Технология аппаратостроения. Ткачев. Технология аппаратостроения

• Название: Технология аппаратостроения
• Анкор: Технология аппаратостроения. Ткачев.docx
• Дата: 30.04.2018
• Размер: 498.97 Kb.
• Имя файла: Технология аппаратостроения. Ткачев.docx
• Тип: Задача; #18728
• страница: 3 из 13

6₀ = 5 ... 10.

Наиболее целесообразной формой утолщения в поперечном сечении является трапециевидная.

В практике применяют следующие способы утолщения кромок листовых заготовок:

а) путем создания нормального усилия к поверхности листовой заготовки;

б) деформированием торцевой поверхности листа.

Схема устройства, реализующего первый способ, приведена на рис. 2.25, а.

Листовую заготовку 2 фиксируют прижимами 3 на предварительно нагретой электронагревателями 4 до заданной температуры плите 1, имеющей свободу перемещения в горизонтальном направлении. Плиту устанавливают на стол фрезерного станка, а к его суппорту крепят П-образную оправку б с формообразующими роликами 5 и 7 (число формообразующих роликов зависит от материала листовой заготовки, ее толщины, размеров заданного утолщения и может составлять один, два и более). Формообразующие ролики перед прокаткой предварительно нагревают до заданной температуры. Нормальным усилием ролики прижимаются к поверхности листовой заготовки, и при перемещении стола осуществляется ее прокатка. Рабочий профиль роликов и последовательность их установки обеспечивают образование утолщения заданного профиля и требуемой величины путем постепенного вытеснения металла из средней части в зону утолщения. После образования утолщения листовую заготовку разрезают и удаляют полосу невыдавленного материала.

Рабочую зону нагревают приблизительно до 400 °С. Ширина ролика 8 ... 12 мм, число проходов - 6 ... 8. Толщина невыдавленного металла « 0,1 мм.

Создать утолщение вторым способом можно, используя установку (рис. 2.25, б), которая обеспечивает утолщение кромки листовой заготовки 4, устанавливаемой между плитами 1 и 6, путем ее последовательной осадки деформирующим роликом 3 (или несколькими роликами). Для предотвращения образования гофр и обеспечения равномерного утолщения применяют подпружиненный элемент противодавления 5. В зоне утолщаемой кромки устанавливают индуктор 2, предназначенный для нагрева кромки заготовки до оптимальной температуры.

2.6 ГИБКА

В технологическом процессе изготовления аппаратуры гибка относится к числу основных формоизменяющих операций. Гибке подвергают листовой, сортовой прокат и трубы. Формоизменение при гибке осуществляется путем пластического деформирования металла. Эта деформация протекает различно с каждой стороны заготовки. Слои металла внутри угла сгиба сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлениях. Наружные слои растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлении. Гибочные операции главным образом осуществляют в холодном состоянии. Гибку в горячем состоянии применяют лишь в тех случаях, когда становится невозможным применение холодной гибки.

Различные диаметры обечаек изготовляются путем замены верхнего валка. Преимущества двухвалковых машин: простота конструкции, отсутствие порчи поверхности при гибке, подгибка кромок без специальных приспособлений, гибка листов различной толщины без регулирования валков, высокая точность изделий.

Гибка на вальцах.

Простейшим видом вальцев является трехвалковая симметричная машина (рис. 2.28). Рабочее движение сообщается нижним валкам с неподвижной осью вращения. Верхний валок выполняется подвижным, это необходимо для получения требуемого радиуса гибки, который регулируется вертикальным перемещением верхнего валка, и для снятия заготовки, когда верхний валок выводится из рабочего состояния.

Заданный радиус гибки достигается в несколько проходов при реверсивном движении валков. Кривизна изгиба, достигаемая за один проход, ограничена силой сцепления приводных валков с заготовкой.

Основной недостаток трехвалковых машин заключается в том, что конец заготовки длиной, равной примерно половине межцентрового расстояния нижних валков (0,5 0i0₂), остается плоским, так как наибольший изгибающий момент приходится на средний верхний валок, т.е. середину 0\0₂. Подгибка концов при этом выполняется как самостоятельная операция.

Машины с асимметричным расположением валков позволяют проводить практически полную гибку обечайки. Некоторые схемы таких машин представлены на рис. 2.29. Для подгибки второго края листа заготовку вставляют в вальцы с другой стороны.

Находят свое применение также машины с регулировкой боковых валков в горизонтальном направлении и с перемещающимся верхним валком.

листогибочная машина выполняют подгибку концов заготовок. При этом можно избежать подгибки концов как самостоятельной операции.

Вальцы выбираются по технической характеристике в зависимости от длины и толщины изгибаемого проката, в соответствии с мощностью, необходимой для выполнения операции гибки. В частности, четырехвалковые машины используются для гибки листов с толщиной до 80 мм и шириной до 5 м.

Минимальный радиус гибки на вальцах определяется диаметром среднего валка. При необходимости гибки заготовок цилиндрических элементов на малые радиусы применяются машины с поворотной траверсой (рис. 2.31). Малые радиусы имеют также место в плоскостенных элементах и трубах малого диаметра.

Листовая заготовка 3 с помощью нажимной траверсы 1 прижимается по линии изгиба между опорным столом 4 и оправкой 2.

Гибка выполняется за один ход поворотной траверсы 5. Оправки (шины) являются сменными и выбираются в зависимости от формы изгиба.

Гибка на nрессах применяется при формоизменении толстолистовых заготовок толщиной свыше 90 мм. Представляет собой разновидность штамповки. Плоская заготовка принимает соответствующую форму, например, полуцилиндра 2 в глухой матрице 3 под действием пуансона 1 (рис. 2.32).

Для получения полуобечаек толстостенной сварной аппаратуры используются вертикальные гидравлические прессы с усилием до 10⁴ кН.

Точность заготовки после проведения гибочной операции во многом определяет качество готового изделия (обечайки). Поэтому необходимо рассмотреть возможные дефекты формы при гибке с указанием причин их возникновения.

Перекос кромок (рис. 2.33, а) происходит вследствие того, что в начале гибки край листа перекошен относительно осей валков. Дефект исправляется обратным перекосом листа.

Конусность (рис. 2.33, б) возникает из-за непараллельности осей верхнего и нижнего валков. Для исправления дефекта необходимо опустить верхний валок со стороны большего радиуса.

Бочкообразность (рис. 2.33, в, г) с выпуклой (в) и вогнутой (г) образующими является следствием чрезмерного прогиба валков по длине. Выпуклая бочкообразность получается при меньшем изгибе листа посередине, а вогнутая (седловидность) - при меньшем изгибе на концах.

Чрезмерная кривизна (рис. 2.33, д) возникает как следствие излишнего усилия гибочного валка из-за неправильно назначенного радиуса гибки, а овальность (рис. 2.33, е) из-за непостоянства усилия зажима листа между валками (по всей длине), часто из-за его проскальзывания. Требуемый радиус кривизны контролируется шаблонами.

2.6.2 ГИБКА КОНИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК

В аппаратостроении гибка конических заготовок наиболее часто производится на листогибочных вальцах. Особенностью гибки является требование создания неодинакового по ширине прогиба заготовки: у кромки с меньшим радиусом - большого, у кромки с большим радиусом - меньшего. Кроме того, вершины сгибаемого конуса всегда должны лежать в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось среднего валка. Это условие может быть выполнено, если скорости перемещения кромок заготовки в валках пропорциональны расстоянию их до вершины конуса.

Это достигается путем установки под углом среднего валка у симметричных вальцев (рис. 2.34) и бокового (нажимного) у асимметричных трехвалковых и четырехвалковых вальцев.

В процессе гибки различные участки конической заготовки должны перемещаться в валках с различной скоростью, так как длины окружностей малого и большого оснований различны. Поэтому организуют принудительное проскальзывание валков по заготовке, например, упорными роликами, воспринимающими усилие кромки обечайки и ориентирующие заготовку в процессе гибки.

При гибке крупногабаритных обечаек из листов значительной толщины (более 20 ... 30 мм) применяется способ, при котором валкам машины вращение не сообщается.

Заготовку мелом разбивают на ряд участков (1 ... п), в каждом из которых показывают среднюю линию (рис. 2.35). Процесс гибки начинают с подгибки кромок заготовки (в радиальном направлении) последовательно с одного, затем с другого края по средней линии. Затем гнут середину заготовки на данном участке. После переустановки осуществляют прогиб на следующем участке. Валковая машина в этом случае работает как пресс. После предварительной гибки производят доводку для получения кривизны требуемого радиуса на "мягких" режимах деформации заготовки.

Рассмотренный способ малопроизводителен и вызывает повышенный износ оборудования. Поэтому при крупносерийном производстве используют трехвалковые машины со сменными коническими валками.

В последнее время все большее применение получает безвальцевое изготовление конических обечаек толщиной до 20 мм - метод свертывания.

Существует несколько вариантов схем работы гибочных машин, осуществляющих этот метод. Одна из них показана на рис. 2.36. КромНа рис. 2.38 показана конструкция штампа для изготовления обечаек с углом при вершине 2а > 60°. Он состоит из сменной матрицы 1 с пазами 2 на боковой поверхности и универсального пуансона б, по оси которого установлена регулируемая пята 4. В направляющих пазах 5 пуансона размещены каретки 3. Блоки шариков 8 уменьшают трение при перемещении кареток. На осях 7, закрепленных на каретках, свободно установлены ролики 9, воздействующие на заготовку.

При изготовлении обечайки плоская заготовка прогибается в центральной части пятой 4, затем проталкивается в матрицу с помощью роликов, воздействующих на периферийную кромку заготовки. По мере свертывания заготовки каретки перемещаются к центру пуансона, обеспечивая постоянный контакт роликов с заготовкой. При этом направляющие пуансона проходят в пазах матрицы, а каретка при опускании пуансона взаимодействует с внутренней поверхностью матрицы и благодаря этому перемещаются к центру.

2.6.3 ГИБКА ТРУБ И ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК АППАРАТОВ

Гибка труб относится к обработке металлов давлением. Учитывая весьма сложный характер деформации материала трубы в процессе гибки, большинство расчетных зависимостей для определения режимов гибки получено эмпирическим путем.

Главная технологическая задача, решаемая в процессе криволинейного профиля трубной заключается в заданного радиуса (рис. 2.39) при допустимом от формы сечения исходной - обычно цилиндрической. При гибке тонкостенных труб не допускается образование поперечных складок -гофр.

Учитывая, что наибольшие деформации претерпевает нижняя стенка труб с нейтральным радиусом гибки R<, поэтому последний входит в расчетную формулу R = R< + 0,5'.

Из условия недопущения критической деформации экспериментально установлено, что R< - 206.

Введем понятие критерия тонкостенности труб К_т

Если R > '(20К_т + 0,5), то проводится холодная гибка, а если меньше - горячая.

На практике гнутье труб выполняют в холодном состоянии до значений R « D, чему соответствует К_т -0,025.

От значения критерия К_т зависит также и технология гнутья трубы. С уменьшением значения К_т технологический процесс осложняется.

При гнутье тонкостенных труб образуются поперечные складки - гофры, и происходит искажение профиля. Гофры возникают под действием тангенциальных сил (наружные волокна растягиваются, а внутренние сжимаются), искажение профиля происходит от действия радиальных сил.

Профиль искажения интенсивнее с уменьшением относительного радиуса гнутья трубы г - RID.

При малых значениях г гнутье труб осуществляется с внутренней оправкой. Для значения К_т в пределах 0,03 < К_т < 0,2 минимальное значение относительного радиуса гнутья трубы без применения оправки (г¹) определяется по эмпирической формуле

Для определения режимов гибки на трубогибочных станках необходимо учитывать упругую разгрузку трубы (пружинение), имеющее место после снятия нагрузки. Величина этого фактора зависит от:

• механических свойств материала (чем выше модуль упругости, тем больше упругая деформация);

• геометрических параметров трубы и гиба - диаметр трубы, толщина стенки, радиус гиба, длина изогнутой части трубы;

• условия нагружения трубы, т.е. способа гибки;

• степени образования овальной формы трубы в гибе, т.е. условия поддержания стенки трубы;

• неоднородности напряженного состояния в поперечном сечении гиба.

Упругую деформацию определяют экспериментальным путем. Радиус гиба 5_ср после снятия нагрузки рассчитывают по формуле где а - угол гиба трубы; т - коэффициент, определяющий упругую деформацию трубы (для медных и медно-никелевых труб т - 75, для стальных труб при отношении 5 /D — 2 ... 3,3 т - 60 ... 40).

В аппаратостроении используют гибку труб в холодном и горячем состоянии.

По способу все механизмы для холодной гибки разделяют на:

• механизмы с обкаткой, применяемые для изгиба труб диаметром до 70 мм, когда допускаются некоторые отклонения от круглой формы в сечении изогнутого участка. В этом случае вокруг неподвижного гибочного шаблона 1 двигается обкатывающий ролик 2, прижимающий трубу непосредственно к шаблону (рис. 2.40, а) или с помощью ползуна 3 (рис. 2.40, б);

• механизмы с наматыванием, используемые для гнутья труб диаметром 10 ... 20 мм, в которых шаблон 1 вращается, а ползун 2 остается неподвижным (рис. 2.41, а) или имеет возможность перемещаться в продольном направлении (рис. 2.41, б);

• механизмы на двух опорах, позволяющие проводить гибку труб диаметром до 320 мм. Заготовка укладывается на две опоры 1, способные поворачиваться вокруг своих осей, а усилие прилагается в середине трубы. Гибочный сегмент 2 соединяется со штоком гидро- или пневмоцилиндра 3 (рис. 2.42);

• механизмы с волочением, применяемые при гибке тонкостенных цельнотянутых труб. Один конец заготовки обжимается до заданного диаметра. Обжатый конец 1 продавливается через фильеру 2 и захватывается зажимом 3, укрепленным на станине. При вращении гибочного шаблона 4, труба протягивается через фильеру и одновременно гнется вокруг гибочного шаблона. Использование данного способа позволяет гнуть заготовки малой длины на малый угол гиба (рис. 2.43).

Гибка с нагревом заготовок позволяет уменьшить усилие гибки и облегчает формообразование:

• протяжка на роге, заключающаяся в том, что заготовка трубы 2, 3 одевается на штангу с рогообразным сердечником 4 (рис. 2.44), который имеет заданную кривизну 5. Заготовка нагревается и проталкивается плунжером 1 по сердечнику, при этом происходит изгиб трубы и одновременно калибровка готовой детали (двойник) 5. Наименьший диаметр оправки (рога) равен внутреннему диаметру заготовки а наибольший -внутреннему диаметру двойника '_н;

• гибка на штампе является одним из высокопроизводительных способов, реализующих гнутье в одной или нескольких плоскостях. Однако этот способ экономически обоснован только при серийном выпуске изделий.

Индукционный метод гибки предполагает нагрев труб токами высокой частоты (ТВЧ) и позволяет выполнять гибку на малый радиус (рис. 2.45). В этом случае труба 2 устанавливается в кольцевом индукторе 5 и на направляющих роликах 3. К концу трубы прикладывается усилие с помощью нажимного ролика 4. Продольное перемещение трубы осуществляется кареткой 6 при помощи торцевого упора 1. Кольцевой участок, помещенный в индукторе, нагревается до 1000 °С, а на выходе из индуктора охлаждается. Таким образом, горячий участок трубы, в котором происходит деформация гибки, поддерживается с обеих сторон жесткими холодными участками, что препятствует искажению формы сечения трубы.

Для большинства методов характерно, что в процессе гибки изменяется форма сечения трубы, поэтому необходимо применение устройств, поддерживающих стенки трубы снаружи и изнутри. Поддержка стенки снаружи осуществляется с помощью ручья гибочного сегмента и ползуна. Для поддержания стенок изнутри используются различные наполнители: песок, вода, лед, легкоплавкие металлы, смолы, резина. Например, применяется наполнитель из 50 % висмута, 26,7 % свинца, 13,3 % олова, 10 % кадмия. Однако применение наполнителей - процесс трудоемкий и полностью не обеспечивающий качество гибки. Поэтому разработаны различные конструкции оснасток для гибки труб (дорны, оправки).

Условно их можно классифицировать: по форме - сплошные, раздвижные, составные; по жесткости -жесткие, нежесткие, эластичные; по поверхности контакта - точечные, линейные; по форме опорной поверхности - цилиндрические, сферические, торовые.

Самым простым дорном, используемым при гибке труб диаметром до 40 мм, служит стальной канат.

Распространение получили дорны в виде стержня с ложкообразной формой конца (рис. 2.46). Дорн соединяется с тягой, длина которой соизмерима с длиной заготовки и помещена внутри трубы, которая в процессе гибки протягивается по нему. Зазор между дорном и трубой оказывает большое влияние на точность размеров поперечного сечения трубы и должен исключать возможность образования гофр. Детали, у которых сопряжение гибов осуществляется без прямолинейных участков, изготавливают с применением дорнов со сферическими головками (рис. 2.47).

Используют также оправку, содержащую корпус 1 и эластичную оболочку 2 с наполнителем, связанную цилиндрической частью с корпусом, а средней частью с приводом 3. Это позволяет исключить многие технологические операции, связанные с набивкой труб наполнителем (рис. 2.48).

Для обеспечения возможности гибки труб различного диаметра используют оправку, в которой звенья выполнены в виде двух рычагов 1 с шаровыми сегментами головками 2, установленными с возможностью поворота в плоскости гиба, снабженных цапфами, а также соединенных между собой планками 3, связанными с регулирующим механизмом (рис. 2.49).

В отличие от предыдущей конструкции, оправка на рис. 2.50 выполнена со сменной сферической частью 1.

К многозвенным механическим оправкам относится конструкция, изображенная на рис. 2.51. Каждое звено содержит тяги 1, закрепленные на осях в цапфах 2, а другим концом - попарно в пазах шаровой сегментной головки 3. Звенья оправки монтируются на гибком тросе 4, который одним концом крепится к цапфе крайнего звена, а другим концом посредством винта 5 - к винтовому механизму 6 с гайкой 7. Пружины сжатия 8, установленные внутри цапф 2, позволяют обеспечить извлечение оправки из трубы, так как после окончания гибки гайку 7 ослабляют, цапфы расходятся, а сегментные головки выходят из контакта с внутренней поверхностью трубы.

Конструкции механических многозвенных оправок предусматривают равномерное распределение пятен контакта внутренних устройств с поверхностью трубы.

Наиболее опасной, с точки зрения потери устойчивости и складкообразования, является поверхность трубной заготовки со стороны меньшего радиуса. Показанная на рис. 2.52 оправка позволяет сконцентрировать опорную поверхность звеньев именно в опасном сечении трубы, а осенесимметричное расположение троса -предельно уменьшить радиус гибки.

Значительную сложность в производственных условиях представляет изготовление крутоизогнутых патрубков, торовых и сферических емкостей. Традиционным способом изготовления таких деталей аппаратов является многопереходная штамповка на инструментальных штампах. Его недостатком является большой объем доводочных работ и ограниченные габариты изделий. Патрубки также можно получить гибкой тонкостенных труб в горячем состоянии с заполнителем, но при этом не исключается возможность гофрообразования и искажения номинального профиля заготовки.

роликами в определенных зонах поперечного сечения меньше исходной толщины заготовки.

Толщина материала заготовки в этих зонах уменьшается, а, следовательно, изменяется продольная кривизна. Знак кривизны зависит от того, в каких местах поперечного сечения заготовки расположены зоны утонения: если зона утонения находится вблизи оси симметрии (зона Б), кривизна - положительная; если же зона расположена вблизи обеих боковых кромок (зоны : и <), кривизна - отрицательная. В том случае, когда зона утонения расположена вблизи одной из продольных кромок, происходит изгиб в плоскости заготовки.

Оптимизация данного процесса гибки-прокатки ведется по пути подбора рациональной схемы его проведения и создание необходимых условий трения заготовки с роликами. При этом учитывается, что величина максимального утонения материала заготовки не превышает 20 %.

Наилучшие результаты получаются при использовании выпуклого ролика в качестве холостого, а вогнутого - приводного. Заготовку перед деформированием смазывают со стороны холостого ролика.

Для уменьшения усилия гибки, а значит и требуемой мощности оборудования, применяют многопроходную обработку, которая также положительно сказывается на качестве изделия.

Рассмотренный способ позволяет получать изделия сравнительно большого диаметра (до 800 ... 1000 мм) и практически неограниченной длины.

2.7 СБОРКА ЭЛЕМЕНТОВ КОНТРУКЦИЙ АППАРАТОВ

Сборка свариваемых элементов в аппаратостроении предшествует операции сварки и проводится для фиксации положения свариваемых элементов в пространстве. Последующая операция сварки окончательно закрепляет положение деталей, установленное при сборке. В процессе сварки под действием сварочных напряжений возможно изменение пространственного положения свариваемых элементов. Поэтому при осуществлении операции сборки под сварку необходимо учесть сварочные напряжения и деформации. Обязательным условием является также необходимость обеспечения требуемого сварочного зазора.

Из возможных видов сборки свариваемых элементов наиболее распространенной является стационарная сборка.

В операцию сборки входят следующие технологические переходы:

1) установка свариваемых элементов в сборочных приспособлениях;

2) проверка сопряжений кромок и базовых поверхностей;

3) подгонка элементов;

4) фиксация кромок неразъемными и разъемными способами;

5) сварка и последующая обработка шва.

На сборку поступают детали после прохождения заготовительных операций. Поэтому именно здесь проявляется качество выполнения предшествующих операций, согласованность функциональных и технологических допусков.

Основная технологическая задача сборки под сварку стыкуемых элементов заключается в обеспечении допусков на смещение кромок, величину сварочного зазора, угловых размеров. Тщательность пригонки соединяемых частей является одним из главных условий обеспечения равнопрочности сварных швов.

В практике аппаратостроения для достижения правильности сопряжений обязательно применяют приспособления. Последние существенно влияют на степень механизации производственных процессов, производительность труда и качество сварных конструкций. Приспособления необходимы независимо от серийности производства.

В большинстве случаев применяют переносные приспособления ручного действия. Задача совмещения кромок и фиксации зазоров между ними решается при использовании специальных струбцин

(рис. 2.54). Кромки листа, закрепляемые прижимными винтами 1 друг относительно друга, выравниваются винтом 2, а просвет между кромками регулируется и фиксируется винтом 3.

Для сопряжения кромок одной обечайки требуется две струбцины, которые устанавливаются с противоположных торцевых сторон обечайки.

Сохранение цилиндрической формы обечайки при сборке обеспечивается применением специальных устройств, которые стягивают либо наоборот распирают заготовку. Данные приспособления включают несколько (обычно 6) домкратов, конструктивно зафиксированных на