Технология аппаратостроения. Ткачев. Технология аппаратостроения
 Скачать 498.97 Kb.
|
3 1Шайбы 1 и прокладки 3 предварительно прихватываются к свариваемым элементам и устанавливаются с шагом 600 мм. По окончании сварки их удаляют обрубкой или кислородной резкой. Одновременно со сборкой стыкового соединения устанавливают технологические планки для начала и окончания сварки шва. На рис. 2.57 показано расположение прихваток и технологических планок. Правильным расстоянием между прихватками считают длину шва, которую можно наложить одним электродом, или кратную ей длину (табл. 2.3). 2.3 Параметры сборки
Заходная технологическая планка служит для установления стабильного режима сварки, выводная - для завершения сварки шва, а контрольная - для последующей лабораторной проверки качества сварного соединения. В аппаратостроении обязательными являются сборочно-свароч-ные механизмы, основное назначение которых заключается в непрерывном или периодическом изменении позиций деталей относительно сварочной головки, т.е. выполнять роль кантователей. Сюда относятся: а) роликовые стенды - кантователи, у которых установочной базой является цилиндрическая поверхность; б) кольцевые кантователи, у которых установочной базой является сложная криволинейная поверхность: основой приспособления служит роликовый стенд; в) торцевые кантователи с двумя планшайбами, у которых установочная база - две торцевые поверхности и ось вращения (в большинстве случаев - горизонтальная); г) кантователи с вращающимся наклонным столом, у которых установочной базой является одна торцевая поверхность (их часто называют манипуляторами или позиционерами); д) стеллажи, у которых установочной базой является плоская поверхность деталей - листов и секций из них. Сборка отдельных элементов аппаратов завершается их сваркой. В аппаратостроении используется в основном ручная электродуговая сварка и сварка автоматическая под слоем флюса. Основные требования к сварке аппаратов подробно изложены в правилах Госгортехнадзора и справочной литературе по технологии конструкционных материалов. Наряду со сваркой используют также пайку и клепаные соединения. К новым технологиям неразъемного соединения тонколистовых материалов следует отнести холодное точечное соединение (ХТС). Рис. 2.57 Схема расположения прихваток и планок: 1 - планка заходная; 2 - прихватка; 3 - пластина контрольная; 4 - планка выводная Рис. 2.57 Схема расположения прихваток и планок: 1 - планка заходная; 2 - прихватка; 3 - пластина контрольная; 4 - планка выводная 2.3 Параметры сборки Принцип получения ХТС заключается в том, что листы металла, уложенные внахлест, с помощью специального инструмента локально продавливаются, и за один проход образуется "выдавка" с пластической деформацией элементов и затеканием материала одного листа в полость другого. С позиций холодной штамповки процесс создания ХТС представляет собой сочетание двух видов деформаций - резки по незамкнутому контуру одного или двух слоев металла (может отсутствовать) и двухслойной вытяжки. Указанные методы деформирования определяют возможную толщину соединяемых листов и требования, предъявляемые к механическим свойствам металлов. Наиболее часто используют листы, соединяемые продавливанием, толщиной 1,5 ... 2 мм; при больших толщинах значительно возрастают усилия, необходимые для образования ХТС. Достаточно пригодными для ХТС можно считать металлы с соотношением стт /ств < 0,65 при относительном удлинении 5 > 28 % и глубине вдавливания не менее 11,5 мм (при толщине листа s - 1 мм). Оборудование для ХТС представляет собой основание с закрепленным на нем штампом и приводное устройство для перемещения формообразующих органов. Штамп (рис. 2.58) состоит из вытяжного пуансона 1 и матрицы 2. Соединяемые металлические листы располагают над матрицей, затем вытяжной пуансон осуществляет в матрице вытяжку двух слоев металла на такую глубину, что в образовавшейся "выдавке" верхний слой металла опускается за опорную поверхность нижнего слоя. При этом возможно прорезание одного или обоих листов по незамкнутому контуру. Далее выполняется пластическое деформирование донышка "выдавки" между вытяжным пуансоном и матрицей, что обеспечивает затекание металла верхнего слоя за границы отверстия, образованного в нижнем слое при продавливании. Затем производится разъем штампа. На рис. 2.59 показано несколько вариантов "выдавок" ХТС, соответствующих различным соотношениям размеров инструмента и толщины листов. 3.1 ОБЕЧАЙКИ Обечайки являются базовой деталью всех колонных, теплообменных и других аппаратов. Они бывают: а) жесткие, которые не изменяют формы поперечного сечения под действием собственного веса. Для них справедливо соотношение 'вн / 6 < 150, где 6 - толщина стенки обечайки; 'вн - внутренний диаметр обечайки; б) нежесткие 'вн / 6 > 150; в) толстостенные (корпуса), если 'н / 'вн > 1,1 (конструктивный признак) или толщина стенки 6 > 40 мм (технологический признак), 'н - наружный диаметр обечайки. Основные геометрические размеры обечайки (рис. 3.1): 'вн, 6, Н - высота обечайки. Базовый размер 'вн -стандартизован. По форме обечайки делятся на гладкие и со специальными ребрами, отбортовками, зигами. Заготовками для обечаек являются: листовой прокат, литье, поковки, трубы. Обечайки диаметром до 600 мм изготовляются с одним продольным швом, а свыше 600 мм можно из нескольких листов. При этом ширина замыкающей вставки должна быть не менее 400 мм. Допускается прогиб обечайки при длине до 5000 мм не более 2 мм, свыше 5000 до 10000 мм не более 15 мм. Допускаемый перекос продольного шва относительно оси - не более 8 мм на 1 погонный метр длины. Неперпендикулярность торца обечайки к ее образующей допускается до 1 мм на 1 м диаметра, но не более 3 мм. Отклонение по высоте обечайки допускается в пределах ± 5 мм. Основным расчетным размером заготовки является длина, которая определяется периметром обечайки по нейтральной линии минус размеры зазоров для сварочных швов, мм где п - число продольных швов; 5св - зазор под сварку, мм. Типовой технологический процесс изготовления обечайки включает следующие группы технологических операций: • расконсервация и очистка; • правка листового проката; • разметка и раскрой листовых заготовок; • резка листа на заготовки требуемого размера; • обработка кромок под сварку; • сборка заготовок; • сварка карт; • гибка (вальцовка) обечаек; • сварка стыковых швов; • калибровка и правка после сварки; • контрольные операции. В зависимости от конструкции и требований к точности и шероховатости поверхности обечайки проводят комплекс завершающих операций. Рассмотрим некоторые из них. Зигование применяют: • для придания обечайке дополнительной жесткости (наружные зиги); • для установки и крепления разжимных опорных колец с целью последующей установки опор, тарелок, перегородок, решеток и т.д. (внутренние зиги). Чем тоньше и мягче материал, тем выше скорость зигования. Для увеличения трения поверхности заготовки подвергают обязательной очистке и обезжириванию. Выполняется зигование на специальных зиговочных машинах в условиях реверсивного перемещения заготовки (рис. 3.2). Профиль зиговочных роликов должен соответствовать заданному зигу с учетом упругого пружинения материала. Внутренний вал приводной, а наружный имеет свободно вращающиеся ролики и может перемещаться по радиусу, вследствие чего регулируется глубина зигов. Зигование обечаек из сталей и цветных металлов применяют для небольших (до 4 мм) толщин. Процесс осуществляется за 3 - 4 оборота обечайки. В процессе зигования возникает утонение стенки обечайки, а также упрочнение (наклеп) в местах образования зигов. Для исключения наклепа, появления трещин и волосовин применяют межоперационный отжиг. /заг - S ('вн + 6) - п 5, 3.1.1 ЗИГОВАНИЕ Рис. 3.2 Схема работы зиговочной машины: 1 - зиговочные ролики; 2 - обечайка; 3 - механический привод Рис. 3.2 Схема работы зиговочной машины: 1 - зиговочные ролики; 2 - обечайка; 3 - механический привод 3.1.2 РАЗБОРТОВКА ТОРЦОВ Разбортовка торцов применяется для обеспечения поцарговой сборки. Выполняется на бортовочных машинах. На рис. 3.3 показаны варианты разбортовки наружу (а) и внутрь обечайки (б). 3.1.3 ОТБОРТОВКА ТОРЦОВ Отбортовка торцов производится также как и разбортовка как вовнутрь, так и наружу (рис. 3.4). Отбортовка наружу выполняется, как правило, для установки накидных фланцев, а вовнутрь - для обечаек под рубашки охлаждения корпусов теплообменников и для установки днищ. Операция выполняется на фланце-бортовочных машинах. На рис. 3.5 показана схема работы такой машины, имеющей следующие основные элементы: 1 - опорный приводной ролик; 2 - нажимной ролик; 3 - бортовочный ролик; 4 - червячный вал. Другая схема работы отбортовочной машины показана на рис. 3.6. Конструкция включает следующие основные узлы: станину 1, гидропривод 2 подъема, раму подъема 3, упорный ролик 4, пару поддерживающих роликов 5, установленных симметрично на раме подъема, редуктор 7, привод 8 подъема бортовочного ролика 11, привод 9 опорного ролика 10. Для отбортовки отверстий, выполненных в листовом материале, в том числе и в обечайках, используют специальное устройство, показанное на рис. 3.7. Рабочим органом этого приспособления являются деформирующие элементы 1, связанные с помощью кронштейнов 2, 3 с корпусом штока 4. Эти элементы выполняются с возможностью вращения вокруг собственной оси и оси вращения штока. По оси штока внутри корпуса имеется установочный винт 5, связанный резьбовым соединением с втулкой б, установленной по шлицам на корпусе штока. Наличие в конструкции упругого элемента, например, пружины 7, позволяет применять данное приспособление для отбортовки неточно изготовленных круглых отверстий, что имеет место при газовой резке листового проката, а также заведомо некруглых, например, эллиптических отверстий. Процесс отбортовки отверстия по стадиям показан на рис. 3.8. 3.1.4 ШЛИФОВАНИЕ Универсальным методом отделочной обработки является шлифование, которое осуществляется чаще всего ручными шлифовальными машинами с электрическим или пневматическим приводом. Инструментом являются абразивные круги и ленты. Однако данный метод часто не обеспечивает все возрастающие требования к качеству поверхности, он трудоемок и малопроизводителен. Поэтому в настоящее время для обработки сложных крупногабаритных тел вращения применяют метод бескопирного (полусвободного) шлифования маятниковыми головками. Компоновка маятниковых шлифовальных головок в станках различна, но ей присущ один отличительный признак - наличие дополнительной степени свободы у абразивного инструмента за счет возможности поворота рычага, несущего шлифовальную головку, на оси шарнирного подвеса А0 (рис. 3.9). При бескопирном методе шлифования обеспечивается упругий прижим Рпр абразивного инструмента, что позволяет копировать погрешности формы изделия. Инструмент работает по "строкам", в результате на обработанной поверхности образуются спиральные строчки. На рис. 3.10 представлена схема станка для шлифования обечаек, реализующая рассматриваемый метод обработки. Рис. 3.10 Схема станка для шлифования обечаек Рис. 3.10 Схема станка для шлифования обечаек Установка состоит из рамы 1, на которой смонтированы три пары обрезиненных роликоопор 3. Шлифовальная головка 10 закрепляется шарнирно на конце трубчатой штанги 5, установленной в суппорте 6, перемещающегося по направляющим 7. Привод суппорта осуществляется от электродвигателя через ходовой винт 8. Абразивный круг установливается на шпинделе 11 шлифовальной головки. Обечайка вращается от обрезиненных роликоопор, приводимых в движение электродвигателем с регулируемой частотой, а вращение инструмента осуществляется от электродвигателя 9 через вал, находящийся в трубчатой штанге. Для предотвращения съезжания обечайки с роликоопор предусмотрен упорный ролик 2. Регулировка усилия прижима производится грузом-противовесом 4. Механизмы, имеющиеся в конструкции, позволяют инструменту совершать сложные качания -осцилляцию. Продольная осцилляция позволяет перекрыть зону продольного шва, а поперечная - зону кольцевого шва. При качании инструмента в сторону подачи на строку снимается дополнительный объем металла, а при качании в обратном направлении инструмент накатывается на предыдущий остаточный гребешок, частично его срезая. Одновременно осцилляция способствует самозатачиванию инструмента, уменьшает засаливание абразивного круга, улучшает условия отвода стружки и абразивных отходов из зоны резания. Зона обработки блоком из двух кругов составляет 80 мм. 3.1.5 ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕГАБАРИТНЫХ И НЕЖЕСТКИХ ОБЕЧАЕК В случае необходимости изготовления готовых (не требующих последующей сборки) обечаек повышенных габаритов (> 20000 мм) используют метод "временного деформирования". Метод состоит в следующем. Заготовку вальцуют до необходимых размеров, а затем поперечные размеры обечайки уменьшают за счет деформирования с помощью петли троса, домкратами, наворачиванием на планшайбы. При этом образуется нахлест кромок (рис. 3.11). Наружная кромка закрепляется с помощью планок, привариваемых к обечайке. Замыкающий продольный стык варят уже на монтажной площадке. Обечайка принимает начальные размеры за счет упругих свойств материала. Метод используют для обечаек с толщиной листа до 40 мм. Нежесткие обечайки (6 / 'вн < 0,01) в процессе гибки способны менять форму поперечного сечения под действием собственного веса. По мере увеличения длины вылета (рис. 3.12, а), кривизна выходной ветви уменьшается (1, 2, 3), а затем лист теряет устойчивость (4). Для оценки устойчивости обечайки в процессе гибки в валковых машинах предложено эмпирическое выражение Если лист не теряет резко устойчивость (рис. 3.12, б), то под собственным весом сильно изгибается (3, 4). В таком случае используются специальные приспособления, обеспечивающие сохранение заданной цилиндрической формы обечайки (рис. 3.13), которые имеют: 1 -поддерживающее устройство; 2 -телескопические опоры. При проведении токарной обработки и сверлении отверстий в таких обечайках обязательно применяют разжимные кольца, которые придают обечайке необходимую жесткость. 3.2 КОРПУСА (ТОЛСТОСТЕННЫЕ ОБЕЧАИКИ) Для аппаратов, работающих в условиях высоких давлений (3 > 10 МПа) или вакуума, изготавливаются корпусные детали с толщиной стенки до 200 ... 300 мм. Учитывая также значительные диаметры этих изделий (до 20 000 мм), применяются специальные способы их изготовления. Основные типы корпусов: а) Кованые корпуса. При небольших диаметрах толстостенных корпусов используют цельнокованые конструкции - баллоны. С увеличением размера - ковано-сварные, которые изготавливают по следующему маршруту: • округление слитков в нагретом состоянии; • прошивка отверстия на прессе (инструмент - "прошивень") под нагревом; • вытяжка (раскатка) кольцевой заготовки на оправке и разгонка ее по длине. Можно совмещать ковку с раскаткой на специальных радиально-вальцовочных станках; • термообработка (закалка или нормализация с отпуском); • механическая обработка (токарная). Данная технология приводит к большому расходу материала, так как вес заготовки в два и более раза превышает вес готового корпуса. б) Штампованные корпуса. В этом случае корпуса изготавливаются из двух полуобечаек, формовка которых проводится на мощных прессах. Затем, после обработки кромок (строгание, точение), проводят сварку продольных швов. Чаще всего для этого применяют электрошлаковую сварку в вертикальном состоянии. в) Корпуса из ряда труб с последовательно увеличивающимися диаметрами изготавливаются из механически обработанных труб, которые последовательно насаживаются друг на друга. Предварительный нагрев охватывающей трубы обеспечивает требуемую посадку поверхностей с гарантированным натягом. Торцы заготовки обваривают и обтачивают на токарно-карусельных станках. г) Составные корпуса. Изготавливаются из ряда увеличивающихся по размеру полуобечаек, стягиваемых между собой при помощи тросов или лент с последующей сваркой продольного стыка. При этом каждый последующий продольный шов сдвигают относительно предыдущего на расстояние не менее 200 мм. Обжатие полуобечаек (регулируемое по слоям) и усадка продольных сварных швов при их остывании создают во внутренних слоях стенки сжимающие кольцевые напряжения, а в наружных обечайках - растягивающие. Это способствует равномерности напряжений в стенке при рабочих условиях - внутренним давлением среды. д) Витые корпуса. Изготавливаются при использовании специальной навивочной машины (рис. 3.14) по следующему маршруту: • протачивание на наружной поверхности цилиндрического сердечника 4 спиральной канавки, соответствующей профилю ленты; • навивка профильной ленты 3 с запрессовкой ее с помощью прижимного ролика 1; • обработка (точением) торцевой поверхности; • напрессовка бандажей (колец жесткости). Для навивки применяется лента шириной 6 от 60 до 100 мм и толщиной 0,16, набегающий участок которой нагревают до температуры 700 ... 800 °С. После запрессовки лента охлаждается сначала струей воздуха, а затем водой. Заклинивание гребней ленты в пазах предотвращает продольное сокращение при остывании и сохраняет радиальное обжатие внутренней трубы. Навивку производят слоями со сдвигом каждого последующего слоя на 1/3 6 ис закреплением сваркой. Общими преимуществами многослойных корпусов (в, г, д) являются: устранение ковки при изготовлении цилиндрической части; минимальное количество отходов; возможность использования углеродистых сталей в аппаратах для агрессивных сред; возможность достижения значительных габаритов по диаметру и толщине; экономичность изготовления. е) Рулонированные корпуса. Наиболее прогрессивная технология изготовления многослойных корпусов реализуется при изготовлении рулонированных корпусов. Впервые разработанные фирмой "Мицубиси" (Япония) они нашли широкое применение в практике. В России изготовляются на АО "Уралхиммаш" по оригинальной технологии. Схема изготовления рулонированных сосудов показана на рис. 3.15. Рис. 3.14 Схема работы навивочной машины: 1 - прижимной ролик; 2 - направляющие ролики; 3 - профильная лента; 4 - внутренняя труба (сердечник) Рис. 3.14 Схема работы навивочной машины: 1 - прижимной ролик; 2 - направляющие ролики; 3 - профильная лента; 4 - внутренняя труба (сердечник) 2 Фиксация рулонной стали 1 на внутренней обечайке 5 производится с использованием стального листа, скошенного по толщине, который служит для заполнения клиновидного зазора между поверхностью обечайки и концом первого слоя намотки. Схема крепления показана на рис. 3.16. Для качественной сварки элементов 1, 2, 3 оставляют зазор 5 в пределах 6 ... 12 мм, а расстояние между швом 4 и продольным швом 5 внутренней обечайки а должно быть не менее трех толщин последней, т.е. а > 3 6. 3 Навивка рулонной полосы ведется на специальной намоточной машине, работающей по трехвалковой схеме. Рулонная сталь 1 (см. рис. 3.15) разматывается с барабана, проходит через сжимающие 2 и листоправильные 3 валки и перемещается при помощи валков, причем два из них (7 и 8) расположены под внутренней обечайкой, а один 6 - над ней. Один из нижних валков, например 7, является ведущим, а верхний 6 нажимным. Деформация А обечайки под действием нажимного валка 6 определяется как "" ( ' где [v] - допускаемые напряжения стали рулонной полосы, МПа; 'вн - внутренний диаметр, мм; Е - модуль упругости, МПа (для стали Е = 2 • 105 МПа). Такая схема намотки позволяет достигнуть плотности прилегания ленты по слоям и устранить телескопичность (сход полосы). Качеству намотки также способствует некоторое натяжение набегающей ленты. 4 После окончания намотки рулонная сталь обрезается ножницами 4 и через клиновую вставку фиксируется (сварка) на корпусе. Намотанную заготовку вставляют во внешний кожух толщиной 5 - 6 мм (зазор не более 0,3 мм), края которого заваривают и торцы обрабатывают механическим путем (токарно-карусельная операция). С целью уменьшения монолитных кольцевых швов существует технология спиральной навивки рулонной ленты (спирально-рулониро-ванные корпуса). Рассмотренная выше технология позволяет примерно в 2 раза снизить расходы на изготовление толстостенных корпусов по сравнению с составными, повысить надежность их эксплуатации. 3.3 ДНИЩА 3.3.1 КОНСТРУКЦИИ днищ По конструкции днища классифицируются следующим образом (рис. 3.17): 1) Эллиптические днища - наиболее распространены при изготовлении аппаратов с отношением Н / 'в > 0,2. Основные геометрические параметры: 'в - внутренний диаметр днища; Н - высота днища; 5, г - радиусы кривизны; 6 - толщина днища. По технологическому признаку днища делятся на: а) тонкостенные 'в / 6 > 230 или 6 = 0,01 'в; б) толстостенные 'в / 6 < 25; в) жесткие 'в / 6 < 100; г) нежесткие 'в / 6 > 100. Последовательность проведения технологических операций при изготовлении днищ такая же, как и для обечаек. Различие состоит в операции формования, которая осуществляется одним из рассмотренных ниже способов. 3.3.2 МЕТОД ШТАМПОВКИ НА ПРЕССАХ Рис. 3.18 Схема горячей штамповки днищ 3.3.2 МЕТОД ШТАМПОВКИ НА ПРЕССАХ Штамповка на прессах производится обычно в горячем состоянии. Заготовка нагревается и по рольгангу подается к штампу. Штамп состоит из протяжного кольца матрицы 1 и пуансона, состоящего из "грибка" 2 и формующего кольца 3 (рис. 3.18). Такая конструкция пуансона позволяет облегчить снятие напрессованной (за счет быстрого охлаждения) заготовки при обратном ходе пуансона. Тем не менее термическая усадка является основным недостатком горячей штамповки. К ним также относится значительный угар металла в процессе нагрева. Обеспечение требуемой температуры заготовки также представляет большую сложность, так как при транспортировке и закреплении заготовки в штампе теряется значительное количество тепла. Как следствие - высокий расход топлива (400 ... 480 м3 природного газа для 1 т продукции). Применение специальных силикатных покрытий способствует снижению окалинообразования (в 2 раза), а также улучшению условий трения при штамповке. Стекло при высокой Рис. 3.18 Схема горячей штамповки днищ температуре переходит в вязкое состояние, образуя при этом сплошную газонепроницаемую пленку. Стеклопокрытие, действуя как смазка, на 40 % снижает усилие деформации, требуемое для формования днища. Штамповка днищ в холодном состоянии проще по реализации в промышленных условиях. Вместе с тем она требует более дорогой стали для штамповой оснастки (матрица, протяжные кольца), необходимости термической обработки после штамповки для снятия наклепа, а также последующей правки после термообработки. Главной же причиной, сдерживающей широкое использование холодной штамповки при изготовлении днищ аппаратов, является высокие остаточные напряжения, которые вызывают трещины в металле. Особенно это проявляется у сталей, имеющих в своем составе хром. Повышению качества днищ при штамповке способствует совершенствование конструкции оснастки. Так, интерес представляет конструкция матрицы со скошенной кромкой вместо традиционно закругленной (рис. 3.19). Несложное конструктивное изменение (оптимальный угол конусности а « 68°) позволяет на 15 % снизить утонение заготовки при переходе сферической части днища в цилиндрическую, уменьшить силы трения и, как следствие, физический износ рабочих поверхностей матриц. Учитывая экспериментально установленный факт о необходимости повышения трения между пуансоном и заготовкой, интерес представляет конструкция рифленого пуансона. Выступы кольцевого рифления внедряются в поверхность металла заготовки, затрудняют ее скольжение, что приводит к уменьшению утонения заготовки. Одним из методов штамповки, применяемых на практике довольно редко, является гидровзрывная штамповка. Применяют данный метод в том случае, когда невозможно использовать ранее рассмотренные способы или необходимо получить днище высокой прочности. Взрыв производят в бетонных емкостях -кессонах. 3.3.3 МЕТОД РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ (СПИНИНГ ОВАНИЕ) Метод ротационного выдавливания (спинингование) заключается в том, что формообразование днищ производится роликами с малой зоной пластической деформации, локализованной на незначительной части вращающейся заготовки. Деформация заготовки осуществляется на универсальных давильных станках вертикального и горизонтального исполнения. Оснастка (сменная) состоит из оправки 1, прижимной шайбы 2 и давильных роликов 3 (рис. 3.20). Оправки изготавливают для каждого типоразмера литьем, штамповкой, механической обработкой из стали, чугуна, твердого дерева. Диаметр оправки меньше номинального диаметра на величину 26 и двойной величины пружинения материала после выдавливания 2а Давильные ролики изготавливают из стали, капрона (для меди, алюминия). Процесс выдавливания на давильных станках предусматривает перемещение давильного ролика от центра к периферии при вращении оправки с заготовкой. На давильных станках предусмотрена также подрезка кромок днища (токарная операция). При формовании днищ роликами без нагрева заготовки ее выпуклую часть предварительно штампуют на прессе. Неглубокие днища при единичном производстве выдавливают без оправки с помощью опорного ролика 1, вращающегося от самостоятельного привода. Шпиндель станка 3 и прижимная шайба 2 предназначены лишь для закрепления заготовки, но не для передачи крутящего момента (рис. 3.21). По такой схеме работают станки фирм "Болдрини" (Италия) и "Шляйфенбаум-Стайнлянтц" (Германия). Выдавливание днищ больших размеров и толщины производят на тяжелых портальных машинах, совмещая эту операцию с горячей штамповкой (рис. 3.22). Маршрут обработки в этом случае следующий: 1) нагрев заготовки; 2) штамповка центральной части днищ; 3) закатка борта с одновременным завершением формования центральной части днища; 4) отбортовка днища неподвижным бортовочным 1 и неподвижным давильным 2 валками. Основным дефектом при изготовлении днищ методом ротационного выдавливания является их разнотолщинность по сечению детали. Использование для уменьшения утонения сменных оправок экономически невыгодно из-за большой металлоемкости и трудоемкости изготовления. Для устранения этого недостатка используются исходные заготовки в виде конуса с высотой, равной 1,1 ... 1,3 высоты днища. Причем, чем больше диаметр днища и пластичней материал, тем меньшей высоты конуса изготовляется заготовка. Это обеспечивает исключение разнотолщинности днища за счет перераспределения материала по его сечению, а также уменьшение коробления из-за уменьшения напряжений в материале. Такие заготовки применяют на устройстве, созданном на базе токарно-карусельного станка (рис. 3.23), на планшайбе 1 которого устанавливают оправку 2, к которой прижимным кольцом 3 фиксируют коническую заготовку 4. Формование происходит за счет усилия давильного ролика 5, закрепленного на траверсе б с возможностью осевого и радиального перемещения. Особенностью данного способа является то, что движение давильного ролика, осуществляемое в плоскости, смещенной относительно центра вращения днища 7, обеспечивает повышение его качества за счет уменьшения величины упругих деформаций в материале. Эти деформации возникают при ротационной вытяжке в отсутствии сдвиговых деформаций, которые происходят при проходе давильного ролика через центр заготовки, и после отвода ролика приводят к образованию сферического выступа, направленного внутрь днища. Величину смещения рекомендуется выбирать в диапазоне 1/8 . 1/4 диаметра накатного ролика. Применение секционной оправки и регулируемой длины траверсы делает эту конструкцию универсальной (для различных размеров, материалов и толщин заготовки). Более широкими технологическими возможностями обладает установка для ротационного выдавливания В ней предусмотрено ротационное выдавливание с одновременным изменением высоты и угла наклона шпинделя 1 по отношению к оси вращения опорного ролика 2. Это обеспечивает упрощение технологии за счет проведения обжима кромки днища 3 без его перемещения на калибрующий станок ротационной вытяжки. Кроме того, изменение угла наклона шпинделя позволяет изменить направление сдвиговых деформаций на поверхности обрабатываемой детали - чем больше угол наклона, тем больше величина сдвиговых деформаций, ив то же время ниже скорость ротационного выдавливания. Таким образом, при ротационном выдавливании появляется возможность достигать максимального качества поверхности детали даже при значительном разбросе физико-механических свойств материала заготовок. Возможность подачи накатного ролика в радиальном направлении относительно центра сферы опорного ролика 4 позволяет обеспечивать изготовление днищ из листа различной толщины и различной пластичности материала. При этом достигается более высокая чистота поверхности при выпуске партии днищ из одинакового материала. Основные преимущества способа изготовления днищ аппаратов спинингованием (в условиях единичного и мелкосерийного производства) по сравнению со штамповкой на прессах следующие: • значительно меньшая стоимость из-за меньшей массы и размеров оборудования; • почти в 5 - 6 раз меньшая продолжительность переналадки оборудования; • более высокое качество и точность изделия; • универсальность машин (на машине Rubo-25 (Италия) изготавливают днища диаметром от 1300 до 3800 мм и толщиной от 8 до 30 мм); • простота оснастки и ее низкая стоимость. На уникальных портальных машинах в США, Японии, Великобритании получают днища диаметром до 9000 мм и толщиной до 165 мм. 3.3.4 ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ДНИЩ Штамповка тонкостенных днищ (6 < 2 мм) затрудняется склонностью заготовки к складообразованию и их низкой механической прочностью. Поэтому требуется предварительное прижатие заготовки 1 по периферии и протяжному кольцу 2 фланцем 3 специальной конструкции (рис. 3.25). Используют также пресс двойного действия с наружным и внутренним ползунами, который выполняет две самостоятельные операции: прижим заготовки 1 к штампу 2 и вытяжку. После прижима заготовки внутренний плунжер 3 действует независимо от наружного 4 (рис. 3.26). Надежная фиксация заготовки обеспечивается при использовании оснастки, показанной на рис. 3.27. В этом случае вытяжка днища также разделяется на два этапа: штамповка плоского днища прижимным кольцом 1 с предварительной вытяжкой центральной части заготовки и окончательная штамповка днища пуансоном 2. Применение в практике аппаратостроения находит также штамповка в полиуретановые (резиновые) матрицы и гидравлическая вытяжка тонкостенных днищ (рис. 3.28). Требуемое давление жидкости достигает 40 МПа. Новым направлением в совершенствовании оборудования для изготовления тонкостенных днищ является обеспечение переменного по величине усилия прижатия заготовки по мере ее формования. Это позволяет существенно снизить дефекты при изготовлении. В установке (рис. 3.29), в которую наряду с гидравлическим прессом двойного действия входят также регулирующий клапан 1 и копирная линейка 2, закрепленная на штанге 3, для снижения усилия от веса подвижных частей прижимного ползуна 4 (их вес достигает 1400 кН) предусмотрены подъемные цилиндры 5, управляемые с помощью насосной станции и клапана 7. Меняя рабочий профиль копирной линейки, можно получить практически любой закон изменения усилия прижима, при этом практически полностью устранить дефекты штамповки и снизить утонение стенки днища. 3.3.5 КАЛИБРОВКА ДНИЩ В аппаратостроении днище является базовой деталью. Поэтому требуется высокая точность размеров и формы заготовки, которая бы гарантировала качественную сборку днища с обечайкой. С этой целью после технологического процесса формования днища проводят ее калибровку (правку), чаще в холодном состоянии. Одним из методов калибровки является охлаждение днища после штамповки на калибровочном кольце (рис. 3.30). Сущность способа заключается в следующем. После завершения штамповки днище 1 надевают на калибровочное кольцо 2, имеющее пустотелую камеру 3, куда подается хладагент. При этом происходит равномерное охлаждение днища, и сохраняются постоянными размеры калибровочного кольца, наружный диаметр которого равен номинальному диаметру днища. После охлаждения днище при помощи гидроцилиндра снимают с калибровочного кольца. Применение данного технологического приема позволяет существенно (на 10 - 15 %) повысить точность размеров ив 10 - 12 раз снизить погрешности формы (овальность) изделия. Наряду с методом раздачи заготовки применяют также калибровку обжимом. Для этой цели применяют штамповую оснастку для холодной калибровки, например, следующей конструкции (рис. 3.31). Она состоит из пуансона 1, корпуса матрицы 4 и протяжного кольца 3. Пуансон выполнен в виде кольца с кривизной рабочей поверхности, соответствующей кривизне калибруемого днища. Отношение высоты пуансона Нп к его диаметру 'п в зависимости от размера днища находится в пределах 0,15 ... 0,25. Такая конструкция пуансона не требует Рис. 3.30 Способ правки днища Рис. 3.30 Способ правки днища больших затрат на изготовление и позволяет использовать для калибровки прессы простого действия с небольшой открытой высотой. Рис. 3.31 Схема калибровки днища обжимом Калибровка днищ осуществляется следующим образом. Днище 2 устанавливают в рабочее пространство штампа. После этого его центрируют относительно матрицы и с помощью пуансона, закрепленного в верхней траверсе пресса, калибруют обжимом через протяжное кольцо. Диаметр калибрующего пуансона определяют как Рис. 3.31 Схема калибровки днища обжимом Калибровка днищ осуществляется следующим образом. Днище 2 устанавливают в рабочее пространство штампа. После этого его центрируют относительно матрицы и с помощью пуансона, закрепленного в верхней траверсе пресса, калибруют обжимом через протяжное кольцо. Диаметр калибрующего пуансона определяют как где 611 1,16 - толщина борта штампованного днища, мм; 6 - толщина днища, мм. Одним их эффективных способов калибровки днища является его пластическое обжатие с помощью специальной оснастки, например, сходящимися коническими секторами на гидравлическом прессе (рис. 3.32, а). При опускании кольца 3 ползуны 2 сдвигаются его внутренней конической поверхностью к центру штампа, равномерно обжимая при этом цилиндрическую часть днища 1. Более удачно задача пластического обжатия цилиндрической части эллиптических днищ решается в схеме с применением кривошипно-шатунного механизма и сходящихся ползунов-секторов (рис. 3.32, б). В данном случае используется принцип кривошипно-шатунного механизма, где шесть (может быть и больше) калибрующих ползунов 4 соединены с поворотным кольцом 3 шатунами 2. Усилием Р гидроцилиндра кольцо 3 поворачивается, сдвигая ползуны 4 шатунами 2 к центру механизма. Цилиндрическая часть днища равномерно обжимается ползунами 4 до диаметра, равного диаметру внутренней поверхности ползунов. При повороте кольца 3 в обратном направлении ползуны 4 расходятся, освобождая днище 1. С учетом эффекта упругого пружинения заготовки после снятия нагрузки, диаметр рабочей поверхности ползунов выполнен меньше требуемого диаметра днища Рис. 3.32 Калибровка днищ пластическим обжимом Рис. 3.32 Калибровка днищ пластическим обжимом части днища, м; стр - достигаемое рабочее напряжение в материале днища при обжатии до заданной степени деформации, МПа; Е - модуль продольной упругости материала днища, МПа. После завершения операции формования и калибровки днища проводят следующие операции: а) разметка для подрезания торца; б) подрезка торца, которую осуществляют с помощью газоплазменного резака с последующей обработкой этой поверхности на токарно-карусельном станке; в) дробеструйная обработка, очистка путем травления и пассирования поверхности готовой детали. 3.4 ТРУБНЫЕ РЕШЕТКИ Трубные решетки являются одними из важнейших деталей теплообменной аппаратуры. В решетках закрепляются трубы, а сами решетки чаще всего приваривают к корпусу аппарата или фиксируют с помощью фланцевого соединения. Рис. 3.33 Конструкция трубной решетки Рис. 3.33 Конструкция трубной решетки Основные геометрические размеры этой детали: 'н - наружный диаметр; S - толщина; d0 - диаметр отверстий под трубки. Размеры параметров находятся в следующих диапазонах: 'н = 530 ... 3690 мм; d0 — 25, 38, 57 мм. Число канавок в отверстиях трубных решеток: 1 - (6р < 26 мм) и 2 - (6р > 26 мм). Твердость материала решетки должна быть выше, чем у труб. Отклонение расстояний между центрами отверстий меньше ± 0,5 мм и меньше ± 1,0 мм для любой суммы шагов. Неплоскостность 2 мм /1 м диаметра. Трубные решетки бывают сварные и цельные. Материал - углеродистые стали, легированные стали, цветные металлы. Заготовки - листовой прокат. Типовой маршрут обработки включает следующие группы операций: 1) Расконсервация, очистка, разметка, резка проката. 2) Обработка кромок, сварка карт, термообработка. 3) Точение (токарно-карусельная) за два установа. 4) Фрезерование пазов (для 2-х - 4-х ходовых теплообменников). В эти пазы устанавливают перегородки. 5) Разметка отверстий под сверление. При разметке отверстий необходимо исключить их попадание в зону сварных швов. Учитывая, что рассматриваемая деталь имеет большое количество отверстий различного назначения, эта операция проводится с максимальной точностью и в определенной последовательности. Рассмотрим ее для случая сварной трубной решетки с достаточно большими габаритами. Необходимо: а) нанести центральные оси (одну из них перпендикулярно сварному шву) с выносом на цилиндрическую поверхность (рис. 3.34); б) наложить шаблон для закрашивания мест, не подлежащих сверлению, и контур крайних крепежных отверстий. Закрасить указанные места меловой краской; в) разметить центры крепежных отверстий и центрального отверстия (если его нет, то двух отверстий d0 — 20 мм) под установку кондуктора. 6) Сверление отверстий. Для лучшего совпадения отверстий в решетках их сверлят попарно в собранном виде при обязательном совмещении центральных линий. Сверление проводится также в строго определенной последовательности: а) установить на закрашенную решетку незакрашенную, подложить под них мерные пластины, совместить оси, закрепить струбцинами; б) сверлить два отверстия dj, или центральное отверстие под установку кондуктора (рис. 3.34). В некоторых случаях разрешается сверление центрального отверстия с последующей его заваркой; в) установить кондуктор на I четверть и закрепить на штыре; г) сверлить еще два отверстия и установить в них штыри, заглушить отверстия, не подлежащие сверлению; д) зацентровать остальные отверстия по кондуктору; е) повторить п.п. в, г, д на II, III, IV четвертях решетки; ж) просверлить отверстия под трубы и крепеж; з) зенкеровать отверстия, снять фаски с обеих сторон решетки (проводится при отсутствии кондуктора). Сверление производят на радиально-сверлильных многошпиндельных станках, применяя, в случае необходимости, сверла для глубокого сверления (ружейные, однокромочные, эжекторные и т.д.). В обязательном порядке применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). На практике используются, к примеру, десятишпиндельный станок МА-50 с программным управлением, 15-ти шпиндельный станок 1С52 (до 38 мм и S до 128 мм) и др. 7) Растачивание уплотнительных канавок и фасок в отверстиях под трубы. Проводят эту операцию на тех же станках, что и сверление. Растачивают канавки при помощи специальной оправки. Принцип ее работы заключается в том, что вертикальное перемещение скалки 1 в корпусе оправки 4 вызывает перемещение призмы 2 по направляющим 5, а, следовательно, и резца 3 (рис. 3.35). Резец начинает обрабатывать канавку только после того, как поверхности решетки коснется опорное кольцо 6, и дальнейшая подача шпинделя вызовет смещение вниз скалки 1. В оправку может быть установлено два или три резца в зависимости от числа канавок. Одним из методов обработки отверстий в трубных решетках является дорнование, которое проводят вместо зенкерования. Дорн 2, как правило сферический, закрепляется в оправке 1 и продавливается через отверстие в решетке 3. При этом необходимо обеспечить гарантированный натяг в зоне обработки - 0,2 ... 0,4 мм. Следует отметить, что инструмент (дорн) в 40 ... 45 раз дешевле, чем зенкер. Зенкерование одного отверстия в решетке с 6 = 150 мм занимает примерно 1 мин, а дорнование в этих условиях -6 ... 8 с. Основными частями любого колонного аппарата являются корпус и контактные устройства. На изготовление и сборку колонных аппаратов распространяются требования ОСТ 26.231-79. Корпуса колонных аппаратов могут быть сварными, паяными или разъемными. По конструктивному признаку колонны разделяются на насадочные и тарельчатые. Контактные элементы - кольца, седла, решетка, спирали и т.д. Тарельчатые элементы - колпачковые, клапанные, ситчатые, комбинированные, собираемые из 6-образных элементов. 4.1 СБОРКА КОРПУСОВ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ Корпуса собираются из отдельных секций, которые в свою очередь собираются из отдельных обечаек (рис. 4.1). Сборка секции производится на специальных стендах, основным конструктивным элементом которых является наличие ряда роликовых опор. Некоторые технические требования по РТМ 26-225-75: • биение торцов обечайки и ее образующей допускается в пределах 1 мм /1 м диаметра, но не более 3 мм; • стыкуемые кромки обечаек должны быть зачищены до блеска и обезжирены на ширине не менее 20 мм; Сборка корпусов производится с учетом технических требованиий (РТМ 26-225-75): • требования на смещение кромок и биение те же, что и для сборки секций; • зазор между стыкуемыми кромками секций 6 < 20 мм - 0+2 мм; 6 > 20 мм - 2 ± 2 мм. • отклонение по длине корпуса 0,3 % /, но не более ± 75 мм; • изогнутость корпуса 2 мм/1 м / , но не более 30 мм; • некруглость - 0,5 % 'вн, но не более 20 мм; • установка технологических планок по монтажному стыку: корпуса из углеродистой стали (рис. 4.2, а); двухслойные стали (рис. 4.2, б). Число технологических планок устанавливается расчетным путем; • по торцам крайних секций устанавливают калибровочные неразъемные кольца (рис. 4.3, а). Калибровку центральной части корпуса производят разъемными калибровочными кольцами (по конструкции такие же, как неразъемные). Форму фиксируют бандажными кольцами (рис. 4.3, б); • под роликоопоры устанавливаются подкладные обечайки; • сборка производится на отнивелированных (непараллельность 0,6 мм/м, смещение роликов в вертикальной плоскости ± 1 мм) стендах, состоящих из роликоопор различной конструкции (приводных и неприводных) (рис. 4.4). Рис. 4.2 Схема установки технологических планок: 1 - секция; 2 - монтажныИ стык корпуса; 3 - планка технологическая Рис. 4.2 Схема установки технологических планок: 1 - секция; 2 - монтажныИ стык корпуса; 3 - планка технологическая Расположение роликоопор производится согласно схеме раскроя корпуса. Контроль качества сборки корпуса включает следующие операции. 1. Контроль длины корпуса производится компенсационноИ рулеткоИ РК-2. 2. Контроль овальности корпуса (рис. 4.5): а) D < 2000 мм - микрометрическиИ нутромер с пределами измерениИ 80 - 2500 мм; б) D > 2000 мм - инструмент ИГЦО-3 и прибор АИЗ-50. з |