Производство станков для обработки трубных заготовок. Изготовление деталей, узлов и блоков трубопроводов. Конструкция приспособления для сгибания средней сложности

Бесшовные холоднотянутые трубы изготавливают из горячекатаной заготовки, получаемой преимущественно с автоматических и непрерывных станов, реже - с реечных, трехвалковых и пильгерных станов, а также из горячепрессованной заготовки, получаемой на горизонтальных и вертикальных прессах.

Сначала изготавливают гильзы из круглой заготовки (рис. 1, а) или слитка прошивкой на станах косой прокатки, а также из квадратной заготовки прошивкой на прессах б.

Затем на прокатных или реечных станах из гильз получают трубы.

Горячепрессованные трубы получают как из сплошной, так и из полой заготовки в.

При косой прошивке заготовку нагревают до 1200-1300 с в методической или кольцевой печи. Косовалковый стан имеет два валка бочкообразной, дисковой или грибовидной формы, наклоненные к оси прокатки под некоторым углом. Между валками устанавливается конусообразная оправка, удерживаемая упорным стержнем. При обжатии между валками металл в центральной части разрыхляется под влиянием растягивающих напряжений, способствуя образованию полости и облегчая раскатку гильзы на оправке. По окончании прошивки гильзу освобождают от стержня. При настройке стана с целью получения гильз заданных размеров рабочие валки устанавливают на определенном расстоянии один относительно другого и размещают между валками оправки необходимого размера. Способом косой прошивки получают гильзы для труб диаметром 40-600 мм.

В связи с тем, что валки станов косой прошивки имеют по своей длине различные радиусы и соответствующие окружные скорости по поверхности, перемещение наружных слоев заготовки будет происходить также с различными скоростями, что приводит к скручиванию гильзы. В направлении скручивания возникают большие растягивающие напряжения в металле, поэтому даже при незначительных поверхностных дефектах на заготовке (волосовины, неметаллические включения и др.) на поверхности гильзы образуются дефекты в виде плен, трещин, рванин и т.д. Большое значение для качества гильз, скорости прошивки и расхода энергии имеет форма оправки и место ее установки в прошивном стане. При косой прошивке литые слитки подают в валки донным концом, а не усадочной раковиной. Благодаря этому влияние некачественного металла в месте усадочной раковины резко уменьшается и ограничивается лишь небольшим участком длины прошитой гильзы. Большое влияние на качество гильз оказывает нагрев заготовки: при неравномерности образуется повышенная разностенность и кривизна, а при перегреве образуются наружные плены.

Производительность прошивных станов зависит в основном от продолжительности самой прошивки и вспомогательных операций. Продолжительность косой прошивки зависит от размеров и материала заготовки и гильз, калибровки валков, скорости вращения, наклона и других факторов.

На станах косой прошивки в сравнении с прошивкой на прессах получают более длинные и тонкостенные гильзы. Способ прошивки в гильзы на прессах заключается в следующем. Квадратную заготовку в горячем или холодном состоянии разрезают на мерные длины 300-700 мм, калибруют по диагонали, нагревают и прошивают на прессе в гильзы-стаканы. В процессе прошивки квадратной заготовки в круглой матрице круглым пуансоном происходит заполнение зазора между заготовкой и матрицей и подъем металла вверх между пуансоном и матрицей.

Преимуществом данного способа перед косой прошивкой является отсутствие растягивающих напряжений в металле и, как следствие, отсутствие трещин и плен на внутренней и наружной поверхностях. Даже если на заготовке имелись трещины и плены, то в процессе прошивки они "залечиваются" и не развиваются, как при косой прошивке. Гильза, полученная на прессе из квадратной заготовки, имеет внизу донышко. Если в дальнейшем предусмотрена деформация на реечном стане, то донышко оставляют, а для прокатки на двухвалковом стане пробивают на другом прессе. Для обеспечения минимальной разностенности гильз при настройке прошивного пресса необходимо обеспечить полное совпадение осей пуансона и матрицы , для чего применяют различные устройства и калибровку диагоналей заготовки.

На современных гидравлических прессах изготавливают до пяти гильзов (стаканов) в минуту. Производительность пресса зависит от мощности и скорости прессования, а также от вспомогательных операций (подачи заготовок к прессу, уборки гильз от пресса и др.).

При изготовлении горячекатаных труб из гильз наибольшее распространение получили автоматические установки. Технологический процесс изготовления труб на этих установках включает следующие основные операции: прошивка на косовалковых станах, раскатка гильз в трубы, обкатка, калибровка и при необходимости редуцирование. На автоматических установках изготавливают трубы диаметром 60-426 мм, причем подразделяют автоматические установки по сортаменту на малые (60- 159 мм), средние (102-250 мм) и большие (159-426 мм). Применение редукционных станов позволяет получить минимальный диаметр труб на малых установках 38 мм, а на средних - 60 мм. Раскатной автоматический стан предназначен для прокатки гильз, полученных на прошивном стане, в трубы с заданной толщиной стенки. Схема прокатки труб в автоматическом стане дана на рис. 2, а. Трубы прокатывают за 2-3 пропуска в одном калибре на оправках различных диаметров. В последнее время появились автоматические установки с двумя последовательно установленными раскатными станами. Наиболее распространенные автоматические установки имеют в своем составе один или два прошивных стана, раскатной стан, две обкатные машины, калибровочный стан и другое оборудование. Два прошивных стана используют для труб диаметром более 219 мм, а для меньших диаметров - один.

Схемой деформации предусмотрено, что после осуществления захвата гильзы валками до встречи с оправкой происходит редуцирование по диаметру без изменения толщины стенки. В дальнейшем на конической части оправки происходит обжатие по толщине стенки, которая заканчивается на цилиндрическом пояске оправки. Внутрь трубы, перед прокаткой вводят технологическую смазку в виде смеси поваренной соли с графитом либо одной соли. Прокатанные в автоматическом стане трубы направляют попеременно по одной на первую и вторую обкатные машины, где трубы раскатываются на оправках. При этом диаметр трубы несколько увеличивается (на 3-9 %), сглаживаются полученные на стане неровности поверхности в виде бугров, выступов и царапин.

В обкатных машинах устраняются овальность труб и значительно уменьшается разностенность. Происходит также укорочение трубы на 1-6 %. На калибровочных станах получают заданные размеры готовых горячекатаных труб. Калибровочные станы состоят из непрерывной группы двухвалковых клетей с круглым калибром в последней клети. Обычно число клетей колеблется в пределах 3-7. Расположены клети под углом 90 друг к другу. Суммарное обжатие составляет 2-15 мм в зависимости от числа клетей. После калибровки трубы поступают на холодильник и далее на редукционный стан либо при его отсутствии - на отделку. Основными дефектами, появляющимися при прокатке труб на автоматическом стане, являются внутренние и наружные плены. Они образуются в результате неправильной настройки прошивного стана и вследствие низкого качества исходной заготовки. К часто встречающимся дефектам относятся также разностенность, риски и порезы.

На установках с непрерывным станом прокатывают трубы размером 51-108х2-15 мм, а при дальнейшем редуцировании - до диаметра 17 мм. В состав таких установок входят прошивной стан валкового типа, непрерывный стан для прокатки труб на длинной оправке, оправкоизвлекатель, калибровочный и редукционный станы. Такие установки в сравнении с существующими автоматическими станами имеют большую производительность, экономически более выгодны и позволяют получать лучшую по качеству заготовку для дальнейшей холодной деформации.

Как и при прокатке на автоматических станах, для прокатки труб на непрерывном стане применяют катаную круглую заготовку. После прошивки гильзу подают на непрерывный стан. В клетях этого стана (7-9 рабочих клетей) имеется по два рабочих валка, расположенных под углом 90 друг к другу по оси прокатки. Труба прокатывается на оправке одновременно во всех клетях, перед прокаткой оправка смазывается. На современных непрерывных станах применяют сочетание круглых и овальных калибров. Схема прокатки труб в одной клети приведена на рис. 2, б. Обжатие трубы в различных парах валков различно: в первой паре происходит в основном редуцирование по диаметру с незначительной деформацией по толщине стенки, в основной группе - деформация по диаметру и толщине стенки, в последней паре - калибровка по диаметру из овала в круг с целью создания равномерного зазора между трубой и оправкой.

Прокатанные на непрерывном стане трубы вместе с оправками подают на стержнеизвлекатель, где извлекают оправку из трубы. Стержнеизвлекатель представляет собой обычный цепной волочильный стан, где выступающий задний конец оправки захватывают подвижными клещами, а труба упирается в специальный упор. Извлеченная оправка поступает по рольгангу на смазку, а труба - в калибровочный или редукционный стан. Основной брак при прокатке на непрерывных станах получается из-за износа валков и оправок, настройки стана, а также некачественного металла. Брак, полученный на прошивном и на непрерывном станах, как правило, не исчезает. Применение современных непрерывных станов, как заготовочных для дальнейшего холодного передела, позволяет получать горячекатаные трубы с чистой и гладкой наружной и внутренней поверхностью. К недостаткам применения станов данной конструкции относятся ограниченный сортамент горячекатаных труб и наличие большого парка инструмента.

Заготовкой для волочения могут быть бесшовные трубы, полученные на реечных станах. Трубы-заготовки изготавливают диаметром 57-219 мм с толщиной стенки 2,5-15 мм. Для изготовления труб на реечных станах используют катаную заготовку квадратного сечения. Технологический процесс производства труб на установках с реечным станом состоит из следующих основных операций: прошивки на прессе в гильзы-стаканы, раскатки на стане-элонгаторе, проталкивания стаканов при помощи дорна через ряд колец или роликовых обойм на реечном стане, обкатки в обкатной машине, извлечения дорна, обрезки донышка, калибровки наружного диаметра в калибровочном стане и отделки. Схема проталкивания труб на реечном стане через матрицы (кольца) показана на рис. 2, в. Преимуществом способа изготовления труб на установках с реечным станом в сравнении с другими является отсутствие плен на внутренней поверхности из-за применения данного способа прошивки. Все виды брака на установках с реечным станом подразделяются на недокат (разрыв стакана в элонгаторе, пробивание донышка, разрыв труб в реечном стане) и брак готовых труб (риски, мелкие трещины, раковины, повышенная разностенность и др.). Основным недостатком установок с реечным станом является получение труб с повышенной разностенностью; кроме того, данные установки имеют довольно низкую производительность. В СССР установки с реечным станом не получили широкого распространения.

На установках с трехвалковым раскатным станом получают горячекатаные бесшовные трубы с точностью по толщине стенки в 2-2,5 раза больше, чем на установках с автоматическим станом. На установках прокатывают трубы диаметром 38-200 мм с толщиной стенки 3-25 мм и более. Технологический процесс включает в себя прошивку на косовалковых станах, раскатку гильз в трубы на трехвалковых станах на длинной оправке и калибровку труб на калибровочных станах. На трехвалковых станах получают трубы с минимальными допусками и припусками по разностенности. Схема очага деформации при прокатке труб на трехвалковом стане показана на рис. 2, г. В трехвалковой раскатной клети валки расположены под углом 120 относительно друг друга. Валки наклонены к оси прокатки (угол раскатки) примерно на 7, угол скрещивания осей валка и прокатки (угол подачи) составляет 3-6. Угол раскатки определяет степень поперечной раскатки, а угол подачи - скорость прокатки. Валки вращаются в одном направлении. При прокатке гильзы (вследствие наклонного положения валков относительно оси прокатки) после захвата происходит ее редуцирование, так как существует зазор между гильзой и оправкой. При дальнейшем движении гильзы в конусе захвата происходит обжатие по диаметру и толщине стенки, причем величина обжатия по стенке равна уменьшению радиуса гильзы. Основная деформация по стенке осуществляется гребнем валка. Условием стабильности процесса прокатки на трехвалковом стане является создание достаточных втягивающих сил, которые обеспечиваются на участке захвата, для преодоления выталкивающих сил, которые образуются передней частью гребня валка. После обжатия стенки происходит ее калибровка на калибрующем участке и дальнейшая раскатка на выходном коническом участке с подъемом трубы по диаметру и образованием зазора, необходимого для свободного извлечения оправки из трубы. Основными видами брака при прокатке на трехвалковых станах являются наружные винтовые порезы, граненность, расслоение, мелкие раковины и рябизна, повышенная овальность, трещины и др. Производительность установок с трехвалковым станом ниже, чем установок с автоматическим станом.

Горячекатаные бесшовные трубы, полученные на установках с пилигримовыми станами, редко применяются в качестве заготовки для волочения. На пилигримовых станах получают трубы диаметром 48-650 мм с толщиной стенки 2,25-50 мм. Технологический процесс производства труб на установках с пилигримовым станом включает прошивку слитков в гильзы, прокатку гильз в трубы на пилигримовых станах, калибровку или редуцирование труб, отделку. В соответствии с размерами прокатываемых труб пилигримовые установки делятся на малые, средние и большие. На этих установках основная деформация осуществляется на пилигримовых станах, а не на прошивных.

Схема прокатки труб на пилигримовых станах показана на рис. 2, д. Рабочие валки имеют круглый ручей с переменной по окружности шириной и глубиной. Валки вращаются в направлении, обратном направлению подачи гильзы. Размеры холостого калибра больше диаметра гильзы. Гильза вместе с длинной оправкой (дорном) подающим аппаратом задается в раскрытый зев валков. При дальнейшей прокатке размеры калибра "в свету" постепенно уменьшаются и происходит деформация трубы. При этом валками отжимается захваченный кольцеобразный участок гильзы в направлении вращения валков, а участок гильзы вместе с дорном перемещается назад. Гильзу подают частями после поворота валков на 360 с кантовкой гильзы вокруг оси на 90. При прокатке на пилигримовых станах всегда остается задний конусный участок гильзы, называемый пилигримовой головкой, которая после прокатки обрезается на пиле. Прошитая гильза всегда задается в стан донной частью слитка. После прокатки каждой гильзы необходима смена и охлаждение дорна, поэтому для одного стана в работе одновременно используют несколько дорнов. На качество труб влияет не только правильное ведение технологического процесса, но и дендритная структура литого металла. Основные виды брака: трещины, плены, расслой металла, местное утолщение диаметра труб в виде "бугров", закаты, рванины, "гармошка" и др.

Одной из разновидностей пилигримовой прокатки служит холодная (теплая) прокатка труб на станах типа ХПТ. Трубы, полученные на этих станах, широко применяются в виде заготовки для волочения. Отличительной особенностью процесса холодной прокатки состоит в том, что коническая оправка неподвижна, а рабочая клеть с валками подвижна.

Сущность способа валковой холодной (теплой) прокатки заключается в периодическом уменьшении диаметра и толщины стенки труб. Рабочие калибры с полукруглой выточкой переменного сечения закрепляются на валках, а коническая оправка - на неподвижном стержне.

Трубная заготовка, надетая на стержень с оправкой, задним концом зажимается в патроне подачи и поворота, а передним концом входит в кольцевую щель, образованную калибрами и оправкой. При движении клети вперед сначала труба обжимается только по диаметру до соприкосновения с оправкой, а затем по диаметру и толщине стенки. В крайнем переднем положении клети получают заданные размеры готовой трубы и заготовки поворачиваются. Обратным ходом клети раскатывается неравномерность толщины стенки по периметру, полученная за счет выпусков калибров.

К недостаткам станов ХПТ относятся: низкая производительность, трудоемкость изготовления инструмента, высокие эксплуатационные расходы и др.

Роликовые станы холодной прокатки труб (типа ХПТР) имеют также возвратно-поступательное движение рабочей клети, имеющей 3-4 катающих ролика. Прокатка осуществляется на цилиндрической оправке. Калибр роликов в конце прямого хода клети образует замкнутый круг. Данные станы предназначены для получения тонкостенных и особотонкостенных труб. Сортамент прокатываемых труб: 8-120х0,1-0,8 мм.

Прессованная заготовка для волочения применяется широко для изготовления труб из цветных металлов и меньше для труб из черных металлов. Основным преимуществом прессования является возможность получения труб из малопластичных металлов, специальных профилей, биметаллических и др. Прессованием получают стальные трубы диаметром 38-140 мм с толщиной стенки 2- 6 мм. Технологический процесс изготовления труб на установках с прессом состоит из следующих основных операций: прессования, редуцирования и отделки. Исходным материалом для прессования служат круглые катаные заготовки. При прессовании вначале штемпелем запрессовывают заготовку в приемник пресса. Затем пуансоном прошивают ее и выдавливают через кольцевое отверстие, образованное матрицей и иглой; причем пуансон и штемпель двигаются одновременно до полного выпрессовывания трубы. Оставшийся пресс-остаток обрезается пилой. В отдельных случаях применяется заранее прошитая или просверленная заготовка; длина прессованных труб 25-40 м.

Сварные трубы изготовляют формовкой из полосы или штрипса; кромки соединяют сваркой различными способами. В последнее время сварные трубы находят все большее распространение, так как они значительно дешевле бесшовных. Водопроводные и газопроводные трубы размером 10÷114х2÷5 мм изготавливают из углеродистой стали печной сваркой встык. Технологический процесс состоит из следующих основных операций: размотки рулона, нагрева, формовки со сваркой давлением, редуцирования или калибровки, отделки. При электрической сварке кромок после формовки цикл технологических операций примерно одинаков. Электросваркой получают тонкостенные трубы с высоким качеством сварного шва. Наиболее распространенной является сварка сопротивлением. Этим способом получают трубы диаметром до 630 мм с толщиной стенки 0,15-20 мм. Трубы формуют на непрерывном стане (5-12 клетей). Кромки штрипса разогревают электрическим током и сваривают. Наружный грат снимается резцом в процессе сварки труб, внутренний - в процессе сварки или на отдельно стоящем оборудовании; иногда применяют закатку грата. При производстве труб большого диаметра применяют сварку под слоем флюса. В последнее время при производстве сварных труб применяют индукционную и радиочастотную сварку. При индукционной сварке кромки штрипса нагревают вихревыми токами и сваривают давлением приводных роликов. При радиочастотной сварке током частот 400-500 тыс. Гц нагревают только узкую зону кромок и также под давлением сваривают. Применение данных способов положительно влияет на качество шва и повышает производительность станов.

Свертно-паяные трубы как заготовки для дальнейшего холодного волочения изготавливают диаметром 3-32 мм с толщиной стенки 0,2-1,5 мм с продольным расположением кромок из омедненной стальной ленты и со спиральным - из стальной неомедненной ленты. Технологический процесс состоит из подготовки и сворачивания ленты в заготовку, нагрева заготовки для спайки, разрезки и отделки труб. Все операции осуществляют непрерывно на одной установке. Свертно-паяные трубы могут изготавливаться биметаллическими. При изготовлении труб из неомедненной ленты в состав установки входит кромкоскашивающий стан для среза кромки резцами. Производительность установок для изготовления свертно-паяных труб до 35 м/мин.

Значительные объемы работ по сооружению технологических трубопроводов вызывают необходимость ведения их прогрессивными способами в короткие сроки, с минимальными затратами труда и высоким качеством работ. Одним из наиболее важных путей технического прогресса является индустриализация трубопроводных работ, которая в качестве одного из основных элементов включает в себя предварительное централизованное изготовление деталей и.узлов и монтаж трубопроводов готовыми узлами или блоками при максимальной механизации работ.

Преимущества централизованного изготовления технологических трубопроводов заключаются в том, что, во-первых, трубопроводы изготовляются независимо от состояния готовности строительства объекта и монтажа оборудования на трубозаготовительных базах и заводах с применением деталей заводского изготовления. Во-вторых, централизованное изготовление трубопроводов дает возможность механизировать большинство производственных операций, в том числе наиболее трудоемкие; увеличить серийность производства; внедрить высокопроизводительные станки и механизмы, сборочно-сварочные приспособления; широко применить механизированную базовую резку, полуавтоматические и автоматические способы сварки; механизировать подъемно-транспортные операции; значительно повысить качество изготовления. При этом трудоемкость изготовления обвязочных трубопроводов сокращается в среднем на 25%. Кроме того, снижается стоимость работ за счет уменьшения трудоемкости изготовления, значительного повышения производительности труда, уменьшения организационных потерь и ликвидации сезонности работы в зависимости от метеорологических условий, сокращения отходов и потерь труб, уменьшения расходов на хранение материалов на месте монтажа.

Рис. 93. Схема технологического процесса централизованного изготовления узлов трубопроводов

Централизованное изготовление узлов на трубозаготовительных базах и заводах должно соответствовать современному уровню развития техники и обеспечивать высокую производительность труда. Это возможно при повышении серийности изделий и внедрении поточного способа производства. Для этого вначале изготовляют отдельные одноосные элементы трубопроводов, а затем из готовых элементов собирают узлы.

При механизированном поточном изготовлении узлов необходимо соблюдать следующие основные.положения организации производства:

операции технологического процесса по возможности должны быть разделены на простые, элементарные;

основные операции должны быть выполнены без возврата грузопотока заготовок;

отдельные операции не должны существенно опережать или задерживать общий ритм потока;

заготовки необходимо перемещать равномерно и ритмично и по возможно кратчайшему пути;

подъемно-транспортные операции должны быть максимально механизированы.

Примерная схема технологического процесса централизованного изготовления узлов трубопроводов представлена на рис. 93. Процесс производства состоит из трех основных групп операций: заготовительные, сборочно-сварочные и отделочные. Процесс предусматривает широкое применение стандартных деталей трубопроводов заводского изготовления. В связи с тем, что пол-.ная номенклатура стандартных деталей еще не освоена заводами, в схеме предусмотрено также изготовление сварных деталей.

В настоящее время разработаны типовые проекты этих цехов и заводов. Производственная годовая программа таких цехов определяется объемом и характером трубопроводных работ, выполняемых монтажными организациями, и обычно составляет 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 т (табл. 15).

Схема планировки одного из таких цехов с годовой производительностью 3000 т узлов показана на рис. 94.

Рис. 94. Схема планировки трубозаготовительного цеха:

I - линия изготовления узлов D =200-500 мм, II - линия изготовления узлов D =50-150 мм, III - промежуточный склад готовой продукции, IV - генераторная ТВЧ; 1 - приемный стеллаж с рольгангом, 2 - станок для газопламенной резки труб, 3 - наклонный стол с отсекателями, 4 - установка для правки концов труб с рольгангом, 5 - приводная тележка для подачи патрубков 6 - кран консольный поворотный 400 кг, 7 - автомат сварочный АДК-500-6, -S - манипулятор сварочный Т-25М, 9 - сварочный пост с фрикционным манипулятором и головкой ТСГ-7 для сварки элементов, 10 - приспособление для вырезки отверстий в трубах со стендом для сборки тройниковых соединений, 11 - стенд для сборки элементов с приемным столом, 12 - стенд для сборки плоских узлов, 13 - транспортная приводная тележка, 14 - стенд для сборки пространственных узлов, 15 - стеллаж для сварки узлов, 16 - стенд для сборки узлов с арматурой, 17 - насос для гидроиспытания узлов, 18 - трубонарезной станок 9НЙ, 19 - трубоотрезной станок ВМС-35, 20 - станок для гнутья труб с нагревом ТВЧ средняя модель 52-012-19, 21 - станок для холодного гнутья труб ТГМ-38-159, 22 - трубоотрезной станок 1820 для нержавеющих труб, 23 - кран-балка грузоподъемностью 2 тс, 24 - контейнер, 25 - складское оборудование http://www.svektor.ru/

Цех имеет две поточные линии для изготовления элементов и узлов трубопроводов из углеродистой стали с условным проходом от 50 до 150 и от 200 до 500 мм. Изготовление трубопроводов в цехе осуществляют следующим образом. Трубы со стеллажей приводными рольгангами подают через проем в.стене в цех, где очищают их наружную поверхность и продувают внутреннюю. Затем, они поступают для разметки и резки. Под прямую резку трубы часто не размечают, так как для этой цели на станках применяют упоры или мерные линейки. Отрезанные по размерам патрубки поступают на стеллаж, а затем в установку, где осуществляется правка и калибровка концов. Каждый патрубок после правки маркируют краской. Комплектование патрубков и деталей трубопроводов ведут по отдельным узлам. Затем механизированной тележкой патрубки подают на стенды сборки элементов трубопроводов. Собранные и прихваченные электросваркой элементы с помощью крана-укосины укладывают в контейнеры и направляют на манипуляторы-вращатели для сварки. Сваривать элементы надо по возможности автоматическими или полуавтоматическими способами. Ручная сварка допускается лишь в тех случаях, когда вследствие сложной конфигурации элемента или узла применение автоматической или полуавтоматической сварки невозможно.

В отдельных случаях для изготовления элементов и узлов применяют гнутье труб на трубогибочных станках в холодном состоянии или с нагревом токами высокой частоты.

После сварки элементы с помощью кран-балки подают на стенды для сборки плоских и пространственных узлов и затем на стеллажи для- их сварки.

процессор; DNC - управление группой станков от общей ЭВМ. Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещений и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительное направление оси Z- от устройства крепления детали к инструменту. Тогда оси Х и Y расположатся так, как это показано на рис. 1. Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовляемой детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок. При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять и в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства. Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90 % трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением. Основные преимущества станков с ЧПУ:

Производительность станка повышается в 1,5... 2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением; - сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата; - снижается потребность в квалифицированных рабочих-станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда; - детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки; - сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке; - снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки

(точение - фрезерование, фрезерование - шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие. Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур. Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введения дополнительных ребер жесткости. Повышенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготовляют литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка. Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения «сталь (или высококачественный чугун) - пластиковое покрытие (фторопласт и др.)».

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Приводы и преобразователи для станков с Ч П У. В связи с развитием микропроцессорной техники применяются преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением - цифровые преобразователи или цифровые приводы. Цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отельными электронными

блоками управления. Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготовляют с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Асинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т.д. Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока - для больших мощностей и постоянного тока

Для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполюсные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию. Шпиндели станков с ЧПУ выполняют точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического разжима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.

Опоры шпинделей должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в опорах шпинделей применяют

реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.

Привод позиционирования (т.е. перемещения рабочего органа стан¬ка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогичных механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь во время обработки другой заготовки. Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, иметь необходимую вместимость магазина или револьверной головки.

Револьверная головка - это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

Механизация и автоматизация производства трубных заготовок.

Одним из путей снижения себестоимости при выполнении санитарнотехнических и вентиляционных работ является внедрение комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, применяемых в монтажных предприятиях и организациях.

Средства механизации, применяемые при выполнении санитарнотехнических и вентиляционных работ, могут быть разделены на следующие группы:

1. Специальные станки и механизмы для обработки металлических и пластмассовых труб и вспомогательные механизмы, применяемые в трубозаготовительных цехах заводов монтажных заготовок (ЗМЗ). К ним относятся:

Механизмы для правки рихтовки труб; - разметочно-отрезные агрегаты для отмера и отрезки

водогазопроводных труб; - стеллажи для хранения и подачи заготовок;

Трубоотрезные станки и механизмы; - станки и механизмы для нарезки и накатки резьб на стальных трубах;

Станки и механизмы для гибки стальных труб; - станки и механизмы для обработки полиэтиленовых труб;

Оборудование для изготовления санитарно-технических узлов и изделий (образование раструбов, притирка задвижек и пробковых кранов, стенды для сборки и сварки узлов из труб).

2. Специальные станки и механизмы для обработки металлического и пластмассового листового материала при выполнении вентиляционных работ

и вспомогательные механизмы, применяемые на заводах вентиляционных заготовок. К ним относятся:

Станки и механизмы для резки листовой стали; - станки и механизмы для гибки листовой стали; - механизмы изготовления фальцев;

Станки и механизмы для изготовления фланцев и фланцовки воздуховодов;

Станки и линии для изготовления спиральных воздуховодов из стальной ленты;

Станки и механизмы для обработки листовой пластмассы.

3. Механизированный ручной инструмент (электрический и пневматический).

4. Такелажное оборудование (краны, лебедки, тали, тельферы, полиспасты, домкраты и т.д.).

5. Электрогазосварочное оборудование.

6. Универсальное оборудование общепромышленного типа (металлорежущее, кузнечно-прессовое оборудование и пр.).

ТИПЫ ТРУБООТРЕЗНЫХ СТАНКОВ

На заводах монтажных заготовок (ЗМЗ) массовой операцией является разрезка стальных труб диаметром до 50 мм. При этой операции применяются различные схемы разделения труб на мерные заготовки.

К трубоотрезным станкам относятся:

1. Приводные ножовочные пилы (рис. 1).

Рис. 1. Приводная ножовочная пила модели 872 1 – станина; 2 – хобот; 3 – рама; 4 – ножовочное полотно; 5 – гидропривод

Режущим инструментом является ножовочное полотно, которое получает возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного механизма (рабочий и холостой ход). Перерезаемый материал диаметром до 220 мм во время работы пилы остается неподвижным. Подача инструмента может быть механическая и гидравлическая.

Ножовочные пилы малопроизводительны, но имеют ряд достоинств:

- относительно низкий уровень шума;

- получаемый рез достаточно чистый;

- возможность реза под любым углом, что необходимо при изготовлении отдельных сегментов, являющихся составными частями сварных отводов;

- простота обслуживания.

Конструктивно приводная ножовочная пила 872 состоит из рамы, поворотных тисов для закрепления заготовки, поворотного хобота, пильной рамы с ножовочным полотном, кривошипного механизма, обеспечивающего возвратно-поступательное движение полотна.

Для увеличения производительности трубы малого диаметра перерезают пакетами.

2. Трубоотрезные дисковые станки (рис. 2).

Режущим инструментом таких станков является вращающийся стальной диск, заостренный по периферии, диаметром 150 - 200 мм, изготавливаемый из стали 40Х и закаленный до твердости HRC 45-50. Скорость вращения диска 150-200 об/мин.

По количеству устанавливаемых режущих дисков дисковые станки делятся на одно и многодисковые (чаще трехдисковые). На однодисковом станке под воздействием вращающегося диска вращается и заготовка, что делает невозможным отрезку изогнутых труб. На трехдисковом станке диски, кроме вращения вокруг собственной оси, имеют одновременное вращение вокруг неподвижной заготовки.

Рис. 2. Трубоотрезной механизм модели ВМС – 32 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – редуктор; 4 – опорные цапфы; 5 – механизм

подъема и опускания режущего диска; 6 – рукоятка подъема и опускания; 7 – режущий диск;

8, 9 – опорные стойки; 10, 11 – ложементы с защитными кожухами

По способу подачи режущих дисков к заготовке в процессе резания трубоотрезные дисковые станки делятся на станки с ручной и пневматической подачей (ВМС-35).

Существуют также дисковые отрезные станки с абразивными кругами на вулканитовой связке. Чистота и качество поверхности реза значительно выше, но необходимо удалять абразивную пыль из зоны обработки и круги быстро изнашиваются, что повышает себестоимость работ.

К дисковым механизмам, предназначенным для отрезки стальных труб, относится механизм СТД-105. Труба в процессе реза остается неподвижной, а два режущих диска вращаются вокруг трубы.

Подача дисков к трубе осуществляется под действием центробежных сил, возникающих при вращении планшайбы с дисками, закрепленными на рычагах с грузами. Для закрепления трубы применяется пневматический зажим.

3. Резцовые станки.

Режущим инструментом является один или несколько резцов. Существуют станки, подобные токарным, с резцом, закрепляемым в суппорте, и вращающейся трубой, закрепляемой в патроне. Станки работают относительно бесшумно, но с низкой производительностью и можно резать только прямолинейные трубы.

Применяют также станки с несколькими резцами (тремя), закрепленными в головку, вращающуюся вокруг неподвижной трубы.

4. Механизмы для перерубки чугунных канализационных труб. Особую группу трубоотрезных механизмов представляют механизмы

для перерезки или перерубки чугунных труб. Дисковые механизмы могут применяться для отрезки, но они малопроизводительны и их работа во многом зависит от наличия битумного покрытия на поверхности трубы.

Распространен механизм для перерубки чугунных труб ВМС-36, в основе работы которого использовано свойство хрупкости чугуна. Рабочим режущим инструментом являются ножи - пуансоны, которые изготовляются двух размеров для перерубки труб диаметром 50 и 100 мм.

В механизме ВМС-36 (рис. 3, 4) перерубка производится четырьмя ножами, двигающимися по радиальным направляющим к центру трубы.

Рис. 3. Механизм для перерубки чугунных труб. Общий вид

Рис. 4. Головка механизма для перерубки чугунных труб

Механизм состоит из сварного корпуса, в котором размещены: электродвигатель, клиноременная передача, зубчатый редуктор, две головки с четырьмя ножами для перерубки труб диаметром 50 и 100 мм. Поступательное перемещение пуансоны получают за счет давления роликов, воздействующих на их внешние концы, которые в свою очередь скошены под углом.

На заводах монтажных заготовок находят применение разметочноотрезные агрегаты, которые имеют в своем составе стеллаж для хранения и подачи труб, отмерное устройство и станок или механизм для отрезки труб.

СТАНКИ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ И НАКАТЫВАНИЯ

РЕЗЬБЫ НА СТАЛЬНЫХ ТРУБАХ

Одним из способов разъемного соединения труб в общую магистраль является соединение при помощи резьбы. Для соединения различных труб находят применение метрические, дюймовые, трубные и конические резьбы. В связи с этим возникает необходимость получения на одном или обоих концах трубы какой либо резьбы.

В общем машиностроении применяются различные способы получения наружных и внутренних резьб. Все способы по принципу образования винтовой канавки (получения резьбы) на наружных концах труб делятся на две группы:

- обработка резанием со снятием стружки;

- обработка давлением, деформация поверхностного слоя заготовки с образованием винтовой канавки.

В зависимости от способа получения резьбы различается оборудование

и резьбонарезной инструмент. В свою очередь резьбонарезной инструмент, образующий винтовую канавку со снятием стружки, различается числом режущих кромок, регулируемой или нерегулируемой связью кромок между собой, направлением и формой перемещения режущих кромок относительно оси трубы и т.д.

Одним из распространенных видов резьбонарезного инструмента является круглая плашка. Плашки выпускаются машиностроительными или инструментальными заводами. Их применение не требует никакой наладки оборудования и позволяет получить резьбу заданных размеров за один проход. Плашки бывают цельные и разрезные, последние позволяют несколько компенсировать износ режущих кромок.

К недостаткам плашек относятся:

Невозможность заточки в условиях монтажных предприятий; - высокие требования по допуску диаметра заготовки, что требует

предварительной обработки трубы.

В настоящее время круглые плашки находят применение при ручном нарезании резьбы, особенно при ремонтных работах.

Очень широкое распространение для нарезания резьб на трубах получили тангенциальные (плоские) плашки (рис. 5). Этот инструмент изготовляется из инструментальных сталей (вольфрамосодержащих, марок РФ-1, Р-1, Р-9, Р-18). Плашки выпускаются комплектом по 4 штуки. Каждая имеет свой номер и устанавливается в резьбонарезную головку МИЗ (Московский инструментальный завод) со смещением друг относительно друга на 1/4 шага резьбы в направлении оси трубы (рис. 6).

Достоинством тангенциальных плашек является:

Возможность нарезания резьб различного диаметра, - возможность многократной переточки плашек.

Для нарезания конической резьбы применяют специальные плашки, имеющие в поперечном сечении уклон 1о 47" 24"" .

Трубная заготовка на поверхности не должна иметь плен, трещин, рванин, крупных, раковин, закатов, опалины и прязи. Торцы труб должны быть обрезаны перпендикулярно оси труб без заусенцев. Трубы должиы быть прямыми. Горячекатаные бесшовные трубы поставляют по ГОСТ 8732—70; трубы бесшовные из нержавеющей стали — по ГОСТ 9940—72; трубы электросварные — по ГОСТ 10704—63; трубы сварные — по ГОСТ 3262—75.

Трубы промежуточных размеров из углеродистых и легированных сталей, идущих на волочение или последующую холодную прокатку, имеют допуски на толщину стенки и наружный диаметр значительно больше, чем соответствующие допуски на готовые трубы. Например, трубы промежуточных размеров из нержавеющих сталей имеют допуск по толщине стенки +12,5 или —10% и допуск по наружному диаметру для труб диамет-ром до 32 мм +1,0 или —0,5 мм и для труб диаметром свыше Я2 мм+1,6 мм или —0,5 мм.

При прокатке мерной промежуточной заготовки с отклонением средней фактической (Sфакт) толщины стенки от номинальной (Sном) фактическая длина заготовки (Lфакт) определя-ется по формуле

Lфакт=Lном*Sном/Sфакт

где Lном — номинальная длина заготовки с толщиной стенки Sном.

Заготовка для станов ХПТР имеет допуски для всех разме-ров труб по наружному диаметру +0,5 —0,2 мм; по толщине стенки ±0,1 мм.

2 Винтовая прокатка

Производство нержавеющих труб на установках с автоматическим станом

Этим способом изготовляют нержавеющие трубы наружным диаметром от 70 до 426 мм и длиной от 6 до 16 м. При наличии в составе установки редукционного стана могут быть изготовлены трубы наружным диаметром от 40 мм. Исходным материалом служит круглая катаная заготовка.

Перед прокаткой заготовка центрируется и нагревается в нагревательной печи до температуры около 1200°С.