Размерный анализ по высоте (длине) аппарата

Следует отметить, что научно обоснованный метод выбора ширины и допусков листовых заготовок стыковых соединений сварных карт отсутствует и отдан на произвольное решение изготовителей, что не может гарантировать высокого качества.

Корпус аппарата состоит из трех отдельных обечаек. Количество кольцевых швов с учетом швов «обечайка – днище» n = 8. (посчитайте из раздела 4)

Допускаемые отклонения длины цилиндрической части аппарата не должны превышать плюс 0,3% от номинальной длины корпуса без днищ, но не более плюс-минус 75 мм.

∆Н = ±0,003 ^. Н ≤ 75 мм;

∆Н = ±0,003 ^. 20800 = ±63 мм.

Следовательно, принимаем ∆Н = ±63 мм.

Для определения расчетных (возможных, ожидаемых) отклонений используются те же формулы, что и при расчете отклонений периметра.

Рассмотрим два варианта расчета

Вариант I. Листы используются без дополнительной обработки кромок. В этом случае необходимо учитывать отклонения проката по ширине.

Отклонения по ширине проката только плюсовые, и согласно ГОСТ5681, составляют

α_1пр = +0,5%В, (5.9)

участок I

α_1пр = 0,005 ^. 1000 = +5 мм.

участок II

α_1пр = 0,005 ^. 2100 = +10,5 мм.

участок III

α_1пр = 0,005 ^. 2000 = +10 мм.

Расчетное количество кольцевых швов для определения ∆Н будет равняться n = 2 для первого участка, n = 4 для второго участка, n = 9 для третьего участка.

Операционные отклонения и отклонения зазора те же, что и для случая

Периметра

2α_1оп = +2,0 мм; 2α_2оп = - 2,0 мм;

α₁₃ = +2,0 мм; α₂₃ = - 2,0 мм.

участок I

α₁ = (5 +2,0 +2,0) ^. 2 = +18 мм;

α₂ = (0 - 2,0 - 2,0) ^. 2 = -8 мм.

участок II

α₁ = (10,5 +2,0 +2,0) ^. 4 = +58 мм;

α₂ = (0 - 2,0 - 2,0) ^. 4 = - 16 мм.

участок III

α₁ = (10 +2,0 +2,0) ^. 9 = +126 мм;

α₂ = (0 - 2,0 - 2,0) ^. 9 = -36 мм.

Ожидаемые расчетные отклонения ниже допускаемых. Величины отклонений могут быть значительно снижены, если применить известный в машиностроении метод компенсации отклонений от нормальных размеров.

Применять этот метод следует ограниченно, так как он не способствует независимому изготовлению базовых деталей и, следовательно, препятствует внедрению принципов взаимозаменяемости.

Вариант II: При этом прокат подвергается дополнительной обработке по ширине и размеры каждой из обечаек будут одинаковы, количество кольцевых швов n = 2 для первого участка, n = 4 для второго участка, n = 9 для третьего участка.

2 α_1оп = 2 α_2оп = 0.

участок I

α₁ = (0 +2,0 +2,0) · 2 = +8 мм;

α₂ = (0 - 2,0 - 2,0) · 2 = -8 мм.

участок II

α₁ = (0 +2,0 +2,0) · 4 = +16 мм;

α₂ = (0 -2,0 - 2,0) · 4 = - 16 мм.

участок III

α₁ = (0 +2,0 +2,0) · 9 = +36 мм;

α₂ = (0 - 2,0 - 2,0) · 9 = - 36 мм.

Расчетные отклонения в данном варианте меньше допускаемых, и, следовательно, второй вариант обеспечивает принципы взаимозаменяемости.

Определим диаметр сварной опоры в сопряжении этой опоры со штампованным днищем.

В качестве номинальных выбраны внутренний диаметр опоры D_A и наружный диаметр днища D_н (рисунок 5.2.1)

Рисунок 5.2.1 – Расчетная схема сопряжения «опора – днище»

Внутренний диаметр опоры D_А, мм

D_А = D_н + α_А + α_В + ∆_min , (5.10)

где α_А - допуск на диаметр опоры, мм;

α_В - допуск на диаметр днища, мм.

Примем ∆_min = 1 мм, толщину стенки опоры 28 мм, максимальный сварочный зазор b_мах = 6 мм.

Из [2,таблица 2.2] отклонения диаметра днища составляют ± 6мм

α_В = ± 6мм.

Для опорной обечайки отклонение диаметра рассчитывается по формуле

, (5.11)

где

h = 0,15*28 =4,2 мм,

По формуле (5.11)

∆D_А = ± 4,2/2 = ±2,1 мм;

α_А = 2,1 мм.

По формуле (5.7)

D_н = 1800 + 2*60 =1920 мм.

Максимальный сварочный зазор на сторону рассчитаем по формуле

b_max = α_А +α_В + b_min, (5.11)

b_мах = 2,1+ 6+0,5 = 8,6 мм.

Сварочный зазор 8,6 мм не позволяет вести нормальный процесс как ручной, так и автоматической сварки под слоем флюса. Поэтому данное сопряжение « корпус – днище» при существующей технологии изготовления днища по принципу взаимозаменяемости собирать невозможно.

Чтобы изготавливать узел сопряжения «опора – днище» по принципу взаимозаменяемости, необходимо иметь днище с предельными отклонениями диаметра α_В , обеспечивающими

b_max = 3мм, b_min = 0,5 мм.

Тогда

α_В = b_max - α_А - b_min, (5.12)

α_В = 3-2,1- 0,5 = 0,4 мм.

Предельные отклонения диаметра днища не должны превышать ∆D = ±0,4 мм.

Днища с такой точностью можно изготавливать с применением водоохлаждающего пуансона.

Выбор и расчет заготовительных операций

Очистка

В результате прокатки, выполнения горячей штамповки и других высокотемпературных операций на поверхности заготовок или готового изделия образуется окалина. За время транспортирования, хранения на металле могут появиться ржавчина и загрязнения.

Цель очистки – удаление с поверхности металла загрязнений. Обязательной очистке подлежат:

- кромки свариваемых элементов;

- участки металла, соприкасающиеся с флюсом;

- поверхности контакта соединяемых элементов (внахлестку и куда приваривается обкладка);

- поверхности отдельных деталей и аппаратов, в целом подлежащие окраске, эмалированию, металлизации и т.п.

Ржавчина – продукт коррозии железа, образуемый под действием кислорода в присутствии воды, является основным видом загрязнения металлической поверхности. Бурая рыхлая масса ржавчины состоит, главным образом, из водной окиси железа, не связанной с металлом, поэтому не защищающей его от дальнейшего разрушения. Ее состав приблизительно отвечает формуле

Fе₂О₃ ^. Н₂О.

В условиях высоких температур электрической дуги происходит

диссоциация воды

2^. Н₂О = 2 ^. Н₂ + О₂ – Q, калл.

Водород и кислород способствуют образованию пор и микротрещин в

металле шва, повышают хрупкость металла. Будучи эндотермической, реакция повышает скорость охлаждения сварного соединения. Аналогичные дефекты в шве обнаруживаются при недопустимой влажности сварочного флюса. Окалина – наиболее распространенный вид неметаллических соединений на поверхности проката и представляет собой закись-окись железа Fе_зО₄.

В расплавленном состоянии на границе раздела фаз металл-шлак протекает реакция по уравнению

Fе₃О₄+ Fе – 4FеО.

Количество FеО в металле и шлаке перераспределяется равномерно.

Следовательно, с ростом содержания в шлаке свободной FеО увеличивается содержание кислорода в металле шва, что приводит к снижению пластичности, ударной вязкости металла шва. При содержании кислорода О₂ больше 0,1 % металл теряет ковкость. Загрязнения типа SiO₂, Al₂O₃, (песок, глинозем и др.) оказывают влияние на химический состав и свойства шлаков, образующихся при сварке. Эти изменения могут влиять отрицательно на свойства металла шва из-за нарушения оптимального состава флюсов, покрытий, рассчитанных на получение качественного соединения.

Способы очистки

В промышленности используют многочисленные способы очистки металлических поверхностей от загрязнений, которые можно объединять в химические, физические и механические методы. Выбор метода обработки зависит от вида и степени загрязненности поверхности; целей подготовки поверхности (под сварку, пайку, склеивание, окраску, эмалирование и т.п.); габаритных размеров, массы изделия и типа производства. Химические методы обработки поверхности включают обезжиривание, травление, а также применение модификаторов ржавчины. Обезжириванием называют процесс растворения или эмульгирования жира и масел с помощью химически активных веществ. Осуществляется промывкой деталей в щелочных растворах, органических растворителях, водных моющих средствах, а в некоторых случаях электрическим травлением в гальванических ваннах. Обезжиривание мелких деталей производят в ваннах или во вращающихся барабанах, в которые залит растворитель. Крупные изделия обезжиривают путем заливки растворителя во внутреннюю полость герметически закрытого аппарата. Внешнюю поверхность крупногабаритных аппаратов можно обезжиривать путем протирки растворителем или его распылением. После щелочного обезжиривания и электрического травления должна быть произведена тщательная промывка водой и сушка. Ввиду токсичности большинства растворителей все работы по обезжириванию должны выполняться в закрытых помещениях или камерах, оборудованных вытяжной вентиляцией. Травление выполняется обычно растворами серной и соляной кислот в отдельности или сочетании. Скорость травления увеличивается также с повышением температуры растворов. Кислота проникает под слой окалины или ржавчины и образует, наряду с окислами, свободный водород, который механически отрывает разрыхленные слои окислов. Для предотвращения наводороживания поверхности металла в травильные ванны добавляют специальные присадки - замедлители. Замедлители адсорбируются на поверхности изделий и затрудняют переход частичек металла в раствор. Рецепты травителей зависят от состава обрабатываемого металла. По мере роста объемов производства цехов холодной прокачки потребовалось увеличение производительности травильных агрегатов, что привело к необходимости применения более сильного травителя соляной кислоты взамен серной.

В последнее время разработано множество составов, композитов, модификаторов или преобразователей ржавчины. Химические способы очистки не оказывают влияния на изменение толщины поверхностно-напряженного слоя и шероховатость поверхности. Это весьма трудоемкие, дорогостоящие технологические операции, с неблагоприятными условиями труда. Поэтому эти способы мало распространены на аппаратостроительных предприятиях. Физические методы обработки поверхностей – это ультразвуковая, обработка взрывом, электрогидравлическая – не оказывают значительного влияния на изменение геометрических параметров качества поверхности. Однако такие способы, как электроискровая, плазменноабразивная, лазерная обработки, значительно влияют на изменение шероховатости. Следует отметить, что некоторые способы обработки взрывом создают поверхностно - уплотняющий слой толщиной до 35 мм. Физические способы очистки отличаются большой энергоемкостью, трудоемкостью, в некоторых случаях - повышенной опасностью, шумом и загазованностью.

Из физических методов наиболее широкое применение в аппаратостроении находят термические способы очистки. Поверхность нагревается до температуры 150 °С. Отделение окалины происходит вследствие различия коэффициентов линейного расширения стали и окислов металла. При нагреве происходит обезвоживание ржавчины. В результате окалина растрескивается и легко отслаивается вместе с ржавчиной. Остатки окислов удаляют металлическими щетками. Наиболее распространен способ газопламенной очистки, когда нагрев выполняется многопламенной горелкой, вмонтированной на роликовых опорах.

Механические способы очистки. В промышленности для обработки

поверхности широко используют вращающиеся металлические щетки. Для зачистки кромок свариваемых элементов, снятия усилений сварного шва широко используются абразивные круги и иглофрезы. Очистку производят также ручными щетками, скребками, различными обдирочными и шлифовальными инструментами. Также применяют галтовку, пескоструйную, дробеструйную, дробеметную очистки. Большинство способов механической обработки устраняют или локализуют на поверхности металла концентраторы напряжений в виде рисок, царапин, что значительно повышает механическую прочность, надежно защищает их от коррозионного растрескивания. Однако на поверхности металла в отдельных случаях остается слой пыли, а некоторые способы сопровождаются шумом, вибрацией изделий и трудно поддаются механизации.

Галтовка. При этом виде обработки детали в течение нескольких часов, беспорядочно перемещаясь во вращающемся барабане, трутся друг о друга, очищая при этом свои поверхности от окислов и загрязнений. Вместе с деталями загружают известняк, гравий, песок, в некоторых случаях небольшие количества слабых растворов кислот, щелочей.

Галтовка с успехом может быть применена для очистки внутренних поверхностей баллонов и других сосудов малого диаметра. В этом случае внутрь обрабатываемых изделий вводят каменную мелочь, гранитные осколки, окись алюминия и т.п., которые ударами и фением о поверхность очищают ее от окалины, окислов и загрязнений.

Пескоструйная очистка состоит в обработке поверхностей струей сжатого воздуха, в которой находятся частички кварцевого песка. Величина давления для остальных изделий составляет от 0,18 до 0,22 МПа, скорость струи при истечении из сопла распыляющего аппарата достигает 350 м/с. Поверхность изделий после обработки песком приобретает равномерную шероховатость и становится матовой; она легко коррозирует и загрязняется, поэтому следует максимально сократить промежуток времени до нанесения антикоррозионного покрытия. Крупным недостатком пескоструйной очистки является образование большого количества пыли. Этот недостаток в некоторой степени устраняется гидропескоструйной очисткой, где очистку производят пульпой - смесью песка и воды. Имеется большое количество пескоструйных аппаратов разнообразных конструкций, размеров и назначений, применяемых для очистки деталей металлическими песками.

Дробеструйная очистка. Вместо кварцевого или металлического песка применяют метшую чугунную или стальную дробь, имеющую размеры от 0,5 до 2 мм. Дробеструйные установки по своему устройству не отличаются от пескоструйных; давление воздуха составляет от 0,5 до 0,6 МПа, расход дроби по весу в 30 раз меньше расхода песка. Дробеметная очистка. Вместо пневматических распылительных устройств применяют дробеметные установки, в которых струя абразивного материала создается под действием центробежной силы, возникающей при вращении турбинки.Пескоструйный, дробеструйный и дробеметный способы очистки, являющиеся разновидностями ударно-дутьевой очистки поверхности стали, представляют собой процессы, при которых измельченные абразивы или металлы, обладающие большой твердостью, чем очищаемая сталь, при помощи воздуха, центробежных устройств подводят к поверхности металла. Ударяясь об очищаемую поверхность, измельченные частицы, обладающие большой кинетической энергией, расходуют ее на удаление находящихся на поверхности загрязнений, образование выбоин, вмятин и деформацию поверхностного слоя очищаемого металла, приводящую к появлению в нем остаточных напряжений сжатия и упрочнению (наклепу).

Правка

Основная технологическая задача правки заключается в устранении волнистости и коробоватости проката. В металлообработке под волнистостью понимают вид отклонений геометрических параметров, занимающий промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Коробоватость – это волнистость во взаимоперпендикулярных направлениях. Эти погрешности количественно оцениваются стрелой прогиба на 1 м длины проката.

Металлургическая промышленность поставляет прокат стрелой прогиба до 8 мм/м. Она может увеличиваться при транспортировке, выполнении погрузочно-разгрузочных операций. Волнистость при выполнении технологических операций наследуется до сборки кольцевых швов и сказывается на величине смещения кромок. Все это, в конечном счете, может привести к нарушению прочности соединения и отходу от принципов взаимозаменяемости. Кроме того, волнистость может служить первопричиной потери устойчивости аппаратов, работающих под действием наружного давления. Допускаемая стрела прогиба листового проката после правки, отвечающая принципам взаимозаменяемости, должна составлять
1 мм на 1 м длины. Поэтому прокат, особенно с профилем малой жесткости, подвергают правке.

Правка представляет собой разновидность обработки металлов давлением и осуществляется путем многократного знакопеременного пластического изгиба обрабатываемого металла при напряжениях выше предела текучести. Выполняется на многовалковых листоправильных машинах. Заготовка пропускается между двумя рядами валков, расположенных в шахматном порядке (рисунок 6.2.1).

Рисунок 6.2.1 - Схема работы листоправильной машины

В аппаратостроительных цехах правка, как правило, выполняется в

холодном состоянии. К операциям холодной обработки относятся такие, которые выполняются при температурах ниже порога рекристаллизации(Т_р). Порог рекристаллизации есть минимальная температура нагрева пластически деформированного (наклепанного) металла, при которой происходит снятие искажения кристаллической решетки, восстанавливаются исходные до наклепа свойства металла (твердость, прочность, пластичность).

По заданию участки изготавливаются из следующих сталей

Участок I – сталь 20, σ_τ=245 МПа;

Участок II – 17Г1С, σ_τ=350 МПа;

Участок III – 03Х23Н28Ю4Т, σ_τ=220 МПа.

Произведем расчет мощности многовалковой листоправильной машины

а) участок I (сталь 20)

мощность листоправильной машины N, кВт, вычисляется по формуле

, (6.1)

где М - общий момент машины, Н·м;

v - скорость правки, v = 0,2 м/с;

D - диаметр валков, D= 0,21 м;

η - коэффициент полезного действия, η = 80%.

Общий момент машины М, Н^.м, вычисляется по формуле

M = M_I + M_II + M_III, (6.2)

где М_I - полезный момент машины, Н^.м;

М_II - момент, расходуемый на силы трения между листом и роликами, Н^.м;

М_III - момент, компенсирующий силы трения в подшипниках, Н^.м.

Полезный момент машины, М_I, Н^.м, вычисляется по формуле

М_I= Σ М_I ,(6.3)

, (6.4)

где σ_т - предел текучести листа, для стали σ_т = 245 МПа;

b - ширина листа, b = 1000 мм;

S - толщина листа, S = 20 мм;

Е - модуль упругости первого рода, Е = 2^.10¹¹ Па;

k_i - коэффициент упругой зоны на 1-ом валке.

Коэффициент упругой зоны на 1-ом валке вычисляется по формуле

, (6.5)

где k₃ - коэффициент упругой зоны для третьего валка;

k₃ = F(n) = 0,06; k₁ = 0; k₂ = 2 k₃; k_n = k₇ = 0;

n - число валков в машине;

i - порядковый номер валка.

k ₁ = 0; k ₂ = 2 ^. 0,06 = 0,12; k ₃ = 0,06; k ₄ = 0,373; k ₅ = 0,687; k ₆ = 1; k ₇ = 0

По формуле (6.4)

М_I1 = 0;

М_I7 = 0;

М_I = 0 + 2323,4 + 4943,3 + 568,5 + 215,0 + 104,0 +0= 8154,2 H^.м.

Момент, расходуемый на силы трения между листом и роликами, М_II, Н^.м, вычисляется по формуле

М_II = ΣP_i ^. f, (6.6)

где f- коэффициент трения качения f = 0,1 мм.

, (6.7)

где k - коэффициент, который зависит от номера валка,

при i = 1, k = 1;

при i = 2, k = 3;

при i = 3,4...n-2 k = 4;

при i = n-1 k = 3;

при i = n k = 1;

t - шаг между осями роликов, t=0,21/0,9=0,23 мм.

По формуле (6.7)

М_II = 3798112^. 0,0001 = 380 Н^.м.

Момент, компенсирующий силы трения в подшипниках, М_III, Н^.м, вычисляется по формуле

М_III = ΣP_i ^. d/2^.φ, (6.8)

где Р_i - реакция под i-м роликом, Н;

d - диаметр цапфы подшипника, d = 0,1 м;

φ - коэффициент трения в подшипниках, φ = 0,1.

По формуле (6.8)

М_III=3798112^.(0,1/2)^.0,1 = 18990 Н^.м.

По формуле (6.2)

М = 8154,2 + 380 + 18990 = 27524 Н^.м.

По формуле (6.1)

Выбираем листоправильный станок Roundo PRH 450 (N=75кВт).

Расстояние между верхними и нижними валками L, вычисляется по формуле

, (6.9)

б) участок II (17Г1С)

σ_τ=350 МПа;

b - ширина листа, b = 2100 мм;

S - толщина листа, S = 32 мм.

По формуле (6.4)

М_I1 = 0;

М_I7 = 0;

М_I = 0 + 15931,9 + 33896,9 + 3898,3 + 1474,3 + 713,1 = 55914,5 H^.м.

По формуле (6.7)

М_II = 29169600^. 0,0001 = 2917 Н^.м.

По формуле (6.8)

М_III=29169600^.(0,1/2)^.0,1 = 145848 Н^.м.

По формуле (6.2)

М = 55914,5+ 2917 + 145848 = 204679,5 Н^.м.

По формуле (6.1)

Выбираем листоправильный станок DEKA серии JPB7-40.

Расстояние между верхними и нижними валками L, вычисляется по формуле (6.9)

в) участок III (03Х23Н28Ю4Т)

σ_τ=220 МПа;

b - ширина листа, b = 2000 мм;

S - толщина листа, S = 60 мм.

По формуле (6.4)

М_I1 = 0;

М_I7 = 0;

М_I = 0 + 11240,8 + 23915,6 + 2750,4 + 1040,2 + 503,1 = 39450 H^.м.

По формуле (6.7)

М_II = 58305635 ^. 0,0001 = 5831 Н^.м.

По формуле (6.8)

М_III=58305635^.(0,1/2)^.0,1 = 291528 Н^.м;

По формуле (6.2)

М = 39450+ 5831 + 291528 = 336809 Н^.м;

По формуле (6.1)

Расстояние между верхними и нижними валками L, вычисляется по формуле (6.9)

Обработка кромок

Кромки свариваемых элементов обрабатывают для получения заданной геометрической формы и обеспечения операционных допусков, а также для удаления слоя металла с измененными структурой и свойствами. Обработка кромок выполняется на металлорежущих станках, термическими и электрическими способами резки. Разделку кромок целесообразно совмещать с операцией раскроя, если последующая механическая обработка является необязательной.

При обработке на металлорежущих станках применяются станки различных типов в зависимости от формы обрабатываемой поверхности. Прямолинейные кромки листов значительной длины обрабатывают на специальных кромкострогальных станках, кромки тел вращения - на токарных станках (центровых, лобовых, карусельных).

Кромкострогальные станки (рисунок 6.3.1) имеют два суппорта, установленных на общей каретке и работающих попеременно при переднем и обратном ходе. В этом преимущество кромкострогальных станков по сравнению со строгальными станками, у которых обратный ход, как правило, не используется. Каретка 6 кромкострогального станка получает рабочее движение через реечную передачу или самоходные винты 8. Рабочее движение и движение подачи сообщается режущему инструменту. Обрабатываемые листовые заготовки 3 неподвижно закрепляют на столе специальными ручными или приводными домкратами 2, расположенными на траверсе станка. В некоторых новейших конструкциях станков траверсы домкратов заменены роликовыми прижимами, перемещающимися вместе с суппортами.

Рисунок 6.3.1 - Схема кромкострогального станка

1 - станина; 2 - прижим; 3 - обрабатываемый материал; 4 -электродвигатель; 5 - поворотный стол; 6 - каретка; 7 - фреза; 8 - направляющие ходовые винты.

Техническая характеристика кромкострогального станка определяется длиной хода суппорта - длиной строгания, шириной листа и расстоянием между столом и опорной поверхностью домкратов в верхнем положении
от 150 до 200 мм.

В некоторых станках вместо суппорта для резцов устанавливается двигатель с вращающейся головкой, в которой крепится торцевая фреза. В принципе этот режущий узел может быть заменен любым приспособлением для разделки кромок.

Обработка кислородной резкой

Обработка кислородной резкой имеет свою специфику в зависимости от контура обрабатываемой детали. Обработка кромок с прямолинейной поверхностью мало отличается от операций разделительной резки при раскрое металла. Операцию выполняют по намеченной линии разреза за один проход, при этом число совмещенных переходов зависит от количества отрезков ломаной линии, определяющей профиль кромки. Так, для X-образных швов с притуплением и X-образных швов без притупления в операции совмещают два перехода, а для X-образных швов с притуплением- - три перехода. Выполняют данные операции независимо от контура кромок практически в один проход несколькими режущими приборами, соединенными в блок, установленный в суппорт машины для резки.

Режим процесса для каждого резака определяется в зависимости от толщины разрешаемой стали, точнее от длины реза. Для поверхностной обработки припуска, например, для удаления металла в корне шва эффективно используется воздушно-дуговая резка. Прогрессивным направлением следует считать применение для обработки кромок плазменных способов резки, которые в настоящее время используются преимущественно для разделительной резки без скоса кромок. Допуски на отклонение линейных, угловых размеров при обработке кромок предусмотрены действующими стандартами на сварку.

Разметка

Разметкой называется операция, состоящая в нанесении на поверхность заготовки размерных точек или линий с учетом всех видов припусков. Различают припуски трех видов, припуски на обработку. Это тот слой материалов, который необходимо снять, чтобы получить ровную и гладкую поверхность, а также удалить участки металла с ухудшенной структурой. Нанесение контуров геометрических фигур выполняется известными методами из планиметрии. Криволинейные контуры строятся по координированным точкам. Разметка начинается с выбора измерительной базы, в качестве которой может быть осевая линия или одна из сторон. Не рекомендуется вести разметку, последовательно отмеряя отрезки от точки к точке, так как это приводит к накоплению ошибки. Наметкой (копированием) называется нанесение на заготовку формы и размеров по шаблону или готовой детали. Наметка применяется при серийном изготовлении деталей вместо индивидуальной разметки. При разметке применяются различные измерительные и специальные разметочные инструменты. Поверхность металла рекомендуется покрывать тонким слоем мелового раствора, смешанного с льняным маслом, клеем или водным раствором медного купороса.

Фотопроекционный метод разметки позволяет использовать в качестве шаблона чертеж контура, который фотографируется, а затем проектируется на плоскость размечаемой детали через проекционный аппарат, в котором точно устанавливается масштаб увеличения. По световым линиям выполняется разметка. Различают камеральный и плазовый методы разметки.

Камеральный метод заключается в переносе размеров на материал по предварительным эскизам развертки. Эскизы содержат размеры, вычисленные по данным рабочих чертежей деталей, и выполняются в технологических или конструкционных бюро.

Плазовый метод разметки заключается в том, что развертка выполняется в натуральную величину на специально подготовленной плоскости, называемой плазом, или непосредственно на металле. Для плазового метода предварительная разработка эскизов заготовки отпадает. В производстве аппаратуры, как правило, пользуются камеральным методом. Плазовый метод применяют при выполнении сложных деталей аппаратов. Как показал опыт, плазовый метод способствует осуществлению принципов взаимозаменяемости и поточности, особенно, когда применяется плазово-шаблонный метод. При вычерчивании разверток в натуральную величину выявляются ошибки, допущенные в рабочих чертежах.

Разрезаемость, резка

Операция резки необходима для раскроя заготовок согласно заданной развертке.

Раскрой осуществляется методами механической и термической резки. Механическая резка осуществляется без снятия стружки на ножницах гильотинных и дисковых и на ножницах для резания сортового проката. Резка со снятием стружки выполняется на металлорежущих станках и дисковых пилах.

Резка на ножницах обладает самой высокой производительностью. Однако применение этого вида резки возможно только до толщин 60 мм. Стоимость оборудования для холодной резки с увеличением толщины проката сильно возрастает. В этих случаях прибегают к способам термической резки. Термическая резка применяется для раскроя металла практически неограниченной толщины. Стоимость оборудования низкая, и она остается неизменной с увеличением толщины разрезаемого листа. Термическая резка применяется с учетом структуры и физических свойств металла. Рассмотрим участки аппарата. На всех трех участках применим механическую резку. Рассчитаем мощность привода при резке с параллельными, наклонными и дисковыми ножами и выберем наиболее рациональный способ.

а) участок I

1) Резание на ножницах с параллельными ножами. Резание происходит за счет развития ножами напряжений сдвига (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 - Резание на ножницах с параллельными ножами

Усилие на ножницах вычисляется по формуле

P_C = τ ^. F, (6.10)

Усиление для развития сдвига металла определяется но формуле,

где τ - предел прочности материала на срез, МПа;

F - площадь резания, м²;

Предел прочности материала на срез τ вычисляется по формуле

τ = (0,7-0,8)σ_в, (6.11)

τ = 0,8^. 245 ^. 10⁶ = 196 ^. 10⁶ Па.

Площадь резания F, м вычисляется по формуле

F= b ^. S, (6.12)

F= 1,0 ^. 0,020 = 0,020 м².

Усилие резания Р, вычисляется по формуле

Р = (1,5...1,8) ^. Р_С, (6.13)

Р_с = 245 ^. 10^{6 .} 0,020 = 4,9 ^. 10⁶ Н; здесь τ = (0,7-0,8)σ_в ,а СигмаВ не равна 245МПа - это предел текучести для стали 20

Р = 1,7 ^. 4,9 ^. 10⁶ =8,3 ^. 10⁶ Н.

По известному усилию резания выбираются ножницы с определенной мощностью привода.

Работа резания за один ход ножа

А = Р ^. Н, (6.14)

где

Н = S +a;

Н = 0,020 + 0,01 = 0,030 м;

По формуле (6.14)

А = 8,3 ^. 10^{6 .} 0,030 = 0,25 ^.10⁶ Дж;

Мощность привода

, (6.15)

где n - число ходов в минуту; n = 40;

η - коэффициент полезного действия, η = 0,75.

2) Резание на ножницах с наклонными ножами

Рисунок 6.5 - Резание на ножницах с наклонными ножами

По формуле (6.10)

здесь нужно найти тау =

Р_с = 245 ^. 10^{6 .} 0,003 = 0,74 ^.10⁶ Н, где по формуле

По формуле (6.13)

Р = 1,7 ^. 0,74 ^. 10⁶ =1,3^. 10⁶ Н.

По формуле (6.14)

где

H = S + a + h, (6.17)

где а - зазор, а = 0,01 мм;

h - высота ножа, которая вычисляется по формуле

h = b ^. tg α, (6.18)

h = 1,0·tg 4 = 0,07 мм.

По формуле (6.17)

Н = 0,020 + 0,01 + 0,07 = 0,1 м.

По формуле (6.14)

А = 1,3^.10^{6 .} 0,1 = 0,13^.10⁶ Дж.

По формуле (6.15)

3) Резка дисковыми ножницами

Найдем наибольшее значение сил трения F по формуле

F_max = N ^. f_g, (6.19)

где f_g - коэффициент трения, f_g =0,4.

N = F ^. σ_т , (6.20)

где F - площадь сечения, срезаемого одновременно.

F = S^{2 .} ctg α, (6.21)

где α - угол захвата, a = 22⁰.

F = 0,020^{2 .} ctg 22° = 0,001 м.

По формуле (6.20)

N = 0,001 ^. 245 ^. 10⁶ = 0,25^.10⁶ H.

По формуле (6.19)

F_max= 0,25 ^. 10^{6 .} 0,4 = 0,1^.10⁶ H.

Найдем отношение S/D < 0,07, где D = 2R- диаметр дисковых ножниц.

D = 20 ^. 0,020 = 0,4 м;

S/D =0,020/0,4 = 0,05 < 0,07.

Следовательно, самозахват обеспечивается.

Усилие на дисковых ножах вычисляется по формуле

Р = 2,55^.S^. σ_пц , (6.22)

где σ_пц = σ_в = 245 МПа - предел пропорциональности.