Сварные базовые детали станков и машин. Обзор

Листать книгу

Страницы: ... ...

скачать книгу Сварные базовые детали станков и машин. Обзор

В обзоре рассматриваются актуальные проблемы совершенствования расчета, проектирования и изготовления сварных базовых деталей станков и машин, высокоэффективные способы сварки, позволяющие повысить производительность процесса изготовления свар.ных базовых деталек, обеспечить требуемое качество сварных соединений и уменьшить деформацию сварных конструкций.
...
Описан прогрессивный способ снижения остаточных напряжений к стабилизации размеров сварных базовых деталей путем виброобработки посте сварки.
...
На основе анализа и обобщения передового отечественного и зарубежного опыта приводятся рекомендации по использованию наиболее прогрессивных решений указанных проблем.
...
Обзор предназначен для инженерно-технических работников, занятых проектированием, разработкой сварных конструкций и внедрением в производство новых технологических процессов сварочного производства.
...
В обзоре рассматриваются актуальные проблемы совершенствования расчета, проектирования и изготовления сварных базовых деталей станков и машин, высокоэффективные способы сварки, позволяющие повысить производительность процесса изготовления свар.ных базовых деталек, обеспечить требуемое качество сварных соединений и уменьшить деформацию сварных конструкций.
...
Описан прогрессивный способ снижения остаточных напряжений к стабилизации размеров сварных базовых деталей путем виброобработки посте сварки.
...
В связи с неуклонным ростом единичной мощности машин и агрегатов, в том числе станков, кузнечно-прессового и литейного оборудования, возникает проблема создания станков и машин большого габарита. С увеличением размеров базовых деталей в традиционном литом исполнении повышаются расходы на дорогостоящую модельную оснастку, усложняется процесс изготовления литых заготовок и повышается риск получения брака в отливках. С другой стороны, возрастают требования к точности обработки, а следовательно, и к жесткости базовых деталей. Однако возможности повышения жесткости литых базовых деталей без существенного увеличения их массы ограничены. Поэтому в последние годы встает вопрос о замене литых конструкций сварными, обладающими по сравнению с первыми рядом важных технико-экономических преимуществ: меньшими массой, металлоемкостью и себестоимостью изделий, сроком их изготовления; лучшими условиями создания и совершенствования новых моделей станков вследствие того, что конструктивные изменения могут быть внесены на любой стадии изготовления; простотой конфигурации, возможностью приближения к оптимальной расчетной форме базовой детали вследствие свободы формообразования; большей статической и динамической жесткостью.
...
Наиболее наглядно эти преимущества проявляются при индивидуальном и мелкосерийном производстве, в частности при изготовлении тяжелых и уникальных станков и прессов. Так, например, переход на сварно-кованое исполнение станины пресса усилием 1250 тс позволил снизить ее массу до 70 т (масса литой станины — 100 т) и значительно упростить процесс изготовления [1]. Сварные конструкции составляют 80% общей массы самого мощного в Евро-
...
МИНИСТЕРСТВО СТАНКОСТРОИТЕЛЬНОЙ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
...
Проведенный ВИСПом сравнительный анализ фактических затрат на изготовление оснований станка модели I6K20 на московском станкостроительном заводе «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова при программе выпуска 12000 шт. в год дает основание пересмотреть существующую точку зрения о целесообразности перевода на сварное исполнение деталей только единичного и мелкосерийного производства [45]. Об этом же свидетельствуют некоторые зарубежные исследования [26].
...
Сварное исполнение базовых деталей металлорежущих станков все шире применяют ведущие станкостроительные фирмы США, ГДР, Японии, ФРГ, Италии и других промышленно развитых стран. Фирма Cornau (Италия), в частности, изготовляет со сварными базовыми деталями токарные станки одно- и двухшпиндельного типа, специальные станки глубокого сверления с системой ЧПУ серии Deepmatic и др. Одним из крупнейших предприятий по изготовлению станков со сварными базовыми деталями является комбинат Fritz Heckert (г. Карл-Маркс-Штадт, ГДР).На Лейпцигскойярмарке, проводившейся в мае 1979 г., комбинат представил обрабатывающий центр с системой ЧПУ модели C-FBSW-800 в сварном исполнении, получивший золотую медаль [3].
...
Расширение применения сварных конструкций выдвигает на первый план следующие вопросы: усовершенствование методов расчета сложных сварных базовых деталей; разработка рациональных конструктивно-технологических решений сварных базовых деталей на основе унификации и типизации их элементов, использующих преимущества сварного варианта изготовления и лишенных недостатков литого; исследование и разработка прогрессивных технологических приемов, позволяющих снизить трудоемкость, себестоимость, металлоемкость, повысить качество сварных соединений, обеспечить стабильность геометрических размеров сварных конструкций с ограниченным применением термообработки; исследование и разработка прогрессивных приемов и способов стабилизации размеров сварных базовых деталей взамен термообработки; исследование и разработка точных способов определения остаточных напряжений и сварочных деформаций.
...
В станинах металлорежущих станков материал работает при незначительных напряжениях, не превышающих, как правило, 100— 150 кгс/см2 [5]. Однако вследствие неравномерности распределения нагрузки и концентрации напряжений в отдельных узлах определя-
...
Проведенный ВИСПом сравнительный анализ фактических затрат на изготовление оснований станка модели I6K20 на московском станкостроительном заводе «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова при программе выпуска 12000 шт. в год дает основание пересмотреть существующую точку зрения о целесообразности перевода на сварное исполнение деталей только единичного и мелкосерийного производства [45]. Об этом же свидетельствуют некоторые зарубежные исследования [26].
...
Сварное исполнение базовых деталей металлорежущих станков все шире применяют ведущие станкостроительные фирмы США, ГДР, Японии, ФРГ, Италии и других промышленно развитых стран. Фирма Cornau (Италия), в частности, изготовляет со сварными базовыми деталями токарные станки одно- и двухшпиндельного типа, специальные станки глубокого сверления с системой ЧПУ серии Deepmatic и др. Одним из крупнейших предприятий по изготовлению станков со сварными базовыми деталями является комбинат Fritz Heckert (г. Карл-Маркс-Штадт, ГДР).На Лейпцигскойярмарке, проводившейся в мае 1979 г., комбинат представил обрабатывающий центр с системой ЧПУ модели C-FBSW-800 в сварном исполнении, получивший золотую медаль [3].
...
Расширение применения сварных конструкций выдвигает на первый план следующие вопросы: усовершенствование методов расчета сложных сварных базовых деталей; разработка рациональных конструктивно-технологических решений сварных базовых деталей на основе унификации и типизации их элементов, использующих преимущества сварного варианта изготовления и лишенных недостатков литого; исследование и разработка прогрессивных технологических приемов, позволяющих снизить трудоемкость, себестоимость, металлоемкость, повысить качество сварных соединений, обеспечить стабильность геометрических размеров сварных конструкций с ограниченным применением термообработки; исследование и разработка прогрессивных приемов и способов стабилизации размеров сварных базовых деталей взамен термообработки; исследование и разработка точных способов определения остаточных напряжений и сварочных деформаций.
...
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВ И МАШИН
...
ющее значение приобретают жесткость конструкции и ее виброустойчивость. Жесткость базовых деталей существенно влияет на стабильность процесса резания. Это особенно важно в связи со все возрастающим выпуском станков с ЧПУ, которые позволяют вести обработку на повышенных режимах.
...
Сварные конструкции обладают более высокой жесткостью при кручении и изгибе, чем литые, что положительным образом сказывается на производительности резания и точности обработки, как показали результаты ряда испытаний [26, 46]. Так, сравнительные динамические и статические исследования литой и сварной стоек тяжелого вертикально-фрезерного станка, проведенные в Ульяновском ГСКБ тяжелых и фрезерных станков [46], показали, что из-гибная жесткость обеих стоек примерно одинакова, жесткость на кручение сварной стойки в пять—семь раз выше, чем литой; амплитудно-фазовые частотные характеристики имеют примерно одинаковый вид, однако у станка со сварной стойкой пик динамической податливости в 1,3 раза ниже, а степень демпфирования выше.
...
Комбинат Fritz Heckert (ГДР) совместно с Исследовательским центром станкостроения ГДР провел исследования статической и динамической жесткости литых и сварных станин фрезерного станка модели FKr500NC [7]. При этом было установлено, что при одинаковых внешних размерах сварной и литой станин деформация изгиба и кручения боковых стенок литой станины на 50% больше, чем сварной. Результаты исследования статической и динамической жесткости станины фрезерного станка модели FKr500NC при кручении относительной осей X,
...
исчезает при сравнении сварных и литых конструкций. Демпфирующая способность сварных соединений намного больше, чем соб-. ственное демпфирование материала [10], так как зависит от формы и технологических факторов (типа шва, его расположения относительно действующей нагрузки, способа сварки и т. д.) [7]. Проанализировав вибрационные характеристики станка в цепи «инструмент— обрабатываемый материал» (которые оказывают основное влияние на результаты процесса резания), японские специалисты пришли к выводу, что различие в материалах (сталь, чугун) не должно непосредственно сказываться на вибрационных характеристиках станка в целом [11]. Ведь более чем 90% виброгасящей способности определяется внешним трением на направляющих, в зазорах, болтовых соединениях и других участках.
...
Однако плохая виброгасящая способность стали вредно сказывается на уровне шумов. В работе [11] приведены некоторые способы компенсации низкой виброгасящей способности стальных конструкций (в частности, применение в базовых деталях вместе со сталью материалов, повышающих внешнее трение; использование в качестве вибропоглотителя бетона; применение демпфирующих связей и др.).
...
Работы, проведенные в ИЭС им. Е. О. Патона [10], показали, что в качестве материала сварных станин наиболее целесообразно использовать сталь ВСт. 3, которая обладает лучшей способностью гасить колебания и большей сопротивляемостью микропластическим деформациям, чем стали 35, Ст.Зпс или ВСт.Зсп; при этом, если масса наплавленного металла не превышает 2% массы станины и швы расположены симметрично относительно нейтральной оси, можно отказаться от термообработки станин.
...
Для создания и расширения применения сварных базовых деталей с минимальной металлоемкостью необходимо точно определять их статические и динамические характеристики.
...
В настоящее время существует несколько путей расчета сварочных напряжений и деформаций: графоаналитические методы; аналитические методы с использованием теории упругости; аналитические методы с использованием аппарата теории пластичности; числовые методы с использованием теорий упругости и пластичности; экспериментально-расчетные методы.
...
Методика проектирования стальных конструкций для металлорежущих станков до сих пор базируется не на аналитических методах, а на традиционных приемах и математическом аппарате, сложивщихся в течение многих лет конструирования и эксплуатации литых конструкций. В их основе лежит требование обеспечения запаса прочности. Из-за отсутствия достоверных данных об опасных напряжениях и нормативных коэффициентах запаса прочности, однозначно определяющих их величину при расчете базовых деталей, нередко в узлах станков оказываются большие запасы прочности, тогда как вблизи концентраторов напряжений при рабочих нагрузках могут появиться напряжения, превышающие расчетные. Кроме того, применяемые методы расчета по допускаемым напряжениям базируются на коэффициентах запаса прочности одинаковой величины для зон, претерпевающих сжатие и растяжение, хотя известно, что очаги разрушения возникают в зонах растягивающих напряжений. Поэтому целесообразно дифференцированное определение допускаемых напряжений.
...
Из всего вышесказанного вытекает необходимость разработки и практического использования более точных расчетных методов. В этом плане представляются весьма перспективными численные методы расчета с использованием теорий упругости и пластичности, ориентирующиеся на применение ЭВМ. Метод конечных элементов — один из наиболее универсальных методов теории упругости, позволяющий определять напряженно-деформированное состояние для областей практически любой формы с любыми граничными условиями и нагрузками. Идея метода заключается в том, что рас-
...
Работы, проведенные в ИЭС им. Е. О. Патона [10], показали, что в качестве материала сварных станин наиболее целесообразно использовать сталь ВСт. 3, которая обладает лучшей способностью гасить колебания и большей сопротивляемостью микропластическим деформациям, чем стали 35, Ст.Зпс или ВСт.Зсп; при этом, если масса наплавленного металла не превышает 2% массы станины и швы расположены симметрично относительно нейтральной оси, можно отказаться от термообработки станин.
...
Для создания и расширения применения сварных базовых деталей с минимальной металлоемкостью необходимо точно определять их статические и динамические характеристики.
...
В настоящее время существует несколько путей расчета сварочных напряжений и деформаций: графоаналитические методы; аналитические методы с использованием теории упругости; аналитические методы с использованием аппарата теории пластичности; числовые методы с использованием теорий упругости и пластичности; экспериментально-расчетные методы.
...
Методика проектирования стальных конструкций для металлорежущих станков до сих пор базируется не на аналитических методах, а на традиционных приемах и математическом аппарате, сложивщихся в течение многих лет конструирования и эксплуатации литых конструкций. В их основе лежит требование обеспечения запаса прочности. Из-за отсутствия достоверных данных об опасных напряжениях и нормативных коэффициентах запаса прочности, однозначно определяющих их величину при расчете базовых деталей, нередко в узлах станков оказываются большие запасы прочности, тогда как вблизи концентраторов напряжений при рабочих нагрузках могут появиться напряжения, превышающие расчетные. Кроме того, применяемые методы расчета по допускаемым напряжениям базируются на коэффициентах запаса прочности одинаковой величины для зон, претерпевающих сжатие и растяжение, хотя известно, что очаги разрушения возникают в зонах растягивающих напряжений. Поэтому целесообразно дифференцированное определение допускаемых напряжений.
...
сматриваемая область представляется в виде совокупности конечного числа отдельных элементов. Наличие конечного числа узлов связей элементов дает возможность с помощью методов матричной алгебры проанализировать работу всего сооружения.
...
В МВТУ им. Баумана разработан способ воспроизведения на образце термодеформационного цикла сварки, позволяющий определять характеристики сопротивления металлов деформированию с учетом влияния основных физических явлений, происходящих при сварке [13]. Дл-я этой цели созданы установки с программированным нагревом и деформированием. Учет в численных методах расчетов сварочных деформаций и напряжений свойств металлов позволил существенно повысить точность расчетов.
...
Строгих практических рекомендаций по оценке точности приближенных решений метода конечных элементов в настоящее время нет. Однако для проведения такой оценки рекомендуется выполнять несколько решений с последовательным удвоением числа элементов. Если разность между соответствующими значениями (напряжением, деформацией) двух соседних приближений не превышает достаточной для практических целей точности, то это решение может быть принято для использования в инженерных расчетах. Даже при большом отклонении размеров соединения от. области их определения при расчете по методу конечных элементов погрешность не превышает 30%, что допустимо при установлении выносливости сварных соединений [12]. А по данным работы [14], методом конечных элементов с помощью ЭВМ можно рассчитать термические и остаточные напряжения в свариваемых пластинах или профилях с точностью 5—10%.
...
На кафедре сварки МВТУ им. Баумана разработан экспериментально-расчетный метод определения временных деформаций и напряжений для случаев плоской деформации и плоского напряженного состояния. Результаты экспериментально-расчетных исследований имеют частный характер, связанный с необходимостью введения в расчет экспериментальных данных для рассматриваемого случая сварки. Это позволяет получать достоверные данные применительно к реальным сварным соединениям с учетом многообразия форм и размеров, конструктивных и технологических особенностей.
...
На кафедре сопротивления материалов Московского станкоин-струментального института разработана методика расчета для многосвязных замкнутых контуров, использованная для определения жесткости станин глубокорасточных станков и станков токарного типа на Краматорском заводе тяжелого станкостроения им. В. Я. Чубаря [15]. Получены результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.
...
Выбор наиболее рационального конструктивно-технологического решения сварных базовых деталей может быть осуществлен при исследовании напряженного состояния на моделях из низкомодульных оптически чувствительных материалов или стальных моделях.
...
сматриваемая область представляется в виде совокупности конечного числа отдельных элементов. Наличие конечного числа узлов связей элементов дает возможность с помощью методов матричной алгебры проанализировать работу всего сооружения.
...
В МВТУ им. Баумана разработан способ воспроизведения на образце термодеформационного цикла сварки, позволяющий определять характеристики сопротивления металлов деформированию с учетом влияния основных физических явлений, происходящих при сварке [13]. Дл-я этой цели созданы установки с программированным нагревом и деформированием. Учет в численных методах расчетов сварочных деформаций и напряжений свойств металлов позволил существенно повысить точность расчетов.
...
Строгих практических рекомендаций по оценке точности приближенных решений метода конечных элементов в настоящее время нет. Однако для проведения такой оценки рекомендуется выполнять несколько решений с последовательным удвоением числа элементов. Если разность между соответствующими значениями (напряжением, деформацией) двух соседних приближений не превышает достаточной для практических целей точности, то это решение может быть принято для использования в инженерных расчетах. Даже при большом отклонении размеров соединения от. области их определения при расчете по методу конечных элементов погрешность не превышает 30%, что допустимо при установлении выносливости сварных соединений [12]. А по данным работы [14], методом конечных элементов с помощью ЭВМ можно рассчитать термические и остаточные напряжения в свариваемых пластинах или профилях с точностью 5—10%.
...
На кафедре сварки МВТУ им. Баумана разработан экспериментально-расчетный метод определения временных деформаций и напряжений для случаев плоской деформации и плоского напряженного состояния. Результаты экспериментально-расчетных исследований имеют частный характер, связанный с необходимостью введения в расчет экспериментальных данных для рассматриваемого случая сварки. Это позволяет получать достоверные данные применительно к реальным сварным соединениям с учетом многообразия форм и размеров, конструктивных и технологических особенностей.
...
На кафедре сопротивления материалов Московского станкоин-струментального института разработана методика расчета для многосвязных замкнутых контуров, использованная для определения жесткости станин глубокорасточных станков и станков токарного типа на Краматорском заводе тяжелого станкостроения им. В. Я. Чубаря [15]. Получены результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.
...
Выбор наиболее рационального конструктивно-технологического решения сварных базовых деталей может быть осуществлен при исследовании напряженного состояния на моделях из низкомодульных оптически чувствительных материалов или стальных моделях.
...
В последнем случае количественная оценка напряженного состояния при нагружении, осуществляемом на стенде с учетом масштаба моделирования эксплуатационных нагрузок, и выбор оптимального варианта конструкции производятся тензометрированием геометрических моделей базовой детали. [16]. Качественные и количественные связи между модельной и натурной конструкциями устанавливаются безразмерными критериальными соотношениями по условиям силового и геометрического подобия, а также подобия режимов сварки. Для испытания натурных образцов НПО «ЭНИМС» с участием Коломенского СПО и московского станкостроительного завода «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова разработана методика, основанная на анализе спектра случайных колебаний, позволяющая оценить качество конструкции и отдельных узлов станков, в том числе со сварными базовыми деталями. Экспериментальные и аналитические исследования натурных образцов станин тяжелых и уникальных станков проводятся Краматорским ЗТС совместно с Московским станкоинструментальным институтом [17]. В этих исследованиях используется один и тот же набор сварных элементов в различных комбинациях: меняются конструкция сварной детали, толщина стенок и другие параметры. Программа многократного «переваривания» и многовариантного исследования может быть заранее спланирована и построена так, чтобы различные варианты расчетных схем прошли всестороннюю экспериментальную проверку в кратчайшие сроки и при минимальных материальных затратах.
...
Достоверная информация о действительных нагрузках, условиях работы и надежности эксплуатируемых и создаваемых сварных конструкций может быть получена при использовании автоматических систем диагностирования и испытания сварных конструкций, а также средств вычислительной техники.
...
В ГДР создана система автоматического проектирования BASTA [8], дающая возможность получить достаточно точный прогноз об ожидаемых статических, динамических и термических свойствах проектируемой станины и выбрать несколько оптимальных вариантов ее конструкции. Статические и динамические расчеты и определение размеров станин проводятся по программам, при которых станина представляется в виде балочной несущей конструкции или плоской несущей конструкции. Результаты расчетов по методу конечных элементов привели к конструктивным изменениям, в результате которых оказалось возможным на 7,5% уменьшить массу станины и на 12% повысить ее жесткость [9]. На первом этапе программа, основанная на «балочной» теории, предусматривает проведение расчета поперечного сечения, массы, момента инерции и линии, на .которой лежит центр тяжести рассматриваемого элемента. Затем производится расчет коэффициента сдвиговых усилий, который зависит от формы поперечного сечения. На последней стадии расчетов устанавливается сопротивление сдвиговым усилиям
...
В последнем случае количественная оценка напряженного состояния при нагружении, осуществляемом на стенде с учетом масштаба моделирования эксплуатационных нагрузок, и выбор оптимального варианта конструкции производятся тензометрированием геометрических моделей базовой детали. [16]. Качественные и количественные связи между модельной и натурной конструкциями устанавливаются безразмерными критериальными соотношениями по условиям силового и геометрического подобия, а также подобия режимов сварки. Для испытания натурных образцов НПО «ЭНИМС» с участием Коломенского СПО и московского станкостроительного завода «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова разработана методика, основанная на анализе спектра случайных колебаний, позволяющая оценить качество конструкции и отдельных узлов станков, в том числе со сварными базовыми деталями. Экспериментальные и аналитические исследования натурных образцов станин тяжелых и уникальных станков проводятся Краматорским ЗТС совместно с Московским станкоинструментальным институтом [17]. В этих исследованиях используется один и тот же набор сварных элементов в различных комбинациях: меняются конструкция сварной детали, толщина стенок и другие параметры. Программа многократного «переваривания» и многовариантного исследования может быть заранее спланирована и построена так, чтобы различные варианты расчетных схем прошли всестороннюю экспериментальную проверку в кратчайшие сроки и при минимальных материальных затратах.
...
Достоверная информация о действительных нагрузках, условиях работы и надежности эксплуатируемых и создаваемых сварных конструкций может быть получена при использовании автоматических систем диагностирования и испытания сварных конструкций, а также средств вычислительной техники.
...
В ГДР создана система автоматического проектирования BASTA [8], дающая возможность получить достаточно точный прогноз об ожидаемых статических, динамических и термических свойствах проектируемой станины и выбрать несколько оптимальных вариантов ее конструкции. Статические и динамические расчеты и определение размеров станин проводятся по программам, при которых станина представляется в виде балочной несущей конструкции или плоской несущей конструкции. Результаты расчетов по методу конечных элементов привели к конструктивным изменениям, в результате которых оказалось возможным на 7,5% уменьшить массу станины и на 12% повысить ее жесткость [9]. На первом этапе программа, основанная на «балочной» теории, предусматривает проведение расчета поперечного сечения, массы, момента инерции и линии, на .которой лежит центр тяжести рассматриваемого элемента. Затем производится расчет коэффициента сдвиговых усилий, который зависит от формы поперечного сечения. На последней стадии расчетов устанавливается сопротивление сдвиговым усилиям
...
В последнем случае количественная оценка напряженного состояния при нагружении, осуществляемом на стенде с учетом масштаба моделирования эксплуатационных нагрузок, и выбор оптимального варианта конструкции производятся тензометрированием геометрических моделей базовой детали. [16]. Качественные и количественные связи между модельной и натурной конструкциями устанавливаются безразмерными критериальными соотношениями по условиям силового и геометрического подобия, а также подобия режимов сварки. Для испытания натурных образцов НПО «ЭНИМС» с участием Коломенского СПО и московского станкостроительного завода «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова разработана методика, основанная на анализе спектра случайных колебаний, позволяющая оценить качество конструкции и отдельных узлов станков, в том числе со сварными базовыми деталями. Экспериментальные и аналитические исследования натурных образцов станин тяжелых и уникальных станков проводятся Краматорским ЗТС совместно с Московским станкоинструментальным институтом [17]. В этих исследованиях используется один и тот же набор сварных элементов в различных комбинациях: меняются конструкция сварной детали, толщина стенок и другие параметры. Программа многократного «переваривания» и многовариантного исследования может быть заранее спланирована и построена так, чтобы различные варианты расчетных схем прошли всестороннюю экспериментальную проверку в кратчайшие сроки и при минимальных материальных затратах.
...
Достоверная информация о действительных нагрузках, условиях работы и надежности эксплуатируемых и создаваемых сварных конструкций может быть получена при использовании автоматических систем диагностирования и испытания сварных конструкций, а также средств вычислительной техники.
...
В ГДР создана система автоматического проектирования BASTA [8], дающая возможность получить достаточно точный прогноз об ожидаемых статических, динамических и термических свойствах проектируемой станины и выбрать несколько оптимальных вариантов ее конструкции. Статические и динамические расчеты и определение размеров станин проводятся по программам, при которых станина представляется в виде балочной несущей конструкции или плоской несущей конструкции. Результаты расчетов по методу конечных элементов привели к конструктивным изменениям, в результате которых оказалось возможным на 7,5% уменьшить массу станины и на 12% повысить ее жесткость [9]. На первом этапе программа, основанная на «балочной» теории, предусматривает проведение расчета поперечного сечения, массы, момента инерции и линии, на .которой лежит центр тяжести рассматриваемого элемента. Затем производится расчет коэффициента сдвиговых усилий, который зависит от формы поперечного сечения. На последней стадии расчетов устанавливается сопротивление сдвиговым усилиям
...
в местах приложения нагрузки. В результате можно определить зависимость деформаций от толщины стенки, на основании которой выбирается наиболее оптимальная толщина детали.
...
В настоящее время в СССР существует 440 наименований сварных базовых деталей. Более чем в 50% станков, проектируемых Одесским СКВ специальных станков, используются сварные базовые детали. Среди них; обдирочно-шлифовальные станки, ленточно-пильные станки, новые станки силового шлифования, то-карно-винторезные станки классов Н и П и др.
...
В обдирочно-шлифовальных станках сварные детали составляют 80%. Для этой группы станков получена условная экономия металла в размере 20 т. В ПО «Тяжстанкогидропресс» (г. Новосибирск) станины, траверсы, цилиндры всех гидравлических прессов изготовляются в сварном или лито-сварном исполнении. Все протяжные станки, работающие в тяжелых динамических условиях, выпускаются Минским ПО им. С. М. Кирова также со сварными базовыми деталями.
...
Особенно возрастает значение сварных конструкций при проектировании совершенно новых моделей станков и автоматических линий с ЧПУ. Однако низкий уровень технологии сварочного производства на станкостроительных заводах, дефицит стального проката, особенно листового и, наконец, недостаток опыта у конструкторов-станкостроителей (в результате чего не всегда удается получить рациональные сварные конструкции) сильно тормозят перевод базовых деталей на сварное исполнение.
...
В связи с этим основная задача, возникающая в процессе конструктивно-технологического проектирования, состоит в достижении минимальной металлоемкости базовой детали с обеспечением требуемой статической и динамической жесткости.
...
Опыт отечественного станкостроения и зарубежных фирм в области проектирования и изготовления сварных базовых деталей позволяет определить основные принципы выбора рациональных конструктивно-технологических решений, обеспечивающих необходимые жесткость и виброустойчивость [11, 17, 25, 26, 45, 48].
...
в местах приложения нагрузки. В результате можно определить зависимость деформаций от толщины стенки, на основании которой выбирается наиболее оптимальная толщина детали.
...
В настоящее время в СССР существует 440 наименований сварных базовых деталей. Более чем в 50% станков, проектируемых Одесским СКВ специальных станков, используются сварные базовые детали. Среди них; обдирочно-шлифовальные станки, ленточно-пильные станки, новые станки силового шлифования, то-карно-винторезные станки классов Н и П и др.
...
Стружка при этом падает в тару, не задерживаясь на плоскостях. Кроме основного назначения указанная станина используется в качестве масляного бака. Это увеличивает поверхность охлаждения и обеспечивает одинаковую температуру по всему станку (см. рис. 1).
...
Конструирование сварных базовых деталей из профильного проката позволяет получить значительную изгибную и крутильную жесткость. Примером может служить конструкция сварной поперечины уникального карусельного станка — четыре трубы, сваренные между собой по длине полосами, образуют прямоугольный внешний контур. Характерная особенность данной конструкции — сравнительно небольшая масса и высокая несущая способность. Варианты такой конструкции используют в своих моделях фирмы ФРГ и Франции. В конструкции координатно-расточного станка, разработанной фирмой Sanlok (Япония), применяются стальные трубы большого диаметра, полости которых залиты бетоном. Помимо обеспечения жесткости такое решение позволяет справиться с проблемами вибрации и шумов.
...
Стружка при этом падает в тару, не задерживаясь на плоскостях. Кроме основного назначения указанная станина используется в качестве масляного бака. Это увеличивает поверхность охлаждения и обеспечивает одинаковую температуру по всему станку (см. рис. 1).
...
проката и горячекатаных (при равных площадях поперечного сечения). Кроме того, их использование позволяет уменьшить длину сварных швов, что благоприятно сказывается на стабильности размеров конструкции в процессе эксплуатации. Замкнутые профили имеют высокую сопротивляемость усилиям скручивания, а узлы, состоящие из продольных и поперечных швеллеров, обладают высокими показателями жесткости. Для повышения жесткости открытых профилей к концам их приваривают планки, которые значительно увеличивают несущую способность сварных узлов. В работе [48] приведен сортамент профилей проката, рекомендуемых для применения в конструкциях сварных базовых деталей.
...
За рубежом в сварных конструкциях станков широко используются полые холоднокатаные профили прямоугольного сечения размерами 400X400 X 12,5 мм и горячекатаные — размерами 450Х Х250Х16 мм [23].
...
3. Для уменьшения сварочных напряжений необходимо стремиться к симметричному исполнению конструкции. Следует установить рациональную последовательность выполнения сварных швов; их количество и
...
В конструкции коробчатой сварной поперечины, разработанной в Центральном институте сварки ГДР и представляющей собой унифицированный узел типа 995 длиной 2800 мм, используются приваренные по диагонали к боковым стенкам прямоугольные или
...
проката и горячекатаных (при равных площадях поперечного сечения). Кроме того, их использование позволяет уменьшить длину сварных швов, что благоприятно сказывается на стабильности размеров конструкции в процессе эксплуатации. Замкнутые профили имеют высокую сопротивляемость усилиям скручивания, а узлы, состоящие из продольных и поперечных швеллеров, обладают высокими показателями жесткости. Для повышения жесткости открытых профилей к концам их приваривают планки, которые значительно увеличивают несущую способность сварных узлов. В работе [48] приведен сортамент профилей проката, рекомендуемых для применения в конструкциях сварных базовых деталей.
...
За рубежом в сварных конструкциях станков широко используются полые холоднокатаные профили прямоугольного сечения размерами 400X400 X 12,5 мм и горячекатаные — размерами 450Х Х250Х16 мм [23].
...
трапецевидные ребра, связанные между собой продольными перемычками из уголкового профиля или из труб. В результате проведенных расчетов и испытаний модели поперечины в натуральную величину установлено, что подобная конструкция обладает повышенной жесткостью против вибрационных нагрузок [47].
...
Для уменьшения местных деформаций в зоне крепления станин необходимо введение достаточно высоких ребер или косынок, соединяющих фланцы с основными стенками. Наибольший эффект обеспечивается при расположении ребер в непосредственной близости к осям крепежных винтов [50, 51].
...
Ребра жесткости в сварных деталях рекомендуется устанавливать на расстоянии, составляющем 0,7 расстояния между ребрами в литых базовых деталях (в США принято соотношение 0,5—0,6).
...
В результате расчета жесткости сварных основания и стойки обрабатывающего центра, изготовляемого в ГДР [8], найдено, что оптимальная толщина ребер жесткости равна 10 мм, расстояние между ними — 350—500 мм, а наименьшая толщина стенки рассматриваемых базовых деталей составляет 15 мм.
...
Исследования, проведенные в Одесском СКВ специальных станков, позволили определить, что у шлифовального станка модели ВШ-750 при нагрузке на станину 10 тс расстояние между ребрами жесткости станины может составлять 820 мм, а толщина ребер — 16 мм.
...
По данным Ульяновского ГСКБ ФС [46], толщина основания стойки тяжелого вертикально-фрезерного станка модели 654 должна быть не менее 30 мм при толщине боковых стенок 10—12 мм.
...
Так как с увеличением количества элементов сварной конструкции возрастает ее конструктивная и технологическая сложность, необходимо стремиться к рациональному расчленению крупногабаритных конструкций на отдельные технологически завершенные сварные узлы. В этом плане представляется перспективным блочный метод
...
В результате исследований, проведенных на Краматорском заводе тяжелого станкостроения, установлено, что жесткость при кручении блоков сварных станин замкнутого профиля в первом при-
...
трапецевидные ребра, связанные между собой продольными перемычками из уголкового профиля или из труб. В результате проведенных расчетов и испытаний модели поперечины в натуральную величину установлено, что подобная конструкция обладает повышенной жесткостью против вибрационных нагрузок [47].
...
Для уменьшения местных деформаций в зоне крепления станин необходимо введение достаточно высоких ребер или косынок, соединяющих фланцы с основными стенками. Наибольший эффект обеспечивается при расположении ребер в непосредственной близости к осям крепежных винтов [50, 51].
...
Ребра жесткости в сварных деталях рекомендуется устанавливать на расстоянии, составляющем 0,7 расстояния между ребрами в литых базовых деталях (в США принято соотношение 0,5—0,6).
...
В результате расчета жесткости сварных основания и стойки обрабатывающего центра, изготовляемого в ГДР [8], найдено, что оптимальная толщина ребер жесткости равна 10 мм, расстояние между ними — 350—500 мм, а наименьшая толщина стенки рассматриваемых базовых деталей составляет 15 мм.
...
ближении прямо пропорциональна толщине вертикальных стенок; поперечные связи замкнутого (прямоугольного) сечения между блоками станины примерно втрое увеличивают суммарную крутильную жесткость отдельных блоков, а поперечные связи открытого (П-образного) сечения на суммарной жесткости почти не сказываются; количество и расположение поперечных перегородок и ребер внутри блоков на их крутильную жесткость не влияют. При этом были выявлены определенные ограничения: предпочтительная длина — не свыше 6 м, ширина секций определяется предельными размерами станка [15].
...
Результаты исследований позволили внедрить сварную конструкцию станины глубокорасточного станка модели КЖ-1910 с тремя —■ пятью секциями в серийное производство на Краматорском заводе тяжелого станкостроения. Другим характерным примером является станина специального горизонтально-сверлильного станка модели КЖ-2901.02, которая состоит из двух секций, стыкуемых по длине.
...
В ПО «Тяжстанкогидропресс» [27] аналогичным образом из группы секций изготовляется сварная часть стойки горизонтально-расточного станка модели 2Г660СФ2. Благодаря поперечному секционному делению можно с минимальными затратами получить деталь для перемещения шпиндельной бабки различной длины.
...
Работы по созданию сварных конструкций станков модульной конструкции ведутся в ГДР на предприятии Fritz Heckert (г. Карл-Маркс-Штадт). В частности, на этих принципах содаются новая гамма фрезерных станков одно- и двухстоечного типа [74] и обрабатывающий центр C-FBSW-800 с ЧПУ. Стойка обрабатывающего центра изготовляется из нескольких основных сварных модулей, которые, как правило, представляют собой рамные конструкции коробчатой формы. Модули скрепляются болтами, образуя, таким образом, нужную конфигурацию (рис. 3).
...
Об эффективности модульного принципа конструирования свидетельствует тот факт, что из 2500 фрезерных станков, выпускаемых ежегодно на комбинате Fritz Heckert, 700 переведены на сварное исполнение. Проводятся работы по оптимизации конструкции сварочных модулей для их массового производства. Отработка конструкции осуществляется в исследовательском центре комбината с помощью ЭВМ, которая разрабатывает теоретическую модель конструкции, представляемую на дисплее, непосредственно связанном с компьютером.
...
Рациональное конструирование сварных базовых деталей позволяет производить автоматическую сварку их и облегчить процесс изготовления. Так, в ГДР предложен способ сборки и сварки корпусов и станин, имеющих коробчатую форму, собираемых из отдельных листовых деталей и свариваемых затем угловыми швами. На главной листовой детали, представляющей собой развертку основания станины и ее стенок, укладываемую на специальное приспособление, устанавливаются и фиксируются в вертикальном по-
...
ближении прямо пропорциональна толщине вертикальных стенок; поперечные связи замкнутого (прямоугольного) сечения между блоками станины примерно втрое увеличивают суммарную крутильную жесткость отдельных блоков, а поперечные связи открытого (П-образного) сечения на суммарной жесткости почти не сказываются; количество и расположение поперечных перегородок и ребер внутри блоков на их крутильную жесткость не влияют. При этом были выявлены определенные ограничения: предпочтительная длина — не свыше 6 м, ширина секций определяется предельными размерами станка [15].
...
Результаты исследований позволили внедрить сварную конструкцию станины глубокорасточного станка модели КЖ-1910 с тремя —■ пятью секциями в серийное производство на Краматорском заводе тяжелого станкостроения. Другим характерным примером является станина специального горизонтально-сверлильного станка модели КЖ-2901.02, которая состоит из двух секций, стыкуемых по длине.
...
В ПО «Тяжстанкогидропресс» [27] аналогичным образом из группы секций изготовляется сварная часть стойки горизонтально-расточного станка модели 2Г660СФ2. Благодаря поперечному секционному делению можно с минимальными затратами получить деталь для перемещения шпиндельной бабки различной длины.
...
Работы по созданию сварных конструкций станков модульной конструкции ведутся в ГДР на предприятии Fritz Heckert (г. Карл-Маркс-Штадт). В частности, на этих принципах содаются новая гамма фрезерных станков одно- и двухстоечного типа [74] и обрабатывающий центр C-FBSW-800 с ЧПУ. Стойка обрабатывающего центра изготовляется из нескольких основных сварных модулей, которые, как правило, представляют собой рамные конструкции коробчатой формы. Модули скрепляются болтами, образуя, таким образом, нужную конфигурацию (рис. 3).
...
Об эффективности модульного принципа конструирования свидетельствует тот факт, что из 2500 фрезерных станков, выпускаемых ежегодно на комбинате Fritz Heckert, 700 переведены на сварное исполнение. Проводятся работы по оптимизации конструкции сварочных модулей для их массового производства. Отработка конструкции осуществляется в исследовательском центре комбината с помощью ЭВМ, которая разрабатывает теоретическую модель конструкции, представляемую на дисплее, непосредственно связанном с компьютером.
...
Рациональное конструирование сварных базовых деталей позволяет производить автоматическую сварку их и облегчить процесс изготовления. Так, в ГДР предложен способ сборки и сварки корпусов и станин, имеющих коробчатую форму, собираемых из отдельных листовых деталей и свариваемых затем угловыми швами. На главной листовой детали, представляющей собой развертку основания станины и ее стенок, укладываемую на специальное приспособление, устанавливаются и фиксируются в вертикальном по-
...
ложении внутренние ребра жесткости будущего узла, после чего они привариваются автоматом к основанию угловыми швами. Затем главную листовую деталь сгибают под прямыми углами в том же приспособлении, и ребра жесткости приваривают окончательно к образовавшимся боковым стенкам. В результате получается жесткая коробчатая конструкция [73, 106].
...
Рис. 3. Примеры типовых конструкций обрабатывающего центра типа C-FBSW-800 со сварными модулями и различной компоновкой рабочих
...
В Англии разработана программа ASP (автоматизированное мелкосерийное производство), с помощью которой производится исследование станкостроительных конструкций, в частности изучаются болтовые способы соединения сварных модулей [4],
...
Применение блочного метода проектирования создает предпосылки для унификации сварных конструкций базовых деталей. Станины станков различных типоразмеров можно компоновать из отдельных унифицированных блок-секций стандартного поперечного сечения и стандартной длины и сваривать попарно (или по 3 и 4 блока) поперечными перемычками (тоже стандартного ряда) [17].
...
Рис. 3. Примеры типовых конструкций обрабатывающего центра типа C-FBSW-800 со сварными модулями и различной компоновкой рабочих
...
ческих и технологических характеристик. Имеющиеся в настоящее время в СССР классификации сварных конструкций носят, как правило, отраслевой характер. В ГДР на основе действующих стандартов и отраслевых нормалей составлен сводный каталог типовых сварных соединений, применяемых в машиностроении и строительстве, что дает возможность использовать современные средства вычислительной техники при проектировании сварных металлоконструкций [28]. В работе [29] предлагается система классификации, состоящая из самостоятельных подсистем для сварных конструкций и универсально-сборных приспособлений. Причем изменения в одной подсистеме неизбежно вызывают изменения в другой. Конструктивно-технологическое подобие, положенное в основу классификации, позволит оптимизировать состав комплектов УСПС и обеспечит внедрение в сварочное производство прогрессивных и экономически целесообразных методов изготовления сварных конструкций.
...
Унификация сварных конструкций базовых деталей позволит перейти к их серийному производству. Поскольку увеличение объема выпуска способствует снижению совокупных затрат и уменьшению трудоемкости изготовления сварных конструкций на 50— 60%, то повышение уровня специализации и концентрации при серийном производстве является важным фактором эффективности перевода с литого на сварное исполнение.
...
Для максимального использования всех преимуществ серийного производства сварных конструкций необходимо детально планировать весь производственный процесс. На станкостроительном заводе фирмы Hermann Traub Maschinenfabrik (ФРГ) [26] все отдельные детали, объединяемые в подгруппы или группы, выпускаются оптимальными партиями независимо от количества изготовляемых станин в месяц. При этом рациональное распределение последовательности операций производится с помощью программы-графика, охватывающей всю сферу производства. Это позволяет рационально использовать производственные мощности и обеспечить кратчайшие переходы между отдельными операциями.
...
Анализ информационных потоков за последние годы, проведенный в ИЭС им. Е. О. Патона, свидетельствует о росте количества публикаций, касающихся новых высокопроизводительных процессов, в том числе дуговой сварки с увеличенным вылетом электрода, способом сварки порошковой проволокой и т. д. Наблюдается значительное повышение патентной активности в области электрошла-ковон сварки, что обусловлено расширением применения этого способа, в частности при производстве крупногабаритных конструкций
...
ческих и технологических характеристик. Имеющиеся в настоящее время в СССР классификации сварных конструкций носят, как правило, отраслевой характер. В ГДР на основе действующих стандартов и отраслевых нормалей составлен сводный каталог типовых сварных соединений, применяемых в машиностроении и строительстве, что дает возможность использовать современные средства вычислительной техники при проектировании сварных металлоконструкций [28]. В работе [29] предлагается система классификации, состоящая из самостоятельных подсистем для сварных конструкций и универсально-сборных приспособлений. Причем изменения в одной подсистеме неизбежно вызывают изменения в другой. Конструктивно-технологическое подобие, положенное в основу классификации, позволит оптимизировать состав комплектов УСПС и обеспечит внедрение в сварочное производство прогрессивных и экономически целесообразных методов изготовления сварных конструкций.
...
Унификация сварных конструкций базовых деталей позволит перейти к их серийному производству. Поскольку увеличение объема выпуска способствует снижению совокупных затрат и уменьшению трудоемкости изготовления сварных конструкций на 50— 60%, то повышение уровня специализации и концентрации при серийном производстве является важным фактором эффективности перевода с литого на сварное исполнение.
...
Для максимального использования всех преимуществ серийного производства сварных конструкций необходимо детально планировать весь производственный процесс. На станкостроительном заводе фирмы Hermann Traub Maschinenfabrik (ФРГ) [26] все отдельные детали, объединяемые в подгруппы или группы, выпускаются оптимальными партиями независимо от количества изготовляемых станин в месяц. При этом рациональное распределение последовательности операций производится с помощью программы-графика, охватывающей всю сферу производства. Это позволяет рационально использовать производственные мощности и обеспечить кратчайшие переходы между отдельными операциями.
...
Анализ информационных потоков за последние годы, проведенный в ИЭС им. Е. О. Патона, свидетельствует о росте количества публикаций, касающихся новых высокопроизводительных процессов, в том числе дуговой сварки с увеличенным вылетом электрода, способом сварки порошковой проволокой и т. д. Наблюдается значительное повышение патентной активности в области электрошла-ковон сварки, что обусловлено расширением применения этого способа, в частности при производстве крупногабаритных конструкций
...
ПРОГРЕССИВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ СНИЗИТЬ ДЕФОРМАЦИЮ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
...
из элементов толщиной более 40 мм [30, 31]. Сварочная технология развивается в направлении применения сварки без разделки кромок (что позволяет экономить до 15% трудозатрат), а также сварки «по узкому зазору», обеспечивающей снижение сварочных деформаций вследствие уменьшения количества наплавленного металла и тепловложения [31].
...
Интенсивно разрабатываются способы сварки с высокой плотностью энергии: электроннолучевая, плазменная и лазерная, в том числе для соединения крупногабаритных элементов [6, 30].
...
Сварка в углекислом газе является одним из ведущих процессов в отрасли. Основные проблемы, обусловливающие совершенствование этого способа сварки, заключаются в снижении остаточных сварочных деформаций, улучшении формообразования шва и получении бездефектных сварных соединений, разработке мероприятий, устраняющих повышенное разбрызгивание.
...
С целью снижения деформаций в ИЭС им. Е. О. Патона разработана электродная проволока на основе Б1—Мп—Ъх,
...
Применение переменного тока промышленной частоты для питания дуги при сварке в углекислом газе позволяет использовать более простое и дешевое оборудование. Однако попытки вести сварку на переменном токе не имели успеха из-за низкой стабильности процесса. В работе [33] сообщается о разработке способа сварки активированной проволокой на переменном токе, обеспечивающего высокую стабильность процесса. При этом устраняется явление магнитного дутья, а потери металла на разбрызгивание снижаются до 4—6% при удовлетворительной форме шва.
...
Все большее распространение получает сварка в смесях защитных газов. Защитная среда, определяя форму дуги, оказывает влияние на склонность металла шва к образованию пор. Швы, выполняемые при сварке в смеси СОг + 20% 02 (при токе до 500 А и скорости сварки до 70 м/ч), не имеют дефектов пористости. Наименьшие потери на разбрызгивание достигаются при использовании проволоки диаметром 1,4 мм и вылете электрода <25 мм [34]. Кроме того, при сварке в защитном газе такого состава улучшаются горение дуги и форма шва, увеличиваются производительность наплавки и глубина проплавления.
...
За рубежом в качестве защитной среды при сварке сталей в большинстве случаев применяют смесь аргона (80%) с углекислым газом. При этом помимо повышения механических свойств улучша-
...
из элементов толщиной более 40 мм [30, 31]. Сварочная технология развивается в направлении применения сварки без разделки кромок (что позволяет экономить до 15% трудозатрат), а также сварки «по узкому зазору», обеспечивающей снижение сварочных деформаций вследствие уменьшения количества наплавленного металла и тепловложения [31].
...
Интенсивно разрабатываются способы сварки с высокой плотностью энергии: электроннолучевая, плазменная и лазерная, в том числе для соединения крупногабаритных элементов [6, 30].
...
Сварка в углекислом газе является одним из ведущих процессов в отрасли. Основные проблемы, обусловливающие совершенствование этого способа сварки, заключаются в снижении остаточных сварочных деформаций, улучшении формообразования шва и получении бездефектных сварных соединений, разработке мероприятий, устраняющих повышенное разбрызгивание.
...
ется процесс переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну, который приближается к струйному, характеризующемуся минимальным разбрызгиванием металла.
...
Использование смесей состава Аг+ (15 — 30%) СОг+ (3—5%) Ог или Аг+(15 —20%) С02 дает максимальный технико-экономический эффект при сварке на форсированных режимах (сварочный ток—400—650 А) и при сварке соединений, которые по техническим причинам не должны иметь приварившихся брызг [35].
...
Для повышения качества сварных швов применяется сварка в защитных газах с поперечным или продольным колебанием электрода. По данным работы [18], продольные колебания обеспечивают более высокую эффективность процесса сварки по сравнению с поперечными вследствие значительного измельчения зерна металла шва. Сварка этим способом способствует интенсивному перемешиванию металла сварочной ванны, а также получению большого объема жидкого металла, что создает благоприятные условия для выхода газа и способствует уменьшению пористости. Этот метод экономичнее традиционной многослойной сварки, так как уменьшается расход электродного металла и сокращается время сварки.
...
Повышение производительности при дуговой сварке в защитных газах многослойных швов обеспечивается благодаря применению многоэлектродных систем.
...
В США предложен способ многоэлектродной дуговой сварки в защитных газах, заключающийся в том, что для обеспечения одинакового химического состава и механических свойств по всему сечению шва каждый слой выполняется электродом (или группой электродов) различного химического состава [8]. Другой способ многоэлектродной сварки [39] отличается тем, что при наплавке каждого последующего слоя регулируется объемная доля содержания активного газа в защитной смеси в зависимости от состава электродной проволоки. В результате обеспечивается равномерность свойств наплавленного металла в зоне сварки.
...
Для сварки листов толщиной 16—30 мм японские специалисты предлагают трехэлектродную схему сварочного процесса. Первые две дуги от проволочных электродов диаметром 1,8 мм имеют двойную газозащитную среду: 1) 85% Аг + 15% С02; 2) 50% Аг + 50%
...
ется процесс переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну, который приближается к струйному, характеризующемуся минимальным разбрызгиванием металла.
...
Использование смесей состава Аг+ (15 — 30%) СОг+ (3—5%) Ог или Аг+(15 —20%) С02 дает максимальный технико-экономический эффект при сварке на форсированных режимах (сварочный ток—400—650 А) и при сварке соединений, которые по техническим причинам не должны иметь приварившихся брызг [35].
...
Для повышения качества сварных швов применяется сварка в защитных газах с поперечным или продольным колебанием электрода. По данным работы [18], продольные колебания обеспечивают более высокую эффективность процесса сварки по сравнению с поперечными вследствие значительного измельчения зерна металла шва. Сварка этим способом способствует интенсивному перемешиванию металла сварочной ванны, а также получению большого объема жидкого металла, что создает благоприятные условия для выхода газа и способствует уменьшению пористости. Этот метод экономичнее традиционной многослойной сварки, так как уменьшается расход электродного металла и сокращается время сварки.
...
СОг. Третья дуга от ленточного электрода сечением 1,25x15 мм горит под слоем флюса. Испытания промышленной установки такого типа показали положительные результаты [40].
...
Одно из эффективных средств борьбы с разбрызгиванием металла — применение специальных электротехнических устройств. В Челябинском политехническом институте [41] предложен способ сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором с помощью специального устройства осуществляется кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки. Это значительно уменьшает вероятность выброса капли за пределы шва.
...
Снизить разбрызгивание металла в два-три раза можно также путем оптимизации соотношения между сварочным током и напряжением. Для этой цели создано устройство [42], позволяющее осуществлять оптимальное регулирование параметров процесса сварки. Сварщик задает лишь силу сварочного тока, устанавливая соответствующую скорость подачи электродной проволоки, а напряжение на дуге определяет система оптимизации.
...
В Японии разработан способ предотвращения прилипания брызг металла к свариваемым деталям, при котором к деталям прикладывают высокочастотные колебания с частотой более 10 кГц. Эти колебания передаются брызгами металла, в результате чего они «скачут» по поверхности и застывают, не успевая прилипнуть к поверхности [43].
...
Сварку порошковой проволокой можно осуществлять во всех пространственных положениях. Механические свойства сварных соединений получаются значительно выше, чем при ручной дуговой сварке. При скорости сварки до 30 м/ч разбрызгивание практически отсутствует. При сварке в смеси СОг + Аг значительно снижается выделение дыма [44, 39].
...
Применение при сварке с газовой защитой порошковых проволок, в состав которых кроме флюса входит железный порошок, позволяет в два-три раза повысить производительность наплавки по сравнению со сваркой штучными электродами. Пониженное содержание в проволоке диффузионно способного водорода предотвращает появление трещин и на 50° С снижает температуру предварительного подогрева изделий из низкоуглеродистой стали большой толщины. Коэффициент перехода электродного металла в шов достигает 95% [39, 44].
...
За рубежом распространен способ сварки порошковой проволокой (РСА\\^) без дополнительной газовой защиты. Существенное увеличение производительности наплавки достигается при использовании повышенных значений тока, сравнительно небольшого диаметра проволоки и увеличения вылета электрода. При этом уменьшаются размеры зоны термического влияния, что приводит к снижению сварочных деформаций. По производительности способ
...
СОг. Третья дуга от ленточного электрода сечением 1,25x15 мм горит под слоем флюса. Испытания промышленной установки такого типа показали положительные результаты [40].
...
Одно из эффективных средств борьбы с разбрызгиванием металла — применение специальных электротехнических устройств. В Челябинском политехническом институте [41] предложен способ сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором с помощью специального устройства осуществляется кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки. Это значительно уменьшает вероятность выброса капли за пределы шва.
...
Снизить разбрызгивание металла в два-три раза можно также путем оптимизации соотношения между сварочным током и напряжением. Для этой цели создано устройство [42], позволяющее осуществлять оптимальное регулирование параметров процесса сварки. Сварщик задает лишь силу сварочного тока, устанавливая соответствующую скорость подачи электродной проволоки, а напряжение на дуге определяет система оптимизации.
...
В Японии разработан способ предотвращения прилипания брызг металла к свариваемым деталям, при котором к деталям прикладывают высокочастотные колебания с частотой более 10 кГц. Эти колебания передаются брызгами металла, в результате чего они «скачут» по поверхности и застывают, не успевая прилипнуть к поверхности [43].
...
Сварка порошковой проволокой наибольшее развитие получила в США, где соотношение производства сплошной и порошковой проволоки составляет 2 : 3. В последнее время в сварочном производстве на постоянном токе наблюдается тенденция перехода от проволоки большого диаметра к проволоке малого диаметра, причем в основном применяется проволока диаметром менее 1,6 мм с рутиловым покрытием [56].
...
Вильнюсским филиалом ЭНИМСа был разработан технологический процесс сварки базовых элементов конструкций координатно-измерительных машин высокой точности (в том числе особо ответственных оснований колонн). По опыту изготовления аналогичных корпусных конструкций координатно-измерительных машин в сварном исполнении такими зарубежными фирмами, как Bendix и Brown and Sharp (США), использовалась полуавтоматическая сварка порошковой проволокой рутилового типа марки ПП-АН8 диаметром 2,2 мм в защитной смеси углекислого газа и аргона. После сварки и последующей обработки деформации конструкции находились в пределах нормативных данных для подобных особо ответственных конструкций [72].
...
Широкое промышленное применение этого перспективного способа сварки в СССР сдерживается ограниченными мощностями по-производству порошковой проволоки, а также относительно высокой стоимостью ее по сравнению со стоимостью распространенной проволоки марки Св08Г2С. В настоящее время в рамках СЭВ проводится работа по созданию в странах—членах СЭВ материально-технической базы для производства разработанных в ИЭС им. Е. О. Патона порошковых проволок и применению данного процесса в промышленном масштабе. Можно предположить, что в скором времени сварка порошковой проволокой получит более широкое распространение в станко- и прессостроении.
...
Задачи повышения производительности и качества сварных соединений при сварке под флюсом решаются путем все более широкого распространения способов сварки с увеличенным вылетом электрода, подогревом электрода, пульсирующей дутой, применения многоэлектродных систем и т. д.
...
Сварка порошковой проволокой наибольшее развитие получила в США, где соотношение производства сплошной и порошковой проволоки составляет 2 : 3. В последнее время в сварочном производстве на постоянном токе наблюдается тенденция перехода от проволоки большого диаметра к проволоке малого диаметра, причем в основном применяется проволока диаметром менее 1,6 мм с рутиловым покрытием [56].
...
Вильнюсским филиалом ЭНИМСа был разработан технологический процесс сварки базовых элементов конструкций координатно-измерительных машин высокой точности (в том числе особо ответственных оснований колонн). По опыту изготовления аналогичных корпусных конструкций координатно-измерительных машин в сварном исполнении такими зарубежными фирмами, как Bendix и Brown and Sharp (США), использовалась полуавтоматическая сварка порошковой проволокой рутилового типа марки ПП-АН8 диаметром 2,2 мм в защитной смеси углекислого газа и аргона. После сварки и последующей обработки деформации конструкции находились в пределах нормативных данных для подобных особо ответственных конструкций [72].
...
Широкое промышленное применение этого перспективного способа сварки в СССР сдерживается ограниченными мощностями по-производству порошковой проволоки, а также относительно высокой стоимостью ее по сравнению со стоимостью распространенной проволоки марки Св08Г2С. В настоящее время в рамках СЭВ проводится работа по созданию в странах—членах СЭВ материально-технической базы для производства разработанных в ИЭС им. Е. О. Патона порошковых проволок и применению данного процесса в промышленном масштабе. Можно предположить, что в скором времени сварка порошковой проволокой получит более широкое распространение в станко- и прессостроении.
...
Способ сварки с предварительным подогревом электрода, предложенный в Гданьском политехническом институте, позволяет повысить производительность по сравнению с традиционным способом на 40—60% и дает возможность выполнять сварные соединения с меньшим количеством слоев при одинаковых параметрах сварки или с таким же количеством слоев, но с большей скоростью за счет увеличения глубины проплавления на 5—10%. При этом уменьшается ширина и увеличивается усиление шва [57].
...
Перспективным способом снижения деформации при сваривании длинных швов является сварка сдвоенным электродом. Этот процесс резко увеличивает скорость сварки, обеспечивая высокие механические свойства металла шва (электроды расположены вдоль оси шва) [58], и может быть рекомендован для изготовления ответственных сварных конструкций.
...
Сварка тремя электродными проволоками листов толщиной 25 мм позволяет повысить скорость сварки на 25% по сравнению с обычным способом. К недостаткам методам относится необходимость высокоточной подготовки кромок. Трехэлектродная сварка под флюсом обеспечивает высокую производительность процесса при односторонней сварке плоских панелей большой толщины с применением специальных подкладных устройств, служащих для формирования обратного валика шва [59].
...
Способ сварки стыковых соединений пульсирующей дугой, разработанный в ВПКТИатомкотломаше, уменьшает тепловложение в основной металл, позволяет снизить риск появления подрезов в стенках разделки и улучшает отделимость шлаковой корки. При этом пульсация электрических параметров режима обеспечивается программированием периодичности подачи проволоки с заданной продолжительностью периодов подачи и пауз между ними. Регулируя параметры импульсов тока, можно управлять условиями формирования сварочной ванны, изменяя внешнюю поверхность шва от выпуклой до вогнутой [60].
...
В Воронежском политехническом институте для улучшения качества и снижения металлоемкости тяжелонагруженных сварных узлов прессов разработан способ сварки под флюсом ленточным электродом стыковых соединений толщиной 16 и 20 мм и многопроходных соединений толщиной 40 мм
...
Электрошлаковая сварка — наиболее производительный способ получения сварных соединений больших толщин, выполняемых за один проход практически без пор и шлаковых включений. Однако большое тепловложение приводит к развитию поперечных сварочных деформаций и остаточных напряжений. Металл шва характе-
...
Способ сварки с предварительным подогревом электрода, предложенный в Гданьском политехническом институте, позволяет повысить производительность по сравнению с традиционным способом на 40—60% и дает возможность выполнять сварные соединения с меньшим количеством слоев при одинаковых параметрах сварки или с таким же количеством слоев, но с большей скоростью за счет увеличения глубины проплавления на 5—10%. При этом уменьшается ширина и увеличивается усиление шва [57].
...
Перспективным способом снижения деформации при сваривании длинных швов является сварка сдвоенным электродом. Этот процесс резко увеличивает скорость сварки, обеспечивая высокие механические свойства металла шва (электроды расположены вдоль оси шва) [58], и может быть рекомендован для изготовления ответственных сварных конструкций.
...
Сварка тремя электродными проволоками листов толщиной 25 мм позволяет повысить скорость сварки на 25% по сравнению с обычным способом. К недостаткам методам относится необходимость высокоточной подготовки кромок. Трехэлектродная сварка под флюсом обеспечивает высокую производительность процесса при односторонней сварке плоских панелей большой толщины с применением специальных подкладных устройств, служащих для формирования обратного валика шва [59].
...
Способ сварки стыковых соединений пульсирующей дугой, разработанный в ВПКТИатомкотломаше, уменьшает тепловложение в основной металл, позволяет снизить риск появления подрезов в стенках разделки и улучшает отделимость шлаковой корки. При этом пульсация электрических параметров режима обеспечивается программированием периодичности подачи проволоки с заданной продолжительностью периодов подачи и пауз между ними. Регулируя параметры импульсов тока, можно управлять условиями формирования сварочной ванны, изменяя внешнюю поверхность шва от выпуклой до вогнутой [60].
...
В Воронежском политехническом институте для улучшения качества и снижения металлоемкости тяжелонагруженных сварных узлов прессов разработан способ сварки под флюсом ленточным электродом стыковых соединений толщиной 16 и 20 мм и многопроходных соединений толщиной 40 мм
...
ризуется значительной анизотропией свойств, крупнозернистой структурой, низкой ударной вязкостью, пониженной сопротивляемостью к хрупким разрушениям. Необходимость применения термообработки для улучшения свойств сварных соединений ограничивает возможности этого способа [61].
...
В Японии для снижения остаточных напряжений разработан способ электрошлаковой сварки пластин, при котором одной из пластин сообщается предварительный обратный прогиб. Для уравновешивания напряжений, возникающих при сварке, поддержания постоянного зазора между кромками и регулирования величины усадки пластину с прогибом в процессе сварки поджимают с внешней стороны к другой пластине при помощи специальных домкратов с фиксаторами [62].
...
В нефтехимическом машиностроении СССР успешно применяется способ электрошлаковой сварки углеродистых и низколегированных сталей толщиной до 60 мм с регулированием термических циклов. Способ предусматривает сопутствующее охлаждение металла шва и зоны термического воздействия водо-воздушной смесью.
...
В ГДР разработан способ электрошлаковой сварки ленточным электродом на повышенных токах [63]. Зазор между соединяемыми кромками может быть уменьшен до 15 мм для деталей толщиной 70 мм. Получаемые таким образом соединения лишены дефектов и обладают ударной вязкостью в 1,5 раза большей, чем у соединений, выполненных проволочным электродом. Производительность плавления повышается в три раза, а скорость сварки — в девять раз по сравнению со сваркой проволочным электродом. Благодаря увеличению скорости сварки уменьшается ширина крупнозернистой области в зоне термического влияния, а сварной шов отличается более мелкозернистой структурой.
...
Из работы [64] следует, что наибольшая производительность и скорость достигаются при электрошлаковой сварке двойной электродной проволокой на больших токах с добавлением в сварочную ванну металлического порошка. При этом улучшаете» структура сварного соединения и повышается ударная вязкость. Во избежание образования горячих трещин или несплошностей в центре шва необходимо обеспечить непрерывную подачу металлического порошка в количестве, равном примерно 140% от массы расплавленного электрода. Этот способ применяется для сварки листов толщиной 40—90 мм.
...
Как видно из вышеизложенного, форсированные режимы электрошлаковой сварки способствуют повышению качества сварного соединения. К недостаткам таких режимов относится образование глубокого кратера в металлической ванне под электродом, что ведет к росту кристаллитов сварного шва. Наложение продольно-радиального магнитного поля изменяет форму и глубину сварочной ванны и обеспечивает возможность сварки без снижения качества шва [65].
...
ризуется значительной анизотропией свойств, крупнозернистой структурой, низкой ударной вязкостью, пониженной сопротивляемостью к хрупким разрушениям. Необходимость применения термообработки для улучшения свойств сварных соединений ограничивает возможности этого способа [61].
...
В Японии для снижения остаточных напряжений разработан способ электрошлаковой сварки пластин, при котором одной из пластин сообщается предварительный обратный прогиб. Для уравновешивания напряжений, возникающих при сварке, поддержания постоянного зазора между кромками и регулирования величины усадки пластину с прогибом в процессе сварки поджимают с внешней стороны к другой пластине при помощи специальных домкратов с фиксаторами [62].
...
В нефтехимическом машиностроении СССР успешно применяется способ электрошлаковой сварки углеродистых и низколегированных сталей толщиной до 60 мм с регулированием термических циклов. Способ предусматривает сопутствующее охлаждение металла шва и зоны термического воздействия водо-воздушной смесью.
...
В ГДР разработан способ электрошлаковой сварки ленточным электродом на повышенных токах [63]. Зазор между соединяемыми кромками может быть уменьшен до 15 мм для деталей толщиной 70 мм. Получаемые таким образом соединения лишены дефектов и обладают ударной вязкостью в 1,5 раза большей, чем у соединений, выполненных проволочным электродом. Производительность плавления повышается в три раза, а скорость сварки — в девять раз по сравнению со сваркой проволочным электродом. Благодаря увеличению скорости сварки уменьшается ширина крупнозернистой области в зоне термического влияния, а сварной шов отличается более мелкозернистой структурой.
...
Из работы [64] следует, что наибольшая производительность и скорость достигаются при электрошлаковой сварке двойной электродной проволокой на больших токах с добавлением в сварочную ванну металлического порошка. При этом улучшаете» структура сварного соединения и повышается ударная вязкость. Во избежание образования горячих трещин или несплошностей в центре шва необходимо обеспечить непрерывную подачу металлического порошка в количестве, равном примерно 140% от массы расплавленного электрода. Этот способ применяется для сварки листов толщиной 40—90 мм.
...
Как видно из вышеизложенного, форсированные режимы электрошлаковой сварки способствуют повышению качества сварного соединения. К недостаткам таких режимов относится образование глубокого кратера в металлической ванне под электродом, что ведет к росту кристаллитов сварного шва. Наложение продольно-радиального магнитного поля изменяет форму и глубину сварочной ванны и обеспечивает возможность сварки без снижения качества шва [65].
...
Тенденция к увеличению габарита сварных металлоконструкций и проблема повышения точности их изготовления обуславливают поиски путей повышения эффективности сварочных процессов, обеспечивающих снижение себестоимости при сохранении высокого качества сварных соединений.
...
Процесс сварки с узкощелевой разделкой кромок для деталей толщиной 20—300 мм приобретает все большее значение вследствие значительного снижения количества наплавленного металла и
...
Существует несколько способов сварки швов с узкощелевой подготовкой кромок: одной прямой электродной проволокой большого диаметра (2 или 3,2 мм), расположенной по центру зазора; двумя тонкими электродами (диаметром 1,2 или 1,6 мм); крученым электродом.
...
В первом случае разделка полностью заполняется по ширине в каждом проходе. Основная проблема при осуществлении этого способа заключается в необходимости введения в сварочную ванну значительного количества тепла для получения большого объема расплавленного металла, чтобы исключить подрезы и шлаковые включения. Сварка в импульсном режиме позволяет существенно снизить количество дефектов [66, 67].
...
При сварке двумя электродами, характеризующейся низким тепловложением, в зазор вводятся две следующие друг за другом плоские горелки с токоведущими проволоками, каждая из которых направляется на торцовые поверхности свариваемых кромок в зазоре под углом к вертикальной оси. При этом образуется слой наплавленного металла из двух смежных тонких валиков. Весь процесс сварки требует многократных проходов с подъемом сварочных головок после каждого прохода. Применение отогнутых к основанию зазора проволок позволяет расширить диапазон свариваемых этим способом толщин и
...
Тенденция к увеличению габарита сварных металлоконструкций и проблема повышения точности их изготовления обуславливают поиски путей повышения эффективности сварочных процессов, обеспечивающих снижение себестоимости при сохранении высокого качества сварных соединений.
...
Процесс сварки с узкощелевой разделкой кромок для деталей толщиной 20—300 мм приобретает все большее значение вследствие значительного снижения количества наплавленного металла и
...
При сварке крученым электродом по мере его расплавления дуга получает непрерывное вращательное движение. Считается, что фактический вылет крученого электрода за счет спиральности больше, чем у одинарной прямой электродной проволоки при одинаковой продолжительности включения тока и поддержании в обоих случаях постоянного расстояния между концом плавящегося электрода и основным металлом. Поэтому растет выделение тепла, и скорость плавления увеличивается. При сварке в смеси защитных газов (Аг+20% СОг) скорость плавления крученым электродом на 10% больше, чем обычной проволокой [39]. При этом способе устраняются некачественное формирование нижней части шва и несплавление с боковыми стенками разделки, значительно уменьшается количество пор.
...
Узкощелевая разделка кромок может применяться при сварке в защитных газах, под флюсом, при электрошлаковой сварке. Причем при электрошлаковой сварке площадь разделки кромок может быть снижена до '/з от площади разделки при обычном способе сварки [68].
...
Электроннолучевая сварка' в связи с созданием быстрооткачи-ваемых камер большой вместимости и установок с местным ва-куумированием находит все более широкое распространение, в том числе для сварки крупногабаритных изделий, несмотря на значительную первоначальную стоимость оборудования [69]. Процесс характеризуется высокой проплавляющей способностью и может применяться для весьма ответственных изделий. При сварке листов толщиной 200 мм использование электроннолучевой пушки мощностью 100 кВт по сравнению с многопроходной сваркой под флюсом дает сужение в 40 раз зоны сварного соединения, значительное снижение и равномерное распределение остаточных напряжений, увеличение скорости сварки в 100 раз, создает возможность ведения процесса сварки без присадочного металла. Сварка на таких установках стальных соединений толщиной 90 мм позволяет на 50% экономить потребление энергии по сравнению со способом сварки в глубокую разделку, а при сварке стальных соединений толщиной 200 мм затрачивается только 20% энергии, потребляемой при сварке под флюсом [70]. Основными путями получения бездефектных швов толстостенных (до 100 мм) деталей являются: применение электронного пучка с малой угловой сходимостью и максимально возможным током; сварка на малых скоростях и соответственно пониженной мощности; колебание луча в плоскости, перпендикулярной его оси; модуляция тока луча [71].
...
Совершенствование схем электроннолучевых пушек привело к разработке установок для сварки деталей без создания вакуумного пространства. Особенностью таких пушек является наличие на выходе электронного луча специальной камеры, в которую посту-
...
При сварке крученым электродом по мере его расплавления дуга получает непрерывное вращательное движение. Считается, что фактический вылет крученого электрода за счет спиральности больше, чем у одинарной прямой электродной проволоки при одинаковой продолжительности включения тока и поддержании в обоих случаях постоянного расстояния между концом плавящегося электрода и основным металлом. Поэтому растет выделение тепла, и скорость плавления увеличивается. При сварке в смеси защитных газов (Аг+20% СОг) скорость плавления крученым электродом на 10% больше, чем обычной проволокой [39]. При этом способе устраняются некачественное формирование нижней части шва и несплавление с боковыми стенками разделки, значительно уменьшается количество пор.
...
Узкощелевая разделка кромок может применяться при сварке в защитных газах, под флюсом, при электрошлаковой сварке. Причем при электрошлаковой сварке площадь разделки кромок может быть снижена до '/з от площади разделки при обычном способе сварки [68].
...
Электроннолучевая сварка' в связи с созданием быстрооткачи-ваемых камер большой вместимости и установок с местным ва-куумированием находит все более широкое распространение, в том числе для сварки крупногабаритных изделий, несмотря на значительную первоначальную стоимость оборудования [69]. Процесс характеризуется высокой проплавляющей способностью и может применяться для весьма ответственных изделий. При сварке листов толщиной 200 мм использование электроннолучевой пушки мощностью 100 кВт по сравнению с многопроходной сваркой под флюсом дает сужение в 40 раз зоны сварного соединения, значительное снижение и равномерное распределение остаточных напряжений, увеличение скорости сварки в 100 раз, создает возможность ведения процесса сварки без присадочного металла. Сварка на таких установках стальных соединений толщиной 90 мм позволяет на 50% экономить потребление энергии по сравнению со способом сварки в глубокую разделку, а при сварке стальных соединений толщиной 200 мм затрачивается только 20% энергии, потребляемой при сварке под флюсом [70]. Основными путями получения бездефектных швов толстостенных (до 100 мм) деталей являются: применение электронного пучка с малой угловой сходимостью и максимально возможным током; сварка на малых скоростях и соответственно пониженной мощности; колебание луча в плоскости, перпендикулярной его оси; модуляция тока луча [71].
...
Совершенствование схем электроннолучевых пушек привело к разработке установок для сварки деталей без создания вакуумного пространства. Особенностью таких пушек является наличие на выходе электронного луча специальной камеры, в которую посту-
...
При сварке крученым электродом по мере его расплавления дуга получает непрерывное вращательное движение. Считается, что фактический вылет крученого электрода за счет спиральности больше, чем у одинарной прямой электродной проволоки при одинаковой продолжительности включения тока и поддержании в обоих случаях постоянного расстояния между концом плавящегося электрода и основным металлом. Поэтому растет выделение тепла, и скорость плавления увеличивается. При сварке в смеси защитных газов (Аг+20% СОг) скорость плавления крученым электродом на 10% больше, чем обычной проволокой [39]. При этом способе устраняются некачественное формирование нижней части шва и несплавление с боковыми стенками разделки, значительно уменьшается количество пор.
...

Сварка, резка, пайка металлов
Сварка, резка и пайка металлов
Променеві методи обробки: Навч. посібник
Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
Руководство по пайке металлов
Газовая сварка и резка металлов
Металловедение сварки стали и сплавов титана

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварные базовые детали станков и машин. Обзор