Основы металлургического машиностроения

1. Нагревательные устройства Пламенные печи Пламенные печи по конструкции и характеру распределения температур в рабочем пространстве печи делятся на камерные, в которых температура по всему рабочему пространству одинакова, и методические, у которых температура в рабочем пространстве повышается от загрузочного окна к окну выдачи нагретых заготовок.

Применяют методические и камерные печи в машиностроительной промышленности при индивидуальном и мелкосерийном производстве прессовые, кузнечные и ремонтные цехи оборудуют камерными печами с выдвижным или стационарным подом, которые характеризуются большой универсальностью. При массовом производстве применяют толкательные печи типа методических, а в цехах горячей обработки давлением автомобильных и тракторных заводов.

Пламенные печи, работающие на газообразном топливе, являются наиболее совершенными в отношении регулирования и получения минимальных потерь от физической и химической неполноты горения заготовок. Пламенные печи являются наиболее распространенными. В них нагревают как мелкие заготовки, так и крупные слитки весом до 300 т.

Для сжигания газообразного топлива применяют газовые горелки, которые обеспечивают хорошее смешивание топлива с воздухом перед сжиганием.

Электрические печи Электрические печи улучшают условия работы обслуживающего персонала, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Электропечи широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов. Распространение электропечей определяется их достоинствами: возможностью получения в печной камере любых температур до 3000 °C; возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы; лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи; удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии; хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование); компактностью и пр.

В электрических печах можно поддерживать и изменять температуру с большой точностью. Рабочее пространство этих печей свободно от продуктов горения, угар металла получается минимальный.

Электрические печи сопротивления Электрические печи сопротивления применяют чаще всего для нагрева цветных металлов и сплавов, реже для нагрева стали, так как температурный интервал штамповки, например алюминия, находится в пределах 475−400°C, т. е. в пределах температур, постоянство которых в пламенных печах поддерживать значительно труднее, чем постоянство температур штамповки стали. В качестве электронагревателей в электропечах служат металлические нагреватели в виде ленты или проволоки, изготовленные из хромоалюминиевых или хромоникелевых сплавов, которые ввиду небольшой их стойкости применяют для температур ниже 1200° С. Для высоких температур (1300° С) применяют стержни (силитовые и глоборовые), изготовленные из карбида кремния. Нагревательные элементы чаще всего размещаются на боковых стенках печи.

Рис. 1. Схема устройства камерной печи сопротивления 1 — нагревательные элементы; 2 — огнеупорная часть кладки; 3 — теплоизоляция; 4 — жароупорная подовая плита.

Камерная печь Камерные печи применяются для нагрева слитков или крупных заготовок под ковку с конечной температурой нагрева 1100 — 1300 С. Загрузка на под и съем заготовок с пода осуществляются с помощью средств цеховой механизации (обычно мостовыми кранами). Производительность печей может изменяться в зависимости от марки стали, размеров заготовок или слитков, вида топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае. В камерные печи обычного нагрева заготовки загружают через определенные промежутки времени (периодически) партиями. При очередной загрузке температура в рабочей камере печи понижается тем резче, чем крупнее и легированные стальные заготовки, затем температура постепенно повышается и достигает заданной. В комплект установки печи входят рельсовые пути как в печи, так и внешние, механизмы выкатки пода и подъема заслонок, а также приборы теплового контроля и автоматики.

Печи этого типа отапливаются природным газом или жидким нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок. Применение для печей с выдвижным подом газовых горелок среднего давления (инжекционных) не рекомендуется. Для подогрева воздуха, идущего на горение, печи этого типа оборудуются рекуператорами (трубчатыми, игольчатыми или радиационными). Продукты горения отводятся в боров и дымовую трубу или вверх под зонт и далее в систему цеховых дымопроводов. Тепловой режим и режим давлений в печах поддерживаются автоматически. Кладка печей выполняется из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного (красного) кирпича и заключается в сварной металлический каркас с обшивкой из листовой стали. Печи устанавливаются на специальный фундамент, общий для печи и для рельсовых путей выдвижного пода (внутри печи и вне ее). В фундаменте предусматриваются приямки для размещения механизмов выкатки пода и для механизмов подъема заслонки. Подины печей состоят из рамы, сваренной из проката, литой гарнитуры и футеровки из шамотного нормального и легковесного кирпича. Рама подины перемещается на цепях катков. Механизмы выкатки пода применяются с рейками цевочного типа. В качестве механизмов подъема заслонок используются типизированные электрические лебедки или гидравлические подъемники. Расположение механизмов может быть как правым, так и левым. В случае необходимости выкатки пода на трансбордер подина устанавливается на колесах и выкатки ее осуществляется с помощью механизма трансбордера.

Печь с выкатным подом: 1-Путь роликовый; 2-Механизм выкатного пода; 3-Под выкатной; 4-Дверце; 5-Механизм подъема дверцы; 6-Каркас; 7-Футеровка; 8-Горелка;9-Дымоход; 10-Рекуператор;

Методические печи Методические печи по числу зон нагрева могут быть двух-, трёх — и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. При трёхзонном режиме нагрева имеются три теплотехнические зоны, по ходу металла: методическая, в которой повышается температура, сварочная с высокой постоянной температурой и томильная с постоянной температурой, близкой к заданной конечной температуре поверхности металла. Металл толщиной до 100 мм нагревают с одной стороны в печах без нижнего нагрева, а толщиной больше 100 мм — с двух сторон (с нижним нагревом).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим толкатель, который и выполняет роль выталкивателя.

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров. При использовании трёх зонных методических толкательных печей на среднесортных и крупносортных станах под печи выполняют прямым, с торцевой подачей и выдачей металла.

Электронагревательные устройства Индукционный нагрев заготовок осуществляется в индукторе токами повышенной или промышленной частоты. Индукционный нагрев токами повышенной частоты (500−8000 гц) применим для заготовок диаметром от 15 до 150 мм. Нагрев заготовок диаметром 150 мм и выше производится токами промышленной частоты (50 гц). Индукционный нагрев обеспечивает высокую скорость нагрева металла по сравнению с нагревом в пламенных печах; снижает потери на окалину с 3−4% до 0,5%; устраняет обезуглероживание поверхностного слоя; создает удобство автоматизации подачи и выдачи заготовок; позволяет повысить температуру начала обработки давлением без появления перегрева и коренным образом улучшает санитарно-гигиенические условия труда обслуживающих рабочих. Расход электроэнергии при индукционном нагреве составляет 4 — 0,5 кВт. ч. на 1 кг нагретой стали. Индукционный нагрев применяют для заготовок из стали, латуни, никеля и других металлов и сплавов.

Контактный нагрев осуществляется путем зажима заготовки в контактах электронагревательного устройства и пропускания через нее электрического тока большой силы, напряжением 6−15 в. Нагрев заготовки осуществляется за счет омического сопротивления самой заготовки. Контактный нагрев применяется для длинных заготовок диаметром 18−70 мм.

Расход электроэнергии при контактном нагреве составляет 0,3−0,4 кВт. ч на 1 кг нагретой стали. Капитальные затраты на эту установку значительно ниже стоимости индукционного электронагревательного устройства. Недостатком контактного нагрева является неполный прогрев концов заготовки (мест контакта), вследствие чего резко повышается расход на штампы; с учетом последнего, контактный нагрев является дорогим.

Контактный нагрев выгодно и удобно применять для нагревания средней части длинных тонких заготовок под штамповку, гибку и высадку.

2. Печи для плавки сплавов Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.

Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор. Мощность трансформатора на больших печах достигает 180 МВт, первичное напряжение 6−35 кВ, на высокомощных печах до 110 кВ, вторичное 50−300 В, а в современных печах до 1200 В. Вторичное напряжение регулируется при помощи переключателя ступеней напряжения (ПСН).

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковш Дуговая сталеплавильная печь Индукционные электропечи с сердечником состоят из шахты и каналов (одного или трех), которые охватывают сердечник и первичную обмотку трансформатора. К первичной обмотке (индуктору) подводится ток промышленной частоты. Жидкий металл, предварительно залитый в канал, создает короткозамкнутый вторичный виток, в котором индуктируется (возбуждается) электрический ток большой силы. Возникающая в этом кольце электроэнергия превращается в тепловую; металл, залитый в канал, быстро нагревается и передает теплоту твердой шихте (загружаемой сверху в шахту) в результате циркуляции металла. Плавка в этих печах экономичнее, чем в высокочастотных, но требует предварительной заливки жидкого металла в каналы печи и чистку этих каналов от расплава предыдущей плавки.

Схемы индукционных плавильных печей: 1 — индуктор; 2 — расплавленный металл; 3 — тигель; 4 — магнитный сердечник; 5 — подовый камень с каналом тепловыделения.

Индукционные электропечи без сердечника представляют собой воздушный трансформатор, первичной обмоткой которых является медный полый водоохлаждаемый индуктор, а вторичной — загружаемая в тигель металлическая шихта. Принцип работы печи основан на поглощении электромагнитной энергии материалом металлической шихты, загружаемой в тигель, который установлен в переменном электромагнитном поле; при этом происходит нагрев и расплавление шихты. Применяют графитные или набивные тигли из огнеупорных материалов. В зависимости от частоты переменного тока, питающего индуктор, эти печи подразделяются на печи промышленной частоты (50Гц) и высокой частоты (более 500Гц). В таких печах также плавят сталь.

Электрические печи сопротивления применяют чаще всего для нагрева цветных металлов и сплавов, реже для нагрева стали, так как температурный интервал штамповки, например алюминия, находится в пределах 475−400°C, т. е. в пределах температур, постоянство которых в пламенных печах поддерживать значительно труднее, чем постоянство температур штамповки стали. В качестве электронагревателей в электропечах служат металлические нагреватели в виде ленты или проволоки, изготовленные из хромоалюминиевых или хромоникелевых сплавов, которые ввиду небольшой их стойкости применяют для температур ниже 1200° С. Для высоких температур (1300° С) применяют стержни (силитовые и глоборовые), изготовленные из карбида кремния. Нагревательные элементы чаще всего размещаются на боковых стенках печи. В электрических печах можно поддерживать и изменять температуру с большой точностью. Рабочее пространство этих печей свободно от продуктов горения, угар металла получается минимальный. Электрические печи улучшают условия работы обслуживающего персонала. На рис. 6 показана электропечь камерного типа.

Электрическая печь сопротивления, электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Э. п. с. широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов. Распространение Э. п. с. определяется их достоинствами: возможностью получения в печной камере любых температур до 3000 °C; возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы; лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи; удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии; хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование); компактностью и пр.

Большая часть Э. п. с. — косвенного действия; в них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью. Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем (рис. 1). Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. Для нагрева больших партий одинаковых деталей применяют печи непрерывного действия (методические), в которых изделия непрерывно перемещаются от одного торца к другому. В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током (рис. 2), что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты). Почти все промышленные и лабораторные печи снабжаются автоматическим регулированием температурного режима.

Рис. а). Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия: 1 — нагревательные элементы; 2 — огнеупорная часть кладки; 3 — теплоизоляция; 4 — жароупорная подовая плита.

Рис.б). Схема устройства печи сопротивления прямого действия: 1 — нагреваемое изделие; 2 — понизительный трансформатор; 3, 4 — контакты.

Электронно лучевая печь предназначена для получения особо чистых металлов и сплавов. В такой печи вещество плавится за счёт тепла, выделяющегося при соударении пучка электронов (луча) с поверхностью расплавляемого образца. Электронно-лучевая печь — вакуумная печь для переплава металлов и сплавов, в которой в качестве источника нагрева применяется электронный луч Электронно-лучевая плавка — рафинирующий переплав в вакууме тугоплавких металлов или высоколегированных сталей в электронно-лучевых печах. Электронно-лучевая плавка: — обеспечивает высокую частоту переплавленного материала и однородность его структуры; - позволяют получить слитки до 100 т.

Вагранка, шахтная печь для плавки чугуна в литейном производстве. До 2-й половины 18 в. металл для чугунолитейного производства получали непосредственно из руды в доменных печах. Позже в небольших доменных печах стали переплавлять литейный чугун и лом. Эти печи и явились прототипом современной В. Появление В. положило начало независимому от доменных печей существованию чугунолитейного производства. Современная В. — шахта в виде вертикального стального цилиндра с толщиной стенок 6—10 мм, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом и установленного на подовую плиту, покоящуюся на колоннах.

Схематический разрез вагранки: 1 — горн; 2 — шахта; 3 — труба; 4 — искрогаситель; 5 — воздушная коробка; 6 — копильник; 7 — фурмы; 8 — лётка для выпуска металла.

Современная вагранка. — шахта в виде вертикального стального цилиндра с толщиной стенок 6—10 мм, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом и установленного на подовую плиту, покоящуюся на колоннах.

Вагранка состоит из трех основных частей (см. рис.): нижней — горна 1, в котором скапливается выплавляемый жидкий чугун; средней — собственно шахты 2, полностью загружаемой шихтовыми материалами (металл, топливо, флюсы); верхней — трубы 3, через которую горячие ваграночные газы выводятся в искрогаситель 4 и далее в атмосферу. В середине подовой плиты имеется отверстие с откидным дном для удаления остатков по окончании процесса плавки. Розжиг вагранки. начинается с загрузки на горящие дрова 1-й порции кокса (холостой колоши), заполняющей часть шахты на 0,7—1 м выше фурм 7. Когда кокс холостой колоши разгорится, включают дутьё, затем шахту загружают до загрузочного окна рабочими колошами, состоящими из порций металла, топлива и флюса (известняка, основного мартеновского шлака, реже плавикового шпата).

После подогрева шихты вновь включают дутьё и начинается процесс плавки. Новые порции загружают по мере расплавления шихты, которая постепенно опускается в зону плавления и подогревается поднимающимися вверх горячими газами.

3. Оборудование для проверки качества сварных швов Внешний осмотр — Данному контролю подвергают все виды сварных соединений, несмотря на использования дальнейших методов. При внешнем осмотре выявляют практически все виды наружных дефектов. При этом виде контроля определяют непровары, наплывы, подрезы и другие дефекты, доступные обозрению. Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-ти кратным увеличением. В условиях массового производства существуют специальные шаблоны, позволяющие с достаточной степенью точности измерить параметры сварных швов.

В условиях единичного производства сварные соединения обмеряют универсальными мерительными инструментами или стандартными шаблонами, пример которых приведен на рис. 123.

Рис. 123 Измерение разделки кромок, зазоров и размеров швов шаблоном ШС-2

Набор шаблонов ШС-2 представляет собой комплект стальных пластинок одинаковой толщины, расположенных на осях между двумя щеками. На каждой из осей закреплено по 11 пластин, которые с двух сторон поджимаются плоскими пружинами. Две пластины предназначены для проверки узлов разделки кромок, остальные — для проверки ширины и высоты шва. С помощью этого универсального шаблона можно проверять углы разделки кромок, зазоры и размеры швов стыковых, тавровых и угловых соединений.

Пневматические испытания в случаях, когда невозможно выполнить гидравлические испытания. Пневматические испытания предусматривают заполнение сосуда сжатым воздухом под давлением, превышающим на 10−20 кПа атмосферное или 10 — 20% выше рабочего. Швы смачивают мыльным раствором или погружают изделие в воду. Отсутствие пузырей свидетельствует о герметичности. Существует вариант пневматических испытаний с гелиевым течеискателем. Для этого внутри сосуда создают вакуум, а снаружи его обдувают смесью воздуха с гелием, который обладает исключительной проницаемостью. Попавший внутрь гелий отсасывается и попадает на специальный прибортечеискатель, фиксирующий гелий. По количеству уловленного гелия судят о герметичности сосуда. Вакуумный контроль проводят тогда, когда невозможно выполнить другие виды испытаний.

Герметичность швов можно проверить керосином. Для этого одну сторону шва при помощи пульверизатора окрашивают мелом, а другуюсмачивают керосином. Керосин имеет высокую проникающую способность, поэтому при неплотных швах обратная сторона окрашивается в темный тон или появляются пятна.

Химический метод испытания основан на использовании взаимодействия аммиака с контрольным веществом. Для этого в сосуд закачивают смесь аммиака (1%) с воздухом, а швы проклеивают лентой, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути или раствором фенлфталеина. При утечках цвет ленты меняется в местах проникновения аммиака.

Магнитный контроль. При этом методе контроля дефекты швов обнаруживают рассеиванием магнитного поля. Для этого к изделию подключают сердечник электромагнита или помещают его внутрь соленоида. На поверхность намагниченного соединения наносят железные опилки, окалину и т. д., реагирующие на магнитное поле. В местах дефектов на поверхности изделия образуются скопления порошка, в виде направленного магнитного спектра. Чтобы порошок легко перемещался под воздействием магнитного поля, изделие слегка постукивают, придавая мельчайшим крупинкам подвижность. Поле магнитного рассеивания можно фиксировать специальным прибором, называемым магнитографическим дефектоскопом. Качество соединения определяют методом сравнивания с эталонным образцом. Простота, надежность и дешевизна метода, а главное его высокая производительность и чувствительность позволяют использовать его в условиях строительных площадок, в частности при монтаже ответственных трубопроводов.

Радиационный контроль позволяет обнаружить в полости шва дефекты, невидимые при наружном осмотре. Сварной шов просвечивают рентгеновским или гамма-излучением, проникающим через металл (рис.124), для этого излучатель (рентгеновскую трубку или гамма-установку) размещают напротив контролируемого шва, а с противоположной стороны — рентгеновскую пленку, установленную в светонепроницаемой кассете.

Рис. 124 А-рентгеновское излучение; Б-гамма-излучение 1-экраны усиливающие; 2-рентгеновская пленка; 3-кассетарентгеновское излучение; 5-рентгеновская трубка; 6-гамм излучение; 7-свинцовый кожух; 8-ампулу радиоактивного вещества.

Лучи, проходя через металл, облучают пленку, оставляя в местах дефектов более темные пятна, так как дефектные места обладают меньшим поглощением. Рентгеновский метод более безопасен для работающих, однако его установка слишком громоздка, поэтому он используется только в стационарных условиях. Гамма-излучатели обладают значительной интенсивностью и позволяют контролировать металл большей толщины. Благодаря портативности аппаратуры и дешевизне метода этот тип контроля широко распространен в монтажных организациях. Но гамма-излучение представляет большую опасность при неосторожном обращении, поэтому пользоваться этим методом можно только после соответствующего обучения. К недостаткам радиографического контроля относят тот факт, что просвечивание не позволяет выявить трещины, расположенные не по направлению основного луча.

Наряду с радиационными методами контроля применяют рентгеноскопию, то есть получение сигнала о дефектах на экране прибора. Этот метод отличается большей производительностью, а его точность практически не уступает радиационным методам.

Ультразвуковой метод (рис.125) относится к акустическим методам контроля, обнаруживающим дефекты с малым раскрытием: трещины, газовые поры и шлаковые включения, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией. Принцип его действия основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред. Наибольшее распространение получил пьезоэлектрический способ получения звуковых волн. Этот метод основан на возбуждении механических колебаний при наложениях переменного электрического поля в пьезоэлектрических материалах, в качестве которых используют кварц, сульфат лития, титанат бария и др.

Рис. 125 Схема ультразвукового контроля: 1 -генератор ультразвуковых колебаний; 2-пьезоэлектрический щуп; 3-усилитель; 4-экран дефектоскопа.

4. Одношпиндельный токарно-револьверный автомат 1Б140

Автомат предназначен для обработки сложных по форме деталей с применением нескольких последовательно или параллельно работающих инструментов.

Техническая характеристика станка. Наибольший диаметр обрабатываемого прутка 40 мм; число частот вращения шпинделя 13; пределы частот вращения шпинделя: при левом вращении 160 — 2500 об/мин. при правом вращении 63 — 1000 об/мин; число суппортов 5.

Принцип работы и движения в станке. Обрабатываемый пруток, закрепленный цанговым зажимом в шпинделе станка V (рис. 39), получает главное движение. Инструмент крепят или в револьверной головке, имеющей продольную подачу, или в переднем, заднем и двух вертикальных суппортах, получающих поперечную подачу. наружные поверхности, нарезают резьбу. Поперечными суппортами производят обработку фасонных поверхностей, подрезку торцов, снятие фасок, сверление поперечных отверстий, вертикальными суппортами обрабатывают канавки и отрезают готовые детали.

Кинематика станка. Главное движение. Шпиндель V получает вращение от асинхронного электродвигателя М1 (N = 4,5 кВт; n 1440 об/мин). С вяла I на вал движение передается или через зубчатые колеса z =- 58 — 37 при включенной муфте M2 или через зубчатые колеса z = 42 — 53 при включенной муфте М1 или через зубчатые колеса z = - 27 — 68 при работающей муфте обгона M3. При включенных муфтахМ1 или M2 ролики муфты обгона расклиниваются и не передают движение на вал II. Валу III вращение сообщается через сменные зубчатые колеса a-b (к станку прилагается семь пар сменных колес), С вала III на вал IV движение передается или через зубчатые колеса z = 47 — 47 при включении муфте M1 или через колеса z — 24 — -40 — 60 при включенной муфте М5 для получения соответственно левого и правого вращений шпинделя. При одновременном включении муфт M4 и M5 произойдет торможение шпинделя. Управление кинематического баланса для быстрого правого вращения

n=1440 0,085 =890 об/мин.

Шпиндель имеет практически 13 левых и 13 правых значений частот вращения.

Частоты вращения шпинделя могут изменяться автоматически вор время каждого цикла с помощью командоаппарата.

5. Карусельно-фрезерный станок Карусельные станки применяются для обработки тяжелых деталей большого диаметра и сравнительно небольшой длины. На них можно выполнять почти все токарные операции.

Горизонтальное расположение плоскости круглого стола (планшайбы), на котором закрепляется заготовка, значительно облегчает ее установку и выверку.

Кроме того, шпиндель разгружен от изгибающих сил, что позволяет получить более высокую точность обработки деталей. Карусельные станки изготовляют двух типов: одностоечные и двухстоечные. Станки с планшайбой диаметром до 1500 мм обычно одностоечные, а станки с планшайбами большего диаметра двухстоечные. На рис. 23 показан общий вид карусельного одностоечного станка. Режущий инструмент крепится в резцедержателе бокового суппорта 8 и в револьверной головке вертикального суппорта 5. Горизонтальную подачу револьверного суппорта используют при обработке торцовых поверхностей, а вертикальную — внутренних цилиндрических и конических поверхностей (суппорт можно поворачивать вокруг горизонтальной оси.) Боковой суппорт 8 служит для обработки наружных поверхностей, а при горизонтальной подаче для обработке торцовых поверхностей и прорезки канавок снятие фасок и других операций. Карусельный предназначен для токарной обработки деталей в виде отливок, корпусов, маховиков, зубчатых колес, бандажей и т. п.

Карусельно-фрезерный станок с тремя вертикальными шпинделями Модель 6М23 В Станок предназначен для непрерывного фрезерования плоскостей деталей из чугуна, стали и алюминия.

Фрезерование производится двумя фрезами для черновой обработки диаметром 300 мм и одной фрезой для чистовой обработки с наибольшим диаметром 600 м. м на обычных и скоростных режимах резания.

Для закрепления обрабатываемых деталей на станке можно устанавливать приспособление с механическим или пневматическим зажимом.

Деталь обрабатывается последовательно двумя шпинделями для черновой обработки и одним шпинделем — для чистовой.

Рабочими движениями станка являются вращения шпинделей и стола.

Ручные перемещения салазок со столом по направляющим станины, шпиндельной бабки по направляющими стойки и гильз шпинделей являются установочными. Настройка числа оборотов шпинделей и величины круговых подач производится сменными зубчатыми колесами. Станок имеет устройство для подвода сжатого воздуха от сети.

6. Схемы профильно-шлифовального, хонинговального, и станка для суперфиниширования Профилешлифовальные станки

Профильно-шлифовальные станки применяют для шлифования деталей, имеющих сложный профиль, например шаблонов, фасонных резцов, пуансонов, матриц и т. д. Эти станки бывают с пантографом и оптическим устройством или с двумя пантографами и экраном. Профиль детали шлифуется по ее чертежу, увеличенному в 50 раз и более. Станки имеют следующие основные узлы: шлифовальный суппорт, координатный (крестовый) суппорт для детали, стол для установки чертежа и оптическое устройство. На таких станках осуществляются следующие движения: вращение шлифовального круга, возвратно-поступательное движение суппорта со шлифовальным кругом, установочные перемещения координатного суппорта с обрабатываемой деталью в трех направлениях, перемещение. В зависимости от сложности профиля шлифование ведут или всего профиля одновременно (рис. 189 а) или по элементам (рис. 189, б).Шлифование методом огибания основано на кинематическом воспроизведении профиля острозаправленным кругом.(рис. 189 в)

Типовым представителем станков профилешлифовальной группы является; оптический профилешлифовальный станок 395 М На станине 3 (рис.191)смонтированы стойка 2 с подъемным механизмом координатного стола 1, нижние 4 и верхние 5 салазки суппорта 6. На суппорте установлена шлифовальная головка 7 через промежуточный поворотный диск 8, который позволяет поворачивать круг в обе стороны на 10° относительно детали.

Профилешлифовальные станки с программным управлением позволяют автоматически получать заданный профиль детали. Представителем этой группы является станок 3Г95ФЗ, имеющий аналогичную компоновку со станком 395 М.

Хонинговальные станки Хонинговальные станки применяют для обработки внутренних и реже наружных поверхностей. Хонинговальные станки выпускают универсальные и специальные, однои многошпиндельные в горизонтальной, вертикальной и наклонной компоновках. Привод шпинделя аналогичен приводу шпинделя вертикально-сверлильного станка. Возвратно-поступательное перемещение хона происходит гидравлически. Хонингование позволяет получить высококачественную поверхность, а также устранять небольшие неточности формы (овальность, конусообразность и т. д.). Хонингование представляет собой обработку поверхностей абразивными брусками, закрепленными на внешней или внутренней поверхности хонинговальной головки, которая получает непрерывное вращение в одном направлении и возвратно-поступательное движение вдоль оси.

Рис. 7. Хонинговальные головки: а — с осевым перемещением конуса для разжима брусков; б — с вращением конуса; 1 — кольцевая пружина; 2 — ползун бруска; 3 — конус для разжима брусков; 4 — абразивный брусок; 5 — соединительное звено; 6— корпус головки; 7— шарнирное соединение; 8— шпиндель; 9 — толкатель осевого перемещения конуса; 10, 11 — верхний и нижний конусы для брусков.

Рис. 8. Вертикальный хонинговальный станок: 1 — стол; 2 — приспособление для установки заготовки; 3 — обрабатываемая заготовка; 4 — хонинговальная головка; 5 — лимб установки длины хода и реверса головки; 6 — патрон головки; 7 — шпиндель; 8 — шпиндельная бабка; 9 — коробка скоростей; 10 — пульт управления; 11 — электрошкаф; 12 — гидростанция; 13 — станина.

Станки для суперфинишной обработки Станки для суперфиниширования применяют для обработки до Ra = 0,1 мкм наружных, внутренних поверхностей тел вращения и плоских поверхностей. В качестве инструмента используют мелкозернистые бруски, прижимаемые к обрабатываемой поверхности пружинами или гидравлически. Припуск на эту операцию почти не оставляют. В процессе обработки инструмент и заготовка получают следующие движения: В — вращение или круговое движение заготовки; А — возвратно-поступательное перемещение инструмента;

Б — колебательное движение инструмента; Г — вращение инструмента; Д — колебательное движение заготовки. Получаемое сложное относительное движение и обеспечивает высокое качество поверхности. Продолжительность обработки устанавливают по реле времени.

Суперфиниширование дает возможность получать поверхности наивысшего класса чистоты (10 — 14) и предназначено для обработки поверхностей любых форм (плоских, цилиндрических, наружных и внутренних, а также фасонных) В качестве инструмента применяются мелкозернистые абразивные бруски. Сущность процесса заключается в следующем. Абразивные бруски совершают колебательное возвратно-поступательное движение с большой частотой и малым ходом по поверхности детали. В результате колебательного движения абразивного бруска по обрабатываемой поверхности гребешки неровностей срезаются .

7. Оборудование электрохимической обработки Электрохимическая обработка основана на локальном анодном растворении материала заготовки в растворе электролита. При этом электролит интенсивно движется между электродами. Получается высокое качество поверхности, отсутствие теплового воздействия на деталь, а также устраняется износ электрода-инструмента.

Применение данного вида обработки рекомендуется для изготовления конструктивно сложных деталей из особо твердых, хрупких или вязких материалов, Особенно хорош данный метод для получения полированных поверхностей на деталях из обычных сталей. Электрохимическая обработка является, пожалуй, единственной, при которой с понижением шероховатости поверхности производительность не только не снижается, но даже может увеличиваться. При этом, правда, снижается точность обработки. Этим методом осуществляется сверление сквозных и глухих отверстий, шлифование плоских поверхностей, разрезание заготовок, обработка торцов и канавок, точение фасонных деталей, фрезерование, заточка инструментов, хонингование, снятие заусенцев, и маркировка (38). Точность, достигнутая в настоящее время, составляет от 0,025 до 0,05 мм.

Электрохимический способ обработки основан на разрушении металла, одновременного анодного его растворения и воздействия ультразвуковых колебаний. Этот способ применяется при изготовлении твердосплавных вытяжных штампов.

Электрохимическая обработка материалов основана на химических процессах, возникающих в результате прохождения электрического тока через цепь, образованную проводниками (электродами) 1 — 3 и находящейся между ними проводящей ток жидкостью (электролитом). При электрохимической обработке происходит растворение и удаление слоя металла с заготовки и образование химических соединений.

Поддержание заданной плотности тока одно из условий правильного ведения процесса. Скорость растворения находится в прямой зависимости от плотности тока. Большинство материалов хорошо обрабатываются на установках" питаемых постоянным током. Однако при обработке коррозионно-стойкой стали целесообразно применение импульсного тока. Процесс остается устойчивым, а шероховатость поверхности улучшается при замене постоянного тока однополупериодным выпрямленным током, Широко применяют в качестве электролита раствор хлористого натрия ввиду его низкой стоимости и длительной работоспособности. Электропроводность и вязкость оказывают влияние на характер протекания и результаты процесса.

Электрохимическая размерная обработка характеризуется малой шероховатостью обработанной поверхности, производительностью достигающей 1000 мм?/с, большой энергоемкостью процесса — 1000 А/ч на 1 кг снятого металла. Способ используют для образования отверстий и полостей, профилирования и формообразования копированием на электрохимических универсальных станках типа 4420Ф4, для удаления заусенцев и грата, при резке и долблении.

8. Многоцелевой станок модели 2204ВМ Ф2 с ЧПУ Многоцелевым станком называется станок с ЧПУ, обеспечивающий комплексную обработку сложных деталей с разных сторон без их перебазирования и, как правило, имеющий автоматическую смену инструмента. Эти станки выпускают для обработки корпусных заготовок и типа тел вращения. Рассмотрим многоцелевые станки для обработки корпусных заготовок. На них можно сверлить, зенкеровать, развертывать, растачивать, нарезать резьбу, фрезеровать плоские поверхности и контуры.

Производительность многоцелевых станков в 3−8 раз выше, чем универсальных станков. Это происходит за счет резкого сокращения вспомогательного времени и тем самым увеличения доли машинного времени до 60−75% в общем цикле обработки.

Вспомогательное время уменьшается благодаря автоматической смене инструмента, высокой скорости позиционирования рабочих органов станка на вспомогательных ходах (до 15 м/мин), сокращению времени пуска-останова и реверсирования при применении высокомоментных малоинерционных двигателей постоянного тока, наладке инструмента на размер вне станка, исключению контрольных операций и т. д. В современных станках время переналадки еще более уменьшается вследствие применения сменных инструментальных магазинов с заранее налаженным на размер режущим инструментом.

Для сокращения времени загрузки заготовок и съема готовых деталей используются устройства для автоматической смены приспособлений — спутников, маятниковые столы, несколько поворотных столов, работающих поочередно, и др.

Конструктивные особенности многоцелевых станков.

Приводы главного движения многоцелевых станков должны обеспечить регулирование скоростей в широком диапазоне (Rn = 50-:-100, а иногда и до 200), учитывая большое число разнохарактерных обработок, выполняемых на многоцелевых станках. Максимальная частота вращения достигает nmax = 3000-:-4000 мин-1. Большей частью в приводах главного движения используют двигатели постоянного тока с тиристорным управлением с двумя-тремя механическими ступенями, а иногда и без них. Для малых и средних типоразмеров станков применяют приводы с асинхронными электродвигателями и коробками скоростей (иногда дополнительно устанавливают вариатор). Реже используют гидродвигатели малых габаритов и с большим диапазоном регулирования.

Шпиндельные устройства многоцелевых станков достаточно сложны, так как во внутреннее отверстие шпинделя входят зажимные устройства, осуществляющие автоматическое закрепление и освобождение инструментальных оправок. Затяжка инструмента чаще всего производится пакетом тарельчатых пружин, разжим — от гидроцилиндра. Для закрепления инструмента используют резьбовые, цанговые, байонетные (см. рис.) зажимы или зажимы с радиально-движущимися элементами

Закрепление инструментальных оправок в шпинделе многоцелевых станков Шарики 1 при перемещении втулки 2 захватывают хвостовик инструмента 3. При обратном ходе против шариков оказывается расточка втулки 2 и хвостовик инструмента освобождается. Оправки инструмента имеют, как правило, наружный конус 50. Крутящий момент от шпинделя к оправке передается с помощью торцовых шпонок 4, и, следовательно, ими же осуществляется угловое ориентирование шпинделя. Для повышения жесткости шпинделя исключено его осевое перемещение. Шпиндель монтируется непосредственно в перемещаемой шпиндельной головке.

Механизмы автоматической смены инструмента многоцелевых станков с ЧПУ.

Механизмы автоматической смены инструмента должны обеспечить стабильное точное, жесткое и надежное положение инструмента, а также минимальное время его смены. По конструктивному и компоновочному исполнению их делят на три группы:

1) с заменой всего шпиндельного устройства (револьверные шпиндельные головки, магазины шпиндельных гильз);

2) со сменой инструмента в одном шпинделе (инструментальные магазины);

3) комбинированные (магазин в сочетании с револьверной головкой или автоматическая и ручная смена).

Револьверные шпиндельные головки наиболее просты и компактны. Головки размещаются обычно на шпиндельной бабке станка. Время смены инструментов 1−3 с.

Магазины шпиндельных гильз (см. рис.) бывают барабанного и линейного типа. Гильзы 1 поочередно занимают рабочее положение 4, при этом шпиндель 2 соединяется с приводом главного движения, а гильза шпинделя с приводом подач. В магазине устанавливается 15−20 гильз, в которых можно монтировать шпиндели разной конструкции для легких и тяжелых работ. Главный привод обеспечивает необходимую частоту вращения различных инструментов 3. Недостаток такого способа смены инструмента — громоздкость и высокая стоимость конструкции; преимущество — достаточная жесткость шпиндельного устройства и надежность его закрепления.

Магазин шпиндельных гильз Наиболее распространены многоцелевые станки со сменой инструмента в одном шпинделе. Механизм смены инструмента в этом случае в общем виде состоит из инструментального магазина, автооператора для переноса инструментов от магазина в шпиндель и обратно и транспортного устройства для передачи инструмента из магазина к автооператору.

Магазины могут быть установлены на шпиндельной головке, на колонне, на столе и за пределами станка. При расположении магазина на столе станка уменьшается полезная площадь стола, увеличиваются затраты времени на смену инструмента, поэтому такой способ установки магазина не получил распространения.

Значительно упрощается загрузка и транспортирование инструмента из магазина в шпиндель при установке магазина 2 на шпиндельную головку 1 (рис. а). Револьверный магазин, вращаясь, подводит необходимый инструмент до совпадения его оси с осью шпинделя (рис. б). Гильза шпинделя 2 захватывает оправку с инструментом 3, выносит ее из магазина 1 и, продвигаясь дальше, осуществляет рабочий цикл. При обратном ходе оправка остается в магазине, а шпиндель уходит вверх, чтобы не мешать повороту револьверного магазина. Автооператор здесь не нужен. По сравнению с револьверными головками такие магазины имеют более мощный шпиндель и больший рабочий ход инструмента, но вместимость револьверных магазинов ограничена.

Многоцелевой станок с револьверным магазином Этих недостатков лишены магазины, расположенные на колонне станка или вне его. Но при таком исполнении усложняется все устройство смены, появляется необходимость в автооператорах, транспортных средствах для подвода инструмента, увеличивается время его смены. Вместимость магазинов, удаленных от рабочей зоны, составляет 12−120 инструментов. Необходимая вместимость магазина определяется из анализа технологического процесса деталей, которые будут обрабатываться на данном многоцелевом станке: вместимость магазина зависит также от размеров инструментов (прежде всего от их диаметра), которые могут быть помещены в магазине. Оптимальной считают вместимость магазина в 30 инструментов.

Магазины 1 выполняют дисковыми (рис. а, б), барабанными (рис. в), цепными (рис. г), планетарными (рис. д).

Инструмент 2 в таких магазинах может располагаться параллельно, радиально или наклонно к оси вращения магазина. При выборе типа механизма смены инструмента учитывают следующее. При малом числе инструментов (до 8 шт.) и невысокой точности обработки можно применять револьверную головку, при большей точности обработки необходимо использовать револьверный магазин. При требуемом числе инструментов 30−40 шт. применяют дисковые или барабанные магазины, при увеличении инструментов до 100 шт. и больше чаще всего устанавливают цепной магазин.

Схемы инструментальных магазинов Многоцелевые станки оснащают еще большим числом инструментов путем применения сменных магазинов, устройств для кассетной замены инструментов в магазине, дополнительных стеллажей с инструментами вне станка — смена инструмента при этом осуществляется портальным роботом.

Уменьшают время смены инструмента комбинированные устройства смены, состоящие из магазина и револьверной головки. Например, при наличии двухшпиндельной поворотной головки во время работы одного шпинделя происходит смена инструмента из магазина в другом ее шпинделе с помощью автооператора.

Многоцелевой горизонтальный фрезерно-сверлильно-расточной станок 2204ВМФ2 с крестовым поворотным столом и инструментальным магазином предназначен для комплексной обработки корпусных деталей средних размеров с четырех сторон без переустановок. На станке можно производить получистовое и чистовое фрезерование деталей концевыми, торцовыми и дисковыми фрезами, сверление, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы метчиками. Класс точности станка В. Точность растачиваемых отверстий соответствует 6−7-му квалитетам. Станок входит в гамму многоцелевых станков 6902ПМФ2, 6904ПМФ2, 6904ВМФ2 и др. аналогичных по компоновке, конструкции, но отличающихся размерами и точностью. Станок 2204ВМФ2 отличается расположением магазина, упрощающим устройство смены инструмента.

Устройство ЧПУ типа «Размер 2М» — позиционно-прямоугольное. На перфоленте программируют координатные перемещения стола и шпиндельной головки, величины подачи и частот вращения шпинделя, смену инструмента, циклы обработки и т. д. Сложные криволинейные поверхности можно фрезеровать одновременно по двум координатам из четырех программируемых. Индуктивная отсчетно-измерительная система, аналогичная системе станка 243ВМФ2, обеспечивает точность позиционирования 0,02 мм. Для позиционирования поворотного стола применена отсчетно-измерительная система с индуктивным зубцовым датчиком, обеспечивающим точность поворота 20″. Дискретность отсчета координат по осям X', Y, Z' 0,002 мм, дискретность отсчета поворота стола 0,01°

Технические характеристики станка, модель 2204ВМФ2.

Класс точности станка по ГОСТ 8–82, (Н, П, В, А, С) В Длина рабочей поверхности стола, мм 500.00

Ширина стола, мм 400.00

Перемещение стола X, Y, Z, мм 500,500

Пределы частот вращения шпинделя, Min/Max, Об./Мин. 32.00/2000.00

Мощность двигателя главного движения, кВт. 6.30

Габариты станка Длина_Ширина_Высота, мм. 2630_2725_2250

Масса станка, кг. 6580

Модель ЧПУ, установленного на станке / число инструментов маг.

Размер-2М/30 Год постановки/Снятие станка с серийного производства. 1982/1986

Кинематика станка. Главное движение станка 2204ВМФ2. Шпиндель IV (рис. 107, а) получает вращение от электродвигателя постоянного тока M1 (N = 6,3 кВт; n=1000 мин-1) через ременную передачу, коническую пару z=35−35 и блок Б1, обеспечивающий получение двух диапазонов частот вращения. Переключение блока Б1 осуществляется электродвигателем М2 типа РД-09 (N = 10 Вт, n= 1200 мин-1) со встроенным редуктором через передачу z=18−50 и систему рычагов. Положение блока контролирует микропереключатель. Инструмент затягивается в конус шпинделя пакетом тарельчатых пружин через шток. Отжим инструмента для его замены происходит от отдельного асинхронного электродвигателя через систему зубчатых колес. Контроль отжима инструмента производится микропереключателями.

Приводы подач 2204ВМФ2 продольного и поперечного перемещения стола и его поворота, а также вертикального перемещения шпиндельной головки конструктивно выполнены одинаково. От электродвигателей постоянного тока М3, М4, М5 с тиристорным управлением (N = 900 Вт, n=2200 мин-1) через двухили трехступенчатый прямозубый редуктор движение передается соответственно транспортным винтам продольного XII перемещения салазок, поперечного XV перемещения стола, вертикального XXX перемещения головки и шлицевому валу XXII поворота стола.

нагревательный сталеплавильный токарный электрохимический

9. Гибкие производственные системы Современное машиностроение примерно на три четверти имеет среднесерийный и мелкосерийный характер производства. Быстро обновляется номенклатура машин, одновременно возрастает их сложность и точность, все это приводит к необходимости оперативной перестройки производства на предприятиях. Организационно-технические средства, эффективные для массового однономенклатурного уровня производства, становятся тормозом при обновлении продукции. Следовательно, необходимо создавать быстро переналаживаемые производства с высокой производительностью труда. Значительное место в таких производствах принадлежит промышленным роботам, которые на многих операциях заменяют ручной труд, что уменьшает число требуемых рабочих, способствует многостаночному обслуживанию. Повышению производительности труда способствует резкое повышение уровня автоматизации оборудования и надежности его работы.

Гибкая производственная система Гибкая производственная система (ГПС) — это комплекс технологических средств, состоящий из одного-двух (не более) многоцелевых станков с ЧПУ или других металлорежущих станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки при помощи различных транспортных средств, например при помощи самоходных роботизированных тележек. Этот комплекс связан единым математическим обеспечением, способствующим работе оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека. ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станка, инструментом, транспортом, системами загрузки-выгрузки. Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка; мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке и т. д.