Назад: 4.7. Технология
изготовления ортотропных панелей
5. РАМНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
5.1. Технологические особенности изготовления
Рамы представляют собой объемную пространственную
конструкцию, предназначенную для соединения отдельных деталей и механизмов в
единый агрегат, машину, станок. Назначение рамных конструкций и условия их
эксплуатации определяют основные рекомендации к разработке технологии
изготовления сварных рам. Рассмотрим их более подробно.
Жесткость конструкции является одним из главных
требований, предъявляемым к рамам. В связи с этим сварные рамы часто включают в
себя балки Н-образного и коробчатого сечения, подкрепленные во многих местах
ребрами жесткости. В связи с этим характерным для рамных конструкций является
большое число относительно коротких швов, расположенных в различных
пространственных положениях. Отсюда вытекают следующие технологические
рекомендации:
· Для соединения деталей целесообразно назначать
полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа или смеси газов, а в случае
большого удаления швов друг относительно друга – ручную дуговую сварку покрытым
электродом.
· Значительные размеры рам по ширине заставляют
применять специальные меры, облегчающие доступ к месту сварки. Для этой цели
используют кантователи с подъемными центрами (рис.5.1), который при кантовке
поднимает раму, что обеспечивает ее поворот, а при сварке опускает для обеспечения
доступа к швам; передвижные подъемные площадки для сварщиков (рис.5.2),
поднимающие сварщика на необходимую для удобства сварки высоту или располагают
позиционер в специальном углублении так, чтобы сварку производить на уровне
пола (рис.5.3), а кантовку в приямке ниже уровня пола.
Рис.5.1. Кантователь с подъемными центрами
Рис.5.2. Кантователь с подъемной площадкой для сварщика
Рис.5.3. Размещение кантователя в приямке ниже уровня пола
Требуемая высокая точность взаимного расположения
отдельных узлов и деталей рамы, обусловленная тем, что на рамах располагаются
различные механизмы.
Наиболее простой технологический прием обеспечения
точности заключается в назначении операции механической обработки после сварки
всего изделия. При производстве крупных рам эта рекомендация во многих случаях
не выполнима, так как некоторые детали располагаются в труднодоступных для
механической обработки местах. Кроме того, назначение механической обработки
только после сварки требует увеличения припусков, что повышает трудоемкость
изготовления. Окончательная механическая обработка до сварки значительно
сокращает трудоемкость сборки рамы, но предъявляет более высокие требования к
точности взаимного расположения деталей при сборке.
Как правило, при сварке сложных по конструкции рам не
представляется возможным учесть остаточные деформации и, следовательно,
механическая обработка всего изделия неизбежна. Поэтому наибольшее
распространение получил следующий прием: предварительная механическая обработка
заготовок с минимально необходимым припуском, облегчающая взаимное фиксирование
деталей при сборке, и окончательная механическая обработка после сварки.
Наиболее часто проблемы возникают в тех случаях, когда
на раме размещаются втулки и корпуса подшипников.
Их взаимное фиксирование при сборке и сварке
осложняется тем, что возникающие сварочные деформации могут привести к перекосу
осей деталей и заклиниванию фиксирующего элемента. Решением этой проблемы может
быть применение фиксаторов с раздвижными кулачками. В качестве примера на
рис.5.4 показано устройство для взаимного фиксирования положения втулок с
пересекающимися осями.
Рис.5.4. Устройство для взаимного центрирования двух втулок с пересекающимися осями
На корпусе 6 размещены две оправки – для фиксирования
вертикальной оси 5 и горизонтальной 7, причем последняя установлена на корпусе
пневмоцилиндра 11, что позволяет перемещать ее в горизонтальном направлении и
обеспечивает возможность удаления конструкции из сборочного приспособления
после сварки.
Оправки имеют раздвижные кулачки 2 и 9, расположенные
радиально в одной или двух плоскостях (обычно по три в каждой плоскости). При
движении поршней 4 и 10 конусы 1 и 8 раздвигают кулачки в радиальном
направлении и фиксируют положение втулок. После сварки пневмопривод перемещает
конуса в обратном направлении, а пружины 3 возвращают кулачки в исходное
положение, освобождая детали от закрепления. Именно благодаря выдвижным
кулачкам удается добиться требуемой точности взаимного позиционирования деталей
и обеспечить возможность свободного удаления детали из приспособления после
сварки.
Для рамных конструкций важна стабильность размеров
конструкции в процессе эксплуатации. Большая жесткость конструкции и
насыщенность сварными швами создает предпосылки к накоплению остаточных
сварочных напряжений.
Их перераспределение при механической обработке или
под действием эксплуатационных нагрузок может привести к недопустимым
деформациям конструкции и изменению размеров между осями деталей, размещаемых
на раме. Это явление особенно заметно при использовании низколегированных
сталей, когда изменение размеров вызывает распад аустенита в шве и околошовной
зоне. Для стабилизации размеров, рекомендуется назначать перед механической
обработкой высокий отпуск для снятия напряжений. Для рамных конструкций
достаточно эффективным методом стабилизации размеров является вибрационная
обработка изделия после сварки. Ее суть состоит в следующем: на раму, закрепленную
на опорах, устанавливают вибратор и возбуждают колебания рамы с частотой,
близкой к резонансной. Обычно вибратор представляет собой не сбалансированную
вращающуюся массу с приводом от двигателя постоянного тока для обеспечения
возможности регулирования частоты колебаний. В тех случаях, когда отдельные
участки рамы имеют разные резонансные частоты, виброобработку производят
отдельно, устанавливая вибратор на различные участки рамы.
Основными параметрами вибрационной обработки являются
амплитуда и время (длительность) вибронагружения. Чем выше амплитуда переменных
напряжений, тем интенсивнее происходит релаксация остаточных напряжений.
Необходимо отметить, что слишком высокие амплитуды переменных напряжений и
большая продолжительность виброобработки могут стать причиной усталостных повреждений
сварных конструкций.
Вибрационная обработка не приводит к полному снятию
остаточных напряжений, но существенно повышает показатели размерной
стабильности. При правильно выбранных режимах относительное снижение остаточных
напряжений при виброобработке на первой резонансной частоте составляет 40…45 %,
на второй - дополнительно 10…12 %, на третьей, четвертой и пятой – 5…8 %.
В настоящее время накоплен большой опыт использования вибрационной
обработки сварных рам, станин, оснований, поперечин, металло- и
деревообрабатывающих станков и машин. Весьма эффективным оказалось
использование стабилизирующей виброобработки при изготовлении крупногабаритных
деталей для тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения.
Внедрение виброобработки при изготовлении около 1 тыс. т сварных конструкций
позволяет сэкономить на одном станкостроительном заводе около 1 млн. кВт-ч
электроэнергии и в десятки раз сократить цикл стабилизирующей обработки.
По сравнению с термической обработкой сокращаются капитальные затраты в
10…12 раз.
Следующая группа технологических рекомендаций, обусловлена тем, что
рамные конструкции могут работать под действием динамических нагрузок и,
следовательно, технологический процесс должен предусматривать мероприятия,
направленные на повышение усталостной прочности сварных соединений. К числу
таких мероприятий относятся следующие:
·
выполнять угловые
сварные соединения в положении «в лодочку»;
·
проводить
механическую обработку швов, с целью устранения концентраторов напряжений;
·
применять
оплавление участка перехода от шва к основному металлу неплавящимся электродом
в аргоне (наложение галтельных валиков) для получения плавного очертания
контура шва;
·
проводить
обработку (наклеп) участка перехода от шва к основному металлу сварного соединения
ультразвуковым ударным или многобойковым инструментом для создания в
поверхностных слоях остаточных напряжений сжатия.
При разработке технологии изготовления рамных
конструкций существенным является оптимальный выбор последовательности
сборочно-сварочных операций. Полное завершение сборки до начала сварки
оказывается целесообразным только при изготовлении рам малых по размеру и несложных
по конструкции. В большинстве случаев предпочтение отдают поузловой сборке с
последующей общей сборкой. Это позволяет упростить технологию сборки и сборочно-сварочную
оснастку, улучшает доступность мест сварки, позволяет в процессе изготовления
чередовать сварку и механическую обработку. Кроме того, при последующей сборке
появляется возможность компенсировать деформации, появившиеся при сборке и
сварке отдельных сборочных единиц.