2. Типовые технологические процессы изготовления деталей химических производств

Основным элементом конструкции химических аппаратов, в которых протекают различные химико-физические процессы, является корпус, состоящий, как правило, из крышки, обечайки, конического днища, рубашки обогрева, ребер жесткости, фланцев крышек и стыковочных штуцеров. Далее рассмотрим основные особенности проектирования технологических процессов обечаек, днищ, крышек, фланцев и трубчатых элементов.

1. Изготовление обечаек

По форме обечайки бывают цилиндрические, конические, сферические и коробчатые. В аппаратостроении изготовляют обечайки для работы в условиях высокого избыточного давления рабочей среды (более 10 МПа) методом поковок, рулонирования, гильзования с последующей термообработкой и обработкой внутренней и наружной поверхностей на станках. Обечайки, работающие под давлением менее 10 МПа, изготовляют преимущественно вальцеванием из листов. Такие обечайки условно подразделяют на жесткие с соотношением толщины стенки обечайки и внутреннего базового диаметра и нежесткие с .

Стандартизация ряда емкостей (ГОСТ 13372-78), диаметров (ГОСТ 9617-76) и давлений (ГОСТ 9493-80) создает возможность использования для изготовления обечаек типовых процессов, оборудования, приспособления и инструмента, а также применять поточные линии при изготовлении обечаек [7].

При изготовлении к обечайкам предъявляют технические требования, определенные правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением [72], и ОСТ 26-291-71. технологические требования предъявляют к сварным швам и их расположению, расположению отверстий в стенках, материалам, изготовлению, методам изготовления и допускам, сварке, термообработке, контролю сварных швов, испытанию. Содержание некоторых технических требований будут рассмотрены при изучении соответствующих операций технологического процесса.

1. Операции и операционные карт изготовления обечаек

К операциям изготовления обечаек химических аппаратов относят: расконсервацию механическую и химическую; правку листов на листоправильных роликовых машинах; разметку и резку заготовок; подготовку кромок под сварку; сборку заготовок под сварку; сварку; подгибку кромок; вальцевание; калибрование; правку обечаек; зигование; устранение дефектов сварки; токарно-карусельные операции; разметку отверстий и скосов; сверление отверстий; обработку отверстий, скосов, фасок; слесарные операции.

1. Расконсервация механическая, химическая. При расконсервации производят удаление густых консервационных смазок, бумаги и пленок механическим способом, обдувку насыщенным паром, промывание горячей водой (70-90 С) в струйных камерах, просушку обдувкой сжатым воздухом, на воздухе в сушильном шкафу (60-80 С) и протирку насухо. Затем производят удаление следов коррозии, царапин, трещин механическими (абразивным инструментом, стальными щетками, струйная очистка стальной дробью, металлическим песком, рубленой проволокой, абразивным порошком, гидропескоструйная и гидроабразивная очистка), термическим способом и химическим способом. Выбор того или иного метода очистки зависит от исходного состояния поверхности материала и шероховатости и чистоты поверхности после очистки. В итоге выполнения данной операции принимают решение о необходимости правки.

2. Правка. Листовой прокат имеет отклонения от геометрической формы вследствие отступления от оптимальной технологии производства и неудовлетворительных результатов правки на листопрокатных заводах, а также из-за нарушения нормальных условий хранения проката на складах, погрузочно-разгрузочных и транспортных операций на заводах. Правка в аппаратостроении осуществляется для уменьшения или устранения кривизны, серповидности, коробоватости (волнистости листа в продольном и поперечном направлениях). Она контролируется стрелой прогиба на 1 м длины. При изготовлении толстостенных обечаек (s > 36 мм) холодную правку листов, как правило, не применяют. Толстые листы (s >> 36 мм) при необходимости правят по методу Влаха с местным нагревом выпучин пламенем.

Правку листов в аппаратостроении преимущественно выполняют на листоправйльных роликовых машинах. Эти машины по сравнению с правильными прессами имеют большую производительность при почти полном исключении ручного труда. Правка на роликовых машинах представляет собой процесс многократного знакопеременного пластического изгиба в обрабатываемом металле при напряжениях, превосходящих предел текучести. Лист выправляется остаточной деформацией, образуемой многократным знакопеременным изгибом листа при его прохождении между роликами. Для полного выпрямления листы пропускают через вальцы от 3 до 5 раз. Скорость правки зависит от свойств материала, его толщины, ширины.

Кроме правки листов на роликовых листоправильных машинах применяют правку растяжением на правильно-растяжных машинах и правку на прессах. Растяжением правят полосы шириной до 200 мм, а также листы толщиной до 16 мм, имеющие винтообразность и серповидность, которые трудно устранить правкой на роликовых машинах. Правка растяжением позволяет получать точность формы листа в пределах 1–2 мм на 1 м, а при необходимости до 0,15 мм на 1 м. Точность правки листов растяжением на машинах повышается при воздействии на поверхность листа ультразвуковых колебаний. Преимуществами правки растяжением является возможность получения высокой точности формы, правки проката различных профилей по форме и размерам, исправления нескольких дефектов одновременно (волнистости, винтообразности) за одну установку, при меньшей сложности и стоимости оборудования. Этот процесс подробнее изложен в работе [7]. Пресс для правки применяют в тех случаях, когда ее невозможно выполнить на роликовых машинах.

Расчетные основы процесса правки. При правке листов на роликовых листоправильных машинах траверса с верхними роликами опускается вниз параллельно или наклонно к нижним роликам.

Расстояние между верхними и нижними валками при правке листа заданной толщины:

,

где s – толщина листа, мм;

Е – модуль нормальной упругости материала листа, МН/м²;

σ_Т – предел текучести, МН/м²;

t – расстояние между валками, мм.

Настройку машины ведут по таблицам, указывающим деления циферблата в зависимости от толщины выправляемого листа и требуемой ее деформации.

Усилие правки на верхнем или нижнем ряду валков:

,

где b – ширина листа, мм;

n – число верхних валков.

Методика и пример расчета мощности привода, а также проверки на прочность роликов листоправильной машины изложены в работе [26].

3. Разметка заготовок. Разметкой называют операцию перенесения необходимых для изготовления детали размеров с рабочего чертежа или образца на металл с учетом припусков для последующей обработки. Разметку различают поверхностную и пространственную.

Поверхностную разметку выполняют:

• методом геометрических построений;

• по шаблону (наметка);

• оптическим методом;

• с помощью специальных приспособлений.

Пространственную разметку в аппаратостроении выполняют:

• по пространственным шаблонам (наметка);

• с помощью специальных приспособлений и устройств;

• комбинированным способом.

В химическом аппаратостроении, вследствие индивидуального и мелкосерийного характера производства, наиболее распространена разметка методом геометрических построений с помощью универсальных приспособлений для пространственной разметки и шаблонов. Различают два метода разметки: камеральный – перенос размеров на материал по предварительно разработанным в бюро эскизам; плазовый – разметка в натуральную величину непосредственно на металле, расположенном на специально подготовленной плоскости (плазе); этот метод применяют для сложных и крупногабаритных деталей аппаратов.

Более прогрессивным методом разметки является оптическая или фотопроекционная, схема которой показана на рисунке 2.1. Система линз подобрана так, чтобы изображение для разметки было прямое.

П оследовательность оптической разметки листов: лист подают на разметочный стол, проектируют на лист изображение с соответствующего негатива; прижимают лист к столу и закрепляют его; устанавливают с помощью масштабной сетки точный размер изображения (на стальном листе) и в случае необходимости сдвигают в нужную сторону изображение; делают полную разметку листа и снимают лист.

Определение размеров и формы развертки. Определяя размеры развертки, надо учитывать материал и припуски на последующую обработку. Применительно к обечайкам расчетным размером является длина L развертки по периметру цилиндрической обечайки с внутренним диаметром D_в из стали толщиной s, определяемая по диаметру нейтральной поверхности D_н.п,_.:

, мм

При необходимости изготовления обечаек с повышенными требованиями к их точности длина заготовки обечайки:

,

где s_ф – фактическая толщина листа, мм;

а = 0,01·D_в – допускаемое отклонение формы поперечного сечения (овальность);

b₁ – величина зазора под сварку, мм;

b₂ – припуск на обработку кромок, мм;

с – величина усадки сварного шва, мм; зависит от количества проходов, марки стали и параметров процесса сварки;

При изгибе двухслойного листового проката нейтральный слой смещается в сторону более прочного металла, кроме обычного смещения его внутрь с увеличением деформации при объемном пластическом изгибе.

Смещение нейтрального слоя в сторону более прочного слоя определяется по формуле, мм:

,

где s и s₁ – толщина основного и плакирующего слоев, мм;

R – радиус изгиба по средней линии, мм;

A, А₁, т₂, т₁ – константы кривой упрочнения для основного и плакирующего¹ слоя (прил. 1). Методику определения этих констант см. в книге [7].

Длина заготовки обечайки из двухслойной стали, мм:

.

Для биметаллических² обечаек с повышенной точностью длина заготовки обечайки:

.

Разметка заготовок конических обечаек. Кроме цилиндрических обечаек в аппаратостроении часто встречаются конические обечайки и днища по ГОСТ 12619—67, 12620—67, 12621—67, 12622—67, 12623—67, 12624—67. Типовые представители таких деталей без отбортовки показаны на рисунке 2.2. Размеры плоской заготовки конической обечайки рассчитывают по следующим формулам:

• длина образующей, мм:

,

• радиусы развертки, мм:

, ,

• угол развертки, рад:

,

• длина хорды (длина листа), мм:

,

• высота развертки, мм:

,

• высота внешней стрелки, мм:

.

Правила выполнения разметки. При разметке наносят и прокернивают следующие линии, необходимые для вырезки контроля точности деталей: контрольные контуры детали, контуры вырезов и отгиба, припусков, фасок и скосов, центров закругления прямоугольных вырезов и отверстий.

Правила нанесения и обозначения линий при разметке листового проката приведены в таблице П.1.2. Контуры и линии в зависимости от вида конструктивных элементов и операций, выполняемых в дальнейшем над заготовкой, отображают в соответствии с определенными требованиями [0].

Раскрой заготовок. В производстве разметку или наметку на листе производят не одной детали, а нескольких, имеющих одинаковый материал и толщину, но различные размеры и форму. В этих случаях от расположения размеченных заготовок зависит эффективность использования листа, т. е. расход материала на заготовки.

Расположение заготовок деталей на бумаге или материале называют раскроем. Различают три способа раскроя листов: индивидуальный, смешанный и групповой. Рациональный раскрой позволяет не только уменьшать расход материала, но и ускорять изготовление заготовок. При большой номенклатуре выпускаемых изделий и разнообразии форм и размеров их заготовок для обеспечения рационального раскроя требуется много времени и расчетов.

В настоящее время задача рационального раскроя решается использованием ЭВМ и специализированных программных продуктов для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Безразметочное изготовление заготовок используют при вырезке непосредственно по шаблонам или копирным щитам, установленным на газорезательных машинах, на газорезательных машинах с масштабной дистанционной фотокопировальной системой управления, а также на машинах с ЧПУ.

4. Резка заготовок. Сущность резки заключается в отделении части материала от исходного проката, поковки или отливки с целью получения заготовок, для удаления лишнего припуска в деталях или подготовки их кромок под сварку. Разделительную резку металлов выполняют двумя способами: механическим (холодным) и тепловым (термическим, огневым).

Механическая резка может быть двух видов: без снятия стружки (гильотинные, дисковые, комбинированные пресс-ножницы), комбинированные высечные и со снятием стружки (отрезание резцом, фрезерование, резка дисковой пилой).

Резка на гильотинных ножницах. По ГОСТ 6282—76 установлены следующие пределы основных параметров:

• толщина разрезаемых листов от 1 до 60 мм с временным сопротивлением металла 500 МПа;

• ширина разрезаемых листов от 1000 до 3200 мм;

• расстояние от кромки неподвижного ножа до станины от 100 до 700 мм;

• число ходов ножа в минуту от 10 до 100;

• угол наклона подвижного ножа 1—6° или  рад.

Необходимо устанавливать оптимальный угол наклона ножей (угол реза). Этот угол влияет на усилие реза и на его качество. Чем больше угол, тем меньше усилие реза, но ниже качество реза. Когда качество реза не имеет значения, тогда резку ведут с углом а — 11°, который считается предельным, вызывающим выталкивание листа из-под ножей и сильную его деформацию. При очень малом угле наклона ножей имеет место вытягивание отрезаемого материала.

Резка на дисковых ножницах. По ГОСТ 8249—73 установлены следующие пределы параметров:

• толщина листа (при σ_в ≤ 500 МПа) для резки от 2,5 до 25 мм, для отбортовки и гибки от 22 до 16 мм;

• расстояние от кромки ножей до станины (вылет ножниц) 1000 и 1250 мм;

• расстояние от центра зажима до станины (вылет приспособления для круговой резки) от 1500 и 2100 мм;

• скорость резки: наименьшая (для фигурной резки) не более 2,0—2,5 м/мин, наибольшая (для прямолинейной и круговой резки) не менее 6—7,5 м/мин;

• диаметр ножей увеличивается с утолщением разрезаемого металла и рекомендуется от 50 до 300 мм.

Резка на комбинированных пресс-ножницах. ГОСТ 7355–77 содержит основные параметры и размеры пресс-ножниц комбинированных, а ГОСТ 11647–75 дает нормы точности для них. Эти ножницы могут одновременно (за один оборот эксцентрикового вала) резать листовой и сортовой прокат, а также пробивать отверстия. Они объединяют листовые и сортовые ножницы и дыропробивной пресс.

Тепловая резка. Основным признаком способов тепловой резки является средство резки, т. е. вид теплоты, используемой для нагревания и разделения металла. Из всех способов тепловой резки, резка металлов с использованием электрической дуги имеет ряд преимуществ перед газокислородной и кислородно-флюсовой резкой. Например, они позволяют резать металлы и сплавы, неразрезаемые кислородом, более безопасны и производительны, позволяют использовать стандартное электросварочное оборудование.

Лазерная резка. Используя возможности лазерной резки, Вы можете раскроить по сложному контуру практически любой листовой материал. Ограничения существуют лишь по толщине, в зависимости от вида материала и требуемого качества грани реза.

Лазерная резка производится на современном оборудовании с ЧПУ. Первоначально лазерным лучом пробивается отверстие в заготовке. Специально для прожигания отверстия, в зависимости от материала и его толщины, предусмотрены режимы создания первоначального кратера и входа лазерного луча в чистовой контур. Затем происходит собственно резка. Участок поверхности под действием сфокусированного на ней лазерного луча нагревается до температуры около 1000 °С, при которой начинается интенсивное окисление металла. При достижении данной температуры через форсунку на обрабатываемый участок поверхности направляется сверхзвуковая струя чистого кислорода, в атмосфере которого и происходит процесс резки. Согласно программе ЧПУ, лазерная головка перемещается по заданной траектории, при этом происходит резка металла в области воздействия излучения, и выдув его струей технологического газа. Продукты горения удаляются при помощи дымоотсоса через каналы, расположенные в нижней части координатного стола. При этом обеспечивается отсутствие облоя на нижней кромке реза, высокая точность и малая зона теплового воздействия.

В результате перегрева, разрезаемые материалы (особенно большой толщины) меняют свои свойства, причем по-разному. В зависимости от толщины и состава материала, а так же размера и кривизны вырезаемого контура, предусмотрены разные технологии резки и режимы работы лазерной установки.

Разделяют две технологии лазерной резки – резка в кислороде низкого давления и резка в инертном газе (азоте или аргоне) высокого давления.

При резке сплавов меди и алюминия может быть реализован микроплазменный режим. Плазмообразующими являются пары цинка, магния и других легко ионизуемых металлов. Под воздействием лазерного излучения в зоне реза образуется плазма, которая разогревает материал до температуры плавления и плавит его. Торцевая поверхность реза при микроплазменном режиме пористая, шероховатая, на нижней кромке имеется легкоудалимый облой. Чем толще материал, тем хуже качество боковой поверхности.

Возможности лазерной резки:

• толщина резки углеродистых сталей: до 16мм ;

• толщина резки коррозионностойких сталей: до 8мм ;

• габариты листа: 3000х1500мм;

• погрешность позиционирования: ±0,1мм;

• средний разброс по позиционированию: 0,03мм ;

• скорость реза до: 14 м/мин;

• минимальная программируемая величина перемещения: 0,01мм.

Лазер мощностью 1,5 кВт позволяет разрезать листы металла большой толщины, но качественная грань реза гарантирована при толщине до 6 мм. Неметаллы обрабатываются с одинаково хорошим качеством во всем диапазоне толщин. Современное оборудование обеспечивает раскрой любой степени сложности листов стали (толщиной до 6 мм), нержавеющей стали ( толщиной до 6 мм) цветных металлов (толщиной до 3 мм).

В отличие от альтернативных способов резки металла (плазменной резки, кислородной резки, электроэррозийной резки, вырубки), лазерная резка имеет ряд преимуществ:

• качественная гладкая поверхность кромки реза, так называемый «полированный рез», без необходимости последующей обработки;

• отсутствие механического воздействия на материал, исключающее деформацию и царапание заготовок ;

• независимость от теплофизических свойств разрезаемого материала;

• высокая точность взаимного расположения элементов заготовки благодаря позиционированию лазерной головки с погрешностью не более 0.1 мм;

• возможность обработки легкодеформируемых и нежестких деталей;

• высокая производительность процесса лазерной резки за счет большой мощности (2600 Вт) лазерного излучения;

• возможность раскроя листового материала по сложному контуру;

• минимальные отходы материала;

• оперативность исполнения работ;

• возможность изготовления не серийной, уникальной продукции.

• прошивка мелких отверстий диаметром от 0,3 мм (не возможна другими способами);

• охлаждение острых углов (нет потемнения от перегрева остроконечных деталей).

Для получения качественного края реза подбираются следующие параметры: мощность лазерного излучения; режим генерации лазера (частота и скважность); давление режущего газа; размер линзы (5˝ или 7,5˝); положение фокуса; диаметр форсунки; расстояние до поверхности заготовки; скорость движения лазерной головки.

Для раскроя различных материалов используются разные газы. Основными газами для лазерной резки металлов являются кислород. Применяется для резки углеродистых сталей. Вступая в реакцию с железом, кислород обеспечивает резкий скачок температуры в зоне реза, в результате чего возрастает скорость резки металла. Резка происходит за счет горения металла в кислороде в области воздействия лазерного луча. Параметры луча определяют ширину реза и качество торцевой поверхности.

Азот является режущим газом при резке нержавеющих сталей, алюминия, никелевых сплавов. Используется так же, при резке малоуглеродистой стали, когда формирование слоя оксидов на торце (потемнение) имеет большое значение.

Аргон является специальным режущим газом, который предотвращает образование окислов и окалины на вступающих в реакцию металлах, таких как, например, титан.

Резка в азоте или аргоне требует высокого давления режущего газа до 34 бар. Лазерное излучение нагревает металл до температуры плавления. Расплав выдувается мощной струей инертного газа. Режим требует большой мощности лазера, высокого качества излучения и высокого давления режущего газа, подаваемого в зону резки. Использование азота или аргона в качестве режущего газа предотвращает образование окиси на краю реза.

Большое значение для нормальной работы лазеров имеют чистота и состав примесей технологических газов. Они должны соответствовать по качеству и составу требованиям заводов-изготовителей лазерных установок. Содержание нежелательных примесей (например, углеводородов), приводящее к повреждению лазерной оптики, не должно превышать 0,005%. Обычно используют газы с чистотой 99,999%.

Лазерная резка имеет ряд преимуществ, которые выгодно отличают её от других способов раскроя и способствуют активному продвижению лазерных технологий в промышленности и других областях производственной деятельности.

Таблица 2.1 – Сравнительные характеристики различных способов обработки металлов

Лазерная резка	Другие способы обработки металлов
	Штамповка
Не требуется дополнительных вложений на подготовку к процессу производства.	Высокая стоимость изготовления штампов. Экономически целесообразно его изготовление при количестве однотипных изделий более 1000-3000 штук.
Стоимость изделия зависит только от длины реза, при этом количество однотипных изделий в заказе никакой роли не играет.	При экспериментальном изготовлении или усовершенствовании чертежей изделий невозможно, либо трудоёмко изменение штампа.
Грань реза оплавлена.	При штамповке возникают микротрещины, что для некоторых деталей недопустимо (рамные пилы при натяжении рвутся).
Отсутствует механическое воздействие. Остаточные деформации и внутреннее напряжение за счет минимальной зоны прогрева незначительны.	Возникают остаточные деформации от механического воздействия.
	Фрезеровка
Значительно дешевле и быстрее. Грань реза на толщинах до 6 мм по качеству приближается к фрезерованной поверхности.	Длительный и трудоёмкий процесс имеет преимущества лишь в обработке металлов толщиной более 10 мм, с малыми значениями допусков и сложные пространственные детали.
	Газовая и плазменная резка.
Более дешевый способ. При раскрое материалов толщиной более 6-8 мм, в некоторых случаях, дальнейшей обработки не требуется.	Сравнительно дорогой способ резки. Некачественная грань реза. Применимы лишь при раскрое заготовок из мелалла большой толщины при дальнейшей их обработке. Невозможно раскраивать неметаллы. Большая зона прогрева, в следствие чего возникают изменения в структуре металла.

5. Подготовка кромок под сварку. Кромки под сварку подготавливают для получения заданной геометрической формы кромки и удаления дефектного слоя с измененными структурой и свойствами, появившегося на предшествующих операциях. Форма кромок обеспечивает правильное формование сварного шва и может быть различной: под углом с прямолинейным скосом кромок, с притуплением кромок и без него; фасонного профиля для сварки листовой двухслойной стали.

Подготовку кромок выполняют абразивным кругом. Операцию выполняют на плиточном стенде с использованием шлифовальной машины. Подготовку кромок абразивным кругом выполняют, как правило, на стальных листах. Листы из коррозионно-стойких сталей можно зачищать металлическими проволочными круглыми щетками, а из цветных металлов (медь, латунь, алюминий и его сплавы) – ручными или машинными круглыми напильниками или фрезами, так как абразивные круги быстро засаливаются мягким металлом.

Операцию подготовки кромок под сварку выполняют на специальном кромкострогальном станке, у которого строгальная каретка-суппорт перемещается относительно неподвижно закрепленного на столе листа с помощью гидравлических прижимов. Применяют также винтовые или пневматические прижимы. Листы для снятия кромки с другой стороны переустанавливают грузоподъемными средствами, тросами и листовыми захватами.

Подготовка кромок фрезерованием выполняют на заготовках небольших габаритных размеров, надежно закрепляемых на столах универсально-, продольно- и вертикально-фрезерных станков. Для обработки кромок большой протяженности используют кромкофрезерные станки, принцип работы которых аналогичен кромкострогальным станкам, но вместо суппорта со строгальными резцами применяют фрезерные головки с фрезами. В качестве инструмента для фрезерования кромок используют фрезерные головки, торцовые, концевые, цилиндрические, дисковые и фасонные фрезы.

6. Сборка заготовок под сварку. Особенности:

• при стыковых соединениях элементов разной толщины необходимо предусмотреть плавный переход от одного элемента к другому путем постепенного утонения более толстого элемента в соответствии с ГОСТ 8713—70, ГОСТ 5264—69, а в случаях, не предусмотренных стандартами, угол скоса элементов разной толщины должен быть не более 15°;

• в сосудах и аппаратах, выполняемых из двухслойной стали, скос выполняют со стороны основного слоя;

• допускается применение стыковых швов без предварительного утонения более толстой стенки, если разность в толщинах соединяемых элементов не превышает 30% толщины более тонкого элемента и не выше 5 мм;

• при сборке не допускается подгонка кромок, вызывающая дополнительные напряжения в металле и повреждение металла.

7. Сварка. Операцию выполняют в том случае, когда заготовкой для обечайки является карта, сваренная из нескольких частей. Заготовки под сварку следует собирать на выверенных стеллажах, обеспечивающих точное взаимное положение элементов и их фиксацию. При сборке стыкуемые элементы выравнивают по упорам или при помощи линейки и угольника, а необходимый зазор в стыке получают при помощи кронштейна, толщина стенки которого соответствует величине зазора между заготовками. Стыкуемые листы в горизонтальной плоскости выравнивают при помощи клиньев. Закрепляют стыкуемые детали механическими, магнитными или пневматическими прижимами, обеспечивающими плоскостность стыкуемых кромок. Одновременно со сборкой стыкового соединения устанавливают технологические планки для начала и окончания сварки шва. После сварки эти планки срезают механическим способом или газовым пламенем.

8. П одгибка кромок. Эту операцию выполняют в том случае, когда процесс гибки обечаек не обеспечивает заданный профиль по всей длине окружности и обечайка имеет прямые кромки в месте их стыковки, т.е. угловатость (рис. 2.3) Чтобы исключить угловатость, кромки листа подгибают на заданный радиус кривизны. Необходимость подгибки зависит от точности профиля обечайки и наличного листогибочного оборудования. На листогибочных трех- и четырехвалковых машинах с подвижными нижними валками вследствие возможности установки одного нижнего валка против верхнего и зажима между ними листа можно подгибать кромки при получении минимальных прямых участков, равных 3–4s листа.

Не подгибают кромки листов, обечайки из которых после сварки калибруют. В остальных случаях подгибку кромок выполняют как самостоятельную операцию, предшествующую гибке обечаек на вальцах.

На карте дают эскизы подгибки кромок в штампе на прессе или на кромкогибочном прессе или на трехвалковых листогибочных вальцах с неподвижными симметрично расположенными нижними валками (рис. 2.4). На этих вальцах для подгибки кромок используют подкладной лист, на котором и прокатывается – подгибается кромка. Однако применение такого способа может привести к преждевременному износу механизма регулировки положения верхнего валка и даже к аварии. При серийном изготовлении обечаек кромки подгибают на кромкогибочной роликовой машине или на деформовочной машине (после гибки обечайки) по схемам, показанным на рис. 2.5. Если продольный стык у обечаек большой толщины (s > 20 мм) сваривают электрошлаковым способом, то плоские участки необходимы для направления ползуна.

9. В альцевание. Операцию вальцевания (круговую гибку) выполняют главным образом в холодном состоянии, реже в горячем. Гибку в холодном состоянии проводят до пределов, не вызывающих явления наклепа и роста зерна в результате рекристаллизации. Гибка является пластической деформацией металла путем непрерывного перемещения заготовки. Гибка – обработка давлением при напряжении более предела текучести между деформирующими валками. Относительное удлинение δ любого растянутого волокна, расположенного на расстоянии h от нейтрального слоя (рис. 2.6.), будет

,

где δ – относительное удлинение, мм;

R – радиус гибки по нейтральной линии, мм.

Для наружного волокна и или в процентах:

.

Руководствуясь недопустимостью критических деформаций, при холодной гибке для низкоуглеродистых сталей принимают δ = 2%, и тогда R = 25s. При R > 25s применяют гибку в холодном состоянии, а при R < 25s – в горячем состоянии с последующим отжигом или отпуском. Для углеродистых конструкционных сталей δ = (3,0—4,5)%. В зависимости от марок сталей и их свойств величину δ следует определять экспериментально.

Гибку в горячем состоянии производят при R < 25s, когда мощность оборудования недостаточна для изгиба требуемой толщины и когда продольные стыки листов из высоколегированных и нержавеющих сталей соединяются электрошлаковой сваркой, требующей последующего отжига или нормализации. В последнем случае нагрев под термообработку совмещается с нагревом под гибку или калибрование.

В горячем состоянии независимо от диаметра и толщины стенки гнутся обечайки, изготовляемые из сталей 12ХМ, 12ХМФ, 15X5, 15Х5М, 15Х5ВФ, 12Х8ВФ или из двухслойной стали с основным слоем стали марки 12МХ, когда термообработка плоских заготовок после сварки совмещается с нагревом под гибку. Заготовки под гибку для углеродистых сталей следует нагревать до температуры 930 – 950 °С, а для легированных сталей 15Х5М, 12МХ, 12ХМФ, 12X13, 12Х18Н10Т и др. – до температуры окалинообразования, если нет других требований по термообработке. Длительность нагрева заготовки под горячую гибку составляет 1 мин на 1 мм толщины. Заканчивать горячую гибку следует при температуре не ниже 600 °С, а для легированных и нержавеющих сталей не ниже 700 – 750 °С, гарантирующих отсутствие трещин и ухудшение физико-механических свойств при гибке.

В операционной карте (см. прил.) даны процессы холодной вальцовки обечаек без подгибки кромок и с подгибкой кромок. Для операции используется трехвалковая листогибочная машина типа И-2222, работающая по асимметричной схеме (рис. 2.7). По данной схеме на этих же вальцах можно подгибать кромки, но с перестановкой листа, т. е. лист после подгибки одного края вынимают из машины и заводят в валки неподогнутой стороной вперед. Величина прямых участков после подгибки кромок составляет 1,5—2 толщины листа. В качестве приспособлений на данной операции используют захватные приспособления и траверсы для транспортирования листов и полотнищ, скобы и траверсы для транспортирования обечаек.

Технические требования на гибку обечаек: неперпендикулярность торца обечайки к ее образующей допускается в пределах 1 мм на 1 м диаметра, но не более 3 мм при диаметре свыше 3 м; допускаемую овальность обечайки для всех сосудов и аппаратов см. на стр. 24; предельные отклонения внутреннего диаметра корпусов конденсатора и испарителей с паровым теплоносителем, где пары поступают в межтрубное пространство, и испарителей с паровым пространством должны соответствовать JT 16 для отверстий; предельные отклонения внутреннего диаметра кожуха теплообменников, холодильников и испарителей с жидкостным теплоносителем, подаваемым в межтрубное пространство, должны соответствовать JT 14 для отверстий; допускаемая овальность корпусов (обечаек) колонных аппаратов не должна превышать 0,5% номинального внутреннего диаметра, но не более 20 мм, если не требуются более жесткие допуски; овальность для сосудов и аппаратов работающих под вакуумом или под наружным давлением, не должна выходить за пределы 0,5 % номинального диаметра и превышать 20 мм для сосудов и аппаратов диаметром свыше 4000 мм; овальность аппаратов нетранспортабельных по диаметру должна быть оговорена в рабочих чертежах.

Операции круговой гибки листового проката преимущественно выполняют на валковых листогибочных машинах, требующих весьма простую оснастку. При гибке на прессах в штампах нужны дорогостоящие штампы и сам процесс выполняется значительно дольше.

Классификация и область применения валковых листогибочных машин.

Наименьший диаметр изгибаемой обечайки определен ГОСТ 10664—75. Практически принимают наименьший диаметр обечайки равным 1,3 диаметра верхнего валка машины.

Двухвалковые листогибочные машины. На рис. 2.9 изображена схема получения цилиндрической обечайки на двухвалковой машине.

Упругим покрытием валка (рис. 2.9) является полиуретан, толщина которого должна обеспечивать необходимую величину деформации листовой заготовки при нажатии на нее верхним стальным валком. Полиуретан является эластичным, плотным полимером с высокой упругостью и износостойкостью. На этих машинах гнут листы толщиной до 4 – 5 мм и шириной 800 – 1200 мм. Верхний валок является сменным для получения обечаек различных диаметров.

Преимущества: простота конструкции; высокая производительность; отсутствие порчи поверхности при гибке; гибка листов различных толщин без регулировки валков; получение цилиндрической заготовки за один проход с подгибом кромок без специальных приспособлений и устройств; высокая точность получаемого изделия.

Трехвалковые машины.

Машины с симметричным расположением валков являются наиболее простыми по конструкции, однако они не обеспечивают подгибку кромок. Передняя и задняя кромки листа остаются прямыми на длине, равной половине расстояния между нижними валками. Схема гибки обечаек на такой машине дана на рис. 2.10. Приводными являются нижние валки. Верхний валок перемещается по высоте и обеспечивает прогиб листа.

Недостатком этих машин является наличие после вальцевания прямых участков в месте стыка, равных половине расстояния между валками. При использовании таких машин следует предварительно подгибать кромки согласно рекомендуемой технологии или использовать вальцы для калибрования обечаек.

Т рехвалковые машины с асимметричным расположением валков (см. рис. 2.7) позволяют проводить почти полную гибку одного края листа. Противоположный край листа остается не подогнутым на величину, равную расстоянию от оси верхнего валка до оси бокового (гибочного) валка. Для подгибки второго края листа его вынимают из машины и заводят в валки неподогнутой стороной вперед. Прямые участки листов после подгибки кромок составляют 1,5 – 2 толщины листа. Гибочный (боковой) валок является неприводным и перемещается под углом к вертикали, приводным может быть верхний или нижний валок, при этом соответственно нижний или верхний валок регулируется по высоте. Иногда привод имеет оба валка – верхний и нижний.

М ашины листогибочные с регулировкой валков по симметричной и асимметричной схемам имеют следующие 7 типов.

1. С раздельной вертикальной регулировкой нижних валков (рис. 2.11). Нижние приводные валки с индивидуальной регулировкой каждой опоры по высоте расположены симметрично относительно вертикальной оси верхнего валка. Индивидуальная регулировка опор нижних валков позволяет наклонно устанавливать один или два валка одновременно, что необходимо для производства конических обечаек.

2. С раздельной наклонной регулировкой нижних валков. В этих машинах регулировка опор предусмотрена под углом от 20 до 45° к вертикальной оси верхнего валка. Машины выпускает для гибки листов толщиной от 10 до 35 мм.

3. С раздельной наклонной регулировкой нижних валков и вертикальной регулировкой верхнего валка. В этих машинах в дополнение к типу 2 может перемещаться вертикально верхний валок. Это позволяет не только устанавливать валки по асимметричной форме, но и регулировать расстояние между нижними валками, что расширяет технологические возможности машины. Например, при увеличении расстояния между нижними валками (при опускании всех трех валков) можно использовать машину, настроенную по симметричной схеме для гибки листов, имеющих толщину больше номинальной. Конструкция машин этого типа более сложная в эксплуатации, изготовлении и ремонте.

4. С горизонтальной регулировкой нижних валков и вертикальной регулировкой верхнего валка (рис. 2.12). При подгибке кромок листа валки настраивают по асимметричной схеме перемещением нижних валков в горизонтальной плоскости. При круговой гибке валки устанавливают по симметричной схеме. Нижние валки – приводные. Опоры верхнего валка перемещаются как совместно, так и раздельно, что позволяет установить валок наклонно для гибки конических обечаек.

5. С горизонтальной и вертикальной регулировкой верхнего валка (рис. 2.13). Такие машины выпускают с приводными нижними валками, они имеют более простое управление благодаря наличию только одного регулируемого валка.

6. С секторной регулировкой нижних валков (рис. 2.14) позволяют подгибать кромки, гнуть конусные и цилиндрические обечайки.

7. С маятниковой регулировкой верхнего валка.

Преимущества трехвалковых машин с регулировкой валков по асимметричной схеме: возможность подгибки кромок обеспечивает получение заготовок правильной цилиндрической формы; возможность регулировки валков с установкой их по асимметричным схемам обеспечивает подгибку передней и задней кромок листа с одной установки его на машину; простота в эксплуатации и управлении, так как установка валков по асимметричной схеме для подгибки кромок и регулировка валков для круговой гибки осуществляются одним приводом.

Ч етырехвалковые машины. Эти машины отличаются широкими технологическими возможностями: на них можно получать цилиндрическую обечайку с подогнутыми концами без съема и перестановки листа и вальцевать обечайки за один проход. Машины работают по схеме, показанной на рис. 2.15. Вертикальная пара валков зажимает и перемещает заготовку, боковые валки обеспечивают деформацию листа во время гибки. Приводными являются верхний или верхний и нижний валки одновременно. Иногда приводным выполняют один из гибочных боковых валков. Положением гибочных боковых валков определяют радиус изгиба. Нижний валок может перемещаться в вертикальной плоскости на величину, обеспечивающую зажим листа наибольшей толщины.

Недостатком четырехвалковых машин по сравнению с трехвалковыми является значительно большая масса (на 25—40%), сложность конструкции, обслуживания, высокая стоимость.

Специальные листогибочные машины. Для получения обечаек различной формы, расширения технологических возможностей повышения уровня механизации используют специальные листогибочные машины.

1 . Правильно-гибочная машина для совмещения операций гибки и правки листов работает по схеме, показанной на рис. 2.16. Машина имеет верхний нерегулируемый валок и четыре нижних регулируемых валка. Машину, настроенную по схеме рис. 2.16, б, используют, как пятироликовую листоправильную.

2. Полуавтоматические листогибочные машины для получения цилиндрических обечаек за один проход. Эти машины применяют для массового выпуска продукции. Все операции, кроме укладки листа и подачи его в рабочую зону, автоматизированы. Время гибки одной обечайки диаметром 380мм, толщиной 8мм и высотой 1500мм на машине фирмы «Вронкс» составляет 6 с при обслуживании ее одним человеком. Конструктивно машина оформлена по двухвалковой схеме (см. рис.2.9).

B. Листогибочные машины с программным управлением (ПУ) для изготовления обечаек, как цилиндрической формы, так и неравномерной конфигурации. Формы обечаек, изгибаемых на этой машине, показаны на рис. 2.17.

Программу составляют для следующих видов обечаек: цилиндрических, неравномерной конфигурации, с переменными радиусами. Машина может работать и без ПУ. Программу устанавливают при помощи регулируемых кулаков на двух блоках управления: контроля линейного перемещения заготовки (листа) и контроля положения гибочного валка, определяющего при своем перемещении радиус гибки обечайки. Программы составляют по эмпирическим формулам, которые сводят в таблицы с учетом механических свойств материала листа, его толщины, состояния поверхности, а также формы обечайки. Задний валок регулируется механически или гидравлически. Нижний валок устанавливают на толщину листа вручную или механически. Время получения обечаек различных форм составляет 20–100 с. Вертикальные и специальные листогибочные машины см. в книге [7].

Вспомогательные и загрузочно-выгрузочные устройства валковых листогибочных машин. Для повышения производительности труда, использования машин, удобства в работе, соблюдения условий техники безопасности, механизации перемещения при обеспечении высокого качества к листогибочным машинам желательно иметь набор следующего оснащения: загрузочное (задающее) устройство; устройства для ориентации листов при подаче в валки (откидные упоры, пазы и др.); поддерживающие устройства для обечаек больших диаметров и малых толщин для уменьшения потери устойчивости заготовки при гибке; торцовые упоры со стороны опорных подшипников при гибке конических обечаек; средства активного контроля обечайки в процессе гибки с сигнализацией результатов на пульт управления машины.

Выводы и рекомендации по выбору листргибочных валковых машин для гибки цилиндрических обечаек. При выборе валковых листогибочных машин для гибки цилиндрических обечаек руководствуются простотой конструкции машины, ее обслуживания и технологическими возможностями. Этим требованиям наиболее полно отвечают трехвалковые машины с регулировкой валков по асимметричной форме.

Перспективным является применение листогибочных валковых машин с ПУ, повышающим производительность, качество изделия и облегчающим условия труда. Весьма желательна установка на машинах контрольно-измерительных устройств, контролирующих заданные размеры в процессе гибки с выдачей сигналов на пульт управления и обеспечивающих повышение качества и стабильность размеров заготовок.

Выбор типа машин базируется на детальном технико-экономическом анализе условий производства с учетом всех операций, подлежащих выполнению на валковой листогибочной машине.

Особенности гибки обечаек из двухслойных металлов.

Д ля этих металлов характерно различие механических свойств основного и плакирующего слоев, различные значения теплопроводности и коэффициентов линейного расширения слоев, наличие промежуточного слоя, отличающегося по свойствам от основных слоев. Эти особенности могут вызвать появление выпучин, гофр, складок и расслоений, трещин и коробления

Эпюра распределения напряжений при изгибе двухслойного листа показана на рис. 2.18, она характеризуется наличием скачка тангенциальных напряжений на границе основного и плакирующего слоев. Эти особенности двухслойного металла требуют строгого соблюдения технологических режимов. Например, холодную гибку двухслойной стали не следует производить при температуре ниже 20 °С; заготовки для горячей гибки необходимо нагревать до 1150–1200 °С, заканчивать гибку следует при температуре не ниже 850–900 °С. Необходимо соблюдать и режимы термообработки заготовок [7], а также минимальные радиусы гибки при различном расположении плакирующего слоя (снаружи или внутрь). При гибке биметаллических листов плакирующий слой надо защищать от повреждения тонкими листами меди, латуни, алюминия, плотной бумагой или полимерными пленками.

Основы расчета процесса круговой гибки цилиндрических обечаек.

10. Сборка продольного стыка обечаек. Эта операция предусматривает работу по сборке продольного стыка обечаек под сварку. Должно быть обеспечено: удобное и надежное положение обечайки под сварку, необходимый зазор под сварку в месте стыка, качественная подготовка стыкуемых кромок (форма, термообработка, очистка и обезжиривание), нормированные смещения кромок по длине и по торцам, а также положение торцов и образующей, качественное выполнение прихваток продольного стыка.

При сборке продольного стыка обечаек обечайки устанавливают на роликоопорах – приводных, холостых или рычажных, а обечайки малых диаметров (до 130 мм) – на плиточных стендах. При этом продольный стык должен находиться в верхнем положении. Сначала устанавливают на торцах обечайки крюки винтовых или гидравлических стяжек для выравнивания торцов, закрепляют с двух сторон стяжные струбцины, как показано на карте эскизов (см. стр. 77). Затем выравнивают зазор – под сварку, размечают места прихватки, после чего их очищают от коррозии, масел, грязи и обезжиривают. Прихватывают стык электродуговой сваркой с последующей ее зачисткой.

Оснащение для сборки сварных обечаек. Роликоопоры рычажные (рис. 2.19), применяемые для легких изделий. В каждой секции рычажных роликоопор имеется, по две опоры, закрепленные на рычагах, находящихся на одной оси. Рычаги можно устанавливать на разную ширину в зависимости от диаметра вращаемого изделия.

Применение элементов приводных роликоопор (рис. 2.20) в различных сочетаниях позволяет создавать стенды для разной массы и размеров изделий. Расстояние между роликоопорами по ширине стенда определяют в зависимости от диаметра изделия. Число опор по длине изделия рассчитывают по допускаемой нагрузке на одну опору. При определении числа роликоопор учитывают также жесткость изделия: чем меньше жесткость, тем больше требуется опор.

Для вращения изделий массой до 60·10³ кг, диаметром 350 – 6000 мм, со скоростью 12 – 365 м/ч применяют роликоопоры балансирного типа (рис. 2.21), имеющие большую грузоподъемность и больший диапазон диаметров обечаек без перестановки опор вследствие увеличения в 2 раза числа роликов в одной опоре. Обечайки устанавливают так, чтобы продольный стык находился в верхнем положении.

Приспособления для сборки продольных стыков обечаек. При сборке продольных стыков необходимо соединить кромки стыка, совместив их в одной касательной плоскости, и выровнять торцовые кромки.

Используемая для этих целей установка (рис. 2.22) имеет роликоопору 1, портальную раму 2, две гидравлические струбцины 4 для совмещения и соединения продольных кромок, выдерживая зазор под сварку и смещение кромок в пределах требований Госгортехнадзора, а также стяжку 5 для выравнивания торцовых кромок. Струбцины 4 с помощью пружинных подвесок 6 закреплены на тележках 7, передвигающихся по раме 2. На этих же тележках закреплены и панели управления 3. Струбцина 4 аналогична винтовой, изображенной на карте эскизов к операции 19 (см. стр. 77). В современных струбцинах (рис. 2.22, в) винты заменены гидроцилиндрами – двумя зажимными 8, одним выравнивающим 9 и одним стягивающим 10.

Вместо струбцин для тонколистовых и нежестких серийно выпускаемых обечаек при подгонке стыка используют стяжные и распорные сборочные кольца (рис.2.23). Для выравнивания торцов обечайки используют стяжки, представляющие собой гидроцилиндр с двумя цепями, на концах которых имеются крючки. Этими крючками зацепляют кромки обечайки и стягивают их до совпадения по торцу (рис. 2.22 б).

11. Калибрование (правка). Правке подвергают обечайки с жестким контуром . Эти обечайки не прогибаются под собственной массой. Формы поперечного сечения исправляют до пределов, указанных в правилах Госгортехнадзора [72] и ОСТ 26-291—71. Повышенная точность к овальности предъявляется к обечайкам теплообменных аппаратов. Точность обечаек в пределах 7-го класса точности по ГОСТ 2689–54 позволяет повысить тепловую отдачу аппаратов примерно на 20–25%, ликвидировать пригоночные работы при сборке аппаратуры, использовать принципы взаимозаменяемости.

Формы поперечного сечения нежестких обечаек исправляют с помощью установки разжимных приспособлений непосредственно перед сборкой и сваркой кольцевых швов. Многообразие обечаек по типоразмерам и маркам металлов вызвало необходимость применения различных методов правки: на валковых листогибочных машинах, гидрораздачей на прессах – расширителях, радиальным растяжением и энергией взрывчатых веществ. В химическом аппаратостроении наибольшее распространение находит метод правки обечаек на валковых листогибочных машинах. Границы применения способов правки даны в табл. 2.2.

Наибольшее влияние на точность радиуса и формы поперечного сечения обечаек после их правки оказывают первоначальный диаметр, величина радиуса изгиба, форма контура и толщина обечайки. Для получения по всему круговому контуру одинаковой кривизны необходимо, чтобы при вращении обечайки между валками радиус изгиба (в процессе правки) был меньше радиуса кривизны любого участка по контуру обечайки. Это условие является основным для точной правки.

Таблица 2.2 – Сравнительные характеристики различных способов обработки металлов

Способ правки	Характер производства	Размеры обечаек, мм			Точность, % (от диаметра)
		Диаметр	Длина	Толщина
На валковой листогибочной машине	Индивидуальное, серийное	500 – 3800	До 9000	4 – 160	0,2 – 1,5
Гидрораздачей на прессах-расширителях	Массовое, крупносерийное	530 – 1420	До 6000	8 – 14	1
Раздельным растяжением на механических прессах	Серийное, крупносерийное	До 1400	До 1500	0,5 – 3	0,03

Оптимальной формой в местах подгибки кромок считают прямые участки или участки, несколько вогнутые внутрь. Различная кривизна участков по контуру обечайки и усиления сварного шва усложняют процесс правки. Кривизна контура должна быть одинаковой или иметь небольшие отклонения, а внутренний сварной шов обязательно зачищается. Для большей точности правки все технологи­ческие и силовые параметры следует рассчитывать исходя из фактической толщины листа. Для правки обечаек используют трехвалковые и четырехвалковые листогибочные машины. Правка на четырехвалковых машинах обеспечивает более высокую точность обечаек – наименьшую погрешность формы поперечного сечения.

Правка обечайки на трехвалковых машинах (операционную карту см. на стр. 78). Эту операцию выполняют в следующей последовательности: выверяют параллельность валков, устанавливают деталь, выставляют средний и боковые валки для получения определенного радиуса правки и выкатывают – калибруют обечайки в течение трех–четырех оборотов с последующим медленным разводом валков и съемом обечайки с машины. При калибровании обечайки сварочные швы не зачищаются. Для получения более точных (отклонение менее 0,01D_в) обечаек перед правкой следует снимать усиление внутреннего сварного шва обечайки.

Правка обечайки вручную (операционную карту см. на стр. 78). Операцию выполняют на плиточном стенде или роликовой опоре с использованием разжимных колец или других разжимных приспособлений, вставляемых внутрь обечайки и разжимающих ее винтовым или гидравлическим устройством до нужного внутреннего диаметра. Эту операцию применяют, когда обечайки деформируются под действием собственной массы или же имеют такие размеры, для которых нет валковых листогибочных машин.

Правка обечаек повышенной точности. Повышенная точность правки обечаек достигается при использовании технологического процесса, предложенного Ю. И. Берлинером [7, 10], с циклическим изменением процесса деформирования обечайки. Операцию правки обечайки рекомендуется разделить на три перехода: нагружение – деформирование участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их подъема или опускания верхнего валка в зависимости от конструкции листогибочной машины; выкатка – вращение обечайки после нагружения при постоянном радиусе изгиба; разгрузка – уменьшение деформации участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их опускания или подъема верхнего валка в зависимости от конструкции листогибочной машины.

Правка цилиндрических обечаек в нагретом состоянии осуществляется с соблюдением условий, изложенных выше для гибки обечаек. Параметры, горячей правки определяют по формулам для холодной правки, но значения свойств и констант упрочнения принимают по данным работы [7] для соответствующих материалов и температуры.

Правка обечаек из двухслойных сталей и биметаллов. Для этих металлов в зависимости от марок и толщины при правке надо строго соблюдать режимы и усилия деформации. Обечайки из двухслойных листов, плакированных коррозионно-стойкой сталью, можно править как в холодном, так и в горячем состоянии. При правке в горячем состоянии обечайки должны быть нагреты до температуры 1150 – 1200 °С с окончанием операции при температуре не ниже 900 – 850° С. После правки в горячем состоянии эти заготовки подвергают последующей термообработке, режимы которой даны в табл. 2.3.

Таблица 2.3 – Режимы термообработки обечаек из двухслойных сталей после их правки в горячем состоянии

Марка стали плакирующего слоя	Режимы термообработки загото­вок из двухслойных сталей
	Высокий отпуск	Стабилизирующий отжиг	Закалка
08X13	Нагрев до 740 – 780 °С, выдержка 1,5 – 2 ч, охлаждение на воздухе	–	–
12Х18Н10Т	–	Нагрев до 850 – 875 °С, выдержка 2 – 3 ч, охлаждение на воздухе (плакирующим слоем вверх)	Нагрев до 1050 – 1100 °С, охлаждение в воде или на воздухе (плакирующим слоем вверх)
10Х17Н13М2Т	–	Нагрев до 900 – 950 °С, выдержка 2 – 3 ч, охлаждение на воздухе (плакирующим слоем вверх)	Нагрев до 1070 – 1120 °С, охлаждение в воде или на воздухе (плакирующим слоем вверх)

Правка конических обечаек имеет особенности, изложенные выше при описании их гибки. Для правки конических обечаек рекомендуется применять специальное приспособление, показанное на рисунке 2.24.

Для обеспечения ориентации заготовки в процессе правки за базу принимают кромку заготовки, образующую малый диаметр конуса. Приспособление устанавливают пластинами 2 на верхний валок машины. От поворота на верхнем валке приспособление удерживается двумя щеками 4, охватывающими нижний валок 5 листогибочной машины. На корпусе 1 приспособления закреплены два базовых опорных ролика 3. Заготовку устанавливают на машину таким образом, что ее передняя кромка опирается на базовые ролики приспособления и зажимается между верхним и нижним валками машины. При движении заготовки опорный ролик 3 со стороны входящего края заготовки постоянно разворачивает ее, создавая момент реактивных сил, равный моменту сил трения между листом и валками машины. При реверсировании вращения аналогично работает симметрично расположенный ролик.

Лучшим вариантом правки конических обечаек является применение машин с конусными валками. При этом верхний валок машины является сменным, вследствие чего достигается высокое качество правки обечаек различных типоразмеров.

Правка обечаек радиальным растяжением на механических прессах может быть широко использована при изготовлении обечаек диаметром до 300 мм, для которых нет валковых листогибочных машин, а также обечаек с точным наружным и внутренним диаметром (0,3 – 0,5 мм). Для правки используют раздвижную оправку, состоящую из отдельных элементов – сегментов, закрепленных на подвижных конусах. При вертикальном опускании (схождении) конусов элементы – сегменты раздвигаются в радиальном направлении. В результате радиального растяжения обечайка получает необходимую форму и размеры. При подъеме (расхождении) конусов сегменты сходятся, и готовую деталь снимают с оправки. Такую операцию можно производить на любом прессе вертикального типа. При усилии 1,39 – 4,35 МН можно править обечайки диаметром 254 – 1270 мм, длиной 610 – 1525 мм и толщиной 0,5 – 30 мм.

Правка обечаек гидрораздачей (экспандирование) на прессах-расширителях. Такую правку осуществляют на гидропрессах, имеющих две силовые головки и раскрывающийся секционный штамп или оправку. Обечайку устанавливают в штамп между силовыми головками. Силовые головки находят на трубу с обеих сторон, уплотняют концы труб и останавливаются, сжав трубу по торцам. Одновременно раздается конусами и штамп. После этого обечайка заполняется водой и создается необходимое для правки давление (табл. 2.4).

Таблица 2.4 – Давления для правки обечаек гидрораздачей на прессах – расширителях

Размеры обечайки, мм		Давление раздачи-правки обечаек из стали, МПа
Диаметр	Толщина	легированной	углеродистой
530	8	10,5-12,0	7,8 – 8,5
	10	–	9,0 – 10,5
	12	–	10,0 – 11,5
720	8	8,0 – 9,5	5,0 – 6,5
	10	10,0 – 11,0	6,5 – 8,0
	12	12,0 – 13,0	8,0 – 9,5
820	10	9,0 – 10,5	6,0 – 7,5
	12	10,5 – 12,0	7,0 – 8,5
1020	12	10,3-11,7	9,0
Примечание. Время выдержки обечаек под давлением раздачи 30 с.

Правка с применением взрывчатых веществ используется для крупногабаритных и толстостенных обечаек, которые выправить другими методами невозможно. Участок для такой правки должен быть изолирован и удален от цехов и строений. Процесс правки следующий: в матрицу, изготовленную из бетона, эпоксидной смолы или стекловолокна, укладывают заготовку, вдоль которой натягивают детонирующий шнур. Внутрь обечайки заливают воду, выполняют все меры безопасности, взрывают, и обечайка правится по размеру матрицы с точностью 0,05 – 0,1 % от D_B.

12. Зигование. Преимущественно применяют для придания обечайке дополнительной жесткости выдавливанием кольцевых зигов на зиговочных машинах. Эти зиги используют также для установки и крепления в них разжимных опорных колец, на которых размещают и крепят ректификационные тарелки, опоры, перегородки, решетки и другие внутренние устройства аппаратов. Технологическая схема зигования обечаек на зиговочной машине дана в карте (см. стр. 79).

Операцию начинают с разметки мест, подлежащих зигованию, зачистки в этих местах усиления сварного шва и полирования до уровня основного металла. В процессе зачистки и полирования не должно быть подрезов, углублений, выступов и прижогов, вызывающих концентрацию напряжений, утонение или изменение структуры основного металла и сварного шва. Цилиндрическую гладкую обечайку устанавливают до упора на внутренний вал. Упор обеспечивает заданное расположение зига от торца. На валу с помощью шпоночного соединения устанавливают ролики, профиль которых соответствует профилю зига, но с учетом пружинения металла. Внутренний вал является приводным. Расстояние между роликами обеспечивается установкой втулок. Наружный вал имеет свободно вращающиеся на валу ролики соответствующего профиля. Верхний вал с роликами может перемещаться по радиусу, вследствие чего ролики приближаются или удаляются и этим регулируется глубина зигов.

Наличие трения между зигующими роликами и обечайкой, а также взаимного вращения роликов обеспечивает поворот обечайки и постепенное выдавливание зига по всей окружности. При этом обечайка как бы прокатывается между роликами. Скорость зигования различна: чем тоньше и вязче металл, тем больше скорость зигования. Обычно руководствуются паспортной скоростью зиговочной машины и наибольшей толщиной деформируемого металла и принимают для наибольшей толщины наименьшую скорость зигования и, наоборот, для малых толщин – наибольшую скорость.

Для увеличения трения между обечайкой и роликами с участков зигования и роликов удаляют смазку и грязь, протирая поверхность растворителями или моющими средствами. Правильность выбранного режима зигования проверяют по размерам, форме и качеству поверхности зигов на первой детали. При этом особое внимание обращают на величину утонения металла в месте наибольшей деформации и на отсутствие трещин и волосовин на поверхности зигов, которые можно контролировать без снятия обечайки и изменения относительного положения валов и роликов. После окончания операции ролики и валы разводят и обечайку снимают с машины с помощью скоб и траверс для транспортирования.

Зигование обечаек из сталей и цветных металлов применяют для небольших толщин (до 4 мм), а процесс осуществляют за три – четыре оборота обечайки.

Зиговочные машины можно использовать для гибки, отбортовки и рифления обечаек, а также для резки листового материала и обрезки обечаек при установке на машинах роликов нужного профиля или дисковых ножей. В процессе зигования возникает утонение стенки, а также упрочнение (наклеп) в местах образования зигов. Возможно образование в зигах трещин и волосовин. Для исключения наклепа, появления трещин и волосовин применяют межоперационный отжиг.

13. Устранение дефектов сварки.

14. Токарно-карусельная операция (операционную карту см. на стр. 79). Эту операцию выполняют для подрезки торцов в размер по длине обечайки и перпендикулярно образующей ее, а также для снятия фасок под сварку. В тех случаях, когда обечайка имеет искаженную цилиндрическую форму поперечного сечения или может деформироваться при закреплении ее кулачками на столе станка, применяют разжимные приспособления: радиальные распорки (см. стр. 80) и разжимные кольца. Эти приспособления позволяют исправить погрешность формы поперечного сечения и повысить жесткость детали при ее закреплении и обработке. В химическом аппаратостроении и машиностроении используют токарно-карусельные станки. Для правильного выбора этих станков в зависимости от размеров и массы обрабатываемых деталей в таблице 2.5 приведена их технологическая характеристика.

Таблица 2.5 – Технологическая характеристика токарно-карусельных станков

Тип станка	Модели станков	Наибольшие размеры и масса заготовок			Погрешность формы после чистовой обработки
		Диаметр, мм	Высота мм	Масса, кг	Овальность, мм	Конусность или вогнутость на длине 1000 мм
Одностоечные	1508, 1520, 1512, 1516, 1531М, 1541Б	710 – 1 600	800 – 1 000	1 300 – 5 000	0,01 – 0,02	0,02
Двухстоечные:
крупные	1520, 1525, 1532Б, 1532Г, 1550, 1563, 1580 Л	2 100 – 8 000	3 200	10 000 – 125 000	0,06 – 0,1	0,06 – 0,1
уникальные	1А591, 1Б591, 1А592, 1А594, 1А596, 1Б596	10 000 – 25 000	5 000 – 6 300	200 000 – 500 000	0,06 – 0,1	0,06 – 0,1

15. Разметка отверстий и скосов. (операционную карту см. на стр. 80). В карте эскизов (см. стр. 60) дан эскиз типовой детали – обечайки из листового металла толщиной от 1,6 до 16 мм. Разметку прямых скосов и центров отверстий удобно и производительно выполнять, используя специальное приспособление (рис. 2.26). Размечаемую обечайку устанавливают вертикально на опорные рычаги 1, резьбовая муфта 2, перемещаясь вдоль оси, сближает или удаляет разжимные рычаги 3 между собой вдоль оси и в радиальном направлении. Радиальное перемещение шарнира 4, связанного с рычагами 3, позволяет р азжимать или освобождать обечайку с помощью рифленых концов рычагов.

Закрепив обечайку в приспособлении, устанавливают штанген-рейсмус (ГОСТ 164–73) на нижний стол и размечают размеры и центры отверстий по высоте с точностью от 0,02 до 0,1 мм. Вертикальность установки детали проверяют угольниками – плоскими или бортовыми с пятой. Центры отверстий, расположенных под различными углами, размечают по длине наружной дуги, соответствующей данному углу, откладывая ее с помощью измерительных рулеток (ГОСТ 7502–69) на наружной поверхности обечайки. Скосы размечают штангенрейсмусом после наклона обечайки в этом приспособлении (см. стр. 80) на требуемый угол α. Наклон обечайки под углом α обеспечивается поворотом стойки 5 вокруг оси при прямолинейном перемещении сухаря 6 вдоль оси винта 7. Перемещение сухаря вызывается поворотом рукоятки и винта 7, закрепленного в опорах 8 и 9. Угол поворота определяется положением стрелки 10 относительно циферблата 11. Радиусные скосы и периметр отверстий под вырезку рационально размечать с помощью универсального приспособления для разметки отверстий (рис. 2.27).

Для разметки на призму 1 устанавливают обечайку 2 таким образом, чтобы центр отверстия совпадал с острием конуса 3, постоянно расположенного по вертикальной оси изделия и призмы. Затем устанавливают на радиус R размечаемого отверстия разметочный конус 4 и закрепляют его на планке 5. Положение конуса 4 может меняться перемещением его по пазу планки 5. После настройки конус 4, поворачиваясь вокруг оси конуса 3 вместе с планкой 5 и втулкой 6, размечает контур отверстия, прижимаясь постоянно к наружной поверхности обечайки 2. Расположение конуса 3 по высоте регулируется перемещением трубы 7 с помощью винта, вращают который маховиком 8. Этот же циркуль можно использовать и для пламенной или плазменной вырезки отверстий, если закрепить резак к плавающему стержню.

16. Обработка отверстий, скосов, фасок. Указанные операции выполняют тепловым или пламенным способом, так как нельзя использовать машинную, полуавтоматическую и автоматическую резку из-за сложности вырезаемого профиля и индивидуальности выполняемых работ. Обработку преимущественно выполняют вручную или с применением простых приспособлений: циркулей с плавающей направляющей, двухроликовых опорных тележек, направляющих устройств.

17. Сверление отверстий. Это наиболее распространенная операция получения отверстий в обечайках. Сверлят отверстия при необходимой жесткости обечаек и надежном их закреплении. Обечайки устанавливают на призмах, подкладках, опорах, а закрепляют их (с использованием, гидравлических, пневматических или винтовых зажимов) планками, прихватами с болтами и гайками. Применение сверления ограничивается диаметром сверла до 80 мм и толщиной стенки обечайки не менее 2 мм. При сверлении не требуется разметка контура отверстий, достаточно иметь только его центр. Наиболее распространено в аппаратостроении сверление обечаек на радиально-сверлильном станке. Сверление можно выполнять и на горизонтально-расточном станке.

18. Слесарная операция. Эта операция предусматривает зачистку поверхностей после вырезки отверстий, скосов, пазов, фасок кислородным, кислородно-флюсовым, плазменным или другим способом термической резки до полного удаления следов резки, дефектов и подготовки поверхностей под сварку. Для зачистки используют ручные электрические шлифовальные машины и машины сверлильные пневматические. В качестве зачистного инструмента используют фрезы цилиндрические, машинные круглые напильники, напильники общего назначения, шаберы, металлические щетки, зачистные шлифовальные круги. При зачистке поверхностей обечаек из цветных металлов нельзя применять металлические щетки, используемые для зачистки сталей или других марок цветных металлов, а также любые шлифовальные круги из-за быстрой их забивки мягким металлом (засаливания). При зачистке высоколегированных и коррозионностойких сталей рекомендуется применять металлические щетки из проволоки того металла, который зачищается, а также абразивные круги. Зачистку шаберами применяют преимущественно для обечаек из алюминия и его сплавов непосредственно перед сваркой с целью удаления дефектов и окислительной пленки. Размер неровностей после зачистки не должен превышать 0,5 мм, а следы зачистки должны располагаться вдоль кромки шва.