ТЕХНОЛОГИЯ, МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (С.А.Куркин) - часть 6

 

2. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО (ЛИСТЫ 13 ...22) 

ПОЯСНЕНИЯ К ЛИСТАМ 13... 22 

ОПЕРАЦИИ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 

Отливки, кованые и штампованные заготовки обычно поступают на сварку в виде, не требующем 

дополнительных операций. Технологический процесс заготовки деталей из проката начинается с подбо-
ра металла по размерам и маркам стали и может включать следующие операции: 

правку, разметку, резку, обработку кромок, гибку и очистку под сварку. 
Правка (листы 13, 14). Листовой прокат требует правки в том случае, если металлургический за-

вод поставляет его в неправленом виде, а также если деформации возникли при погрузке, разгрузке или 

транспортировании. Наиболее часто встречаются следующие виды деформации (лист 13, рис. I): а - вол-
нистость, б - серповидность в плоскости, в - местные выпучины, г - заломленные кромки, д - местная по-
гнутость, е - волнистость поперек части листа. 

Правка осуществляется путем создания местной пластической деформации и, как правило, произ-

водится  в  холодном  состоянии.  Чтобы  избежать  значительной  потери  пластических  свойств,  значение 
относительного остаточного удлинения ∆ (рис. 2, а, в) наиболее деформированных волокон обычно огра-
ничивают площадкой текучести (рис. 2, а, б). Например, для стали СтЗ допускают ∆ при холодной прав-

ке  до 1 % и  при холодной  гибке  до 2 %. Исходя из  этого,  ограничивают  ход толкателя  при правке  на 
прессах и радиус валка при правке в вальцах. Листоправильные вальцы (рис. 3) могут иметь пять и бо-

лее  валков.  Правка  достигается  в  результате  изгиба  и  растяжения  путем  многократного  пропускания 
листов между верхним и нижним рядами валков. По такой же схеме работают углоправильные вальцы 
для правки уголков (рис. 4, 10). 

В случае необходимости создания более значительных деформаций (рис. 2, в) правка и гибка стали 

должны производиться в горячем состоянии. Нередко правке в вальцах подвергают сварные заготовки 
из двух или нескольких листов, сваренных стыковыми швами. Для ограничения совершаемой пластиче-

ской деформации зоны сварного соединения усиление сварного шва должно быть минимальным, иначе 
усиление рекомендуется удалять. 

Для тонких листов лучшие результаты получаются при правке растяжением (рис. 5, 6). Растяжение 

полос и листов с целью правки можно выполнять или на прессовом оборудовании с помощью приспо-
соблений (рис. 7), или на специальных растяжных машинах (рис. 9). Быстродействующий захват такой 

машины показан на рис. 8. Лист 2 роликом 7 направляется в щель между клиновыми зажимами 4, ос-
танавливается опусканием верхнего ролика 3 и зажимается подачей подвижных клиньев зажима влево. 

Саблевидность листовой и широкополосной стали (искривление в плоскости) поддается правке в ог-

раниченной степени. 

Правка  двутавров  и  швеллеров  производится  на  правильно-гибочных  прессах  кулачкового  типа. 

Прокатный  профиль  2  (лист 14, рис. 11) изгибается  между  опорами  1  толкателем  3,  причем  величина 
прогиба регулируется перемещением опор 2 (рис. 12) с помощью штурвалов 1. 

Правку  мелко-  и  среднесортного  и  профильного  проката  производят  на  роликовых  машинах  (см. 

лист 13, рис. 10), работающих по той же схеме, что и Листоправильные. Для крупносортного проката, 
например двутавров и швеллеров, такой способ используется только для правки в плоскости меньшего 
момента  сопротивления.  В  другой  плоскости  крупносортный  прокат  правят  на  правильно-гибочных 

прессах (см. лист 14, рис. 12) кулачкового типа путем изгиба. 

Разметка. Индивидуальная разметка трудоемка. Наметка более производительна, однако изготов-

ление  специальных  наметочных  шаблонов  не  всегда  экономически  целесообразно.  Оптический  метод 
позволяет вести разметку без шаблона по чертежу, проектируемому на размечаемую поверхность. 

Применение разметочно-маркировочных машин с пневмокернером обеспечивает скорость размет-

ки до 10 м/мин при точности ± 1 мм и допускает использование программного управления. Использо-
вание приспособлений для мерной резки проката, а также газо-резательных машин с масштабной фо-
токопировальной  системой  управления  или  программным  управлением  позволяет  обходиться  без  раз-

метки. 

Резка и обработка кромок (листы 14 ... 17). 
 Резка листовых деталей с прямолинейными кромками из металла толщиной до 40 мм, как правило, 

производится на гильотинных ножницах (лист 14, рис. 1,а) и пресс-ножницах  (рис. 1. б). Разрезаемый 
лист 2 заводится между нижним 7 и верхним 4 ножами до упора 5 и зажимается прижимом 3. Верхний 
нож,  нажимая  на  лист,  производит  скалывание.  При  длине  отрезаемого  элемента 1 ...4м  погрешность 

размера обычно составляет ± (2, 0 ... 3, 0) мм при резке по разметке и ± (1, 5 ... 2, 5) мм при резке по 
упору.  Прямой  рез  со  скосом  кромки  под  сварку  можно  получить,  используя  специальные  ножницы 
(рис. 1, в). При включении гидроцилиндра 1 качающийся ножедержатель 3 поворачивается сначала во-

круг оси 6, закрепленной в детали 5, обеспечивая прямой рез с помощью ножа 9. Когда упор 2 ноже-
держателя упирается в выступ детали 5, детали 3 и 5 поворачиваются совместно вокруг оси 4, и нож 10 

 

совершает рез на скос. На первом этапе деталь 5 неподвижна, так как ее выступ прижат прижимом 7 к 

регулируемому упору 8. На втором этапе прижим отжимается, разрешая поворот относительно оси 4. 

Дисковые ножницы (рис. 2, а) позволяют осуществлять вырезку листовых деталей с непрямолиней-

ными кромками толщиной до 25 мм. Для получения листовой заготовки заданной ширины с параллель-

ными  кромками  дисковые  ножи  целесообразно  располагать  попарно  на  заданном  расстоянии  друг  от 
друга (рис. 2,6). 

Двухдисковые одностоечные ножницы с наклонными ножами (рис. 3) предназначены для прямоли-

нейной, круговой, фигурной резки и скашивания кромки под сварку. Применяя специальный инстру-
мент, их можно использовать для отбортовки и гибки. Резку можно производить как от края листа, так 
и из середины. Установка состоит из двух отдельных станков: приспособления 1  для зажима листа по 

центру вырезаемого круга и станка 2 с дисковыми ножами. Вращение ножей (дисков) 8, закрепленных 
на валах, осуществляется от электродвигателя 4. Нижняя головка перемещается с помощью червячной 
передачи  5.  Вертикальное  перемещение  верхнего  диска  осуществляется  электродвигателем  3.  Зажим 
листа в приспособлении для круговой резки производится от электродвигателя 7. Радиус резки устанав-

ливается перемещением приспособления электродвигателем 6. 

Для поперечной резки фасонного проката применяют пресс-ножницы с фасонными ножами (лист 

15, рис. 4, 5) или дисковые пилы. В некоторых случаях применяют резку гладким диском или с исполь-

зованием трения, или контактно-дуговым оплавлением. 

Производительным  является  процесс  вырубки  в  штампах.  При  номинальных  размерах  деталей 1 

...4м отклонения могут соответственно составлять ± (1,0 ... 2,5) мм. 

При резке листов на механических ножницах большие трудовые затраты обычно связаны с подачей 

листа к ножам и с уборкой отходов. Оснащение ножниц комплексом механизмов, управляемых одним 
оператором, позволяет исключить тяжелый ручной труд  (рис. 6). Захват листа, его разворот и укладку 

на подающую тележку 5 осуществляют с помощью универсального портального манипулятора 8, имею-
щего колонну 7 с траверсой б, снабженной вакуумными или электромагнитными захватами. Уложенный 
на холостой роликовый конвейер 2 лист с помощью прижимов 4 крепится к механизму подачи 3. Само-
ходная тележка 5 по рельсам 9 подает лист к ножам 1,. после чего механизмом 3 производится точная 
установка листа. При резке по разметке или с помощью указателя, скользящего по масштабной линейке, 

управление  ножницами  и  механизмом  подачи  осуществляется  оператором  с  пульта  управления.  При 
резке  по  упору  партии  одинаковых  деталей  процесс  может  быть  полностью  автоматизирован.  Подача 
листа  отключается  конечными  выключателями.  Отрезанные  детали  собирают  в  тележку,  подталкивае-

мую под ножницы. Перед обрезкой кромок тележку откатывают, и обрезки падают в приямок, откуда 
механизм сталкивает их в бункер. 

Разделительная термическая резка менее производительна, чем резка на ножницах, но более уни-

версальна и применяется для получения стальных заготовок как прямолинейного, так и криволинейного 
очертания при широком диапазоне толщ ин. Наряду с газопламенной кислородной резкой (рис. 7, а) все 
шире применяют плазменно-дуговую резку (рис. 7, б) струёй плазмы между водоохлаждаемым электро-

дом 2 и изделием 1. Этим способом можно обрабатывать практически любые металлы и сплавы. Исполь-
зование в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха дает не только экономические, но и техно-
логические преимущества, так как наряду с весьма высоким качеством реза обеспечивается значитель-

ное  повышение  скорости  резки,  особенно  при  вырезке  заготовок  из  сталей  малой  и  средней  толщины 
(до 60 мм). Недостатком воздушно-плазменной резки является насыщение поверхностного слоя кромок 
азотом, что способствует образованию пор при сварке. Поэтому зачастую необходимо кромки подвер-

гать механической обработке или зачистке стальной щеткой. 

Расширяется применение лазерной резки (рис. 7, в). Большей мощностью обладают газовые техно-

логические лазеры непрерывного действия, В активной зоне А газового квантового генератора 5 между 

зеркалом  6  и  полупрозрачным  зеркалом  4  получают  монохроматическое  когерентное  излучение  элек-
тромагнитных волн, которое направляют зеркалом 3 и фокусируют оптической системой 2 на поверх-
ность разрезаемого изделия /. Преимущества лазерной резки — чрезвычайно малая ширина реза (доли 
миллиметров), возможность резки материала малой толщины (от 0,05 мм). 

Для резки профильного металла применяют иногда электроконтактную резку (рис. 7, г). Резка про-

исходит в результате возникновения периодических электрических разрядов между разрезаемой дета-
лью 3 и вращающимся электродом 2, присоединенным к источнику питания 1. Метод эффективен при 

резке труднообрабатываемых материалов. 

Ручную и полуавтоматическую резку листов производят обычно по разметке, авто магическую — с 

помощью  копирных  устройств  (рис. 8), по  масштабному  чертежу  или  на  машинах  с  программным 

управлением. 

Газо-резательные машины с масштабной дистанционной фотокопировальной системой управления 

и  программным  управлением  более  производительны.  Несущая  часть  прямоугольно-координатных  ма-

шин, работающих с этими системами копирования, может быть портально-консольной (лист 16, рис. 9, 
а - г) или портальной (рис. 9, д). Установки имеют несущую часть 1, копирное ведущее устройство 2, ко-
пирный  стол  3  и  инструмент  4,  режущий  обрабатываемый  лист 5. В  качестве  режущего  инструмента 

может быть использован резак для резки кислородной струёй или плазменной дугой. 

Пример  портальной  машины  приведен  на  рис. 10. Машина  имеет  портал  3,  перемещающийся  от 

привода 7 по рельсовому пути 1. На портале имеются два поворотных трехрезаковых блока б для скоса 

 

кромок под сварку и отдельные машинные резаки 4, закрепленные на суппортах, перемещающихся по-

перек рельсового пути по направляющим 5. Управление движением резаков производят, используя фо-
токопировальную систему или программное устройство. Машины портального типа позволяют обраба-
тывать листы 2 толщиной до 100 мм с габаритами до 3200 Х 16000мм. 

Фотокопирование  производится  по  копирному  чертежу  (рис. 11), выполненному  в  масштабе 1:10. 

Закрепленная на копировальной части машины фотоэлектрическая головка имеет в своем корпусе ос-
ветитель, создающий световое пятно 2 (рис. 12) на поверхности чертежа, перемещающееся или прямо-
линейно (рис. 12,а), или по окружности 3 (рис. 12, б, в) относительно широкой (рис. 12, д, б) или узкой 
(рис. 12, в) линии 1 чертежа.  

Импульсное фотокопирование осуществляется следующим образом  (рис. 13). Свет от лампы 8 при 

помощи зеркала 2 направляется на чертеж через линзу 1, эксцентрично закрепленную на валу злекро-
двигателя 4. В результате вращения линзы на поверхность чертежа проецируется световое пятно, пере-
мещающееся по окружности и пересекающее линию чертежа 2 раза за один оборот. Свет, отраженный 
от чертежа, попадает на фотоэлемент 9. Освещенность, а вместе с ней и ток фотоэлемента, в момент пе-
ресечения точкой линии чертежа резко падают. Возникающие при этом импульсы напряжения оказы-
ваются сфази-рованными с переменным напряжением сети, причем фазы импульсов зависят от поло-
жения линии чертежа относительно траектории светового пятна. Эти импульсы напряжения подаются 
на усилитель 7 и тиратронный блок 6. Разностный ток двух тиратронов управляет двигателем 5 поворо-
та фотоголовки 3, направляя световое пятно по линии чертежа. Смещение резака происходит синхрон-
но со смещением фотоголовки. 

Применение  ЭВМ  позволяет  отказаться  от  изготовления  копирных  чертежей  и  непосредственно 

управлять перемещением резаков. Контуры деталей, задаваемые в виде математических функций или 
через координаты отдельных точек, выводятся на экран графического дисплея. Компоновка деталей в 
пределах  масштабного

  контура  листа  также  производится  на  экране  дисплея  и  записывается  в  виде  рабочей 

программы для  машины  термической  резки.  Затем  производят  контурное  вычерчивание  карты  раскроя  (лист 17, 
рис. 14) на чертежном устройстве, подключенном к ЭВМ. В программу вводится также режим резки, порядок обхо-
да контура детали и траектории перехода с контура одной на контур другой детали. Нанесение маркировки на вы-
резаемых деталях и линий последующей гибки программируется аналогичным образом. 

Подготовка кромок под сварку (рис. 15) может производиться двумя резаками 1, 2 при одностороннем скосе с 

притуплением и тремя резаками 1, 2, 3 при двустороннем скосе (рис. 16). 

Строжка или фрезеровка кромок на станках обычно производится в следующих случаях: 1 — для образования 

фасок, имеющих сложные очертания; 2 — если технические условия требуют обработки кромок после резки нож-
ницами; 3 - для обеспечения точных резмеров детали; 

4 — для  улучшения  поверхности  некоторых  сталей  повышенной  прочности  после  ручной  газовой  резки.  При 

строжке длинных кромок листов большого размера применяют кромкострогальные станки (рис. 17), для обработки 
торцов - торцефрезерные станки (рис. 18). При обработке на кромкострогательном станке (рис. 17) лист 3 уклады-
вают на столе 1 до упора 2 и крепят прижимами б. Обработка кромки производится резцом 4, закрепленным в го-
ловке 5, перемещающейся по направляющим вдоль кромки. 

Обработка  кромок  листа  3  (рис. 18), закрепленного  прижимами 2 стола  1  на  торцефрезерном  станке,  произ-

водится  фрезой  4,  вращаемой  головкой  б,  которая  перемещается  вдоль  кромки  листа  по  горизонтальным  направ-
ляющим. Торцефрезерный станок имеет механизм 5 вертикального перемещения фрезы, что позволяет производить 
обработку торца деталей различной конфигурации. 

Гибка (листы 18 ... 20).  

Холодную гибку листовых элементов толщиной до 60 мм для получения цилиндрических и конических поверх-

ностей  осуществляют  на  листогибочных  вальцах  с  валками  длиной  до 13 м.  При  вальцовке  в  холодном  состоянии 
отношение  радиуса  изгиба  к  толщине  листа  ограничивают  допустимой  величиной  создаваемой  пластической  де-
формации. Так, если для низкоуглеродистых и низколегированных сталей это отношение оказывается меньше 25, 
то обычно вальцовку рекомендуют производить в горячем состоянии. 

При гнбке в вальцах концевой участок а листа (лист 18, рис. 1,а) остается почти плоским. Ширина этого участ-

ка при использовании трехвалковых вальцов определяется расстояниями b между осями валков (рис. 1, б) и может 
составлять 150 ... 200 мм и более. В четырехвалковых вальцах несвальцованным остается только участок шириной 
(1 ... 2) s (где s — толщина листа), зажатый между средними валками (рис. 1, в). Более правильное очертание конце-
вого участка листа может быть получено или путем калибровки уже сваренной обечайки, или путем предваритель-
ной подгибки кромок под прессом (рис. 2, а), или на листогибочных вальцах с толстым подкладным листом 1 (рис. 
2,б),  согнутым  по  заданному  радиусу.  После  подгибки  кромок  лист  устанавливают  в  гибочные  вальцы,  выверяют 
параллельность оси вала и кромки листа и начинают гибку со средней части листа (рис. 1, г). Использование двух-
валковых гибочных вальцов с эластичным полиуретановым покрытием нижнего валка позволяет устранить необхо-
димость в дополнительной операции подгибки кромок при вальцовке обечаек из листов толщиной до 6 мм. Упругое 
покрытие  обжимает  листовую  заготовку  вокруг  жесткого  верхнего  валка  (рис. 1, д)  и  обеспечивает  равномерный 
изгиб по всей длине. 

Примером  универсального  оборудования,  позволяющего  изготовить  различные  по  размерам  обечайки,  служит 

установка для свободной гибки (рис. 3, а, б, в). Заготовку обечайки зажимают в струбцинах, установленных на спе-
циальных  тележках,  одна  из  которых  неподвижна,  а  вторая  движется  по  направлению  к  первой.  Одновременное 

 

движение тележки и поворот струбцин вокруг собственной оси позволяют получить обечайку заданной цилиндри-
ческой формы. На рис..4 представлены возможные дефекты гибки обечаек: перекос кромок (рис. 4, а), перегиб обе-
чайки (рис. 4, б), конусность (рис. 4, в), бочкообразность с выпуклой (рис. 4, г) или вогнутой (рис.4,д) образующими. 

При гибке листов в нагретом состоянии листы деформируются под действием силы тяжести, отстающая от лис-

та окалина попадает между листом и валком и портит поверхность металла. Исключить эти недостатки можно при-
менением вертикальных листогибочных машин (рис. 5), на которых гибка листа производится между цилиндриче-
ским валком 7 (рис. 5,а) и боковыми опорами 2, расстояние l между которыми можно менять. Гибка производится 
периодически при движении опор к цилиндрическому валку. Затем опоры отводятся назад, валок 1 поворачивает-
ся, перемещая лист на величину ∆ l (рис. 5,б), и производится изгиб следующего участка (рис. 5, в). 

При большой толщине листа обечайки изготовляют из двух половин штамповкой в нагретом примерно до 1000 

°С состоянии. Гибка заготовок производится на гидравлическом прессе в несколько переходов. Сначала осуществ-
ляется предварительная гибка на 1/3 высоты (рис. 6, а), затем — полная гибка с выдержкой в течение 2 ... 3 мин 
под  давлением  (рис. 6, б).  Траверса  поднимается,  выдвигаются  продольные  брусья  и  производят  окончательную 
гибку полуобечайки (рис. 6, в). 

Сечения, получаемые продольной гибкой из листа или полосы, чрезвычайно разнообразны. Для изделий круп-

носерийного и массового призводства заготовки требуемой формы поперечного сечения целесообразно заказывать 
на металлургических заводах, имеющих цехи гнутых про

филей с высокопроизводительным специальным обо-

рудованием. Если число одинаковых деталей недостаточно велико, холодную гибку из листа можно про-
изводить  на  кромкогибочных  станках  и  прессах  (рис. 7, 8). Кромкогибочные  прессы  позволяют  гнуть 

листы толщиной до 18 мм и длиной до 5 м. Схемы работы и последовательности гибки различных про-
филей приведены на рис. 7, 8. 

На зигмашинах (лист 19, рис. 9, а ... е) осуществляют гибку кромок, закатку соединений кромок и 

рельефную  формовку  тонколистовых  заготовок  толщиной  до  4  мм  двумя  вращающимися  роликами, 
профиль которых зависит от производимой операции. 

Гнутые профили экономичнее профилей проката. Их применение дает большую экономию металла. 

Поэтому гнутые профили широко используют в различных конструкциях, вагоностроении, автомобиле-
строении и других отраслях промышленности. 

Гофрирование  (рис. 10) повышает  жесткость  листов.  При  гофрировании  гибкой  (рис. 10, а)  попе-

речные  кромки  листов  теряют  плоскую  форму,  что  затрудняет  присоединение  их  к  другим  элементам 
конструкции. При гофрировании штамповкой, если выступы на поверхности листов получают  вытяж-
кой, кромки остаются  плоскими (рис.10, 6). 

При  холодной гибке профильного  проката и  труб используют  роликогибочные машины и трубоги-

бочные  станки.  Роликогибочные  машины  имеют  сменные  фасонные  ролики  с  ручьями,  соответствую-
щими профилю изгибаемой заготовки. Гибка в роликах аналогична гибке в валках листовых заготовок. 

Сортогибочные  машины  выполняются  трехроликовыми  симметричными  (рис. 11, в),  трехроликовыми 
асимметричными (рис. 11, б) и четырех роликовыми. В трубогибочных машинах (рис. 11, в) труба 1 за-
жимается между зажимом 2 и шаблоном 3 и изгибается при вращении шаблона и зажима. 

При  гибке  труб  и  профилей  иногда  возникают  трудности,  связанные  с  нарушением  формы  попе-

речного  сечения. В  этом  случае  целесообразно  использовать  специальные гибочные  станки с  индукци-
онным  нагревом  непрерывно  перемещаемой  и  изгибаемой  заготовки  (рис. 12). Ограничение  зоны  на-

грева  со  стороны  выхода  из  индукторов  (рис. 12) достигается  охлаждением  водой.  Узкий  де-
формируемый участок, нагретый до 1000 °С, заключенный между жесткими холодными частями заго-
товки, обладает малым сопротивлением пластическим деформациям и повышенной устойчивостью, что 

предотвращает образование гофров в зоне сжатия. 

При гибке с индукционным нагревом изгибаемая заготовка 3 (рис. 12) закрепляется в каретке 2 и 

направляющих роликах 4, упираясь в упор 1. Гибка производится гибочным роликом 5 при перемеще-

нии заготовки кареткой и нагреве ее на узком участке индуктором 6. На таких станках можно выпол-
нять гибку различных профилей, устанавливая нужные направляющие и гнущие ролики (рис. 13). 

На рис. 14 (лист 20) показан трубогибочный станок с индукционным нагревом трубы, содержащий 

следующие  основные  узлы:  механизм  продольной  подачи  1,  каретку  зажима 2, устройства  3  и 5 для 
поддержания трубы, механизм 6 перемещения нажимного ролика, трансформатор 4 с индуктором. 

Формообразование с использованием взрывчатых веществ 1 (рис. 15, а) и воды в качестве переда-

точной среды позволяет изготовлять как небольшие детали 2 сложной формы, так и крупногабаритные с 

практически неограниченными размерами. Электрогидравлический способ формообразования (рис. 15, 
б) использует ударную волну, образующуюся при электрическом разряде между электродами 1 в жидкой 
среде. Энергия формовки легко дозируется, установки бесшумны и безопасны. 

Холодная  листовая  штамповка  обеспечивает  высокую  точность  и  производительность,  меньшую 

массу сварных конструкций и применяется для изготовления деталей из листов толщиной до 10 мм. Ос-

новными видами холодной штамповки являются вырубка (рис. 16, а), пробивка отверстий, гибка — од-
но-угловая (рис. 16, б) и двух угловая (рис. 16, в), вытяжка (рис. 16, г) и формовка (рис. 17). Для изго-
товления  листовых  деталей  (рис. 17, в)  с  отбортовкой  применяют  приемы  формовки,  показанные  на 

рис. 17, а, б. Деталь 1 формуют с помощью эластичного пуансона 2 из резины и матрицы (формоблока) 
из текстолита и других дешевых материалов.