтовая секция холодильника с винтовым сбрасывателем труб; 22 – цепная секция холодильника; 23 – делительное устройство; 24 – рольганги четырех линий отделки труб.
Рисунок 10 – Схема расположения оборудования трубосварочного стана ½ – 2 и последовательность процесса свертывания трубы из полосы в шести парах валков профилезагибочного стана (а)
Трубную заготовку полученную на стане сваривают в трубу в специальных валках после нагрева индуктором. Сварочное устройство стана состоит из индуктора (рисунок 11) или системы контактного токоподвода, магнитопровода, высокочастотного трансформатора и контура конденсаторов. Эти элементы объединены в один блок – сварочную головку.
Сварка токами высокой частоты (ТВЧ) по технологии производства сварных профилей дает чрезвычайно широкий диапазон свариваемых материалов и толщины. Сварка ТВЧ отлично работает при производстве труб, где нагреваемые кромки одинаковы. Энергия, выделяющаяся в кромках, составляет от 40 до 70 % энергии, передаваемой в заготовку трубы. В индукторе теряется примерно 10 % подводимой энергии.
Ток высокой частоты, подводимый к трубной заготовке индукционным или контактным методом, вследствие эффекта близости стягивается на стороны кромок, обращенных друг к другу, и быстро разогревает тонкий слой металла до плавления. Расплавленный металл выдавливается при осадке в сварочных валках вместе с окислами, образуя наружный и внутренний грат. Минимальное количество расплава определяется надежностью удаления загрязнений. Увеличение глубины прогретого слоя приводит к росту потребляемой мощности, возрастанию объема грата и снижению устойчивости тонких кромок при осадке в сварочной клети.
Электрический режим характеризуется частотой тока и расходом энергии на единицу длины (м) и толщины трубы (мм).
Для индукционной сварки труб за основную частоту принята частота 440 кГц, однако при малой толщине стенки (от 0,3 до 0,4 мм) используется частота 1760 кГц, а при толщине 6 мм и большом диаметре стальных труб – 10 кГц.
При индукционном подводе энергии используются внешние и внутренние индукторы. Внешний индуктор имеет один или несколько витков (рисунок 11) и может быть разъемным для облегчения монтажа.
1 – сердечник; 2 – индуктор; 3 – тело заготовки; 4 – точка схождения кромок
Рисунок 11 – Схема сварки трубы внешним индуктором
С ростом диаметра трубы увеличиваются потери тока в ее теле. Этот недостаток индукционного подвода сглаживается при использовании внутреннего индуктора на частоте 10 кГц, что осуществимо, однако лишь при диаметре труб свыше 200 мм.
Магнитное поле индуктора 2 наводит в теле заготовки 3 ток, часть которого (рабочий ток) проходит по кромкам и замыкается через точку их схождения 4. Остальной ток замыкается по внутренней стенке трубы (шунтирующий ток). Для его уменьшения в полость трубы вводится сердечник 1 из феррита или трансформаторной стали (при 10 кГц), закрепленный на кронштейне, проходящем через щель заготовки. Сердечник интенсивно охлаждается водой. Возможен нагрев одновременно внешним и внутренним индукторами, что повышает скорость сварки и равномерность нагрева кромок.
2.1.1.2.3 Производство труб со спиральным швом
Трубы со спиральным швом получают значительное распространение, так как их производство выгодно отличается от производства труб с прямым швом, ибо при этом требуется более простое оборудование, а отходы металла уменьшаются в несколько раз. Характерная особенность способа получения труб со спиральным швом – это его универсальность, т. е. возможность из одной и той же ширины листа изготовлять трубы различных диаметров, производя лишь переналадку стана в соответствии с измененным углом спирали, и, наоборот, трубы одного диаметра можно изготовлять из листа или ленты различной ширины.
Основными операциями при сварке труб со спиральным швом являются формовка трубы, сварка и резка на ходу. Поэтому стан спиральной сварки состоит из трех основных механизмов:
– задающего;
– формовки и сварки;
– отрезного.
На рисунке 12 представлена схема стана спиральной сварки труб. Стан предназначен для получения сварных труб диаметром от 150 до 560 мм из ленты шириной от 400 до 750 мм.
Задающий механизм стана разматывает рулон, подготавливает кромки ленты (зачистка и отбортовка), и подает ленту с необходимым усилием и под определенным углом в механизм формовки и сварки, где лента сворачивается в спиральную трубу, а затем сваривается по кромкам сплошным швом. Так как процесс формовки и сварки трубы происходит непрерывно, то резка на мерные длины с помощью газового резака выполняется на ходу. При этом весь цикл резки – включение газового резака и сбрасывающего механизма, выключение резака и отвод всех механизмов отрезного устройства в исходное положение – выполняется автоматически за один оборот трубы, т. е. за один шаг спирали.
Такой стан обслуживают всего лишь два человека, а его производительность составляет 60 – 80 м труб в час.
1 – механизм поворота рамы; 2 – разматыватель; 3 – приемные валки; 4 – гильотинные ножницы; 5 – установка для стыковой сварки ленты; 6 – зачистное устройство; 7 – рама задающего механизма; 8 – валковая клеть; 9 – коробка скоростей; 10 – щелевые проводки; 11 – механизм возврата; 12 – тележка с резаком; 13 – тележка концевая; 14 – поворотно-регулирующий блок; 15 – разжимное приспособление; 16 – формующая гильза; 17 – кронштейн сварочной головки.
Рисунок 12 – Схема стана спиральной сварки труб
Отрезанные трубы подвергают отделочным операциям (калибровке концов и др.) и проводят испытания гидравлическим способом.
Трубосварочный стан спиральной сварки может быть передвижным, установленным на транспортных машинах. Это позволяет использовать стан в полевых условиях для изготовления и укладки, например, газовых магистральных труб.
После выхода из сварочной клети труба имеет некоторую овальность, что устраняется прокаткой в калибровочном стане или волочением, которое не только позволяет устранить овальность, но и из одинаковых заготовок получать труды разного сечения.
2.1.1.2.3.1 Сетчатые трубы
Сетчатые трубы представляют продольные проволочные стержни с приваренной к ним точечной сваркой наружной проволочной спиральной оплеткой (рисунок 12 а).
1 – спираль наружной оплетки; 2 – продольные стержни
Рисунок 12 а – Сетчатая труба
Такие трубы применяют в качестве закладной арматуры для:
– железобетонных, асбоцементных и других трубчатых конструкций повышенной прочности;
– дренажных трубопроводов и вентиляционных шахт и каналов;
– вертикальных емкостей хранения слеживающихся "сыпучих" материалов, а также в качестве каркасов для:
– тканевых рукавов вентиляционных систем;
– рукавов пневмотранспортных устройств;
– кассетных рукавных, зернистых, кольцевых фильтров;
Сетчатые трубы имеют следующую характеристику:
– внутренний диаметр, мм, от 70 до 300
– длина, м, от 1,5 до 11,0
– диаметр проволоки продольных стержней, мм, от 2.5 до 3,5
– шаг продольных стержней, мм, от 5 до 25
– шаг спирали наружной оплетки, мм, от 5 до 50
– количество продольных стержней (максимальное), шт., 96
– диаметр проволоки наружной оплетки, мм, от 5 до 50
– диаметр проволоки продольных стержней и наружной оплетки может быть одинаковым или в любых сочетаниях в указанных пределах.
2.1.2 Волочение
Волочением получают проволоку, калибруют прутки и трубы круглого и фасонного сечения (рисунок 13).
а – прутка; б – трубы на оправке; в – трубы без оправки; 1 – волока; 2 – калибрующая и 3 – деформирующая части; 4 – заготовка; 5– оправка
Рисунок 13 – Схемы волочения
При волочении заготовку 4 деформируют, протягивая ее через отверстие в инструменте – волоке 1. Волока – это кольцо из инструментальной стали или твердого сплава с отверстием переменного сечения заданной формы. Отверстие волоки имеет коническую деформирующую 3, калибрующую цилиндрическую часть 2 и выходной конус для лучшего выхода изделия. Обработку волочением осуществляют за один или несколько проходов.
При многопроходной обработке заготовку протягивают через несколько волок последовательно, при этом рабочие размеры отверстий каждой последующей волоки меньше, чем у предыдущей волоки.
Резку труб на мерные длины производят на ходу специальным автоматически работающим разрезным станком.
Подобные трубосварочные станы имеют устройства для удаления наружного и внутреннего грата, т. е. избытка металла, вытесняемого при сварочном давлении по шву. Наружный грат удаляется резцом, а внутренние – закатываются роликами.
2.1.3 Изготовление воздуховодов
Разновидностью труб являются воздуховоды, производство которых связано с выполнением жестяных работ, которые осуществляют в различных отраслях хозяйства, в том числе в машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве и др.
Примерами жестяных изделий, то есть примерами выполнения жестяных работ при их изготовлении являются:
– изделия систем вентиляции, (воздуховоды, рисунок 14);
– защитные покрытия тепловой изоляции, (кожуха или футляра);
– устройства для транспортировки сыпучих грузов (лотки, бункера);
– элементы кузовов легковых автомобилей, кабины грузовых автомобилей и сельскохозяйственных машин и механизмов (при их ремонте);
– изделия хозяйственно-бытового назначения бидоны, ведра и др.);
– металлическая кровля (скаты, косяки, карнизы и водостоки).
Основные требования, предъявляемые к жестяным изделиям, следующие: высокая прочность, широкий спектр габаритных размеров, минимальная масса, технологичность и экономичность, удобство и безопасность обслуживания, транспортабельность, эргономичность и эстетичность.
Основным материалом для выполнения жестяных работ являются: тонколистовые (толщиной от 0,2 до 4 мм) листовые, полосовые, рулонные, ленточные и угловые стали. Причем тонколистовая сталь бывает в виде горячекатанной черной жести и кислото- и коррозионно-стойкой оцинкованной жести. Из цветных металлов в жестяных работах используют алюминий, медь, ттитан и их сплавы.
а – воздуховод; б – переходы; в – отводы и патрубок ответвления; г – тройники и крестовины; прямые участки д – круглого и е – прямоугольного сечения, ж – с патрубком ответвления
1- прямые участки; 2 – переход с круглого сечения на квадратное; 3 – отводы; тройники 4 – штанообразный и 5 – прямые;
Рисунок 14 – Воздуховод и его фасонные части различных участков
При изготовлении систем и устройств, в состав которых входят жестяные изделия, выполняют заготовительные и монтажно-сборочные работы. При заготовительных жестяных работах осуществляют различные технологические операции. Причем операциями ОМД выполняют:
– правку листового металла, – разделение (разрезание, отрубка, пробивка отверстий);
– формоизменение заготовок (гибка, зиговка, образование бортов и т.д.);
– соединение заготовок (клепаное, фальцованное).
Правку листового металла и изготовляемых из него заготовок осуществляют, преимущественно, механизированным способом, на листоправильных станках. Для формоизменения заготовок применяют образование бортов и изгибов, зиговку.
Гибкой листов из стали и цветных металлов получают заготовки для изделий цилиндрической, конической или прямоугольной формы. Для изделий цилиндрической и конической формы операцию гибки, называют выкаткой. Ее выполняют в холодном состоянии на вращающихся листогибочных станках. Для операции гибки профилей в одной или нескольких плоскостях применяют кромкогибочные, профилегибочные и другие станки. Ручная гибка осуществляется на опорном инструменте и в оправках.
Соединение заготовок в жестяных работах осуществляют сваркой (преимущественно контактной) и операциями ОМД, причем, последние выполняют холодной клепкой и фальцовкой.
Фальцовка металла – операция по получению неразъемных соединений с помощью фальцевых швов (рисунок 15).
Фальцовку применяют при изготовлении из листовых заготовок и других фасонных частей, воздуховодов, кожухов тепловой изоляции сосудов для хранения жидкостей и сыпучих материалов.
Зиговка – операция, выполняемая с целью образования на листовом металле выступов и углублений (зигов – валиков жесткости). Операцию выполняют на фасонных роликах, между которыми пропускается листовой металл. К зиговке относятся: отгиб кромок на деталях криволинейной формы, гофрирование (создание волнообразных складок) звеньев воздуховодов и т.п.
Фальцы могут быть изготовлены с применением специального оборудования – фальцепрокатных и фальцезакаточных станков.
а – стоячий одинарный фальц; б – стоячий двойной фальц; в – одинарный лежачий фальц с двойной отсечкой; г – двойной лежачий фальц; д – одинарный угловой фальц; е – комбинированный угловой фальц.
Рисунок 15 – Основные типы фальцевых соединений
Образование бортов в заготовке – операция, выполняемая для отгибания наружу кромок заготовок. Образование борта проводят на зиговочных машинах.
К вспомогательным материалам, используемым при изготовлении и монтаже жестяницких изделий, относятся крепежные детали, сварочная проволока, электроды, припои, лакокрасочные материалы и др.
2.2 Производство цельных (бесшовных) труб
Производство цельных (бесшовных) труб осуществляется несколькими видами, такими как винтовая прокатка с последующей раскаткой гильзы (рисунки 16 и 17, 18), выдавливание (прессование (рисунки 25, 28) и литье труб (рисунки 29 – 34).
2.2.1 Винтовая штамповка вальцовкой (прокатка)
Винтовая прокатка заключается в том, что нагретую круглую болванку пропускают между двумя бочкообразными валками вращающимися навстречу друг другу (рисунок 16), при этом, вследствие сил трения между валками и заготовкой последняя вращается между валками, а вследствие их формы различные части заготовки движутся с разными скоростями и поэтому метал заготовки скручивается и вытягивается, а в осевой зоне происходит его разрыхление и возникает полость, которая постепенно распространяется по всей длине заготовки.
Рисунок 16 – Схема расположения прошивного стана и прошивки заготовок с бочкообразными валками
Пройдя через валки, заготовка насаживается на специальный стержень (оправку), благодаря чему внутренней полости придается правильное круглое сечение (рисунок 16 б) и получается толстостенная заготовка (гильза).
2.2.2 Раскатные станы
Полученные на прошивных станах толстостенные трубные заготовки (гильзы) далее раскатывают в горячем состоянии на раскатных станах различной конструкции в тонкостенные трубы. Прокатка осуществляется на периодических, автоматических, непрерывных или трех валковых станах.
Периодический стан (пильгерстан) представляет собой нереверсивный двухвалковый стан. Валки его имеют круглый калибр переменного сечения (рисунок 17 б). Металл подается в валки навстречу их вращению. На этом стане производится прерывно – периодическая (пилигримовая) раскатка горячей гильзы в трубу на цилиндрической оправке. На рисунке 17 а дана схема процесса раскатки на этом стане при различных положениях 1, 2, 3, 4.
В процессе прокатки непрерывно чередуются прямой и обратный ход с периодическим поворачиванием гильзы вокруг своей оси. Деформация трубной заготовки (гильзы) осуществляется правой стороной калибра (рисунок 17 б), на поверхности которого имеются три участка б, с и д. На участке б происходит захват гильзы, на участке с обжатие ее; на обоих участках профиль и радиус ручья переменные. На участке д происходит раскатка трубы и сглаживание ее поверхности, на этом участке радиус ручья постоянный.
Левая часть валка с имеет меньший радиус. Труба на этом участке с валками не соприкасается (холостой участок), что дает возможность свободно перемещать ее в направлении подачи.
За каждый оборот валков прокатывается часть гильзы длиной от 8 до 30 мм в часть трубы длиной от 80 до 160 мм. Во время раскатки гильзы оправка нагревается до температуры свыше 300 оС, поэтому ее приходится сменять и охлаждать. По этой причине раскатку каждой гильзы производят на отдельной оправке. Задний конец гильзы на этих станах не докатывается и отрезается на пилах горячей резки.
На периодических станах получают трубы диаметром от 50 до 615 мм при длине от 10 до 30 м. Толщина стенки трубы от 2,5 до 8 мм. Производительность этих станов при диаметре трубы в 200 мм составляет до 1500 м за смену. Общая производительность их от 80 до 250 тыс. т в год. После раскатки на периодических станах трубы поступают на обкатный стан и далее на калибровочный стан с валками круглого калибра. В нем происходит калибровка труб по размерам (по диаметру), затем они передаются на правильный пресс, холодильник (для охлаждения), трубоотрезной станок для резки труб по длине, весы, контрольный пресс и далее на склад готовой продукции. Все это оборудование располагается последовательно по технологическому циклу в комплексную трубопрокатную установку по выпуску бесшовных труб различных размеров.
а – схема процесса прокатки; б – деформация гильзы правой стороной калибра
1, 2, 3, 4 – различные положения; б, с и д – три участка калибра
Рисунок 17 – Схема процесса и форма калибра валков для раскатки трубы на периодическом стане (пилыгрстане)
2.2.3 Производство труб холодной вальцевой штамповкой (прокаткой)
Для различных видов машин и приборов требуются трубы с высоким качеством внутренней и внешней поверхности, высокой точностью размеров стенки трубы и ее формы. Такие трубы можно получить только в условиях холодной обработки: прокаткой в холодном состоянии и волочением. Данные способы позволяют изготовлять тонкостенные трубы диаметром 0,5 – 250 мм и более при толщине стенки 0,1 – 20 мм и выше. Исходным продуктом при этом являются горячекатаные трубы, получаемые прессованием.
Широкое распространение получило производство бесшовных труб из ряда цветных металлов (например, из меди, алюминия и их сплавов) путем прессования и последующего волочения на барабанных и реечных волочильных станах.
1 – неподвижная коническая оправка;
2 – калибр валковых сегментов; 3 – валковые сегменты
Рисунок 18 – Схема прокатки труб на стане холодной прокатки
Наибольшее распространение при производстве холоднокатаных труб диаметром от 16 до 450 мм и толщиной стенки от 0,2 мм и выше получили двухвалковые станы с периодическим режимом работы клети. Трубы в данном случае, как это видно из рисунка 18, прокатываются на неподвижной конической оправке 1, установленной в калибре валковых сегментов 2, укрепленных на рабочих валках. Ручьи выполнены переменным радиусом, меняющимся по длине окружности сегмента от радиуса, равного радиусу трубной заготовки (начальный размер), до радиуса готовой трубы (конечный размер). Такие валки устанавливают в клети на жесткой раме, совершающей возвратно-поступательное движение по рельсам на катках.
Наряду с рассмотренными раскатными станами раскатку применяют и для получения тонкостенных труб и деталей.
2.2.3.1 Процессы деформирования с локализацией очага деформации
В современном машиностроении имеется тенденция к замене обработки металлов резанием операциями обработки давлением в холодном или горячем состоянии. Наряду с операциями штамповки в машиностроении, как и в металлургии, широко используют различные операции обработки заготовок пластическим деформированием с локализацией очага деформации. Ее используют как для окончательной отделки поверхностей, предварительно подготовленных резанием, так и для формообразования новых поверхностей.
Тонкие материалы, заготовки и детали получают раскаткой (прокаткой) более толстых заготовок. Отличительной особенностью указанных операций от операций штамповки также является локальный характер приложения деформирующего усилия, что позволяет существенно снизить удельное и общее суммарное усилие деформирования.
Процессы с локализацией очага деформации обеспечивают высокую точность и низкую шероховатость поверхности получаемого изделия, что в большинстве случаев позволяет исключить из технологического процесса получения деталей дальнейшую механическую обработку.
Результатом использования указанных процессов является снижение расхода металла и трудоемкости изготовления деталей до 30 %, при этом также происходит деформационное упрочнение поверхностного слоя и это обеспечивается за счет получение напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя, в котором возникают, обычно благоприятные, остаточные сжимающие напряжения, что сопровождается упрочнением металла.
О степени упрочнения детали можно судить по результатам измерения твердости поверхностного слоя. Степень упрочнения и величина остаточных напряжений изменяются по глубине упрочненного слоя. В поверхностном слое детали она может колебаться в больших пределах, от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра.
К операциям обработки пластическим деформированием с локализацией очага деформации относится: штамповка вальцовкой (прокатка), раскатка, вытяжка, обкатка и накатка.
Штамповка вальцовкой бывает продольной, поперечной и винтовой (см. с. 41).
Раскатку применяют для уменьшения толщины стенки полых гильз полученных вытяжкой.
Вытяжку применяют для получения из плоских листовых или полых заготовок, полые детали разнообразной формы не требующие, как правило, дальнейшей обработки, кроме обрезки неровного края. Полученные гильзы могут иметь диаметр (или длину) – от нескольких миллиметров до нескольких метров и толщину стенки – от десятых долей до десятков миллиметров.
Вытяжку осуществляют в специальных штампах, рабочие органы которых: матрица со скругленной рабочей кромкой и пуансон. Если необходимо, то применяют прижимное кольцо. Между пуансоном и матрицей имеется зазор z, в который пуансон втягивает заготовку.
Для изготовления гильз вытяжкой применяют листовой металл, обладающий высокими пластическими свойствами: низкоуглеродистую качественную и конструкционную низколегированную сталь, алюминий и различные его сплавы, медь латунь и другие металлы.
Цилиндрические детали вытяжкой получают в один или несколько переходов (в зависимости от относительной высоты) (рисунок 19).
а – изделие; б -последовательность процесса
1- цилиндр; 2 – дно; 3 – заготовка; 4- изделие
Рисунок 19 – Схема последовательности изменения заготовки при вытяжке
Изготовление деталей вытяжкой осуществляется без нагрева заготовки, в холодном состоянии. Исключение – вытяжка толстолистового металла (толщиной свыше 20 мм), когда заготовку нагревают, для того чтобы снизить деформирующее усилие. При вытяжке заготовок из алюминиевых сплавов для повышения степени деформации за одну операцию применяют местный (локальный) электронагрев зоны пластической деформации.
Вытяжкой за одну операцию можно получить относительно неглубокие детали, высота которых не превышает 0,8 диаметра. При вытяжке более высоких деталей растягивающие напряжения, возникающие в стенке, возрастают настолько, что может наступить отрыв дна. В связи с этим процесс вытяжки необходимо разделять на несколько переходов, что уменьшает радиальные растягивающие напряжения в стенках вытягиваемой детали.
При вытяжке внешняя сила, передаваемая пуансоном, приложена к донной части вытягиваемой детали, краевая же ее часть остается свободной, не нагруженной внешними силами.
Способы вытяжки разделены на два основных типа:
– без искусственного уменьшения толщины стенки (вытяжка);
– с искусственным, преднамеренным уменьшением толщины стенки.
Вытяжку с утонением стенки осуществляют с незначительным или существенным изменением диаметра, в том числе комбинированная вытяжка, при которой предварительно вытянутую заготовку раскатывают на оправке.
Вытяжка без утонения стенки характеризуется существенным уменьшением диаметра заготовки при приблизительно неизменной толщине стенки вытягиваемой детали. Зазор между пуансоном и матрицей в штампе равен (больше) толщины заготовки (z ≥ s).
Вытяжка с утонением характеризуется существенным уменьшением толщины стенки при относительно малом уменьшении диаметра заготовки (рисунок 20). При вытяжке с утонением зазор z < s.
Рисунок 20 – Вытяжка с утонением через одну или несколько матриц
Раскатывание и обкатку применяют для отделки и упрочнения цилиндрических, конических, плоских и фасонных наружных и внутренних поверхностей. Раскатка бывает: с утонением стенки и с уменьшением сечения; с получением полых деталей из листовых заготовок.
Полученные гильзы раскатывают между валками для снижения толщины стенки и получения бесшовных труб (рисунок 21 а).
Такую же раскатку применяют для получения цилиндрических деталей, у которых толщина дна больше толщины стенок. К ним относятся: артиллерийские гильзы, гильзы стрелкового оружия, металлическая посуда с толстым дном, тюбики для пасты и пр. (рисунок 21 б). Для этого гильзу 1 устанавливают на оправку 3 и раскатывают между валками 2.
а – бесшовных труб; б – разнотолщинных заготовок
1 – оправка; 2 – ролики; 3 – исходная заготовка
Рисунок 21 – Схема раскатки с утонением стенки при получении труб
2.2.3.2 Вытяжка эластичной средой
Вытяжку эластичной средой (резиной, рисунок 22, 23) выполняют эластичной подушкой (пуансоном) в жесткой матрице или жестким пуансоном в эластичной матрице.
Оба способа применяются для получения полных деталей из тонколистового материала. Резиновую подушку заключают в стальную обойму.
Рисунок 22 – Схемы штампов для формовки резиной пространственных деталей
Для выполнения операции вытяжки также применяют эластичный (резиновый) пуансон, который позволяет осуществлять не только осевую, но и радиальную вытяжку, например, при получении различных деталей, в том числе, гофрированных труб (сильфонов) (рисунок 22).
1 – предварительно вытянутая заготовка; 2 – ограничитель; 3 – упор; 4 – направляющие; 5 – стальная обойма; 6 – резиновая подушка
Рисунок 23 – Схема последующего перехода вытяжки эластичной матрицей
2.2.4 Выдавливание
Наряду со штамповкой вальцовкой гильзы для последующей обработки получают выдавливанием – (прессованием, преимущественно материалом для этого становятся сплавы цветных металлов), которое осуществляют на кузнечно-прессовом оборудовании (КПО), преимущественно на гидравлических прессах. Обработка выдавливанием – это по сути штамповка в закрытом штампе, но при этом в контейнере матрицы имеется выходное отверстие, в которое выдавливается материал. Выдавленный металл представляет собой стержень (цельный или пустотелый) с постоянным сечением. При использовании сложного сечения получают профили как полые, так и сплошные (рисунок 24).
Рисунок 24 – Сечения и вид изделий (из пластмасс и алюминия), получаемых выдавливанием (полые и сплошные сечения)
При обработке выдавливанием, которое бывает прямое и обратное, комбинированное и боковое (рисунок 25), выходное отверстие матрицы имеет простое или сложное сечение и в него выдавливается стержень металла, являющийся исходным материалом для различных видов обработки.
Штамповка выдавливанием характеризуется следующими признаками:
а) высоким качеством получаемого материала;
б) объем металла в основной полости штампа уменьшается;
в) малым отходом металла.
При обратном и комбинированном выдавливании часть металла увеличивает общую высоту получаемой гильзы.
Выдавливание осуществляют на гидравлических прессах.
а – прямое; б – обратное; в – комбинированное; г – боковое; 1, 4 – плунжер; 2- контейнер-матрица; 3-деформируемый материал; 5 – гильза
Рисунок 25 – Схемы выдавливания (прессования)
2.2.4.1 Гидравлические прессы
Действие гидравлического пресса основано на ряде физических законов, в частности, на законе Паскаля, устанавливающем, что давление на поверхность жидкости, производимое внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.
Преимуществом гидравлических прессов является то, что скорость движения плунжера в них может быть различной (максимальная скорость деформирующего инструмента до 0,3 м/с); при этом можно обеспечить плавное или ступенчатое изменение усилия, как и выдержку под действием постоянной или переменной силы. Крупные заготовки обрабатывают на четырехколонных, а более мелкие – на одноколонных прессах. Вид и схема гидравлического пресса приведены на рисунке 26.
Если поместить в каждый из сообщающихся сосудов разного диаметра по плунжеру, то на основании этого закона, а также из условий равновесия можно определить давление жидкости в системе сообщающихся сосудов, Н/м2:
P2=P1(F2/F1),
где Р1 и Р2 – усилия, приложенные соответственно к малому и большому плунжерам, Н;
Ft и F2 – площади соответственно малого и большого плунжеров, м2.
Наиболее слабым звеном в гидравлических прессах является гидропривод.
для схемы: 1- нижняя неподвижная поперечина; 2 – заготовка; 3 – колонна; 4 – подвижная поперечина; 5 – верхняя неподвижная поперечина; 6 – плунжер рабочего цилиндра; 7 – органы управления; 8 – трубопровод; 9 – плунжер насоса; 10 – возвратный плунжер; 11- возвратный цилиндр; 12 – подвижный стол
Рисунок 26 – Вид и схема гидравлического пресса
Элементы такой принципиальной схемы заложены в устройство любого гидравлического пресса: роль малого плунжера выполняет поршень насоса, подающего жидкость, а роль большого – рабочий плунжер пресса. Усилие, развиваемое прессом, определяют произведением давления жидкости на сумму площадей рабочих плунжеров. Согласно другим законам в замкнутой гидравлической системе перемещение одного плунжера вызывает такое перемещение другого плунжера, что объем жидкости в системе остается постоянным, поскольку жидкости практически несжимаемы.
Если малый плунжер пройдет большое расстояние H, то большой плунжер переместится на меньшее расстояние Н2, то есть
1/Н
2=F
2/F
1, откуда H
1=H
2 (F
2/F
1)
Таким образом, в гидравлическом прессе получают выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большего плунжера превышает площадь меньшего, и во сколько раз проигрывают в пути.
Листоштамповочный гидравлический пресс (рисунок 27) предназначен для выполнения различных операций холодной штамповки: гибки, вытяжки, отбортовки и т. п. Станина двухстоечного типа состоит из стола 1, двух стоек 2 и верхней поперечины 3, стянутых четырьмя стяжными болтами. Привод пресса – индивидуальный, от ротационно-плунжерного насоса производительностью 200 л/мин, приводимого электродвигателем мощностью 75 кВт. Ползун 4 пресса приводится тремя гидроцилиндрами, установленными на верхней поперечине. Ход ползуна 750 мм. В столе пресса установлен гидравлический выталкиватель.
В гидравлическом прессе усилием 2000 кН, схема которого показана на рисунке 26, силовая гидроустановка смонтирована в нижней части пресса. Главный цилиндр 9 жестко закреплен в станине 8 пресса. Ход ползуна 7 с помощью регулировочного устройства 10 может быть установлен в пределах от 30 до 200 мм. Пресс, предназначенный для холодной объемной штамповки, оснащен выталкивателем 6, ход которого от 5 до 60 мм.
Основной особенностью конструкции пресса является устройство для обеспечения движений верхней половины 5 штампа. Электропривод 4 обеспечивает различные виды движений (качаний) верхней половины 5 штампа, закрепленной в чашечной опоре 3. Деформируемую заготовку 2, установленную в нижней половине 1 штампа, как правило, предварительно фосфатируют и обмыливают или покрывают дисульфидом молибдена.
В гидравлическом прессе рабочая жидкость (масло) подается в рабочий цилиндр 1. Под давлением масла перемещается плунжер 2, соединенный с подвижной траверсой 9, которая передвигается в направляющих колоннах 3, опирающихся на станину 7. Возвратно-поступательное движение плунжер получает от двух насосов: поршневого 4 высокого давления и шестеренного 5 низкого давления. Оба насоса работают от одного электродвигателя 6. Во время работы пресса плунжер с траверсой нажимает на заготовку, установленную на столе 8. В столе и в траверсе имеются пазы для крепления штампов, а в столе, кроме того, есть отверстие для выталкивания заготовок. Цилиндр устройства, выталкивающего обработанные заготовки, расположен в нижней части станины. В прессах усилием 2000 кН силовая гидроустановка смонтирована в нижней части пресса. Главный цилиндр жестко закреплен в станине пресса. Ход ползуна с помощью регулировочного устройства может быть установлен в пределах от 30 до 200 мм. Пресс, предназначенный для листовой и холодной объемной штамповки, оснащен выталкивателем, ход которого от 5 до 60 мм.
1 – цилиндр; 2 —верхняя плита; 3 – стол; 4 – кнопки управления
Рисунок 27 – Гидравлический пресс усилием 2500 МН с индивидуальным насосом для штамповки небольших листовых деталей
Станина двухстоечного типа состоит из стола 3, двух стоек и верхней поперечины, стянутых четырьмя стяжными болтами. Привод пресса – индивидуальный, от ротационно-плунжерного насоса производительностью 200 л/мин, приводимого электродвигателем мощностью 75 кВт. Ползун (верхняя плита) 4 пресса приводится гидроцилиндром 1, установленным на верхней поперечине. Ход ползуна до 750 мм. В столе пресса установлен гидравлический выталкиватель.
2.2.5 Выдавливание неметаллических материалов
Трубы из неметаллических материалов изготавливают выдавливанием. Выдавливание (или экструзия) отличается от других способов переработки термопластов непрерывностью, высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же оборудования большого многообразия деталей (рисунок 28б). Выдавливание осуществляют на специальных червячных машинах (рисунок 28).
а – схем установки; б – профили получаемых изделий
1 – бункер; 2 – червяк; 3 – рабочий цилиндр; 4 – нагревательный элемент; 5 – радиальные канавки оправки; 6 – калиброванное отверстие головки
Рисунок 28 – Непрерывное выдавливание
Перерабатываемый материал в виде порошка или гранул из бункера 1 (рисунок 28 а) попадает в рабочий цилиндр 3, где захватывается вращающимся червяком 2. Червяк, имеющий нарезку с изменяющимся шагом и глубиной, продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты при трении частиц материала друг о друга и о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие головки 6. Расплавленный материал проходит через радиальные канавки оправки 5. Оправку применяют для получения отверстия при выдавливании труб.
Трубы, прутки круглого и фасонного сечения получают прессованием термореактивного материала через калиброванное отверстие пресс-формы (рисунок 28 б).
Главное преимущество процесса выдавливания – это получение заготовок различного профиля с высокой точностью размеров, а недостатки – высокое удельное усилие прессования и относительно низкая стойкость штампа.
2.2.6 Изготовления композиционных трубных заготовок
При применении композиционных материалов для изготовления деталей и узлов находят применение различные способы в том числе и способ изготовления трехслойных конструкций с сотовым заполнителем.
Сущность способа заключается в том, что скрепленные между собой гофрированные полосы заполнителя оплетают по спирали покрытой соединительным составом арматурой и наматывают плотно прилегающими витками на одну из несущих обшивок.
На рисунке 29 изображена схема изготовления трехслойной цилиндрической конструкции с сотовым заполнителем.
1 – 3 – полосы алюминиевой фольги; 4 – 6 рулоны; 7 – 9 – гофрирующие механизмы (пары гофрирующих роликов); 10 – контактные ролики сварочного аппарата; 11 – оплеточный механизм; 12 – стеклонить; 13 – технологическая оправка; 14, 15 – внутренний и наружный несущие слои из пропитанной эпоксидным связующим стеклоарматуры
Рисунок 29 – Схема получения трехслойной цилиндрической конструкции с сотовым заполнителем
Полосы 1 – 3 алюминиевой фольги сматывают с рулонов 4 – 6 и подают в гофрирующие механизмы 7 – 9 (пары гофрирующих роликов). Шаг гофров всех полос одинаковый, а высота гофров полос 1 и 3 меньше, чем полосы 2. Затем все полосы подают на контактные ролики 10 сварочного аппарата, где и соединяют сваркой по полкам гофров. Соединенные между собой полосы 1-3 подают на оплеточный механизм 11, с помощью которого их оплетают по спирали стеклонитью 12, пропитанной эпоксидным соединительным составом.
На технологическую оправку 13 наматывают внутренний несущий слой стеклоарматуры 14, пропитанной эпоксидным связующим поверх слоя 14 наматывают заполнитель из плотно прилегающих друг к другу витков оплетенных полос 1 – 3. Поверх заполнителя наматывают наружный несущий слой 15 из пропитанной эпоксидным связующим стеклоарматуры. Затем связующее отверждают и в процессе термообработки происходит соединение полос 1 – 3 заполнителя между собой и с несущими обшивками 14 и 15.
2.2.7 Изготовления литых труб. Основные сведения о литейном производстве
Литейное производство разделяют на три основных типа: массовое, серийное и единичное.
Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском отливок ограниченной номенклатуры большими партиями. Примером могут служить литейные цехи автомобильных, тракторных и других подобных предприятий. Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.
Серийное производство характеризуется определенной периодичностью выпуска отливок ограниченной или широкой номенклатуры партиями (сериями). Примером является выпуск литых заготовок станкостроительными заводами. При серийном производстве можно выделить сходные группы отливок по габаритным размерам и массе, а также механизировать и автоматизировать отдельные операции. Эти условия являются наиболее благоприятными для внедрения передовой технологии при изготовлении определенной группы отливок.
Единичное производство характеризуется выпуском разнообразных отливок в небольших количествах, а иногда отдельных сложных литых деталей для опытных образцов станков, приборов, машин. В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную, так как различная номенклатура выпускаемых отливок не позволяет механизировать их производство. Примером единичного производства может служить выпуск уникальных корпусов турбин, станин, деталей экскаваторов, мощных прессов и других машин.
2.2.7.1 Способы изготовления отливок
Основными способами изготовления отливок является литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением и центробежное. Указанными способами можно изготовлять отливки в разовые формы (литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы) и в металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).
Существует много вариантов получения литых заготовок, каждый из которых имеет свое назначение и область применения.
Различают следующие виды форм:
а) разовые – служат для получения только одной отливки, после чего их разрушают. Для их изготовления используют песчано-глинистые смеси, в состав которых входит кварцевый песок от 85 до 90 %, огнеупорная глина от 8 до 14 %, вода и связующие (жидкое стекло, искусственные смолы и др.) – остальное. Разовые формы могут быть сырыми, сухими, поверхностновысушиваемыми и химически твердеющими.
2.2.7.2 Разработка и технология, принципы конструирования литых заготовок
Технология производства отливок в разовых формах слагается из следующих основных процессов:
– изготовление моделей и стержневых ящиков;
– приготовление формовочной и стержневой смеси;
– изготовление форм и стержней;
– сушка форм и стержней;
– расплавление металла и заливка формы;
– выбивки отливок из форм и стержней из отливок.
Разработка технологии состоит из выбора и обоснования материала заготовки (отливки), способа литья, способа изготовления литейной формы, конструирования модели и стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы, разработки последовательностей технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки отливок, методов и способов контроля качества литой заготовки.
Литейная форма чаще всего состоит из двух полуформ (рисунок 30).
1 – штыри; 2, 13 – металлические рамки (опоки); 3 – литниковая чаша и стояк; 4 – рабочая полость формы; 5 – вентиляционные каналы; 6, 12 – стержневые знаки; 7 – стержень; 8 – верхняя и 11- нижняя полуформы; 9 – выступы на модели для стержневых знаков; 10 – модель
Рисунок 30 – Песчаная разовая форма в сборе
Полуформы верхняя 8 и нижняя 11 изготовлены из песчано-глинистой смеси в металлических рамках 2 и 13 (опоках). В нижней полуформе с помощью модели 10 образована рабочая полость 4 для получения отливки.
Отверстие в отливке образует песчаный стержень 7, который прочно скреплен с формой с помощью стержневых знаков 6 и 12. Выступы 9 на модели предназначены для получения отпечатков стержневых знаков в форме.
Полуформы перед заливкой скрепляют штырями 1 или на верхнюю полуформу устанавливают груз. Для удаления газов, выделяющихся из песчано-глинистой смеси и расплава, при заливке в форме и стержне выполняют вентиляционные каналы 5. Расплав в рабочую полость формы заливают через литниковую систему – совокупность каналов для подвода расплава в полость формы и питания отливки при затвердевании.
Отверстия и полости в литых заготовках образуются с помощью стержней, которые вставляются в форму при её сборке. Конфигурация стержня соответствует конфигурации отверстия, полости. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках из стержневой смеси, которая отличается от формовочной смеси повышенной прочностью, газопроницаемостью, противопригарностью. Так получают короткие элементы трубопроводов – тройники (рисунок 31).
а – раскрытая изготовленная форма (в нижнюю полуформу вложен стержень); б – чертеж обработанной детали; в – разъемная деревянная модель со стержневыми знаком; г- разъемный деревянный стержневой ящик, д – стержень из специальной смеси с металлической арматурой, е – отлитый тройник с литниковой системой
1 – литниковая чаша, 2 – стояк литника, 3 – шлакоуловитель 4 – питатель, 5 – выпоры для удаления из формы воздуха и газов при заливке (с затвердевшим в них металлом)
Рисунок 31 – Элементы для формовки и отливка чугунного тройника
Конструкция отливки должна отвечать служебным требованиям детали, технологии ее изготовления, технологии механической обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволинейными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты детали, устранению выступающих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и поднутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.
Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава,
2.2.7.3 Технологическая характеристика отливок
Существует несколько принципов классификации отливок, в том числе, по методу формовки и по видам форм, по условиям приемки и по классам точности, по марке материала, из которого они изготовлены и т.д.
Среди отливок до 80 % по массе занимают детали, изготовляемые литьем в песчаные формы. Метод является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритам отливок. Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но позволяют получать отливки повышенного качества с минимальным объемом механической обработки.
Ответственные и особо ответственные отливки испытывают на прочность. При литье в песчаные формы по деревянным моделям и при формовании стержней в деревянных ящиках можно получить точность не выше 3-го класса. Точность повышают, применяя металлические модели.
2.2.7.3.1 Основные правила для проектирования отливок
Конструкция отливки считается технологичной, если она отвечает требованиям литейного производства и техническим условиям изготовления. К требованиям литейного производства относят: возможность изготовления отливки высокого качества доступными методами и приемами литейной технологии с учетом имеющегося оборудования.
Основные правила проектирования отливки следующие:
1) части ответственного назначения располагать в нижней части формы;
2) по возможности располагать отливку в одной (нижней) полуформе;
3) использовать минимально допустимое число стержней (по возможности не применять их);
4) по возможности не крепить стержни в верхней полуформе;
5) обеспечить хорошую вентиляцию стержней;
6) не допускать наличия жеребеек (приспособления для крепления стержней) в ответственной части отливки;
7) прибыли располагать только над массивными частями отливок или около них размещать боковые питающие бобышки;
8) не допускать наличия узких болванов (сужений) как в форме, так и в стержнях;
9) по возможности объединять заготовки с последующей их разрезкой.
2.2.7.4 Специальные способы литья (изготовление отливок в многократных (металлических) формах)
В литейном производстве широко применяют специальные способы изготовления отливок, имеющие ряд преимуществ по сравнению со способом литья в песчаные формы. К таким особенностям относятся: возможность механизации и автоматизации производственного процесса; улучшение условий труда; увеличение производительности; значительное снижение расходов формовочных материалов (а иногда полное исключение их из процесса литья) и получение отливок с минимальными припусками на механическую обработку.
К специальным видам литья относят литье в оболочные формы, литье по выплавляемым моделям, литье в кокиль, литье под давлением, центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье, а также литье в керамические разъемные формы, литье вакуумным всасыванием, литье выжиманием, литье с направленной кристаллизацией, жидкая штамповка.
Изготовление отливок в многократных формах (выдерживающих несколько сот или тысяч раз использования) имеет свои особенности:
Конец ознакомительного фрагмента.