Оборудование машиностроительных производств. Характеристика рынка заготовительного оборудования

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» Политехнический институт Кафедра «Сварка, литье и технология конструкционных материалов» Протопопов Е.А., ассистент КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ Направление подготовки: 150700 Машиностроение Профиль подготовки: Оборудование и технология сварочного производства Формы обучения очная Тула 2012 г. Рассмотрено на заседании кафедры протокол №_1__ от "_30__"_____08_______ 2012 г. Зав. кафедрой СЛиТКМ А.А. Протопопов Содержание 1. Введение. Цели и задачи изучения курса. Связь дисциплины с другими дисциплинами и место в формировании профессиональных навыков. Классификация оборудования сварочного производства 6 2. Характеристика рынка заготовительного оборудования 10 2.1. Оборудование для правки: машины листоправильные, средства механизации правки на листоправльных машинах; машины сортоправильные; прессы правильные и машины правильно – растяжные 10 2.2. Оборудование для подготовки поверхности: установки и линии дробеметной очистки листового и профильного проката; барабаны дробементные и галтовочные; полуавтоматы для абразивно – струйной обработки и обезжиривания; станки для зачистки околошовной зоны листов и труб 15 2.3. Оборудование для термической резки 18 2.3.1. Машины для резки листов: портальные для кислородной, плазменной, лазерной резки; портально – раскройные для кислородной и плазменной резки; технологические комплексы и линии портальных машин; портально – консольные, шарнирные магнитокопировальные и переносные для кислородной и плазменной резки 19 2.3.2. Машины для резки профильного проката кислородные и плазменные 24 2.3.3. Машины для резки труб: кислородные и плазменные 25 2.3.4. Машины для резки объемных объектов 25 2.3.5. Роботы термической резки 25 2.3.6. Аппаратура и оснастка для резки: резаки для кислородной резки; аппараты машинной и ручной плазменной резки; плазмотроны для машинной и ручной резки; катоды и сопла 25 2.3.7. Лазеры и лазерные технологические комплексы: классификация; виды, компоновка и основные характеристики 30 2.3.8. Оборудование для гидро (гидроабразивной) резки 37 2.4. Оборудование для механической резки. 39 2.4.1. Ножницы с наклонным ножом: кривошипные, гидравлические; пневматические; высечные; пресс – ножницы 40 2.4.2. Механизированные комплексы для резки 42 2.4.3. Автоматы правильно- растяжные 46 2.4.4. Станки отрезные: ножовочные, круглопильные ленточные, абразивные; переносные труборезы 46 2.5. Оборудование для пробивки отверстий и изготовления деталей: прессы координатно – револьверные; листообрабатывающие центры; гибкие производственные модули; прессы для пробивки отверстий ручные 46 2.6. Станки и машины для подготовки кромок под сварку 48 2.7. Прессы листогибочные: кривошипные; гидравлические; пневматические 48 2.8. Машины гибочные листогибочные четырех – валковые; сортогибочные; трубогибочные 48 2.9.Оборудование для формовки: станки для скругления кромок, формовки элементов на обечайках и днищах, машины для разжима и обжима днищ 48 2.10. Выбор оборудования для выполнения заготовительных операций. Технико – экономическое обоснование, сравнительные критерии для выбора способа резки и оборудования 48 3. Характеристика рынка технологического сварочного оборудования 55 3.1. Классификация технологического сварочного оборудовании. Маркировка сварочного оборудования Российского производства 55 3.2. Трансформаторы: для ручной дуговой сварки штучными электродами; специализированные 60 3.3. Выпрямители сварочные: для ручной дуговой сварки; универсальные и специализированные; многопостовые 64 3.4. Полуавтоматы для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом 68 3.5. Установки дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов 70 3.6. Автоматы для дуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом (самоходные и подвесные) 70 3.7. Автономные сварочные установки (сварочные агрегаты стационарные и передвижные) 75 3.8. Робототехнические (автоматизированные) сварочные системы 75 3.9. Оборудование для удаления сварочных газов и аэрозолей 75 4. Характеристика рынка механического сварочного оборудования 76 4.1. Сварочные кантователи и вращатели: назначение, виды, классификация, обзор состояния выпуска 78 4.2. Манипуляторы и позиционеры: назначение, виды, обзор состояния выпуска 83 4.3. Роликовые стенды: назначение, виды, обзор состояния выпуска 87 4.4. Колонны для сварочных автоматов, тележки веслосипедные: назначение, виды, технические характеристики, обзор состояния выпуска. 90 4.5. Столы сварщика: назначение, виды, технические характеристики, обзор состояния выпуска 90 4.6. Выбор механического сварочного оборудования. Технико – экономическое обоснование, сравнительные критерии для выбора оборудования 90 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91 - 1. Введение. Цели и задачи изучения курса. Связь дисциплины с другими дисциплинами и место в формировании профессиональных навыков. Классификация оборудования сварочного производства Предметом изучения курса «Оборудование сварочного производства» является оборудование для изготовления сварных конструкций на всех стадиях сварочного производства: заготовительных операциях; сборки сварных конструкций; сварки; вспомогательных операций. Цель преподавания дисциплины – дать будущим специалистам знания об оборудовании сварочного производства для выполнения различных операций, порядке его выбора с учетом заданных требований к конструкции, современном рынке оборудования в России и за рубежом, маркировке и требованиям безопасности. Задачи изучения дисциплины – изучение классификации сварочного оборудования; характеристик оборудования для выполнения заготовительных, сборочных, сварочных и вспомогательных операций; методики выбора оборудования с учетом заданных требований к конструкции; маркировки оборудования и требований безопасности. В результате изучения дисциплины студент должен: знать классификацию выпускаемого сварочного оборудования; знать назначение и технологические возможности выпускаемого сварочного оборудования; уметь расшифровать маркировку оборудования; уметь выбирать сварочное оборудование для выполнения заготовительных операций, сварки плавлением с учетом заданных требований к конструкции. Классификация оборудования сварочного производства представлена в табл. 1.1. Таблица 1.1. Классификация оборудования сварочного производства Классификация Наименование 1 Оборудование для заготовительных операций 1.1. Оборудование для правки и подготовки поверхности Оборудование для правки: машины листоправильные средства механизации правки на листоправильных машинах; машины сортоправильные; прессы правильные и машины правильно-растяжные Оборудование для подготовки поверхности: установки и линии дробеметной очистки листового и профильного проката; барабаны дробеметные и галтовочные; полуавтоматы для абразивно-струйной обработки и обезжиривания; станки для зачистки околошов-ной зоны листов и труб 1.2. Оборудования для термической резки Машины для резки листов: портальные с УЧПУ для фигур-ной и прямолинейной резки: кислородной; плазменной; кислородной и плазменной; лазерной; портально-раскройные для кис-лородной и плазменной резки; технологические комплексы и линии портальных машин; портално-консольные для кис-лородной и плазменной резки; шарнирные магнитно-копировальные для кислородной и плазменной резки переносные для кислородной и плазменной резки Машины для резки профильного проката кислородные и плазменные Машины для резки труб кислородные и плазменные Машины для резки объемных объектов специализированные Роботы термической резки продолжение табл.1.1. Классификация Наименование 1.3. Оборудование для механической резки Ножницы листовые с наклонным ножом: кривошипные гидравлические пневматические Комплексы оборудования и средства механизации резки Ножницы гидравлические листовые с УЧПУ и взаимно перпендикулярными ножами Ножницы высечные Пресс-ножницы комбинированные, ножницы сортовые Автоматы правильно-отрезные для круглого металла и проволоки Станки отрезные: ножовочные круглопильные ленточные абразивные переносные труборезы Механизированный инструмент: пневматические ножницы электрические ножницы ножницы ручные 1.4. Оборудование для пробивки отверстий, механической подготовки кромок под сварку, гибки и формовки. Оборудование для пробивки отверстий и изготовления деталей: прессы координатно-револьвер ные; листообрабатывающие центры гибкие производственные модули; прессы для пробивки отверстий Станки и машины для подготовки кромок под сварку: листов и листовых заготовок труб Прессы листогибочные: кривошипные гидравлические пневматические Машины гибочные: листогибочные трехвалковые листогибочные четырехвалковые листогибочные с поворотной гибочной балкой сортогибочные роликовые трубогибочные с механическим приводом трубогибочные с гидравлическим приводом ручные продолжение табл.1.1. Классификация Наименование Оборудование для формовки: станки для скругления кромокполос станки для формовки элементов на обечайках и днищах машины для раздачи и обжима труб 2. Оборудование для дуговой сварки Источники тока для ручной дуговой сварки покрытыми электродами Источники тока для аргонодуговой сварки Источники тока для механизированной сварки Универсальные источники сварочного тока Сварочные агрегаты Сварочные полуавтоматы Сварочные автоматы Робототехнические сварочные системы 3. Оборудование для контактной сварки 4. Оборудование для лазерной сварки 5. Оборудование для электронно-лучевой сварки 6. Механическое сварочное оборудование Оборудование для сборки сварных конструкций неповоротные сборочные (сборочно-сварочные)стенды и кондукторы; поворотные сборочные (сборочно-сварочные)стенды и кондукторы Оборудование для установки, поворота и вращения свариваемых изделий неповоротные устройства: столы, плиты, стеллажи; кантователи и позиционеры; сварочные вращатели и манипуляторы; роликовые стенды; поворотные столы Оборудование для установки и перемещения сварочных аппаратов колонны; тележки; специальные устройства для перемещения сварочной головки (каретки, суппорты и т.д.) 2. Характеристика рынка заготовительного оборудования Заготовительное производство занимает одно из важнейших мест в производственном процессе. Для получения деталей технологического оборудования требуемой формы и размеров необходимо выполнить ряд заготовительных операций, к которым относятся: очистка, правка, разметка, резка, гибка, штамповка, пробивка отверстий. От качества и времени выполнения этих операций зависит длительность и точность последующей сборки. Вид и метод получения заготовок определяется главным образом программой выпуска и техническими возможностями заготовительных и механических цехов предприятий, материалом детали и техническими требованиями на ее изготовление. Выбор метода выполнения заготовки существенно зависит от времени подготовки технологической оснастки (изготовление, штампов, моделей и т.д), наличия современного оборудования и желаемой степени автоматизации процесса, однако дополнительные затраты на оснащение заготовительных цехов окупятся только при достаточных размерах программного задания. При наличии быстропереналаживаемого оборудования и оснастки возможно внедрение высокопроизводительных методов в мелкосерийном производстве. 2.1. Оборудование для правки: машины листоправильные, средства механизации правки на листоправльных машинах; машины сортоправильные; прессы правильные и машины правильно – растяжные Выпускаемое оборудование для заготовительных операций сварочного производства можно разделить (см. табл.1.1.) по виду технологических операций: для правки исходного проката и заготовок, подготовки поверхности проката и заготовок, термической резки, механической резки, пробивки отверстий, обработки кромок под сварку, гибки, формовки. Наряду с этим имеется комбинированное оборудование, выполняющее не одну, а две и более технологических операций, как, например, листообрабатывающие центры. Листовой прокат требует правки в том случае, если при транспортировании возникли деформации. Правка осуществляется созданием местной пластической деформации и обычно производится в холодном состоянии. Основные виды оборудования, способы и области применения правки представлены в табл. 2.1. Таблица 2.1. Оборудование, способ и точность правки Оборудование и способ правки Точность правки в мм на 1 м длины Область применения Вальцы Листоправильные Углоправильные 1-2 1 Листовой прокат от 1 до 40 мм Угловой прокат до №20 Прессы Горизонтально-гибочные Вертикально-гибочные Правильные (в приспособлениях и штампах) 1 местная кривизна прутка до 0.15 мм Балки и швеллеры до №60 Балки и швеллеры до №45 Прутки и заготовки диаметром: 25-30 мм (винтовые прессы); 30-50 мм (пневматичесчкие прессы); 60-100 мм (кривошипные); 150 мм и более (гидравлические). Машины Правильно-растяжные Роликовые правильные 0.5-0.9 Очень тонкие листы (0.3-0.6 мм) и тонкая мягка проволока Прутки и заготовки диаметром до 200 мм. Ручная На плитах посредством ударов кувалды или молотка 2-3 Исправление формы проката и заготовок небольшого диаметра в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Огневая (ацетилено-кислородная) Плоские элементы до 0.5 мм Устранение кривизны и неровностей полос с изгибом на ребро, сварных конструкций, а также сортового проката больших сечений. Для устранения волнистости листов и полос толщиной от 0,5 до 50 мм широко используют многовалковые машины (число валков больше пяти). Рис. 2.1 Схемы правки листовых и профильных элементов: а – на листоправильных вальцах; б – в углоправильных вальцах; в – на прессе Исправление достигается многократным изгибом при пропускании листов между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном порядке (рис. 2.1 а). Листы толщиной менее 0,5 мм правят растяжением с помощью приспособлений на прессах или на специальных растяжных машинах. Правку мелко- и среднесортового, а также профильного проката производят на роликовых машинах (см. рис. 2.1.). Средства механизации правки на листоправлиьных машинах предназначены для подачи листового проката и листовых заготовок в листоправильную машину и снятия их посте правки. При этом исключается необходимость использования общецехового крана для выполнения этих операций. Средствами механизации являются два листоукладчика и два приводных роликовых конвейера. Листоукладчики подают выправляемый лист или заготовку на роликовый конвейер и снимают его после правки, затем укладывают на стеллаж. Листоукладчик представляет собой полукозловой кран с одним, двумя или тремя механизмами подъема. Механизмы подъема установлены на монорельсе листоукладчика и представляют собой каретки, сконструированные на базе электроталей с телескопическими подвесками, на которых смонтированы траверсы с электромагнитами для захвата листа. Число грузовых механизмов зависит от массы и размеров транспортируемого листа. В зависимости от длины листа грузоподъемные механизмы могут быть удалены или приближены друг к другу. Листоукладчик перемещается по двум рельсам. Один рельс расположен на полу, а второй - на эстакаде. Рис. 2.3. Средства механизации правки на листоправильных машинах. Прессы гидравлические для правки толстолистового проката и листовых заготовок предназначены для правки изгибом толстолистового проката и листовых заготовок. Наибольшие размеры листа - 3200×8000 мм при толщине до 200 мм. Прессы оборудованы механизмами подачи и подъемниками, дающими возможность устанавливать под лист плоские подкладки в местах правки. Конструкция сферических опор подвижной траверсы позволяет практически не ограничивать эксцентриситет прилагаемой нагрузки, что обеспечивает правку проката и заготовок с высокой степенью деформации. Машины сортоправильные предназначены для правки в холодном состоянии сортового и профильного проката из углеродистых и легированных сталей. Ролики в машинах расположены консольно. Нижние ролики вмонтированы в нижнюю станину; верхние ролики размещены в обоймах, перемещающихся вертикально с помощью механизма настройки, расположенного в верхней станине. Вращение роликов осуществляется главным приводом с электродвигателем переменного или постоянного тока. Машины правильно-растяжные предназначены для правки растяжением в холодном состоянии металлических полос, полученных резкой на листовых ножницах с наклонным ножом, выполненных из углеродистых и коррозионно-стойких сталей. Общий вид такой машины показан на рис. 2.4. Рис. 2.4. Машина правильно-растяжная: 1— насосная станция; 2 — кожух; 3 — траверса; 4 — силовой цилиндр; 5 — электропривод раскрутки полосы; 6 — тяга; 7 — передняя зажимная головка; 8 — датчик контроля удлинения полосы; 9 — станина; 10 — задняя зажимная головка; 11 — механизм предварительной правки. 2.2. Оборудование для подготовки поверхности: установки и линии дробеметной очистки листового и профильного проката; барабаны дробементные и галтовочные; полуавтоматы для абразивно – струйной обработки и обезжиривания; станки для зачистки околошовной зоны листов и труб Для очистки проката, деталей и сварных узлов применяют механические химические методы. Механические методы. Удаление загрязнения, ржавчины и окалины производят с помощью дробеструйных и дробеметных аппаратов, а также используют зачистные станки, рабочим органом которых являются металлические щетки, иглофрезы, шлифовальные круги и ленты. При дробеструйной и дробеметной очистке применяют чугунную или стальную дробь размером от 0,7 до 4 мм в зависимости от толщины металла. В дробеструйных аппаратах дробь выбрасывается на очищаемую поверхность через сопло сжатым воздухом. В дробемётных аппаратах дробь выбрасывается лопатками ротора (производительность выше и очистка обходится дешевле), однако происходит быстрый износ лопаток Дробеструйную и дробеметную очистку обычно осуществляют в камерах. Установки дробеметной очистки листового и профильного проката (рис. 2.5.) предназначены для очистки от окалины и ржавчины листового и профильного проката и длинномерных заготовок из черных металлов. Барабаны дробеметные периодического действия (рис. 2.6.) предназначены для очистки мелких и средних отливок из черных металлов, барабаны очистные галтовочные – для очистки мелкого и среднего литья, неподверженного бою. Применяются также для очистки заготовок из проката черных металлов от окалины, оксидной пленки и загрязнений Рис.2.5. Установка дробеметной очистки листового и профильного проката модели 24581 Рис. 2.6. Барабан дробеметный периодического действия 42246 Полуавтоматы для абразивно-струйной обработки деталей предназначены для образования шероховатой поверхности деталей под газотермическое напыление, а также для очистки поверхностей деталей от окалины после термической обработки. В полуавтомат входят: станина с приемными бункерами для отработанного абразива; абразивно-струйная камера; система подачи абразива; аспирационное устройство; манипулятор перемещения абразивно-струйных пистолетов. В камере размещены передняя и задняя бабки для крепления и вращения обрабатываемой детали и два абразивно-струйных пистолета. Манипулятор перемещения пистолетов и привод вращения детали вынесены за пределы абразивноструйной камеры. Стенд для зачистки околошовной зоны листов под сварку предназначен для зачистки иглофрезами околошовной зоны листовых заготовок из углеродистых и легированных сталей от окалины и ржавчины. Стенд состоит из шаровых опор для укладки листовых заготовок, балки для зажима заготовок, зачистного устройства и привода его перемещения по направляющим основания с регулируемой скоростью. Станок для зачистки концов труб предназначен для зачистки концов стальных, медных и медно-никелевых труб методом иглофрезерования. Химическими методами проводят обезжиривание и травление поверхности. Различают ванный и струйный методы. В первом случай детали последовательно опускают в ванны с различными растворами и выдерживают в каждой из них определенное время. Во втором случае последовательная подача растворов различного состава на поверхность деталей производится струйным методом, что позволяет осуществлять непрерывный процесс очистки. Химический способ очистки эффективен, однако в производстве сварных конструкций его применение ограничено высокой стоимостью оборудовании для очистки сточных вод. Полуавтоматы для обезжиривания деталей предназначены для обезжиривания наружных поверхностей цилиндрических и нецилиндрических деталей после механической обработки под последующую абразивно-струйную обработку и плазменное напыление. В полуавтоматах обезжиривание, ополаскивание и обдув деталей осуществляется в автоматическом режиме. Полуавтоматы включают в себя камеру обезжиривания, струйную панель, баки с растворами для обезжиривания и ополаскивания, электрооборудование. 2.3. Оборудование для термической резки К способам термической резки относятся: газопламенная кислородная (автогенная) резка, плазменная, лазерная резка. Оборудование для лазерной или плазменной резки является дорогостоящим. Но лазерная резка применяется для разделения любых групп материалов от металлов до кожи и пластика, обеспечивая при этом ширину резов до 1 мм и требуемую шероховатость кромок резов, не требующих зачастую дополнительной зачистки. Точность и области применений различных способов резки сведены в таблицу 2.2. Таблица 2.2. Способы резки проката и области их применения Оборудование и способ резки Точность резки Область применения Термическая Газовая Ацетиленово-кислородная 2-5 мм (ручная) 0.5-1.0 (машинная) Резка углеродистых и низколегированных сталей с 0.4% С; Вырезка заготовок различной конфигурации из листового проката толщиной до 100 мм; Прямолинейная и криволинейная резка заготовок различной формы из листового проката толщиной до 200 мм и шириной до 2500 мм по разметке и копиру. Кислородная Тоже Резка углеродистых и низколегированных сталей с 0.4% С; Раскрой листов и профильного проката; Вырезка заготовок сложной конфигурации из листового проката; Разделительная резка листов толщиной до 100 мм с одновременной подготовкой V или X – образных кромок; Обрезка труб с наружным диаметром 150-300 мм и толщиной стенок до 16 мм. Кислородно- флюсовая То же Резка заготовок из хромоникелевых и нержавеющих сталей толщиной до 450 мм, чугуна, цветных металлов и сплавов Плазменно-дуговая 0.01-0.05 мм Резка малоуглеродистых, легированных сталей и цветных металлов толщиной до 100 мм. Лазерная 0.001-0.05 мм Резка небольших заготовок из любых материалов и любых толщин продолжение табл.2.2. Оборудование и способ резки Точность резки Область применения Механическая Ножницы Пресс-ножницы с продольными и поперечными ножами 0.5-3.0 мм Резка листового и полосового проката толщиной до 25 мм и шириной до 3000 мм. Гильотинные 0.12-1.5 мм Резка листового и полосового проката толщиной до 40 мм и шириной до 2500 – 3000 мм. Дисковые с параллельными осями 14-й квалитет Прямолинейная резка листового проката толщиной до 30-40 мм. Уголковые 16 – й квалитет Резка углового проката 20020025 мм Профильные 16 – й квалитет Резка балок и швеллеров до №60 Прессы 2-4 мм Резка проката диаметром 10-80 мм Пилы Дисковые, зубчатые, фрикционные 0.4-3.0 мм Резка круглого проката больших сечений до 500 мм Ленточные 1.5-5.0 мм Резка проката любого профиля из черных и цветных металлов размером до 260 мм. Станки Токарные 0.3-0.8 мм Резка прутков круглого сечения и труб диаметром до 80 мм Фрезерно-отрезные 2.5-4.5 мм Резка круглого и профильного проката на универсальных станках диаметром до 500 мм и специальных диаметром до 800 мм. Горизонтально-фрезерные 0.4-0.7 мм Резка круглого проката диаметром 50-60 мм на заготовки небольшой длины. 2.3.1. Машины для резки листов: портальные для кислородной, плазменной, лазерной резки; портально – раскройные для кислородной и плазменной резки; технологические комплексы и линии портальных машин; портально – консольные, шарнирные магнитокопировальные и переносные для кислородной и плазменной резки Механизированная кислородная резка обеспечивает повышение производительности труда, экономию металла, улучшение качества поверхности реза, снижение трудоемкости работ. По сравнению с ручной она исключает операции разметки, уменьшает припуски, исключает необходимость последующей обработки кромок, допускает одновременную резку несколькими резаками. Механизированная кислородная резка применяется преимущественно в заготовительном производстве металлообрабатывающих предприятий для резки низко - и среднеуглеродистой листовой стали толщиной 5 – 160 мм. Одним резаком можно резать листы толщиной до 300 мм и прокат толщиной до 1000 мм. Эта резка используется также для разрезания титана толщиной до 500 мм. Машины для кислородной резки делят на два основных типа: стационарные и переносные. Стационарные машины в зависимости от конструктивной схемы бывают: портальные (П), портально-консольные (ПК), шарнирные (Ш). В зависимости от системы контурного управления (копирования) различают машины: с числовым (цифровым) программным (Ч), фотокопировальным (Ф), магнитным (М) и линейным (Л) управлением. Сравнительные характеристики точности различных видов машин термической резки представлены в табл. 2.3. Портальные машины имеют перемещающийся по прямолинейным направляющим портал с приводом, резательным и управляющим устройством и другой оснасткой. Эти машины используют на крупных металлообрабатывающих предприятиях с объемом обработки листовой стали свыше 15 – 20 тыс. тонн в год. Они имеют ширину обработки от 2,5 до 8 м и допускают: резку одним резаком низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной до 300 мм; подготовку кромок под сварку; одновременно резку листов несколькими (от 2 до 12) резаками. По отношению к максимальным габаритам порталы занимают минимальную рабочую площадь. Портальные машины выпускаются с тремя системами контурного управления: числовым программным; масштабным фотокопировальным; линейным. Машины для кислородной резки портальные с УЧПУ предназначены для фигурной резки углеродистых и низколегированных сталей по контурам произвольной конфигурации. Они предпочтительны при резке заготовок больших толщин с одновременной подготовкой кромок под сварку. Наибольшая производительность обеспечивается при многорезаковой резке повторяющихся заготовок. Машины комбинированные для кислородной и плазменной резки портальные с УЧПУ предназначены для резки заготовок из листов различных металлов по произвольным контурам. Машины обеспечивают воздушно-плазменную резку практически всех промышленных металлов преимущественно с вертикальными кромками, а также газопламенную кислородную резку углеродистых и низколегированных сталей, включая многорезаковую реку, в том числе для одновременной подготовки кромок под сварку. Машины для кислородной резки портальные раскройные предназначены для прямолинейной резки и окантовки листов низкоуглеродистых и низколегированных сталей в диапазоне толщин от 3 – 5 мм до 100 – 200 мм, вырезки из них полос одновременно несколькими резаками и заготовок простейшей конфигурации. В состав технологических комплексов и линий портальных машин входит оборудование для термической резки с различными составами комплектации, обеспечивающими выполнение вспомогательных функций и способствующие повышению производительности, механизации подготовительно – заключительных и транспортных операций. Для газопламенной и плазменной резки имеются комплекты различных составов, предназначенные для организации участков термической резки. Портально-консольные машины также имеют перемещающийся по прямолинейным направляющим портал с приводом, резательным и управляющим устройством, но имеют, кроме того, поперечную балку с консолью, расположенную вне межрельсового пространства. Такая конструктивная схема позволяет использовать для управления движением резака по контуру реза фотоследящую систему, работающую по копир - чертежу, выполненному в масштабе 1:1. Изготовление копиров доступно каждому предприятию. Обслуживание фотопривода и машины не требует высокой квалификации. Такие машины могут оснащаться магнитокопировальным устройством, характеризующимся относительной простотой и дешевизной. В этом случае копирование вырезаемого контура осуществляется по отдельному плоскому или полосчатому копиру с помощью приводного магнитного пальца. Портально-консольные машины предназначены преимущественно для автономного использования в цехах при объемах обработки листового металла 5 – 10 тыс. тонн в год. Они широко применяются в заготовительном производстве металлообрабатывающих предприятий, а также при небольших объемах вырезки фигурных заготовок или готовых деталей средних габаритов (2000×1000 мм) из низко- и среднелегированных сталей толщиной до 100 мм. Машины удобно использовать и для раскроя листов на полосы или прямоугольные карты. Рис. 2.8. Портально-консольные фотокопировальные машины концерна AIR LIQUIDE Welding Шарнирные машины предназначены для точной вырезки из листового материала (низко- и среднеуглеродистой листовой стали толщиной до 150 мм) заготовок произвольной формы малых и средних размеров (1000×1000 мм или 1500×700 мм) одним резаком. При работе одновременно тремя резаками толщина резки снижается до 100 мм. Допускается только вертикальная (разделительная) резка без скоса кромок, но с большой точностью (до ± 0,5 мм). Поэтому шарнирные машины применяются в заготовительных производствах для вырезки готовых деталей. Рис. 2.9. Шарнирная магнитокопировальная машина Г70 фирмы Messer Griesheim По конструктивной схеме такие машины реализуют полярную систему координат перемещения резака с помощью установленных на опорной колонне сочлененных шарнирных поворотных рам. Резак и копировальное устройство размещают соосно на вертикальной оси. Машины работают по стальному магнитному копиру в масштабе 1:1. Площадь машины при этом минимальна. Недостатком таких машин считается ограниченно малая площадь раскраиваемого листа, а также сложность управления перемещением резака в полярной системе координат по сравнению с прямоугольной что затрудняет использование программных систем управления. Соосное расположение резака и копира осложняет также применение фотокопировальных систем. Поэтому современные шарнирные резательные машины оснащаются простейшими и наименее дорогими магнитокопировальными устройствами с соосным резаку приводным магнитным пальцем, работающим по стальным копирам, изготовляемым самим пользователем. Переносные машины представляют собой самоходные тележки с электроприводом, направляющим и резательным устройствами. Они предназначаются для прямолинейного раскроя листов, вырезки отверстий или заготовок с круговыми контурами, заготовок прямолинейной формы. Переносные машины позволяют также вырезать листовые заготовки с криволинейными контурами с большими радиусами кривизны. Кислородные газопламенные переносные машины обеспечивают возможность резки низкоуглеродистых сталей в более широком диапазоне толщин. При их комплектовании двумя резаками они могут выполнять резку полос или колец за проход. При необходимости возможна резка с одновременной подготовкой кромок под сварку. Рис. 2.10. Портативная газорезательная машина IMP фирмы ESAB При криволинейной резке листов некоторые машины устанавливаются непосредственно на разрезаемый лист и перемещаются по его поверхности, направление по контуру реза осуществляется вручную. Другие машины устанавливают на поставляемый в комплекте рельс. Движение по этому рельсу используют при прямолинейной резке 2.3.2. Машины для резки профильного проката кислородные и плазменные Для мерного раскроя стальных прокатных и сварных балок двутаврового и швеллерного сечения в условиях заготовительных цехов разработан профилерез с газопламенной кислородной резательной оснасткой. Он представляет собой консольную конструкцию на опоре, обеспечивающую одновременную резку двух вертикальных и одного горизонтального элементов обрабатываемого профиля. Профилерез позволяет эффективно выполнять поперечные резы балок из низкоуглеродистых и низколегированных сталей перпендикулярно или под углом к их продольной оси. Профилерез выполняет следующие технологические операции: перемещение резаков по трем координатам; раздельные подъем и опускание резаков; подачу и выключение газов; резку одним или несколькими резаками одновременно; врезку с края или пробивку отверстия в стойке у полки двутавра или швеллера. Профилерез может быть использован как в качестве самостоятельного изделия с индивидуальным обслуживанием цеховыми грузоподъемные устройствами, так и в составе поточных механизированных или автоматизированных линий [71]. 2.3.3. Машины для резки труб: кислородные и плазменные Тема для самостоятельного изучения 2.3.4. Машины для резки объемных объектов Тема для самостоятельного изучения 2.3.5. Роботы термической резки Тема для самостоятельного изучения 2.3.6. Аппаратура и оснастка для резки: резаки для кислородной резки; аппараты машинной и ручной плазменной резки; плазмотроны для машинной и ручной резки; катоды и сопла Кислородная резка Резаки служат для смешения горючего газа с кислородом, образования подогревающего пламени и подачи струи режущего кислорода. Они классифицируются по следующим признакам: по роду горючего газа; по принципу смешения - на инжекторные и безинжекторные; по назначению - на универсальные и специальные; по виду резки - для разделительной, поверхностной, кислородно-флюсовой и копьевой; Наиболее широкое распространение получили универсальные резаки. Как и сварочные горелки, резаки имеют инжекторное устройство и отличаются от них тем, что имеют отдельный канал для подачи режущего кислорода и специальную головку, которая представляет собой два сменных мундштука - внутренний и наружный. Основной деталью резака является мундштук, который быстро изнашивается. Для получения качественного реза необходимо иметь правильные размеры, геометрию и необходимую чистоту каналов. Мундштуки бывают двух типов: составные и цельные. Составные резаки с кольцевой щелью для горючего газа легче в изготовлении и смене. Давление О2 на входе в резак 0,3 - 0,6 МПа, С2Н2 - 0,01 - 0,03 МПа. Для понижения давления используют редукторы: ДКП-1-65 - О2, баллонный; ДКП-6000 - О2, рамповый; ДКП-1-65 - С2Н2, баллонный; ДКП-1-64 - С2Н2, рамповый; ДКП-1-65 - пропан, бутановая смесь, баллонный; ДКП-1-64 - рамповый. Предохранительные устройства служат для защиты ацетиленовых редукторов, трубопроводов, рукавов для горючих газов и О2 от проникновения в них взрывной волны обратного удара. Используют водяные (открытого и закрытого типа) затворы, ГВН -1,25 ЗСП-7 или огнепреградители. Сухие затворы, ЗСП-1, на трубопроводах метана - обратные шариковые клапаны ЛЭС-1, ЛЭС-2. Внутренний диаметр рукавов - 6, 9, 16 мм, длина рукавов - 10, 14 м или кратная длине. При L > 20 м - растут потери давления. Машинные резаки отличаются от ручных формой головки, количеством регулировочных вентилей, габаритами и т. д. Все машинные резаки имеют режущую головку с мундштуками и корпус цилиндрической формы, что удобно для закрепления их в суппортной державке. Для удобства регулирования высоты установки резака над разрезаемым металлом на их цилиндрической поверхности в некоторых моделях укрепляется продольная зубчатая рейка, которая в суппортной державке сопрягается с шестеренкой регулирующего маховичка. В зависимости от схемы образования газовой смеси для подогревающего пламени машинные резаки разделяются на инжекторные, равного давления и внутрисоплового смешивания. Инжекторные резаки имеют такую же схему смешивания газов, как и универсальные ручные резаки Р2А-01 и РЗП-01. В резаках равного давления отсутствует инжектор, и газы подаются в смеситель под одинаковым давлением через центральный и боковые каналы головки. Резаки внутрисоплового смешивания отличаются тем, что смесь образуется не в смесителе, а в выходных каналах мундштуков. Резаки этого типа могут быть как инжекторными, так и равного давления. Резаки равного давления и внутрисоплового смешивания более устойчивы, чем инжекторные, к хлопкам и обратным ударам пламени. Они надежны в работе и обеспечивают постоянный состав подогревающего пламени, но требуют повышенного давления горючего газа на входе в резак. Машинные резаки работают на ацетилене и газах-заменителях. Пуск, перекрытие и регулирование параметров газов, подаваемых в резак, могут осуществляться встроенными или внешними пускорегулирующими устройствами. Для работы с внешними клапанами или вентилями могут быть использованы безвентильные резаки. В других случаях удобнее применять резаки с двумя (для регулирования подогревающего пламени) или с тремя (включая вентиль для режущего кислорода) вентилями. Такие вентили выполняются, как правило, как приставные (съемные) устройства. Резаки, рассчитанные на резку холодного металла, предназначаются для комплектования стационарных, переносных и специализированных машин для резки листового металла, труб, профильных балок и различных объемных объектов. Они могут быть использованы также на машинах иностранного производства. Для сталелитейных, прокатных и заготовительных производств черной металлургии предназначены резаки для резки горячего металла. Эти резаки снабжены системой водяного охлаждения, обеспечивающей их стабильную работу. Применительно к различным типам крепежных устройств предусматривается поставка машинных резаков в нескольких исполнениях по величине наружного диаметра корпуса и длине. Машинные резаки с системами водяного охлаждения могут эксплуатироваться при температуре окружающей среды от +1°С до +45°С. Резаки, не имеющие водяного охлаждения, пригодны для эксплуатации при условиях, установленных для комплектуемых ими машин термической резки, вплоть до температур от – 40 до +45°С и влажности воздуха до 90% (например для машины «Орбита БМ»). Плазменная резка Резательные плазмотроны предназначены для использования на резательных машинах или при ручной резке. Машинные плазмотроны более мощны и массивны. Они могут работать при более высоких давлениях плазмообразующего газа и имеют устройства для закрепления в суппорте машины. Современные резательные плазмотроны обеспечивают надежную и продолжительную работу при их правильной эксплуатации. Однако срок их службы (около 1 года) вызывает потребность в периодической замене. Плазмотроны в зависимости от мощности имеют воздушное или водяное охлаждение, снабжены кабель-шлангом длиной до 6 м (иногда до 20 м). При резке малыми токами используют воздушное, а большими – жидкостное охлаждение. Плазмотрон имеет дуговую камеру, содержащую электродный элемент для формирования катодной области режущего разряда 1 и электрически изолированное от него сопловое устройство 3. Катод плазмотрона 4 изготавливают из тугоплавких материалов с высокими эмиссионными характеристиками. Для работы в нейтральных плазмообразующих средах используют вольфрам. В окислительных средах применяют катоды из циркония и гафния (пленочные катоды). В плазмотронах для машинной резки наиболее часто используют гильзовую конструкцию катодов. Катододержатель интенсивно охлаждают проточной водой. Рабочий торец пленочных катодов – плоский, вольфрамовые катоды имеют коническую заточку. Формирующее сопло обеспечивает ограничение диаметра столба дуги, введение в него рабочей среды с целью максимального преобразования ее в плазму и формирования скоростной цилиндрической плазменной струи. Корпус сопла из теплопроводной меди интенсивно охлаждают и электрически изолируют от столба режущей дуги во избежание появления в металле параллельных токоведущих каналов и разрушения сопла. Наиболее изнашиваемыми деталями плазмотрона являются сопло, формирующее струю плазмы и стабилизирующее режущую дугу, и рабочий электрод плазмотрона, на котором локализуется активное пятно дуги. Для наиболее широко используемой сейчас воздушно-плазменной резки поставляются установки с плазмотронами с термохимическим катодом или с медным электродом. Срок службы современных электродов зависит от частоты зажигания дуги и составляет от 3 – 4 ч (термохимический циркониевый катод) до 20 ч при 10000 зажиганий (медный цилиндрический электрод). Механизированный плазмотрон может быть размещен на стационарных установках портального, портально-консольного, шарнирно-пантографического типа с использованием различных систем управления перемещением: с ЧПУ, фотоэлектронной, линейной с ручным регулированием скорости, с магнитным копированием. Резательные плазмотроны изготовляют и поставляют не только в составе комплектных машин и резательных установок, но и как самостоятельные изделия (табл. 2.12.). Рис. 2.13. Плазмотроны для ручной и механизированной резки (ООО «НТТМ – плюс»). 2.3.7. Лазеры и лазерные технологические комплексы: классификация; виды, компоновка и основные характеристики По составу лазерное оборудование может быть технологическим лазером (ТЛ), лазерной технологической установкой (ЛТУ) и лазерным технологическим комплексом (ЛТК). Технологический лазер (ТЛ) – это источник лазерного излучения, соответствующий заданным техническим требованиям с необходимым комплектом запасных частей. Лазерная технологическая установка (ЛТУ) – это технологический лазер с внешним оптическим трактом, комплектом внешней оптики и соответствующим числом запасных частей. В некоторых случаях в ЛТУ имеется манипулятор изделий, работа которого не связана с работой технологического лазера. Лазерный технологический комплекс (ЛТК) – это лазерная технологическая установка, снабженная манипулятором изделия или оптики, вспомогательной технологической оснасткой и общей системой управления для проведения технологических операций. Все части ЛТК функционально взаимосвязаны между собой для выполнения технологического процесса. ЛТК могут быть специальными, специализированными, предназначенными для реализации одного технологического процесса и универсальными, предназначенными для выполнения целого ряда операций Вспомогательная технологическая оснастка (ВТО) является дополнительным оборудованием, обеспечивающим высокое качество технологических процессов. ВТО носит общепромышленный характер и может включаться в состав ЛТК по требованию заказчика в зависимости от выполняемой задачи. В общем случае комплекс для лазерной резки состоит из следующих частей: излучателя, координатного устройства, системы формирования и транспортировки излучения и газа, автоматизированной системы управления параметрами установки технологического процесса. Излучатель предназначен для генерации лазерного излучения с необходимыми оптическими, энергетическими и пространственно-временными параметрами, обеспечивающими требуемые показатели качества и производительности процесса резки. В состав излучателя входят: активная среда, зеркала резонатора, элементы системы накачки, устройство модуляции излучения. В настоящее время для резки используются следующие типы лазеров: YAG - твердотельные лазеры на основе алюмоиттриевого граната. Накачка активного элемента производится высоковольтными разрядными лампами, непрерывными или импульсными. Режим генерации соответственно может быть непрерывным, импульсным. Еще есть режим так называемого "гигантского" импульса Q-switch. YAG - твердотельные лазеры c диодной накачкой. Это новый современный вариант лазеров, в которых вместо высоковольтной газоразрядной лампы накачка производится мощными светоизлучающими диодами. Пока они более дороги, но зато в системе нет высоких напряжений, ресурс диодных линеек существенно выше ресурса газоразрядной лампы, и лазеры лучше управляются от электронных систем. YAG - лазеры пригодны только для резки металлов. Импульсные YAG - лазеры режут с высоким качеством не только сталь и титан, но и алюминиевые сплавы. Возможна резка и сплавов на медной основе, но здесь эффективность очень сильно зависит от химического состава. СО2-лазеры. Газовые лазеры на основе смеси газов СО2-He-N2. Возбуждение смеси выполняется разными видами электрического разряда в газах. В настоящее время самыми компактными и эффективными являются так называемые "щелевые" (slab) лазеры с накачкой высокочастотным разрядом. СО2-лазеры пригодны для резки неметаллов (почти любых, кроме материалов со сложной структурой: ДСП, бакелитовые фанеры, граниты) и для резки металлов. Для резки металлов нужен достаточно большой уровень мощности (от 500 Вт), а для резки цветных металлов – 1000 Вт и более. Здесь особенно эффективны щелевые СО2-лазеры, которые обеспечивают так называемый "суперимпульсный" режим излучения. Это значит, что световой поток не непрерывен, а состоит из импульсов с частотой 10-20 кГц, так что при средней мощности, например, 500 Вт, мощность в импульсе составляет 1000-1500 Вт. При резке металлов это очень важно, так как уменьшается ширина реза и улучшается качество. Специализированные и специальные ЛТК Обычно специализированные и специальные ЛТК предназначены для обработки одной детали. Для обработки определенной детали необходимо одно или несколько простых перемещений, и эти перемещения определяют конструкцию и компоновку ЛТК. Например, резка труб реализуется обычно двумя перемещениями: подачей трубы в рабочую зону и перемещением трубы под стационарным лазерным лучом. Зная эти перемещения, разработчик выбирает уже известные узлы и механизмы для реализации перемещений, компонует их в конструкцию и привязывает к общему технологическому потоку. Никаких лишних уз­лов в специализированном ЛТК не бывает. Специализированные автоматизированные ЛТК компонуются таким образом, чтобы достичь максимальной производительности. В состав специализированных ЛТК, кроме ЛТУ, входит конвейерная линия, механизм подачи заготовок из конвейерной линии в зону обработки и обратно, манипулятор изделия. Универсальные ЛТК Универсальные ЛТК не содержат в своем составе узлов для привязки их к общему технологическому потоку на производстве. Универсальные ЛТК могут использоваться, как в массовом, так и в серийном производстве. На первых стадиях разработки при создании нового ЛТК иногда используют уже известные конструкции традиционного оборудования в станкостроении и робототехнике. Использование этих уже отработанных компоновок, хотя и не учитывает специфичности лазерного оборудования, но позволяет экономить время на разработку комплекса и его реализацию. Однако, подавляющее большинство ЛТК максимально используют достоинства и специфику лазерного излучения. Поэтому, конструкции таких ЛТК резко отличаются от конструкций оборудования, применяемого для обработки материалов в машиностроении. На особенности универсального ЛТК, его конструкцию и основные технологические возможности решающее влияние оказывают тип манипулятора изделия или оптических систем и характер их взаимного перемещения. Определенное значение имеют также тип лазера, размер и форма деталей, характер выполняемой операции. В связи с многочисленными особенностями классификация универсальных ЛТК довольно сложна. Обычно используются классификационные системы по ряду признаков: по соотношению перемещения оптики и манипу­лятора изделий, по числу выполняемых операций, по форме обрабатываемых изделий, по габаритным размерам рабочей зоны и др. На рис. 2.15. приведена классификация по наиболее распространенному признаку - по соотношению перемещения оптики и изделия. Рис. 2.15. Классификация ЛТК по соотношению перемещения оптики и изделия Практическое применение нашли три схемы взаимного перемещения сфокусированного луча лазера и разрезаемого листа, и соответственно выпускаются три класса лазерных комплексов (рис. 2.16.): ЛТК с манипулятором изделий: луч лазера неподвижен, а стол, на котором лежит лист, перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях по заданной траектории; ЛТК с манипулятором оптики: луч лазера перемещается по заданной траектории, а стол с листом неподвижен; ЛТК смешанного типа: луч лазера перемещается в поперечном направлении, а стол с листом – в продольном. Сложение обоих движений по определенной траектории обеспечивает получение заданного контура вырезаемой детали. Машины первого и третьего типов применяются для резки листов небольших и средних размеров, второго – для резки средних и крупных листов. По характеру манипулятора оптики можно выделить системы с перемещением оптических элементов по линейной и вращательной траектории. Особый интерес представляют лазер - роботы с манипуляторами оптики со сложной траекторией. Они предназначены для обработки тел вращения. В этом случае необходимо обеспечить перемещение по пяти-шести координатам. По количеству и типу выполняемых операций имеются ЛТК для однотипных операций, например для лазерной резки, лазерной сварки, термообработки и т. д. (рис. 2.17.). Имеются также многоцелевые ЛТК, которые сконструированы таким образом, что могут после некоторой переналадки выполнять несколько операций, например сварку, резку и термообработку. Рис. 2.17. Классификация ЛТК по количеству и типу выполняемых операций В настоящее время металлообрабатывающие отрасли уже не устраивают специализированные лазерные комплексы для выполнения отдельных технологических операций (резки, сварки, прошивки и т.д.). Рынок требует оборудования с высокой степенью интеграции технологических операций. К такому оборудованию относятся лазерные обрабатывающие центры (ЛОЦ), предназначенные для операций сварки, прошивки, резки, термоупрочнения и маркировки с программным управлением. Переналадка с одной операции на другую происходит автоматически. Большую перспективу имеют комбинированные системы, использующие лазер и оборудование для механической обработки материалов. Комбинации лазера и пресса для высечки, вырубки и штамповки реализована в комплексах «лазер-пресс» (рис. 2.18.). Определенную перспективу могут иметь комбинированные установки и комплексы, в которых лазерное излучение используется для размягчения металла перед резанием или пластической деформацией. По форме обрабатываемых изделий ЛТК предназначаются для обработки плоских деталей (резка листовых материалов), для обработки тел вращения (резка труб). Габаритные размеры рабочей зоны также влияют на конструкцию ЛТК: в каждом размерном интервале предпочтительной оказывается та или иная конструкция. Рис. 2.18. Лазер – пресс Trumatic 300 Laserpress фирмы TRUMPH (Германия) [http://www.trupf.com] 2.3.8. Оборудование для гидро (гидроабразивной) резки Учитывая специфику гидрорезки, установки для резки выпускаются только стационарные. В комплекс для водоструйной резки входят: насос высокого давления; режущая головка; координатный стол и приводы перемещений режущей головки; разводка высокого давления; система подачи абразива (для гидроабразивной резки); система числового программного управления. Дополнительно комплекс может оснащаться: устройством для предотвращения столкновений режущей головки с заготовкой; системой из нескольких режущих головок; механической системой предварительного просверливания; ловушкой струи воды, гасящей ее энергию и служащей также для сбора отработанного абразива, и рядом других. Насос высокого давления обеспечивает создание сверхзвуковой струи жидкости как режущего инструмента. Он предназначен для сжатия рабочей жидкости (воды) до требуемого давления и передачи ее в режущую головку. Режущая (струйная) головка осуществляет окончательное формирование высоконапорной тонкой струи как режущего инструмента по своим геометрическим и энергетическим параметрам. Существует множество конструкций струйных головок для гидрорезания материалов, что объективно свидетельствует о многообразии предъявляемых к ним эксплуатационных требований. Разводка высокого давления. Вода под высоким давлением подается от насоса высокого давления к режущей головке системой неподвижных и подвижных труб. Для обеспечения плотности соединений при движении портала и рабочей головки используются специальные шарниры высокого давления или спиральные трубки специальной формы. Блок режущей головки - предназначен для преобразования статического давления рабочей жидкости в кинетическую энергию струи, выполнения собственно процесса резки, а также хранения и выдачи в смесительную камеру абразива. Рис. 2.19. Оборудование для гидрорезки фирмы WaterJet [http: // www. batex. com. ua] Станция очистки воды предназначена для забора рабочей жидкости из водопроводной сети, очистки и подачи её в насос высокого давления. Стол технологический с водосборником и устройством позиционирования предназначены для размещения заготовок, приема рабочей жидкости и отходов резания, перемещения режущей головки по заданной траектории. Система подачи абразива. Используются две системы подачи абразива - вакуумная, работающая по принципу пульверизатора, и та, что работает под давлением. Абразив засыпается в бункер, находящийся рядом с рабочим столом, и подается к рабочей головке по гибким шлангам. В качестве абразива обычно используют порошки твердых сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива зависит от вида и твердости разрезаемого материала. Так, для высоколегированных сталей и титановых сплавов применяют особо твердые частицы граната, для стекла - соответствующие фракции обычного песка, для пластмасс, армированных стекло- или углеродными волокнами, - частицы силикатного шлака. Система управления – предназначена для программирования и управления гидроабразивным комплексом. Для удобства оператора в непосредственной близости к зоне резки установлен пульт с расположенными на нем органами управления комплексом. Дополнительное оборудование может входить в состав некоторых гидроабразивных комплексов, например, устройство для подготовки абразива (вибросито для песка); устройство для сушки абразива и т.д. 2.4. Оборудование для механической резки. Механическая резка применяется для получения деталей, как с прямолинейными резами, так и сложного криволинейного профиля. Резка деталей с прямолинейными кромками из листов толщиной до 40 мм, как правило, производится на гильотинных ножницах. Разрезаемый лист заводится между нижним и верхним ножами до упора и зажимается прижимом. Верхний нож, нажимая на лист, производит скалывание. Погрешность размера обычно составляет ± (2,0—3,0) мм. Производительным является процесс вырубки в штампах. Вырубка в штампах позволяет получить детали сложного профиля и конфигурации. Если при изготовлении фасонных деталей обработка резанием заменяется холодной штамповкой, то материалоемкость этих деталей снижается на 50-70%. Однако штамповка требует дорогостоящей оснастки, а потому ее использование эффективно при крупносерийном выпуске изделий. Поэтому целесообразность применения штамповки определяется: серийностью выпуска, конфигурацией изделия, механическими свойствами материала, требуемой точностью изготовления. Одной из современных и гибких технологий получения деталей является обработка в центрах, совмещающих в себе несколько операций. Это точный и быстрый способ получения деталей, обеспечивающий быструю настройку на заданные размеры и режимы обработки. 2.4.1. Ножницы с наклонным ножом: кривошипные, гидравлические; пневматические; высечные; пресс – ножницы При резке на листовых ножницах с наклонным ножом большая часть трудоемкости приходится на вспомогательные операции, связанные с установкой разрезаемого листа на стол ножниц, перемещением листа в процессе резки, разборкой и передачей нарезанных заготовок на места их хранения. Трудоемкость этих операций особенно велика при резке крупногабаритных тяжелых листов, когда ножницы обслуживают два рабочих и при этом постоянно требуется общецеховой мостовой кран. Поэтому одним из важных направлений совершенствования резки на ножницах является комплексная механизация процессов резки с использованием поставляемых по заказам комплексов оборудования и средств механизации. Другим направлением совершенствования процесса резки на листовых ножницах с наклонным ножом является оснащение ножниц программным управлением для автоматической настройки ножниц. Основным элементом настройки является размер отрезаемой детали, который оператор вводит в память системы путем клавишного набора. После этого упор ножниц автоматически выставляется в заданное положение и одновременно на пульте управления высвечивается фактическое положение упора. Резка листового проката Ножницы НК3416, НК3418, Н3418А кривошипные листовые с наклонным ножом предназначены для прямолинейной резки листового материала по упору или по разметке. Задний упор ножниц механизированный. В конструкции ножниц заложена автоматическая регулировка зазора между ножами в зависимости от толщины листа. По отдельным заказам ножницы могут быть укомплектованы подъемным столом для автоматического подъема и удержания верхнего листа из пачки листов на заданном, наиболее удобном уровне относительно стола ножниц; неприводным роликовым конвейером для облегчения ручной подачи листов к ножницам; ленточным конвейером с сортирующим устройством для механизированного отвода отрезанных заготовок и отходов из зоны резания и сортировки нарезанных заготовок и отходов в различные тары. Ножницы НБ3218Ф1, НБ3221Ф1, НА3222Ф1 кривошипные листовые с наклонным ножом. Ножницы оснащены механизированным задним упором с приводом от электродвигателя постоянного тока с тиристорным преобразователем. Скорость перемещения упорной балки регулируемая. Разрезаемый лист прижимается к столу ножниц гидравлическими прижимами. Ножницы Н3222Л, НА3223, НА3225 кривошипные листовые с наклонным ножом. Для облегчения подачи листа в зону резки на столе ножниц смонтированы удлинители и шаровые опоры. Для резки заготовок под углом на одном из удлинителей имеется угловой упор. Ножницы гидравлические листовые с наклонным ножом типов НА (3722Ф1, 3722АФ1) предназначены для прямолинейной резки листового материала на мерные заготовки. Позиционирование заднего упора простым программным устройством позволяет произвести рациональный раскрой листа. Ножницы гильотинные типа ПГН – 1250 предназначены для резки тонких листов из стали и легких сплавов. Привод ножниц — пневматический Рис. 2.21. Ножницы гильотинные ПГН - 1250 Ножницы Н3015Ф2 гидравлические листовые с взаимно перпендикулярными ножами предназначены для резки листового проката из стали и алюминия на прямоугольные заготовки. Ножницы высечные Н4518 предназначены для прямой, круговой и фигурной резки листового металла. При оснащении ножниц соответствующими инструментами и приспособлениями на них можно производить также гибку, отбортовку, прорезку пазов и т.п. по прямой и криволинейному контуру, гибку замковых соединений, вытяжку, клепку, чеканку, штамповку, выколотку. Резка листового и сортового проката Пресс-ножницы комбинированные предназначены для резки полосового, сортового и профильного проката, пробивки отверстий в листовом, полосовом и профильном прокате, вырубки открытых пазов. Пресс-ножницы оснащены приспособлениями, обеспечивающими пробивку отверстий в различных координатах и отрезку полосы под различными углами по упору без предварительной разметки. Ножницы сортовые предназначены для отрезки сортового и профильного проката. Ножницы для резки швеллеров и двутавров предназначены для поперечной резки швеллеров и двутавров методом просечки части профиля подвижным ножом, совершающим сложное двойное колебательное движение в пространстве между тремя парами ножей. 2.4.2. Механизированные комплексы для резки Гибкий производственный модуль М1НК3418ГФ3.01 предназначен для автоматического раскроя листов по заданной программе на прямоугольные полосы и карты, их стапелирования, сбора отходов в отдельную тару. В модуль входит следующее оборудование: механизм поштучной выдачи листов и полос, выполняющий захват листа или полосы из стопы с помощью пневматических захватов и передающий лист или полосу на стол механизма подачи. При этом предусмотрена возможность поворота листа или полосы на 90°; механизм подачи, предназначенный для захвата, ориентации и шаговой подачи листа и полосы в зону резки ножниц; ножницы кривошипные листовые с наклонными ножом, выполняющие резку листов на полосы и полос на карты; устройство разделения и сбора заготовок и отходов, обеспечивающее сортировку полос по трем адресам и карт по четырем адресам, укладку их в стопы, отделение отходов в отдельную тару; механизм возврата, выполняющий возврат отрезанной полосы для дальнейшей ее резки на карты и осуществляющий поворот полосы на 90°, передачу полосы или стопы полос в исходную зону и ориентацию полос по оси выдачи. Рис. 2.22. Гибкий производственный модуль М1НК3418ГФ3.01 Комплекс оборудования АКНА3225.01 для резки листа на базе листовых кривошипных ножниц предназначен для прямолинейного раскроя листового материала на мерные заготовки. Применяется в заготовительных цехах машиностроительных заводов в условиях средне- и крупносерийного производства. Комплекс состоит из листовых кривошипных ножниц НА3225, подающего устройства УП11, откатной тележки Т6. Подающее устройство предназначено для подачи листа в зону реза ножниц. В подающее устройство входят: роликовые опоры для приема и перемещения листового материала и приводной роликовый конвейер для подачи длинномерного материала с шестнадцатью электромагнитами, закрепленными на двух ветвях замкнутых втулочно-роликовых цепей, и четырьмя конечными выключателями, управляющими величиной усилия прижима магнитов к перемещаемому листу. Управление подающим устройством осуществляется от автономного пульта. Откатная тележка предназначена для удаления заготовок из зоны ножниц, имеет механизированный привод перемещения и четыре передвижных упора. Отрезанные заготовки падают на тележку, которая по мере наполнения выводится из зоны реза ножниц. Комплекс средств механизации для резки на листовых ножницах с наклонным ножом предназначен для механизации подачи исходного листа в зону реза ножниц, приема и удаления отрезанной части заготовок. В комплекс средств механизации входят: листоукладчик 1, роликовый конвейер-тележка 3, приемный конвейер 5, откатная тележка 6, подающее устройство 4, задний упор 7 (рис. 2.23) Рис. 2.23. Комплекс средств механизации для резки на ножницах листовых с наклонным ножом. Листоукладчик предназначен для переноса исходного листового проката со складочного стеллажа на роликовый конвейер-тележку и представляет собой полукозловой кран, перемещающийся по напольному рельсу 2 и по рельсу, смонтированному на эстакаде 8. На монорельсе листоукладчика размещены грузоподъемные механизмы в виде кареток, сконструированных на базе электрических талей с телескопическими подвесками, на которых смонтированы траверсы с электромагнитными захватами. Роликовый конвейер осуществляет транспоровку листа в зону реза ножниц с помощью вращающихся роликов и механизированных упоров для досылки листа. Приемный конвейер предназначен для приема отрезаемых заготовок и передачи их на откатную тележку с помощью грузонесущих цепей, перемещающихся в направляющих. Между цепями установлены поддерживающие устройства, которые в своем верхнем положении находятся на уровне стола верхних ножниц. Отрезаемая часть листа опирается на эти поддерживающие устройства, что предотвращает прогиб листа. После резки поддерживающее устрово опускается с помощью пневмоцилиндров и отрезанная заготовка располагается на цепях, на которых она транспортируется на откатную тележку. Подающее устройство предназначено для досылки концевой части разрезаемого листа и выполнено в виде каретки с магнитным роликом, которая перемещается по монорельсу, установленному на эстакаде возле ножниц. Задний упор автоматически перемещается на любой размер отрезаемой заготовки в пределах до 3500 мм. Исходные листы, подлежащие резке, мостовым краном укладывают в пачку на складочном стеллаже по упорам стеллажа. Оператор подвесного пульта управления подводит листоукладчик к пачке листов, расставляет грузозахватные каретки симметрично по длине листа, опускает траверсы с захватами до соприкосновения с листом, включает магнитные захваты и поднимает лист. Далее оператор устанавливает листоукладчик с листом над роликовым конвейером, отключает магнитные захваты, поднимает траверсы и возвращает листоукладчик в исходное положение у складочного стеллажа. Затем оператор устанавливает задний упор на требуемый размер отрезаемой заготовки с помощью устройства перенабора с цифровой индикацией, включает ролики и подает лист под ножи ножниц до упора, после чего выполняется рез. В случае, если лист, лежащий на роликовом конвейере, проскальзывает по роликам, включают устройство для подачи листа и досылают лист до упора. Управление всеми механизмами, кроме листоукладчика, осуществляется с единого пульта управления, установленного в непосредственной близости от пульта управления ножницами. 2.4.3. Автоматы правильно- растяжные Тема для самостоятельного изучения 2.4.4. Станки отрезные: ножовочные, круглопильные ленточные, абразивные; переносные труборезы Тема для самостоятельного изучения 2.5. Оборудование для пробивки отверстий и изготовления деталей: прессы координатно – револьверные; листообрабатывающие центры; гибкие производственные модули; прессы для пробивки отверстий ручные Для пробивки отверстий в листовом материале служат прессы координатно-револьверные, листообрабатывающие центры и гибкие производственные модули пробивки отверстий. Листообрабатывающие центры позволяют выполнять не только пробивку отверстий, но и штамповочные и резательные операции и полностью изготовлять разнообразные детали с одного установа листа в автоматическом цикле. Листообрабатывающие центры поставляют двух разновидностей: выполняющие пробивку отверстий и контурную высечку; обеспечивающие пробивку отверстий и лазерную контурную вырезку. Использование листообрабатывающих центров резко сокращает число и трудоемкость загрузочно-выгрузочных, складских, наладочных и контрольных операций по сравнению с изготовлением деталей на однооперационном оборудовании. Наряду с этим листообрабатывающие центры позволяют повысить точность и качество изготовления деталей и, в связи с этим, исключить последующие отделочные операции, упростить и поднять точность сборки; улучшить коэффициент использования металла за счет оптимизации раскроя и, в ряде случаев, совмещения резов; сократить производственные площади, занимаемые технологическим оборудованием и складами хранения полуфабрикатов и штампов. Листообрабатывающие центры позволяют изготовлять сложные детали и избежать, в ряде случаев, сварного исполнения таких деталей. Наряду с указанным оборудованием используются также ручные прессы для пробивки отверстий в листовом материале. Пример гибкого производственного модуля для пробивки отверстий в листе представлен на рис.2.24. Рис. 2.24. Гибкий производственный модуль М2ПАО630.01.Ф2.21 для пробивки отверстий в листе на гидравлическом прессе с подающим столом: 1 – изготавливаемая деталь; 2 - механизм загрузки и выгрузки; 3 – пульт управления; 4 – пресс гидравлический с подающим столом; 5 – насосная установка. Обрабатывающие центры на базе координатно - револьверных прессов предназначены для позиционной пробивки, контурной высечки, зачистки гребешков высеченного контура, резьбонарезания деталей из листа по заданной программе в автоматическом режиме. Могут быть использованы для получения из листа изделий типа шасси, панелей, дверей, крышек. Обрабатывающий центр с УЧПУ и лазерной установкой предназначен для изготовления плоских деталей из листовых заготовок комбинированным способом — пробивкой отверстий в позиционном и контурном режимах и вырезкой сложных контуров с использованием энергии лазера. Числовое программное управление центра обеспечивает диагностирование причин остановок в работе, программирование в предварительном наборе или считывание управляющих программ с перфоленты с последующим их хранением в памяти. Центр оснащен мощным устройством для отсоса газов из зоны резки. 2.6. Станки и машины для подготовки кромок под сварку Тема для самостоятельного изучения 2.7. Прессы листогибочные: кривошипные; гидравлические; пневматические Тема для самостоятельного изучения 2.8. Машины гибочные листогибочные четырех – валковые; сортогибочные; трубогибочные Тема для самостоятельного изучения 2.9.Оборудование для формовки: станки для скругления кромок, формовки элементов на обечайках и днищах, машины для разжима и обжима днищ Тема для самостоятельного изучения 2.10. Выбор оборудования для выполнения заготовительных операций. Технико – экономическое обоснование, сравнительные критерии для выбора способа резки и оборудования Выбор оптимального процесса обработки применительно к заданным условиям производства должен быть комплексным, учитывающим группы экономических и технических критериев. Простое сравнение по производительности и стоимости на метр реза для различных процессов показывает неудовлетворительные результаты, не учитывающие качество кромок, форму изделия, необходимость предварительной и последующей обработки, а также серийность выпуска, а потому не позволяет произвести экономическую и техническую оценку. Критерии оценки эффективности способов резки можно разбить на две взаимопроникающие группы: технические и экономические (см. табл. 2.14.). Таблица 2.14. Критерии оценки эффективности методов резки Аспект Критерии Технические Экономические Деталь материал: толщина; геометрия; технические требования; точность соблюдения размеров; качество кромок; подготовка поверхности; технологические потери и отходы материала. трудоемкость; себестоимость; материалоемкость; отрасль промышленности. Установка скорость резки; мощность; тип газа; расход газа; чистота газа; тип горелки; диаметр сопла; количество режущих головок параметры оптики. производительность; производственные инвестиции; гибкость. Структура производства тип оборудования; тип производства; программа выпуска. вид портфеля заказов. Технические критерии, относящиеся к детали, включают в себя, как геометрические параметры (например, толщину и геометрию детали), так и точность соблюдения размеров, технические требования, состояние детали после обработки и технологические потери и отходы. Выбор этих критериев был основан на том, что они заключают в себе весь технологический процесс изготовления детали, начиная от марки и толщины материала и заканчивая состоянием детали после обработки. Технические критерии, относящиеся к установке, включают в себя скорость резки, мощность, тип газа, расход газа, чистота газа, что позволяет рассчитать не только себестоимость изделия, но и сравнить установки между собой. При выборе оборудования также важно учесть структуру производства, которая включает в себя тип производства и программу выпуска, так как некоторое оборудование просто по техническим показателям выбирать нецелесообразно. Экономические критерии при сегодняшнем состоянии отечественной промышленности становится практически ключевым моментом. Поэтому при выборе оборудования необходимо просчитать не только себестоимость изделия (или метра реза), но и стоимость расходных материалов. Так же по причине частой смены номенклатуры изделий, их модернизации и т.д. необходимо учесть такой критерий, как гибкость производства. Критерий стоимости В настоящее время изготовители предлагают разнообразное оборудование для механической и термической резки. Стоимость технологического оборудования нового поколения достаточно высока. Сравнение стоимости на 1 метр реза некоторых термических способов резки представлено на рис. 2.26. Проанализировав опубликованные данные, можно сделать вывод о том, что наиболее целесообразно применять лазерную резку для партий мелких и средних деталей (100 – 1000 шт), особенно при обработке деталей со сложным контуром. При обработке мелких партий деталей затраты уменьшаются по сравнению с резкой гильотинными ножницами и штамповкой в 2 – 4 раза за счет устранения операции разметки (70 % времени, идущего на обработку), значительного снижения отходов материалов. Рис. 2.26. Сравнение стоимости резки при коэффициенте использования времени 40% и 100% Критерий толщины металла Рекомендуемые области применения термических методов резки в зависимости от толщины деталей по данным фирмы «Linde» приведены на рис. 2.27.. Наиболее рациональная область применения лазерной резки лежит в диапазоне толщин от 1 до 12 мм, плазменной резки – от 2 до 120 мм. Критерий свойств материала Одними из основных параметров, определяющих выбор того или иного метода резки, являются теплофизические и механические свойства разрезаемых материалов. В зависимости от этого критерия можно выбрать приоритетный метод резки (табл. 2.17.). Рис.2.27.. Область применения различных термических способов резки по данным фирмы «Linde» Таблица 2.17. Методы резки для различных материалов Методы Резки Материал Углеродистые стали Коррозионно-стойкие стали Алюминий Титан Пластмасса Керамика Газовая 3 2 Плазменная 3 3 3 2 1 Лазерная 3 3 2 3 2 2 Механическая 3 3 3 3 3 1 Водяной струей 1 1 2 1 3 2 3 – метод очень эффективный; 2 - метод пригоден; 1 – метод возможен; 0 – метод невозможен Критерий точности соблюдения размеров и качества кромок Точность соблюдения размеров и качество кромок после резки являются самыми главными аспектами, побуждающими предприятия использовать в производстве современные технологии с дорогостоящим и сложным оборудованием. Общая величина допуска на деталь после резки формируется из четырех составляющих: допуска на струйную неточность технологического процесса, допуска на неточность машины, допуска, связанного с тепловыми деформациями и корректирующего допуска на размер. То есть для получения в качестве конечного результата высокой точности вырезаемых деталей необходимо рассматривать как единый взаимосвязанный комплекс технологический процесс резки и машину для резки. Для многих существующих способов резки требуемые допуски на соблюдение размеров и качество кромок резов можно достигнуть только при последующей дополнительной обработке. В случае наличия у детали сложного контура с жесткими допусками на размеры этот фактор может играть доминирующую роль при выборе способа резки. Резы с малыми радиусами и высокими допусками на ширину выполнить труднее. Системную оценку способа резки изделий можно проводить по табл. 2.18. Сумма всех затрат является мерой для комплексной оценки способов резки с точки зрения точности конструкции детали. Таблица 2.18. Конструктивные критерии для системной оценки Критерии Способ разделения материала Штамповка Резка Газовая Плазменная Лазерная Радиус  5 мм 3 2 3 Радиус  5 мм 1 2 3 3 Допуск на ширину  0.5 мм 1 1 2 3 Допуск на ширину  0.5 мм 2 Прямоугольный контур 3 3 3 3 Наличие заусенцев при толщине листа  10 мм 2 2 Толщина листа  8 мм 2 1 2 3 Толщина листа  8мм 3 3 2 Качество кромок реза 2 1 2 3 Сумма: 13 11 19 26 1 - затраты высокие; 2 - затраты средние; 3 - затраты незначительные; 0 - обработка невозможна. Критерий подготовки поверхности Важным критерием для выбора технологии резки является качество подготовки поверхности разрезаемого материала. Для лазерной и плазменной резки требуются чистые от ржавчины поверхности. Газовая резка способствует короблению деталей, что необходимо учитывать при дальнейшей обработке. В табл. 2.20. представлены основные параметры, влияющие на процесс резки. Таблица 2.20. Критерии подготовки поверхности при различных способах резки Способы Подготовка поверхности Обработка после резки: снятие грата, механическая обработка Штамповка, резка на гильотинных ножницах Не требуется Требуется Газовая резка Не требуется Требуется Плазменная резка Очистка от ржавчины Требуется Лазерная резка: - в кислороде - в азоте, аргоне Очистка от ржавчины Требуется Не требуется Критерий производительности Важный критерий оценки эффективности использования того или иного способа резки – это производительность процесса. Оценить производительность оборудования можно по скорости на 1 метр реза для различных групп материалов определенной толщины. В табл. 2.21. представлены скорости резки для различных способов обработки. Таблица 2.21. Типичные скорости резки для различных методов Материал Толщина, мм Скорость резки, мм/мин Газовая резка Плазменная резка Лазерная резка Гидрорезка Углеродистая сталь 5 850 4500 (1) 2700 (3) 200 20 660 2000 (1) 700 (4) 50 Коррозионно-стойкая сталь 3 - 5000 (2) 3000 (4) 200 40 - 500 (2) - 10-120 Алюминий 2 - > 600 (2) 4500 (4) 800 40 - 1200 (2) - 80 (1) – азотная плазма, 500 А; (2) – аргоно-водородная плазма, 240 А; (3) – СО2 – лазер, 1500 Вт, резка в кислороде; (4) - – СО2 – лазер, 2600 Вт, резка в азоте. 3. Характеристика рынка технологического сварочного оборудования В данном разделе мы рассмотрим только оборудование для дуговой сварки, так как это наиболее распространенное оборудование сварочного производства. Оборудование для других видов сварки (контактной, лазерной, плазменной и т.д.) будет рассматриваться в дисциплинах, читаемых специалитету 150202 «Оборудование и технология сварочного производства». На данном этапе обучения в бакалавриате мы познакомимся с основными видами оборудования для дуговой сварки и охарактеризуем состояние рынка указанного оборудования. 3.1. Классификация технологического сварочного оборудовании. Маркировка сварочного оборудования Российского производства Классификация технологического сварочного оборудования представлена в табл. 1.1. Основу оборудования для дуговой сварки составляют: источники сварочного тока для ручной сварки штучными электродами, полуавтоматы и автоматы для сварки плавящимся электродом под флюсом и в защитных газах, оборудование для импульсно - дуговой сварки плавящимся электродом в инертных газах, установки для сварки неплавящимся электродом, специальное оборудование для сварки конкретных изделий. Согласно ГОСТ 14.304 выбор оборудования должен производиться на анализе затрат на реализацию технологического процесса. При этом должны учитываться: технические и технологические требования к изделию; программа выпуска и сроки изготовления; технологические возможности сварочного оборудования: напряжение холостого хода UХХ; номинальный сварочный ток IСВ; диаметр проволоки; диапазон скорости подачи проволоки; вид внешней характеристики; стоимость; требования по ТБ. Требования к источникам сварочного тока Ток для дуговой сварки не может быть получен простым присоединением к электрической сети, так как сетевое напряжение (220 или 380 В) смертельно для сварщика; сила тока во многих осветительных сетях (6—15 А) недостаточна для сварки (для ручной и полуавтоматической сварки требуется 50— 500 А, а для автоматической 400—1200 А), сеть не может выдерживать коротких замыканий, сопровождающих процесс сварки. Таким образом, источники сварочного тока должны иметь напряжение холостого хода не выше 80 В (достаточное для зажигания дуги, но безопасное для сварщика), противостоять короткому замыканию, иметь достаточную мощность для сварки на рекомендуемых режимах, а также устройства для регулировки тока дуги и соответствующую внешнюю характеристику (зависимость тока от напряжения). Источник должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги и устойчивое ее горение. Процесс сварки состоит в периодическом повторении: рабочего режима (горение дуги, сопровождающиеся образованием и ростом капли), короткого замыкания (при переходе капли в ванну; при этом ток резко возрастает); повторного зажигания дуги (после отделения капли напряжение возрастает и дуга вновь зажигается). Следовательно, источник должен обеспечивать возможность быстрого изменения напряжения и тока, т. е. обладать необходимыми динамическими свойствами. Таким образом, электрическая энергия подается в сварочную дугу от специального устройства – источника питания. Статическая вольтамперная характеристика дуги представлена на рис. 3.1. Рис. 3.1. Статическая вольтамперная характеристика дуги Кривую статической характеристики можно разделить на три области: падающую (1), жесткую (2) и возрастающую (3). Горение дуги в первой области отличается малой устойчивостью. Сварка дугой с жесткой статической характеристикой находит широкое применение в сварочной технологии, особенно при ручной сварке. Дуга с возрастающей статической характеристикой широко используется при автоматической и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах с применением тонкой сварочной проволоки. Электрические свойства источника также выражаются его внешней статической вольтамперной характеристикой. Внешняя статическая вольт-амперная характеристика источника питания может быть крутопадающей (а), пологопадающей (б), жесткой (в), и возрастающей (г) (рис. 3.2). При ручной сварке покрытыми электродами применяются источники питания постоянного и переменного тока с крутопадающей внешней характеристикой. При сварке под флюсом применяют источники постоянного и переменного тока с пологопадающей внешней характеристикой. При механизированной сварке в углекислом газе используют источники постоянного тока с жесткой внешней характеристикой. Источники питания с возрастающей внешней характеристикой применяются преимущественно при электрошлаковой сварке. Рис. 3.2. Внешние статические вольт-амперные характеристики источников питания Классификация, основные параметры и обозначение Основные параметры источников питания: номинальный сварочный ток IСВ, А (когда источник работает в оптимальном режиме); пределы регулирования тока; напряжение холостого хода UХХ; ВАХ источника; КПД; Cos  (коэффициент мощности); Источники питания классифицируются: по роду тока: ИП переменного тока (трансформаторы и однофазные генераторы повышенной частоты); ИП постоянного тока (выпрямители; генераторы постоянного тока, преобразователи и агрегаты). По способу установки: Стационарные; Передвижные; Встроенные. По назначению: Универсальные; Специальные. По количеству обслуживаемых постов: Однопостовые; Многопостовые. По видам сварки: Для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах; Для сварки под флюсом; Для сварки W-электродом; Для плазменно-дуговой сварки резки; Для ЭШС. По схеме подключения питающей сети: Однофазные; Трехфазные. Маркировка сварочного оборудования Российского производства: Первая буква маркировки сварочного оборудования обозначает тип: Т — трансформатор; В — выпрямитель; Г — генератор, У — установка; А –агрегат. Вторая буква обозначает вид сварки: Д — дуговая; П –плазменная. Третья буква обозначает способ сварки: Ф - под флюсом; Г – в защитных газах; У — универсальный для нескольких способов, Отсутствие буквы означает сварку штучными электродами. Четвертая буква дает дальнейшее пояснение назначения источника питания: М — для многопостовой сварки; И - для импульсной. Две цифры после букв и тире обозначают номинальный сварочный ток в сотнях ампер; в аппаратах ручной сварки — в десятках. Затем следует две цифры — регистрационный номер изделия. Дальнейшие буквы и цифры означают климатическое исполнение и категорию размещения: У – умеренный; Т – тропический; Хл-холодный. Категория размещения: 1 – открытый воздух; 2 – палатка или кузов автомобиля; 3 – помещение с естественной вентиляцией; 4 – помещение с искусственной вентиляцией; 5 – помещение с повышенной влажностью. Например: ТДФЖ – 2002 –У3 3.2. Трансформаторы: для ручной дуговой сварки штучными электродами; специализированные Сварочные трансформаторы преобразуют переменное сетевое напряжение 220 или 380 В в пониженное по условию безопасности менее 80 В (для источников переменного тока). Это наиболее простые и дешевые источники, широко применяемые при сварке. Регулировать сварочный ток трансформатора можно двумя способами: – изменением напряжения холостого хода; – изменением индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Первый способ основан на наличии в трансформаторе секционированных обмоток (рис. 3.3), соединяя и разъединяя которые, можно ступенчато регулировать напряжение холостого хода U2 и, как следствие, сварочный ток. При этом , где U1 - напряжение внешней сети; W1 - количество витков первичной обмотки, W2 - то же вторичной обмотки. Это, так называемое, грубое регулирование сварочного тока. Второй способ дает плавное регулирование сварочного тока путем перемещения по сердечнику подвижных обмоток (рис. 3.4), в результате чего изменяется индуктивное сопротивление трансформатора. В современных трансформаторах оба способа регулирования сварочного тока совмещаются в одной конструкции. Рис. 3.3. Схема трансформатора с секционированными обмотками Рис. 3.4. Схема трансформатора с перемещением обмоток Конструкции выпускаемых трансформаторов весьма разнообразны. В зависимости от способа регулирования тока эти трансформаторы можно подразделить на две группы - с механическим и электрическим регулированием. В первую группу входят устройства, связанные с применением подвижных обмоток и секций магнитопроводов. Во вторую - устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током и тиристорным регулированием. Трансформаторы для РДС Российского производства выпускаются по ГОСТ 95 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А. Трансформаторы ТДМ—165 и ТДТ—254 выпускаются в переносном исполнении с продолжительностью нагрузки ПН = 25% и предназначены для ремонтных и монтажных работ: трансформаторы ТДМ—317, ТДМ—401 и ТДМ—503 в передвижном исполнении с ПН = 60%—для работы в промышленности и строительстве. Трансформаторы ТДМ—317—1, ТДМ—401 —1, ТДМ—503—1 снабжены устройством снижения напряжения холостого хода, ТДМ—503—2 — косинусным конденсатором, ТДМ—503—3 — устройством снижения напряжения холостого хода и косинусным конденсатором, ТДМ—503—4 — возбудите­лем-стабилизатором горения дуги, позволяющим сваривать стали электродами с основным покрытием и неответственные соединения алюминиевых сплавов. Конструктивно трансформаторы серии ТДМ относятся к группе трансформаторов стержневого типа с подвижными обмотками. Для них характерны малый расход активных материалов, простота конструкции, высокие сварочные и энергетические показатели. Минимальную массу и широкие пределы ре­гулирования тока позволяют получать два диапазона регулирования. Трансформаторы для автоматической сварки под флюсом Российского производства выпускаются по ГОСТ 12 на номинальные токи 1000 и 2000 А.. Трансформаторы выпускаются в стационарном исполнении, рассчитаны на продолжительный режим работы; климатические исполнения — УЗ и Т4; степень защиты — 1Р21. Трансформаторы имеют жесткую внешнюю характеристику и предназначены для сварки на автоматах с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Трансформаторы выполнены с тиристорным регулированием, работают в режиме прерывистого тока и имеют импульсную стабилизацию повторного возбуждения дуги. Отличительные особенности сварочных трансформаторов по сравнению с другими источниками питания следующие: Наиболее простые и дешевые из сварочных аппаратов; Применяются для сварки деталей из обычных сталей. Трансформаторы PRIMARC (SAFФранция), Dallas и (CEBORAИталия) имеют встроенный термовыключатель для защиты от выхода из строя при перегреве. Трансформатор Русич – 200 имеет встроенный осциллятор для бесконтактного зажигания и стабилизации горения дуги, может использоваться в качестве источника тока для аргонодуговой сварки; диапазон напряжения питающей сети 180…230 В. Рис. 3.1. Внешний вид трансформаторов Российского производства 3.3. Выпрямители сварочные: для ручной дуговой сварки; универсальные и специализированные; многопостовые Постоянный ток имеет некоторые преимущества, в частности, дуга постоянного тока имеет более высокую устойчивость по сравнению с дугой переменного тока. В тех случаях, когда устойчивость оказывает заметное влияние на качество сварки, рекомендуется использовать источники постоянного тока. Из них наиболее совершенны сварочные выпрямители, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия (КПД), меньшую массу, более удобны в изготовлении и эксплуатации. Выпрямитель представляет собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основные элементы выпрямителя (рис. 3.7): силовой трансформатор 1 для понижения сетевого напряжения до необходимого при сварке значения; блок вентилей 2 для выпрямления переменного тока; стабилизирующий дроссель 3 для уменьшения пульсаций выпрямленного тока дуги 4. Если выпрямитель управляемый, то в схему входит дополнительный узел 6, содержащий систему управления вентилями. Для защиты выпрямителя от повреждений при аварийных режимах в его систему входит блок 5 защиты и сигнализации. Основной узел выпрямителя - выпрямительный блок - представляет собой набор вентилей, включенных по определенной схеме. В качестве силовых вентилей применяют селеновые и кремниевые полупроводниковые диоды и кремниевые управляемые вентили-тиристоры. Отечественные сварочные выпрямители имеют в основном трехфазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях используются трехфазная мостовая, двойная трехфазная схема с уравнительным дросселем или кольцевая схема выпрямления. В выпрямителях большой мощности диодное выпрямление во вторичном контуре сочетается с тиристорным регулированием по первичной стороне. В зависимости от числа сварочных постов, которые могут быть одновременно подключены к источнику, выпрямители подразделются на одно- и многопостовые. Рис. 3.7. Блок-схема выпрямителя Выпрямители для ручной дуговой сварки Российского производства выпускаются по ГОСТ 13821 на токи 200, 315, 400 А, ПН = 60% и имеют крутопадающие внешние характеристики. Выпрямители для механизированной сварки Российского производства выпускаются на ток 315 и 630 А, ПВ = 60 % и имеют пологопадающие внешние характеристики. Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Регулирование напряжения в выпрямителях ВДГ и ВСЖ плавно-ступенчатое. Плавное регулирование внутри ступени в выпрямителе ВДГ осуществляется дросселем насыщения, а в выпрямителе ВСЖ - трансформатором с магнитной коммутацией. В выпрямителях ВС регулирование ступенчатое переключением числа витков обмоток. Универсальные сварочные выпрямители типа ВДУ выпускаются для сил токов 500, 630 и 1250 А. Выпрямители имеют два вида внешних характеристик: полого- и крутопадающие. Выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601 выполнены на тиристорах по двойной трехфазной схеме выпрямления с уравнительным дросселем, а выпрямители ВДУ-1202 - по шестифазной схеме выпрямления с тиристорным регулированием по первичной стороне трансформатора. Выпрямители обеспечивают высокий уровень стабилизации напряжения и тока, дистанционное регулирование, простой переход с одного вида внешних характеристик на другой. Универсальные выпрямители MILLER (США) Назначение: дуговая сварка, резка и наплавка металлов штучными электродами; полуавтоматическая сварка электродной проволокой (совместно с дополнительными подающими механизмами Miller) и аргонодуговая сварка неплавящимся электродом на постоянном токе. Выпрямитель для импульсно-дуговой сварки (ВДГИ) обеспечивает питание сварочной дуги пульсирующим однополярным током, т. е. постоянным базовым током, на который периодически с частотой 50 или 100 Гц накладываются кратковременные импульсы тока. Выпрямитель входит в комплект полуавтомата ПДИ-304 для механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и нержавеющих сталей в среде аргона Многопостовые сварочные системы, в которых один многопостовый выпрямитель снабжает энергией несколько сварочных постов, получили применение в основном при ручной дуговой сварке. Выпрямители серии ВДМ с реостатным регулированием выполняются на кремниевых диодах и имеют жесткую внешнюю характеристику, что обеспечивает независимость работы отдельных сварочных постов. Для получения падающих характеристик и регулирования тока на каждом сварочном посту используют ступенчатый балластный реостат, Преимущества многопостовых систем связаны с небольшой первоначальной стоимостью оборудования, простотой обслуживания, высокой загрузкой и высокой экономичностью многопостового выпрямителя. Основной недостаток связан со значительными потерями энергии в реостатах, снижающих кпд сварочных постов. Источники со звеном повышенной частоты Освоение производства источников тока со звеном повышенной частоты - интенсивный путь совершенствования оборудования для дуговой сварки. Включение высокочастотного звена в структуру источников сварочного тока позволяет существенно снизить их массу и габариты, повысить кпд. и коэффициент мощности, обеспечить широкие пределы регулирования и хорошие сварочные свойства. Инверторный тиристорный источник ВДУЧ-301 с пологопадающими и крутопадающими внешними характеристиками — универсальный выпрямитель для механизированной сварки в среде защитных газов и для ручной дуговой сварки. Структуру источника можно представить состоящей из двух основных узлов - сетевого выпрямителя (СВ) и конвертерного преобразователя (КП). СВ выпрямляет напряжение сети, сглаживает пульсации входного напряжения, обеспечивает плавный заряд накопительного конденсатора при включении источника, контроль за величиной входного напряжения, отключение выпрямителя при аварийных режимах. КП преобразует выпрямленное напряжение в напряжение сварочного контура с гальванической развязкой контуров. В состав КП входит высокочастотный регулируемый инвертор, трансформаторно-выпрямительное устройство (ТВУ), работающее на высокой частоте, и выходной сглаживающий дроссель. Рис. 3.4. Вид выпрямителей Российского производства 3.4. Полуавтоматы для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом По способу защиты зоны дуги полуавтоматы имеют следующие исполнения: в активных защитных газах (Г) - применяются в цеховых условиях для сварки стальных конструкций сплошной и порошковой проволокой; в инертных газах (И) - применяются при изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов, легированных сталей, титановых сплавов и цветных металлов, толщиной более 0,8 мм; под флюсом (Ф) - широко применяются при сварке арматуры железобетонных конструкций; открытой дугой (О) с использованием порошковой или специальной легированной проволоки без дополнительной газовой защиты - применяются в монтажных условиях при изготовлении стальных и железобетонных конструкций. По способу регулирования скорости подачи электродной проволоки полуавтоматы классифицируют следующим образом: с плавным регулированием скорости подачи проволоки; со ступенчатым регулированием скорости подачи проволоки; с плавно-ступенчатым регулированием подачи проволоки. Плавное регулирование обеспечивается за счет изменения оборотов двигателя постоянного тока. Достоинства этой системы - малая масса механизма подачи и возможность дистанционного управления сварочным током. Ступенчатое регулирование скорости подачи проволоки обеспечивается переключением шестерен в коробке скоростей. Полуавтоматы этой группы применяются для работы на стационарных постах и в условиях массового производства, когда не требуется частого изменения режима сварки и перемещения оборудования. Главный параметр полуавтомата - номинальный сварочный ток. Отечественной промышленностью выпускаются полуавтоматы на токи 200, 315, 400, 500 и 630 А. В состав полуавтомата входят: механизм подачи проволоки, блок управления, комплект сварочных горелок, источник сварочного тока, газовая аппаратура, соединительные провода и шланги. В механизм подачи проволоки входят: двигатель с редуктором, роликовое устройство, кассета с тормозным устройством. На некоторых механизмах подачи размещают блок управления или отдельные элементы системы управления полуавтомата. Механизм подачи проволоки диаметром 0,8—1,4 мм рассчитывается из условия получения проталкивающего усилия 100 Н, механизмы для проволок диаметром 1,6 - 3,5 мм рассчитываются на усилие 200 Н. В большинстве полуавтоматов отечественного и зарубежного производства применяются двигатели мощностью 40 - 180 Вт. Системы управления полуавтоматами с питанием от напряжения дуги (полуавтоматы типа Л-547 и А-1230) или полуавтоматами с асинхронными двигателями более компактны и просты. Горелки для полуавтоматической сварки выпускаются на токи 125, 160, 200, 315, 400, 500 и 630 А. Для сварки в СО2 на токах до 500 А они выполняются с естественным воздушным охлаждением. Для тяжелых условий работы на токах 500 и 630 А, а также при сварке в аргоне на токах более 315 А горелки имеют водяное охлаждение. По характеру взаимного расположения корпуса и рукоятки различают горелки молоткового и пистолетного типа. Последние часто применяются для «мягких» проволок, порошковой проволоки большого диаметра, они удобны при сварке в вертикальном положении. Полуавтоматы с плавным регулированием скорости подачи проволоки разработаны на основе унифицированных узлов и блоков: электронный блок управления сварочным процессом БУСП-2, редукторный привод подачи проволоки, тормозные устройства и кассеты. Рис. 3.9. Внешний вид полуавтомата 3.5. Установки дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов Тема для самостоятельного изучения 3.6. Автоматы для дуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом (самоходные и подвесные) Автоматы для сварки плавящимся электродом классифицируются: по способу защиты зоны сварочной дуги - для сварки под флюсом, в защитных газах, без внешней защиты и универсальные, допускающие сварку несколькими способами; по способу перемещения вдоль шва - тракторного типа,подвесные и самоходные; по количеству электродов - одноэлектродные, многоэлектродные (несколькими изолированными токоподводами, от раздельных источников сварочного тока или расщепленным электродом от одного источника); по типу плавящегося электрода - для сварки электродной проволокой, ленточным электродом или стержнями; по роду тока - для сварки на постоянном и переменном токах. Автомат для сварки плавящимся электродом включает следующие основные узлы: механизм подачи электродной проволоки (ленты), токоподвод, механизмы настроечных или регулировочных перемещений, кассету с электродной проволокой, флюсовую или газовую аппаратуру, тележку, пульт управления, источник сварочного тока. Современные автоматы комплектуются системами слежения за линией шва. Автоматы тракторного типа Они предназначены для сварки стыковых и угловых соединений, перемещаются либо по свариваемому изделию (АДФ-1002) (рис. 3.10.), либо по рельсовым направляющим, укладываемым на свариваемое изделие или возле него (АДГ-602, АДФ-1202). Автомат АДГ-602 предназначен для сварки в защитных газах, а АДФ-1202 для сварки под флюсом на постоянном токе. Их конструкции во многом унифицированы. Они позволяют вести сварку как внутри колеи, так и вне ее на расстоянии до 200 мм. Размер колеи 295 мм. Конструкция позволяет корректировать в поперечном направлении положение электродной проволоки относительно стыка в пределах 60 мм. При сварке под флюсом положение электрода контролируется с помощью светоуказателя. Регулирование скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки плавное. Система регулирования частоты вращения двигателей позволяет жестко стабилизировать выбранные скорости Рис. 3.10. Сварочный автомат типа АДФ: 1 –светоуказатель; 2 – подающий механизм; 3 – флюсобункер; 4 – промежуточные ролики подачи сварочной проволоки; 5 – кассета с электродной проволокой; 6 – пульт управления; 7, 8 – маховики регулировки положения сварочной головки относительно сварного шва; 9 – рукояткиа для зацепления с приводом самоходной тележки; 10 – самоходная тележка; 11 –сварочная головка Автомат АДФ-1002 (ТС-17) предназначен для сварки под флюсом на переменном токе. Он имеет один асинхронный двигатель, соединенный как с редуктором механизма подачи электродной проволоки, так и с редуктором тележки. Такое кон­структивное решение позволило создать весьма компактный автомат. Скорость движения проволоки и скорость сварки ре­гулируются сменными шестернями. Подвесные самоходные автоматы и головки При сварке или наплавке крупных изделий, таких как балки, цилиндрические сосуды и валы, плоские секции, прямошовные и спиральношовные трубы, изделий с однотипными швами и многих других преимущественно в серийном и массовом производстве используются стационарные самоходные автоматы или подвесные сварочные головки. Обычно они входят в состав установок, включающих в себя, кроме собственного сварочного оборудования - автоматов и источников сварочного тока, еще и разные манипуляторы, кантователи, служащие для крепления и поворота свариваемых изделий, а также для перемещения изделий в направлении сварки. Серийно производятся подвесные самоходные сварочные автоматы и головки как общего назначения, так и специальные. Автомат А-1416 предназначен для однодуговой сварки под флюсом и состоит из следующих основных узлов: собственно сварочной головки, содержащей механизм подачи проволоки с правильным устройством, токоподводящий мундштук и устройство для защиты зоны дуги флюсом; подъемного механизма, позволяющего осуществлять механизированное перемещение подвесной сварочной головки на вертикальной штанге; флюсоаппарата, снабженного флюсоотсасывающим устройством эжекторного типа; самоходной тележки велосипедного типа, на которой закреплены узлы автомата и служащей для перемещения его вдоль свариваемого изделия с рабочей и маршевой скоростями. Скорости сварки и подачи электродной проволоки регулируются подбором сменных шестерен. Самоходный автомат А-1412 предназначен для двухдуговой сварки под флюсом переменным током и комплектуется двумя трансформаторами типа ТДФЖ-2002. Он конструктивно унифицирован с А-1416 и содержит те же основные узлы. Внешний вид базового унифицированного автомата А-1401, конструкция которого положена в основу при разработке автоматов А-1412 и А-1416, приведен на рис. 3.12. Рис. 3.12. Сварочный автомат типа А-1401: 1 – механизм подачи электродной проволоки; 2 – суппорт поперечной настройки; 3 – самоходная тележкиа; 4 – штанга; 5 – флюсоаппарат; 6 – касета с электродной проволокой; 7 – механизм подъема; 8 – светоуказатель; 9 – флюсоотсос Технические характеристики ряда автоматов приведены в табл. 3.8. Таблица 3.8. Технические данные автоматов Тип, марка Номиналь-ный сварочный ток, кА Диаметр электрод-ной проволоки, мм Скорость подачи проволоки, м/ч Источник питания Мас-са, кг Цена, руб. (1990 г) АДФ-1002 1,0 3,0 – 5,0 60 – 360 ТДФЖ–1002 45 2215 АДФ-1202 1,25 2,0 – 6,0 60 – 360 ВДУ–1201 78 2950 А-1412 2  1,6 2  (2–5) 17 – 553 ТДФЖ–2002 325 7180 А-1416 1,0 2,0 – 5,0 49 – 509 ВДУ–1202 365 5100 3.7. Автономные сварочные установки (сварочные агрегаты стационарные и передвижные) Тема для самостоятельного изучения 3.8. Робототехнические (автоматизированные) сварочные системы Тема для самостоятельного изучения 3.9. Оборудование для удаления сварочных газов и аэрозолей Тема для самостоятельного изучения 4. Характеристика рынка механического сварочного оборудования В комплект оборудования сварочного цеха современного машиностроительного завода или строительного предприятия входит оборудование двух видов: а) электротехническое, т. е. собственно сварочное оборудование, осуществляющее процесс сварки и его регулирование; в его состав входят сварочные головки, автоматы и полуавтоматы, сварочные трансформаторы и другие источники питания, контактные машипы и т. д.; б) механическое оборудование, с помощью которого осуществляются не сварочные операции: сборочные, транспортные, кантовочные, рабочее и установочное перемещение сварочных органов, различные вспомогательные операции. Сочетание, или агрегатирование, оборудования первого и второго видов позволяет получить комплексную механизированную установку или (при выполнении ряда последовательных операций) поточную сборочно-сварочную линию, состоящую из нескольких машин и установок, расположенных в технологической последовательности изготовле­ния сварного изделия и связанных общей системой межоперационного транспорта. Оборудование, предназначенное для установки и поворота свариваемых изделий, объединяет шесть типов, из которых первый тип представляют простейшие неповоротные устройства в виде стеллажей, плит, столов и пр. Эти неповоротные устройства предназначены для укладки изделий при сборке, сварке, отделке или правке. Более сложные поворотные устройства предназначены не только для первичной установки свариваемого изделия, но и для его оперативных поворотов при сборке, сварке, отделке, контроле и испытаниях. Это оборудование разделено по назначению на манипуляторы, позиционеры, вращатели, кантователи, роликовые стенды и поворотные столы. Обычные сварочные манипуляторы имеют две взаимно перпендикулярные оси поворота и предназначены для наклона изделий в удобное для сварки положение и вращения их со сварочной скоростью при автоматической, полуавтоматической и ручной сварке кольцевых швов. Для механизации вспомогательных работ в сварочном производстве применяются многокоординатные манипуляторы или автооператоры, которые автоматически выполняют необходимые транспортно-подъемные и вспомогательные операции при сборке и сварке изделий. Они применяются, главным образом, в механизированных и автоматических сборочно-сварочных линиях. Особую категорию составляют специальные манипуляторы, которыми сварщик или сборщик манипулирует, когда приходится вести дистанционную сварку или сборку, т. е. производить опера­ции сборки или сварки (или управлять ими) на расстоянии, например при сборке и сварке изделий в закрытых камерах с радиоактивной атмосферой. Позиционеры предназначены для поворота и вращения изделий относительно двух взаимно перпендикулярных осей с установочной (маршевой) скоростью, а также для наклона их в удобную позицию при сборке, сварке или отделке. Таким образом, позиционеры, в отличие от сварочных манипуляторов, не имеют регулируемой сварочной скорости вращения. Сварочные вращатели предназначены для вращения изделий со сварочной скоростью вокруг одной оси при автоматической, механизированной или ручной сварке кольцевых швов. Кантователи нужны для поворота (кантовки) изделий и установки их в удобное положение при сборке, сварке и отделке. Роликовые стенды применяются для вращения цилиндрических изделий со сварочной или маршевой скоростью при сборке, сварке, отделке, контроле и испытаниях сварных конструкций. Поворотные столы предназначены для вращения изделий с маршевой скоростью вокруг одной оси и установки их в удобную позицию для сборки, сварки или отделки. 4.1. Сварочные кантователи и вращатели: назначение, виды, классификация, обзор состояния выпуска В сварочном производстве кантователи служат для поворота (кантовки) и установки свариваемого изделия в удобную для сварки или сборки позицию без помощи цеховых кранов. Для этого они снабжены механизмами вращения (поворота или наклона), имеющими обычно одну установочную, нерегулируемую скорость. Сварочные вращатели предназначены дли сварки кольцевых швов и отличаются от кантователей тем, что имеют регулируемую скорость вращения, устанавливаемую с таким расчетом, чтобы окружная скорость изделия (точнее, его кольцевых швов) была равна заданной скорости сварки. Многие вращатели имеют также повышенную, маршевую скорость для быстрой установки изделия к начальную позицию. Типы и конструкции кантователей и вращателей в значительной мере определяются конструкциями свариваемого изделия и поэтому почти так же разнообразны, как и сами изделия. Однако общим для них является наличие трех обязательных элементов, из которых и составляется каждый кантователь или вращатель: • несущая фундаментная конструкция в виде одной или двух опорных стоек; • механизм вращения изделия вокруг горизонтальной или наклонной оси; • узел крепления свариваемого изделия (планшайба или центровые захваты, крепежные захваты, опорные башмаки, специальный стеллаж или крепежная плита и пр.). Кроме этих обязательных элементов некоторые кантователи и вращатели снабжаются механизмом подъема для расширения их эксплуатационных возможностей и удобства обслуживания. Одностоечные консольные кантователи и вращатели Одностоечные центровые кантователи (рис. 4.1.) представляют собой одну из наиболее распространенных разновидностей рассматриваемого оборудования по классу центровых кантователей . Консольный одностоечным кантователь с горизонтальной или наклонной осью вращения имеет шпиндель, на консольном хвостовике которого насажена крепежная планшайба 7 или какое-либо иное приспособление для крепления свариваемого изделия 8. Шпиндель приводится во вращение асинхронным электродвигателем 3 через редуктор 2 и зубчатую пару, ведомый венец 5 которой прикреплен к планшайбе. Привод сварочного вращателя, в отличие от кантователя, значительно сложнее, так как он должен обеспечивать большой диапазон регулируемых рабочих скоростей сварки. а б Рис. 4.1. Одностоечный кантователь: а – с горизонтальной осью вращения; б – с наклонной Одностоечные кантователи и вращатели имеют две особенности, ограничивающие область их применения. Первая особенность заключается в консольном одноупорном креплении изделия к планшайбе кантователя или вращателя. Это накладывает существенное ограничение на размеры свариваемого изделия, главным образом, на горизонтальный его размер, определяющий расстояние центра тяжести изделия от плоскости планшайбы, т. е. расчетный вылет консоли. При консольном креплении изделия чем больше его горизонтальный размер, тем больше грузовой изгибающий момент, действующий на шпиндель кантователя. Этот недостаток отсутствует в двухстоечных (двухопорных) кантователях. Второй особенностью, ограничивающей область применения одноосных кантователей, является отсутствие в них второй оси кантовки. Этими двумя особенностям определяется область возможного и целесообразного применения одностоечных консольных кантователей в зависимости от типа и габаритов свариваемых изделий. Такие кантователи удобны для сравнительно малогабаритных (по длине) и компактных сварных изделий со швами, которые можно установить в нужную позицию поворотом только вокруг одной оси - горизонтальной или наклонной. Преимуществом одностоечных (одноосных) кантователей является их простота и надежность, в частности, простота конструкции приводного механизма. В кантователях всех описываемых типов скорость вращения не регулируется и выбирается обычно в пределах от 4 до 8 об/мин в зависимости от габаритов свариваемого изделия. Чем меньше поперечные габариты изделия, тем больше можно выбирать частоту вращения кантователя, так как при малых габаритах окружная скорость изделия не будет чрезмерно высокой даже при сравнительно большой частоте вращения. Двухстоечные центровые кантователи Выше упоминалось, что недостатком одностоечных кантователей является консольное закрепление свариваемого изделия, вследствие чего длина этих изделий, а следовательно и вылет консоли, ограничены максимально допускаемым грузовым моментом кантователя. Этого недостатка лишены двухстоечные кантователи, в которых изделие опирается на две опоры по концам. На рис. 4.2. изображена конструктивная схема двухстоечного кантователя, составленного из двух опорных бабок: передней — приводной, в качестве которой использован одностоечный кантователь по рис. 4.1., а с добавлением шарнирного крепежного приспособления, и задней холостой подвижной бабки 10 с крепежным само устанавливающимся центром 9. Рис. 4.2. Конструктивная схема двухстоечного кантователя Бесцентровые кантователи К этому классу оборудования относятся кантователи, не имеющие физических центров или осей вращения в виде шпинделей или опорных цапф. Наиболее распространенными представителями этого класса являются кольцевые, цепные и роликовые кантователи. Кольцевые кантователи. Для сборки и сварки громоздких конструкций типа станин, объемных пространственных рам, дизельных блоков, овальных цистерн целесообразно применение кольцевых кантователей, которые одновременно являются и сборочными кондукторами. Такие кантователи-кондукторы обычно специализируются для какого-либо одного изделия в серийном производстве. Кантователь состоит из двух опорных колец, соединенных между собой станиной сборочного кондуктора. Так как подобные кольцевые кантователи - кондукторы в большинстве случаев являются специализированным оборудованием, то они не унифицированы и не выпускаются серийно в централизованном порядке. Поэтому их приходится проектировать и изготавливать в индивидуальном порядке, используя лишь нормализованные узлы привода и отдельные унифицированные сборочные устройства. Цепные кантователи. Для кантовки длинных балочных конструкций, профиль которых по своим внешним габаритам близок к квадрату или окружности, весьма удобны бесцентровые цепные кантователи. Они позволяют поворачивать свариваемую балку вокруг ее оси на 360°, т. е. являются полноповоротными. Цепной кантователь состоит из нескольких расположенных на ранных расстояниях опорных стоек 6 (рис. 4.3.), каждая из которых снабжена тремя ценными блоками 1, 4, 7. Рис. 4.3. Типовая стойка цепного кантователя Через эти блоки переброшена замкнутая бесконечная цепь 2. В верхней своей части цепь образует свободно провисающую петлю - гнездо. В эти петли - гнезда укладывается свариваемая балка 3. Один из верхних блоков выполнен в виде ведущей цепной звездочки 4. Так как ве-дущие звездочки всех стоек соединены общим приводным валом 5, то при вращении этого вала цепи на всех стойках кантователи приводятся в синхронное движение. При этом уложенная в них балка перекатывается по цепям и поворачивается вокруг своей горизонтальной оси. Для надежного направления цепи в нижний блок 7 в конструкции стойки предусмотрен специальный направляющий желоб 8, предохраняющий цепь от соскакивания с блока, особенно в порожнем состоянии кантователя. Привод кантователя может быть осуществлен и через нижние цепные звездочки стоек. В этом случае верхние блоки холостые, а все нижние звездочки соединяются общим валом, который приводится во вращение электроприводом кранового типа. 4.2. Манипуляторы и позиционеры: назначение, виды, обзор состояния выпуска Под сварочным манипулятором понимается такое механическое устройство, с помощью которого осуществляются повороты, наклон и вращение изделия со сварочной скоростью при автоматической и полуавтоматической сварке круговых швов или при наплавке цилиндрических и конических поверхностей. Манипулятор выполняет также функции кантователя для установки изделия в положение, удобное для сварки всех швов в лодочку, или в горизонтальное положение. Универсальные сварочные манипуляторы построены по одному принципу и поэтому их конструкции сходны между собой. Этот принцип основан на том, что манипулятор, снабженный крепежной планшайбой или плитой, имеет две взаимно перпендикулярные оси, вокруг которых планшайба с закрепленным на ней изделием может поворачиваться или наклоняться. Одна из них является осью вращения планшайбы и представляет собой шпиндель манипулятора, а другая - горизонтальная и ей перпендикулярная - является осью наклона планшайбы на угол до 90 - 135°. Привод планшайбы обеспечивает регулирование числа ее оборотов в необходимых для сварки пределах, т. е. обеспечивает сварочное вращение изделия при сварке круговых швов с заданной скоростью. В приводе нередко предусматривается также переключение на маршевую, установочную скорость вращения. Позиционеры, в отличие от манипуляторов, не рассчитаны на сварочное вращение изделия и предназначены только для установки и поворота (кантовки) изделия в удобную для сварки позицию. Таким образом, их можно было бы отнести к категории двухосных кантователей, поскольку поворот (кантовку) изделия можно производить относительно двух взаимно перпендикулярных осей. В конструктивном отношении позиционеры отличаются от манипуляторов главным образом тем, что в них отсутствуют устройства для регулирования скорости вращения планшайбы. Повороты вокруг обеих осей позиционера осуществляются только с установочной, маршевой скоростью. В связи с этим электросхема и привод позиционера значительно проще по сравнению с приводом м­нипулятора, особенно если учесть, что при автоматической сварке на манипуляторе его электросхема и привод вращения планшайбы должны быть сблокированы со сварочной аппаратурой и органами управления всей сварочной установки, чего не требуется для позиционеров. С точки зрения комплексной механизации существенное преимущество манипуляторов перед позиционерами заключается в их более высокой степени механизации, так как манипуляторы выполняют не только вспомогательные операции по кантовке изделия, но и одну из основных сварочных операций — вращение изделия во время сварки круговых швов. По своему назначению сварочные манипуляторы можно разделить на две основные группы: • универсальные манипуляторы общего назначения, в которых типоразмеры свариваемого изделия ограничены лишь массой и габаритами, • специализиронаниые, предназначенные для сварки однотипных изделий массового или серийного производства. Универсальные манипуляторы выпускаются разных типоразмеров, отличающихся между собой грузоподъемностью, размерами планшайбы и величиной допускаемых моментов - грузового (опрокидывающего) и вращающего, вызываемого дисбалансом изделия. На рис. 4.4. представлена схема простейшего сварочного манипулятора легкого типа Т-25М, получившего широкое распространение в промышленности. Он позволяет вращать изделие со сварочными скоростями от 0,3 до 1 м/мин при диаметре изделия от 0,25 до 0,9 м и массе до 1000 кг. Рис. 4.4. Сварочный манипулятор Т-25М: 1- станина; 2 – механизм наклона; 3 – поворотная траверса; 4 – планшайба; 5 – механизм вращения планшайбы; 6 – сменные шестерни. Компоновка приводного механизма обеспечивает положение оси наклона планшайбы, которая не пересекается с ее осью вращения, как в других манипуляторах, а скрещивается с ней. Вследствие этого грузовой (опрокидывающий) момент достигает своего минимального значения не при горизонтальном положении планшайбы, а при наклонном. В некоторых случаях это является преимуществом, так как позволяет увеличить грузоподъемность манипулятора. На рис. 4.5. изображен сварочный манипулятор У-191М тяжелого типа грузоподъемностью до 20 т. Скорость вращения планшайбы может регулироваться в пределах 0,24—0,006 об/мин, причем изменение ее осуществляется плавным регулированием частоты вращения двигателя постоянного тока в четыре раза и, кроме того, переключением четырехступенчатой коробки скоростей приводного механизма. Указанный диапазон регулирования скоростей вращения обеспечивает возможность изменения скорости сварки (или наплавки) в пределах 0,2—1 м/мин при диаметре свариваемого или наплавляемого изделия и шва 2—4 м. Скорость наклона планшайбы не регулируется и равна 0,068 об/мин, что соответствует времени наклона на 90° 3,7 мин. Рис. 4.5. Универсальный сварочный манипулятор тяжелого типа У-191М. Рассматриваемая конструкция манипулятора удовлетворяет трем условиям рациональной компоновки его механизмов: а) последнее кинематическое звено механизма вращения выполнено в виде червячной передачи, обеспечивающей плавность вращения планшайбы; б) ось наклона расположена симметрично относительно планшайбы в) привод механизма вращения установлен стационарно, что улучшает условия его работы и надежной смазки первых быстроходных передач, в том числе коробки скоростей 4. Следует заметить, что из трех перечисленных условий лишь первое можно считать обязательным. Что же касается второго и третьего условий, то их выполнение хотя и желательно, но не обязательно, тем более, что выполнение этих условий достигается ценой существенного усложнения конструкции механизмов. В частности, в данной конструкции оно повлекло за собой появление паразитных передач в механизме вращения и пустотелых цапф в осях наклона манипулятора 11. В манипуляторах большой грузоподъемности механизмы вращения и наклона можно выполнять в более простом конструктивном оформлении, если отказаться от третьего условия и установить весь привод вращения (в том числе и электродвигатель) на наклоняющейся части манипулятора. 4.3. Роликовые стенды: назначение, виды, обзор состояния выпуска Для вращения цилиндрических и конических изделий во время сварки или наплавки широко применяются роликовые стенды, монтируемые из роликоопор - приводных (ведущих) и холостых. Расположение роликоопор может быть самым разнообразным в зависимости от назначения и потребностей завода. Типичные схемы роликовых стендов представлены на рис. 4.6. Рис. 4.6. Схемы роликовых стендов: 1 – холостые роликоопоры; 2 – электропривод; 3 - приводные роликоопоры; 4- упорный торцовый ролик. В схеме 1стенд имеет два ряда роликов: один ведущий, а другой холостой. Ведущие ролики насажены на общий приводной вал и снабжены резиновыми грузошинами для увеличения силы сцепления с вращаемым изделием (котлом, барабаном и пр.). Если центр тяжести изделия не совпадает с его продольной осью, т. е. осью вращения, то сцепное усилие на ведущих роликах может оказаться недостаточным для вращения изделия, вследствие чего возможно буксование роликов. Поэтому для изделий с эксцентрично расположенными весами следует применять роликовые стенды по схеме 2. В схеме 2 все ролики приводные, ведущие и снабжены резиновыми грузошинами. Сцепное окружное усилие стенда вдвое больше, чем у стенда по схеме 1, но он сложнее, поэтому необходимость его применения в каждом отдельном случае надо обосновать расчетом на буксование. По сравнению со схемой 1 рассматриваемая схема обладает еще одним недостатком, заключающимся в том, что смонтированные но ней стенды не допускают или сильно затрудняют изменение расстояния между двумя рядами роликов и тем самым снижают возможный диапазон диаметров свариваемых изделий, а следовательно, и степень универсальности стендов. В стендах по схеме 1 расстояние между рядами роликов легко изменяется с помощью передвижных или, что еще проще, перекидных роликоопор. При значительном эксцентриситете нагрузки может оказаться, что сцепное усилие стенда будет недостаточно даже при схеме 2. В таком случае приходится либо отбалансировать изделие (хотя бы частично), либо устроить сверху нажимные ролики для увеличения давления на ведущие ролики, либо, наконец, вовсе отказаться от применения роликового стенда, заменив его другим вращателем с жестким захватом. Для вращения конических или ступенчатых цилиндрических барабанов, набранных из обечаек разного диаметра, роликовые стенды по схемам 1 и 2 непригодны, так как имеют одинаковую окружную скорость на всех ведущих роликах, между тем как окружная скорость конических или ступенчатых барабанов разная на разных диаметрах. Для таких барабанов и изделий следует применять роликовые стенды по схеме 3. Они имеют только два ведущих ролика, расположенных в одной поперечной плоскости, остальные ролики — холостые. Для сварки конических или ступенчатых барабанов одного типоразмера стенды можно монтировать и по схемам 1 или 2, но при этом ведущие ролики стенда должны иметь разный диаметр. Подбор этих диаметров производится из условия равенства окружных скоростей ролика и барабана. Стенды для конических барабанов должны снабжаться торцовым упорным роликом 4, предохраняющим барабан от осевого сдвига при вращении. Типовые роликовые стенды по схемам 1 – 3 монтируются из унифицированных роликоопор, приводных и холостых, выпускаемых в централизованном порядке. Типаж этих роликоопор предусматривает семь моделей для каждого типа роликоопор. Модели отличаются между собой грузоподъемностью в пределах от 0,25 до 16 тс на роликоопору. 4.4. Колонны для сварочных автоматов, тележки веслосипедные: назначение, виды, технические характеристики, обзор состояния выпуска. Тема для самостоятельного изучения 4.5. Столы сварщика: назначение, виды, технические характеристики, обзор состояния выпуска Тема для самостоятельного изучения 4.6. Выбор механического сварочного оборудования. Технико – экономическое обоснование, сравнительные критерии для выбора оборудования Тема для самостоятельного изучения БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной Конструирование и расчет механического сварочного оборудования/ Севбо П.И._ Киев.: Наук. думка, 1978.-400 с. Оборудование для дуговой сварки: Справоч. пособие /Под ред. В.В.Смирнова. -Л.: Энергоатомиздат, 1986. -65с. Оборудование сварочного производства. Рынок продукции: Каталог.- Кн.1.-М.: Машиностроение. 1995.- 120 с. Промышленное оборудование: Каталог. Выпуск 2// АО «Техноиндустрия», 2003 г, 120 с. Промышленное оборудование: Каталог. Выпуск 9// Промышленная группа «Дюкон», 2003 г, 97 с. Сварочное оборудование и материалы: Каталог/Под ред. Островского О.Е., Смирнова А.Х., Филатова В.П., Жукова Д.В. 2002, 64 с Технологические лазеры: Справочник: Т1. Расчет, проектирование и эксплуатация/ Под общ. Ред. Г.А. Абильсиитова. - М.: Машиностроение, 1991.-432 с. Дополнительный 8. Все для сварки// Каталог ЗАО «ЭЛМИД – техно», г. Москва, 2004 г, 48 с. 9. Гаврилюк. В.С. Лазеры и технологические лазерные установки. // Технология металлов. - 2000. - № 10. - С. 42-45. 10. Гаврилюк. В.С., Иванов Н.Л., Богданов А.В. Лазеры и технологические лазерные установки. // Технология металлов. - 2001. - № 1. - С. 34-47. 11. Рынок гидрорежущего оборудования в России и других республиках бывшего СССР// http://www.cfin.ru/press/practical