содержание .. 10 11 12 13 ..

ТЕХНОЛОГИЯ, МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (С.А.Куркин) - часть 12

При плазменной порошковой наплавке (рис. 8) горелка имеет три сопла: 3 — для формирования

плазменной струи, 4 — для подачи присадочного порошка, 5 — для подачи защитного газа. Один ис-

точник тока служит для зажигания дуги осциллятором 2 между электродом и соплом, а другой источник

тока формирует плазменную дугу прямого действия, которая оплавляет поверхность изделия и плавит

порошок, подающийся из бункера 6 потоком газа. Изменяя ток обеих дуг устройствами 1, можно регу-

лировать количество теплоты, идущей на плавление основного металла и присадочного порошка и, сле-

довательно, долю металла в наплавленном слое.

На рис. 9 приведена конструкция порошкового питателя с дозирующим устройством черпающего

типа. Ступенчатое изменение расхода порошка производят сменой черпающих дисков 2, отличающих-

ся по толщине. К тройнику 1 подается инертный газ, который заполняет бункер с порошком и облегчает

транспортирование порошка в сварочную ванну. Из корпуса дозирующего устройства порошок посту-

пает в инжектор 3, а затем в зону сварочной ванны.

При индукционной наплавке нагрев поверхности изделия осуществляется индуктором 3 (лист 43,

рис. 10). Электродная проволока 1, расплавляющаяся в индукторе 2, поступает к месту наплавки. Такой

способ нашел применение при наплавке клапанов двигателей внутреннего сгорания и других деталей.

Газопорошковая наплавка позволяет упрочнять детали сложной конфигурации слоем минимальной

толщины (0,1 ... 0,3 мм) почти без разбавления основным металлом. Для наплавки используют специ-

альные горелки (рис. 11). Порошок из бункера под действием силы тяжести и инжектирующего дейст-

вия кислородной струи поступает в пламя и на наплавляемую поверхность. Наплавку ведут грану-

лированным самофлюсующимся порошком системы хром—бор—никель. Газопорошковую наплавку

применяют в основном при ремонтных работах, для восстановления и упрочнения автотракторных де-

талей, штампов, матриц и др. Большие возможности предоставляет электрошлаковая наплавка. Неко-

торые приемы гакой наплавки на плоские и цилиндрические поверхности показаны на рис. 12 ... 15.

Для многократного использования расплавленного шлака разработан процесс непрерывной горизон-

тальной электрошлаковой наплавки деталей с постоянной шлаковой ванной (рис. 16). Электрод подает-

ся в шлаковую ванну 1 и, расплавляясь, заполняет углубление, образованное заготовкой 4 и стенками

формирующих устройств (кристаллизаторов) 3. Шлаковик 2 неподвижен, а детали в формах периодиче-

ски перемещаются.

Наплавка с совмещенной шлаковой ванной осуществляется при окунаний изделия 3 (рис. 17) в рас-

плав металла, находящийся в кристаллизаторе 5 под шлаковой ванной. Кольцевой греющий электрод 4

поддерживает шлак в расплавленном состоянии в шлаковике 1. После наплавки одной детали в шлако-

вую ванну опускается плавящийся электрод 2, который обеспечивает наличие расплавленного металла в

кристаллизаторе 5. На рис. 18 представлена наплавка с шлаковым котлом, в котором расплавленный

шлак 7 поддерживается в форме б. При опускании электрода 5 вниз часть шлака переливается в сосед-

нюю форму 1, изолированную прокладкой 4, где осуществляется расплавление электрода 3. После нако-

пления металла электрод удаляется и в форму опускается наплавляемая деталь 2. Аналогично наплавке

деталей, изображенной на рис. 16, осуществляется электрошлаковая отливка деталей (рис. 19).

Для покрытия поверхности заготовок сплавом другого состава используют наплавку окунанием в

расплав. Предварительно детали 3 (лист 44, рис. 21) нагревают индуктором 2 в расплавленном флюсе 1

для растворения пленки окислов

на детали. Затем детали переносят и окунают в расплавленный сплав

5, находящийся во втором тигле 4. При погружении заготовки 7 (рис. 20) в сплав 2 пленка флюса 3 от-

деляется от поверхности и всплывает, а сплав намораживается на заготовку.

При индукционно-шлаковой наплавке расплавление присадочного металла 1 (рис. 22) осуществляет-

ся индуктором 2. Разогрев шлака 4 происходит при протекании тока между графитовым тиглем 5 и

графитовым электродом б. Наплавляемая поверхность детали 3 облицовывается жидким металлом.

Электроконтактная наплавка проволокой применяется для ремонта цилиндрических деталей с глад-

кой поверхностью (рис. 23, а) и по заранее проточенной резьбе (рис. 23,6). Канавки на изношенной по-

верхности детали 2 (рис. 24) можно получить электромеханической высадкой резцом I, присоединен-

ным к трансформатору, с одновременной приваркой проволоки 3, придавливаемой роликом 4. Элек-

троконтактным способом можно наплавлять детали и порошком (рис. 25). Электроконтактная наплавка

используется при изготовлении фрез и ленточных пил, у которых наплавляется режущая кромка.

Напыление позволяет восстанавливать изношенную поверхность при минимальном термическом

воздействии на деталь. Расплавление проволок или порошка осуществляется дугой, плазмой или газо-

вым пламенем. Для более прочного сцепления металлизированного слоя с основным металлом иногда на

поверхности цилиндрических деталей нарезают резьбу, а по краям наплавки делают замки (рис. 26). На

рис. 27 показана схема газопорошкового напыления. После напыления порошка слоем 0,1 ... 5,0 мм

производят оплавление покрытия, которое получается гладким и беспористым. На рис. 28 (лист 45) по-

казан вариант крепления изделий при напылении.

На рис. 29 ... 42 представлены варианты ремонта и изготовления различных деталей наплавкой. За-

плавка изношенных отверстий соединительных муфт производится сваркой под флюсом на остающей-

ся подкладке (рис. 29). Тормозной шкив из стали 35Л перед наплавкой по краям облицовывается прут-

ками 1 (рис.30) для предупреждения отекания металла и флюса. Первый слой наплавляется сплошной

проволокой для выравнивания изношенной поверхности. Второй слой, наплавленный порошковой про-

волокой, обеспечивает нужную твердость. Третий слой, наплавленный сплошной проволокой,- позволя-

ет легко обработать поверхность шкива.

При наплавке зубчатых колес применяют сплошную наплавку слоя после срезки изношенных зубьев

(рис. 31, а) или наплавляют каждый зуб, применяя стальные вставки (рис. 31, б). Для крепления колес 1

(рис. 32) при наплавке можно применить конусные гайки 3, перемещающиеся на винте 2.

Для наплавки контактной поверхности большого конуса 1 (рис. 33) доменной печи успешно приме-

няется печная наплавка композиционного сплава. В зазор между технологическим кольцом 5 и телом

конуса 7 засыпают зерна релита 4, сверху в контейнер укладывают припой 3 и герметизируют внутрен-

нее пространство приваркой крышки 2. При нагреве в печи при температуре 1150 °С внутреннее про-

странство вакуумирует-ся, припой плавится, пропитывает зерна релита и соединяет их с основным ме-

таллом. После наплавки кольцо и контейнер удаляют при механической обработке.

Конус 2 большого размера (рис. 34) армируют предварительно наплавленными композиционными

плитами 7, укрепляя их болтами и обваривая по периметру. Поверхность швов 3 облицовывают компо-

зиционными сплавами.

Для деталей 1 (рис. 35) загрузочных устройств доменной печи, имеющих сложную конфигурацию,

применяют армирование рабочей поверхности плоскими трубами 2, предварительно наплавленными

композиционным сплавом в печи методом пропитки. Внутреннюю полость труб 2 предварительно за-

полняют металло-керамическим дробленым сплавом 4 и пропитывают припоем в печи. Трубы на по-

верхности уложены с зазором 20 мм в направлении, перпендикулярном движению шихтовых материа-

лов, и приварены швами 5, поверхность которых облицована композиционным сплавом 3.

Наплавка жидким присадочным металлом высокопроизводительна. Нагретая до высокой темпера-

туры деталь 7 (рис. 36) помещается в литейную форму 4 и заливается жидким металлом 3. Поверхность

детали перед наплавкой зачищается и покрывается тонким слоем флюса 2.

Для формирования жидкого металла при однопроходной групповой наплавке лопастей 1 (лист 46,

рис. 37) бетоносмесителя порошковой лентой 2 устанавлен медный водоохлаждаемый кокиль 3. После

наплавки детали разбивают по местам соприкосновения. Аналогично наплавляют зубья (рис. 38) ковша

экскаватора. Упрочнение тарельчатых ножей (рис. 39, а) торфяных машин производится электрокон-

тактной наплавкой высоколегированного металлического порошка на поверхность ножей. Режущая

кромка получается трехслойной (рис. 39, б): слой 1 определяет износостойкость; закаленный слой 2 —

прочность и исходный слой 3 — вязкость металла ножа. На рис. 39, в приведена принципиальная схема

процесса, а на рис. 39, г показано взаимное расположение деталей.

Широко применяется наплавка клапанов двигателей внутреннего сгорания плазменной дугой, ин-

дукционным способом (рис.40) и дугой в вакууме (рис.41).

При расплавлении индуктором (рис. 40, а) кольца 3, установленного на клапане 1 через прослойку

флюса 4, жидкий металл 5 (рис. 40, б) "намораживается" при охлаждении клапана струями воды, пода-
ваемой из резервуара 6 (рис. 40, в). При наплавке в вакууме дуга расплавляет кольцо 1 (рис. 41). Жид-
кий металл 3 удерживается медной формой 2.

Наплавка внутренних поверхностей втулок 1 (рис. 42, а, б) может быть выполнена центробежным

способом при расплавлении порошка 2 индуктором 3 (рис. 42, а) или дугой, горящей между угольными
электродами 3 (рис.42,б).

СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Элементы сборочных приспособлений (листы 47 ... 56).
Сборочная операция имеет целью обеспечение правильного взаимного расположения деталей, кото-

рое задается упорами (лист 47, рис. 1, а ... л), установочными пальцами (рис. 1,м ... т), призмами (рис. 1,
у), ложементами (рис. 1, ф). Фиксация ферромагнитных деталей может осуществляться и электромаг-

нитными устройствами (лист 48, рис. 9), позволяющими задавать требуемый угол между собираемыми
деталями. Сборка осуществляется винтовыми (лист 47, рис. 2 ... 4; лист 48, рис. 5), клиновыми (рис. 6, а
... г), эксцентриковыми (рис. 6, д, е), рычажными (рис. 7), вакуумными (рис. 8) и электромагнитными
(рис.9; лист 49, рис. 10,11,а.. е) устройствами. Усилие, развиваемое электромагнитным прижимом, мо-

жет достигать 25 ... 30 кН. Для сборки изделий в единичном производстве применяются специальные
стеллажи и стенды (рис. 12). Стеллажи служат для грубой установки средних и крупных изделий при
сборке, сварке, отделке, правке и контроле.

Проектирование и изготовление специальных приспособлений для сборки и сварки каждого изде-

лия в условиях единичного и мелкосерийного производства экономически нецелесообразно, однако из-

готовление сварных узлов без технологической оснастки приводит к повышению их стоимости и сниже-
нию точности сборки. В этом случае целесообразно применение универсальных сборно-разборных при-
способлений, применяемых в сварочном производстве (СРПС).

Комплект СРПС состоит из универсальных плит (рис. 13, а) с Т-образными продольными и попереч-

ными пазами и типовых конструктивных элементов (рис. 13, б ... е). Общая плита собирается из отдель-
ных плит с размерами 750 Х 1500 мм. Общий размер такой плиты определяется габаритными размера-

ми собираемых узлов. Разработанный Научно-исследовательским и проектно-тех-нологическим инсти-
тутом машиностроения (г. Краматорск) комплект СРПС включает базовые детали (рис. 13, б) — плиты и
угольники, являющиеся основаниями, на которых размещаются элементы универсальных прис-

пособлений: корпусные детали (рис. 13, б), подкладки и опоры, составляющие каркас приспособлений;
фиксирующие элементы (рис. 13, в) - упоры, призмы, опоры, фиксаторы, домкраты; прижимные эле-
менты (рис.

13. г) - прижимы, струбцины, распорки, стяжки, планки для закрепления деталей; установочные

детали (рис. 13, д) — шпонки для фиксации элементов универсальных приспособлений; крепежные де-
тали (рис. 13, ё) — болты, шпильки, гайки, шайбы, сухари.

Пример сборки деталей на СРПС представлен на рис.

14. а... д (лист 50). Показаны: изделие — рама (рис. 14,д), схема базирования деталей при сборке

рамы (рис. 14, б), детали СРПС, используемые для сборки (рис. 14, г), плиты (рис. 14, d) и компоновка
СРПС при сборке рамы (рис.14,в).

Другим примером универсального приспособления является конструкция продольных балок стапе-

лей, показанная на рис. 15, в, которая обеспечивает быстросменное надежное крепление и универсаль-
ность узлов (рис.

15. б, в) при минимальном числе их типоразмеров и возможность осуществления различных вари-

антов их компоновок. Колонны таких приспособлений (рис. 15, г) и крепление к ним продольных балок
также могут быть нормализованы.

На рис. 16, а, б приведены конструкции опорных узлов зажимных устройств.

Привод зажимных устройств может быть различный:
пневматический, гидравлический, электромеханический и др. Пневмопривод быстродействен, дис-

танционно управляем, позволяет производить зажатие детали одновременно в нескольких точках.

Пневмоцилиндр одностороннего действия (рис. 17,а,в) возвращается в исходное положение пружиной, у
пневмоцилиндра двустороннего действия (рис. 17, б, г) обратный ход осуществляется подачей сжатого
воздуха во вторую камеру. Способы крепления пневмоцилиндров (лист 51, рис. 18, а... в) выбирают в

зависимости от конструктивной схемы зажимного приспособления. В случае зажима вращающихся де-
талей подвод воздуха к вращающемуся пневмоцилиндру осуществляется через муфту поворотного при-
способления (рис. 19). Обычно пневмоцилиндры работают от заводской воздушной сети, в которой под-

держивается давление 0,4 ... 0,6 мПа.

Если для зажатия деталей достаточны небольшие перемещения штока (до 40 мм), целесообразно

применять диафрагменные приводы (пневмокамеры) одностороннего (рис. 20) или двустороннего (рис.

21) действия. Они проще и дешевле, более долговечны, чем пневмоцилиндры.

Гидропривод (рис. 22) применяется в тех случаях, когда требуется создать значительные усилия,

превышающие в 10 раз и более усилия, получаемые при пневмоприводе. В гидроцилиндрах создаются

большие давления, поэтому они имеют меньшие диаметры поршня.

Пневмогидропривод (лист 52, рис. 23) обеспечивает по сравнению с пневмоприводом выигрыш в

силе, пропорциональный квадрату отношения диаметров гидравлического цилиндра 2 и плунжера 1.

Пневмоцилиндры могут быть встроены в корпус приспособления (рис. 24). Уплотнение штока и ци-

линдра в пневматических и гидравлических устройствах можно осуществлять резиновыми уплотни-

тельными кольцами прямоугольного и круглого сечения (рис. 25 ...27), манжетными кольцами (рис.

28,29) и др. Различные варианты соединения поршня со штоком и уплотнений поршня и штока показа-

ны на рис. 28 и 29.

Пневмопривод часто применяют в сочетании с рычажными (лист 53, рис. 30, а ... з) и клиновыми

(рис. 31, а ... г) устройствами, что позволяет получать большие усилия зажатия.

При проектировании приспособлений с клиновыми зажимами необходимо иметь в виду, что при ма-

лых углах подъема клина происходит заклинивание, и усилие разжима превышает усилие прижима. По-

этому соединение штока с самотормозящим звеном выполняют с зазором (рис. 32), что создает при

разжиме ударное действие, увеличивающее силу расклинивания.

Для крепления деталей по отверстию используют разжимные патроны (рис. 33) или центрирующие оп-

равки.

Центрирующая пневматическая оправка (рис. 35) применяется для центрирования и поджима заго-

товки по отверстию. При помощи штока 1 к корпусу 2 прикреплен поршень 3, относительно которого

сжатым воздухом смещается корпус пневмоцилиндра 7 с оправкой. Ввод оправки в отверстие детали и

вывод осуществляются с помощью этого цилиндра. Разжим кулачков 4 происходит при движении

поршня другого пневмоцилиндра //.

Крепление деталей с наружными цилиндрическими поверхностями можно осуществлять цангами

(рис. 34) или пневматическими патронами (лист 54, рис. 36). Плоские детали можно крепить с помощью

пневматических тисков (рис. 37). Пневмоприжимные устройства с гибким шлангом (рис. 38) позволяют

существенно уменьшить габариты приспособления с большим числом клавишных прижимных элемен-

тов. Они широко применяются для прижатия тонких листов к подкладке. Устройство с пневмо-

ялангами на рис. 38 позволяет приближать стыкуемые кромки друг к другу при прижатии их к под-

кладке. Примеры крепления деталей с отверстиями посредством устройств, имеющих убирающиеся

внутрь и не мешающие съему деталей зажимные элементы, приведены на рис. 39,д... е.

Варианты применения различных устройств в сборочных приспособлениях даны на рис. 40, д ... н ...

44, а... е (листы 55,56).

Компоновка сборочно-сварочных приспособлений. (листы 57, 58).

Манипуляторы служат для установки и наклона изделия в удобное для сварки положение и враще-

ния изделия при сварке. Манипуляторы могут быть (лист 57, рис. 1):

а — консольные, б - карусельные, в, г — консольные с частичным и полным уравновешиванием относи-

тельно оси наклона, д — карусельные с вертикальным подъемом, е - карусельные с радиальным подъе-

мом, ж — ры-чажно-секторные, з, и — карусельные с частичным и полным уравновешиванием относи-

тельно оси наклона.

На рис. 2 дан общий вид одного из манипуляторов грузоподъемностью 5000 кг. Возможные схемы

установки изделия на манипуляторе приведены на рис. 3, а ... в, плечевой манипулятор — на рис. 4.

Для крепления сварочных головок применяют тележки (рис. 5, а ... г) различных типов.

Комплекс оборудования, включающий сварочный аппарат и механическое оборудование, обеспечи-

вающее крепление свариваемого изделия и перемещение сварочного аппарата или изделия со скоро-

стью сварки, называют сварочной установкой. В зависимости от назначения установки для сварки мо-

гут быть разделены на установки для сварки прямолинейных швов при изготовлении балок, колонн,

плоских секций и т.д. (рис. 6, а ... в и лист 58, рис. 7, а, б) установки для сварки круговых и кольцевых

швов при изготовлении колес, шкивов, труб, сосудов и других изделий (рис. 7, в ... з).

Для увеличения зоны обслуживания полуавтоматов применяют консольную подвеску подающих ме-

ханизмов полуавтоматов (рис. 8).

РОБОТЫ

Кинематические схемы (листы 59 ... 64).

Поточные методы обеспечивают высокую производительность и проще поддаются автоматизации.

Однако поточные методы применимы к серийному производству, доля которого при изготовлении

сварных изделий невелика. Кроме того, оснащение автоматических линий требует создания специаль-

ного оборудования, проектирование и изготовление которого занимают много времени и трудно под-

даются модернизации при изменении выпускаемого изделия.

Развитие работотехники обещает более универсальный путь автоматизации, включая и мелкосерий-

ное производство, потому что при смене изготавливаемой детали можно использовать тот же робот, из-

менив программу его работы. Применение роботов позволит повысить качество изделий, освободить

человека от однородной, утомительной работы, перейти на трехсменную работу. Хотя создание роботов

и их серийное производство также требуют больших усилий, однако здесь нет такого разнообразия, как

при создании специальных агрегатов автоматических линий. Робототехника, по-видимому, станет ос-

новным направлением развития автоматизации сварочного производства и экономии живого труда.

Наиболее просто роботизации поддаются сборка и сварка узлов с нахлесточными соединениями,

свариваемыми контактной сваркой, сложнее — с тавровыми и угловыми соединениями, выполняемыми

дуговой сваркой, и еще сложнее — со стыковыми соединениями, выполняемыми дуговой сваркой. Ис-

пользование роботов при сварке предъявляет специфические требования к технологии изготовления,

порядку сборки и сварки, а также требует создания оснастки, обеспечивающей стабильность положения

линии сопряжения свариваемых элементов. Возможности использования промышленных роботов в тех-

нологических процессах определяются размерами и формой рабочего пространства, точностью пози-

ционирования, скоростью перемещения, числом степеней подвижности, особенностями управления и

др. На рис. 1 (лист 59) даны условные обозначения характерных элементов кинематических схем про-

мышленных роботов. Число степеней подвижности характеризует возможности позиционирования ра-

бочего органа. Для перемещения неориентированных в пространстве предметов достаточно трех степе-

ней подвижности, а для полной пространственной ориентации — шести. Для выполнения сварных швов

дуговой сваркой в общем случае (рис. 2 и 3) необходимо иметь пять степеней подвижности сварочного

инструмента. Обычно три степени подвижности обеспечивает базовый механизм робота (лист 60, рис.

4), а еще две степени добавляет механическое устройство: кисть работа, на которой крепится сварочная

головка; клещи для контактной сварки или захват.

Базовый механизм робота может быть выполнен в прямоугольной, цилиндрической, сферической и

ангулярной (антропоморфной) системах координат (рис. 4). Система координат базового механизма оп-

ределяет конфигурацию и габариты рабочего пространства робота (лист 61, рис. 5), в пределах которого

возможно управляемое перемещение исполнительного органа робота. Робот с прямоугольной системой

координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 5, а), размеры ко-

торого меньше габаритов самого робота. Промышленные роботы с цилиндрической (рис. 5, б) и сфери-

ческой (рис. 5, в) системами координат обладают большим объемом рабочего пространства при относи-

тельно малой площади основания манипулятора. Еще более компактный робот получается в ангулярной

системе координат (рис. 5, г). Рабочее пространство его определяется размерами рычагов и предельны-

ми углами их поворотов, образуя объем, близкий к сфере.

Роботы могут быть установлены неподвижно (рис. 6, а, б, в) и с возможностью перемещения по на-

правляющим, установленным на полу (рис. 6, г, д) и потолке (рис..6,е,ж,з).

Перспективна компоновка базового механизма роботов из устройств прямолинейного перемещения

однокоординатного модуля (рис. 7,д ... д), при помощи которых в зависимости от характера выполняе-

мой работы можно создавать роботы с одной, двумя и тремя степенями подвижности базового меха-

низма, выполненного в прямоугольной системе координат (лист 62, рис. 8,а... д)

Модули, показанные на рис. 9, а, состоят из поворотных оснований 7 и 2, модулей вращательных

движений 3, 4 и 5, модулей прямолинейных движений б и 7 и механизмов локальных движений 8. Ком-

бинируя их, можно создавать роботы в двухполярной сферической (ангулярной) (рис. 9, б), двухполяр-

ной цилиндрической (рис. 9, в), сферической (рис. 9, г) и цилиндрической (рис. 9,д) системах координат.

Используя модули прямолинейных движений б и 7, можно собрать робот в прямоугольной системе коор-

динат. Такая агрегатная система робототехники позволяет для каждого конкретного применения со-

брать из стандартных блоков оптимальный промышленный робот, имеющий только требуемое число

степеней свободы.

Для перемещения сварочной горелки при дуговой сварке применяются различные устройства (рис.

10, а. ..е), которые крепятся к базовому механизму.

В роботах применяются гидравлические, электромеханические, пневматические и другие приводы.

Гидравлические приводы имеют простую конструкцию, малую массу и небольшие габариты при

значительной мощности. Они относительно дешевы. К гидравлическим приводам относятся гидромото-

содержание .. 10 11 12 13 ..