книги / Сварка в машиностроении. 4

4. Глебов Л. В., Пескарев А. Н., Файгенбаум Д. С. Расчет в конструирование машин контактной сварки. М., Энергия, 1968. 410 с.

5. Глебов Л. В., Филиппов Ю. Н., Чулошников П. Л. Установка и эксплуата­ ция машин контактной сварки. М., Энергия, 1973. 296 о.

6.Зайчик Л. В., Орлов Б. Д., Чулошников П. Л. Контактная сварка легких сплавов. М., Машгиз, 1963. 220 с.

7.Контактная сварка/Ф. А. Аксельрод и др. М., Высшая школа, 1964. 464 q,

8.Недорезов В. Е. Электросварочные машины. М., Машиностроение, 1977. 312 с.

9.Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для контактной сварки. M.f

Машиностроение, 1969. 440 с.

10.Рыськова 3. А. Трансформаторы для контактных электросварочных машин. М., Энергия, 1975. 280 с.

11.Технология и оборудование контактной сварки/Б. Д. Орлов и др. М., Маши­

ностроение, 1975. 536 с.

12.Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей

исплавов. М., Машиностроение, 1974. 200 о.

Г л а в а 7

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ, УЛЬТРАЗВУКОВОЙ, ДИФФУЗИОННОЙ, МИКРОПЛАЗМЕННОЙ, ЭЛЕКТРОННО­ ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ И СВАРКИ ТРЕНИЕМ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ

Машины для холодной сварки применяют с целью соединения высокопластичных металлов, главным образом алюминия и меди, в однородном и разнородных соче­ таниях. Холодной сваркой выполняют стыковые соединения заготовок сплошного сечения различной конфигурации без изменения их геометрии, а также нахлесточные соединения, в том числе и разнотолщинных заготовок. По типу получаемых соединений и характеру их выполнения различают оборудование для стыковой, точечной и шовной сварки. В зависимости от конструктивного оформления инстру­ мента на точечных машинах можно получить одно- и многоточечные соединения, а также соединения по контуру. По степени автоматизации основных и вспомога­ тельных операций выделяют машины неавтоматизированные (с ручным управле­ нием), полуавтоматы и автоматы. В автоматах все операции, включая подготови­ тельные (зачистка или обрубка заготовок), зажим деталей, повторная осадка, освобождение изделия и т. д. выполняются без участия оператора по определен­ ной программе. В полуавтоматах неавтоматизированными остаются только под­ готовка поверхности заготовок, укладка заготовок и съем готовой продукции. По возможности перемещения во время выполнения работ оборудование подраз­ деляют на стационарное и переносное (клещи, передвижные установки). Машины, в том числе и серийно выпускаемые, проектируются на сварку конкретных изде­ лий или группы изделии (проводов, шин, корпусов электронных приборов и кон­ денсаторов, армирование алюминиевых деталей и т. п.). Однако, за исключением узкоспециализированных установок, машины для холодной сварки можно пере­ страивать на изготовление других деталей путем замены инструмента (вкладышей, пуансонов, штампов).

Оборудование для стыковой сварки. В состав установок для стыковой сварки в общем случае входят: зажимные устройства (губки, сменные вкладыши); ме­ ханизм замыкания губок для создания необходимой силы трения; направляющие для перемещения губок с заготовками; механизм осадки; аппаратура управле­ ния; вспомогательные механизмы и приспособления для отрезки концов загото­ вок (ножи, дисковая пила в сочетании со щетками), для удаления грата.

В машинах для стыковой сварки зажимные устройства играют роль инстру­ мента. При его проектировании для конкретного изделия следует руководство­ ваться следующими рекомендациями. Зажимы выполняют разъемными из двух частей. По плоскости разъема предусматривают гарантированный зазор, состав­ ляющий 2—5% толщины или диаметра свариваемой заготовки. Участок внутрен­ ней поверхности зажимной губки, контактирующий непосредственно со сваривае­ мой заготовкой, должен соответствовать конфигурации сечения свариваемой де­ тали. Для предотвращения проскальзывания заготовок и уменьшения необ­ ходимого усилия зажатия на поверхности губок делается насечка. Глубина на­ сечки должна составлять 3—4% диаметра или толщины заготовки, но не более 0,35—0,4 мм Рифление поверхности выполняют в виде винтовой канавки у за­ жимов для круглых заготовок. На зажимах, предназначенных для плоских заго­ товок, насечку наносят только на широкой стороне. Размеры поперечного сече­ ния рабочего окна зажимных губок должны быть меньше размеров заготовки на удвоенную высоту выступов насечки. Для удаления облоя края зажимов заостряют под углом 60°, что позволяет срезать выдавленный металл в конце осадки. Для

предотвращения поломки заостренных частей у губок предусматривают специ­ альные опорные поверхности, препятствующие их полному смыканию. В случае сварки круглых заготовок на зажимных губках у заостренных частей преду­ сматривают специальные выступы, разрезающие кольцо облоя. Материалом для зажимных губок и вкладышей служат стали, идущие на изготовление штампов для холодной штамповки.

Конструкция зажимного механизма должна гарантировать отсутствие про­ скальзывания заготовок в процессе сварки. Наиболее удачным решением являются кулачковые и клиновые запорные механизмы. С помощью таких устройств при наличии насечки на рабочих поверхностях губок усилие зажатия может состав­ лять 45% усилия осадки.

Зажатие осуществляется вручную при сварке заготовок малых сечений и с помощью пневмо- и гидроцилиндров при сварке заготовок больших сечений. Необходимое сварочное усилие обеспечивается пневматикой, пневмогидравликой или гидравликой. В машинах с гидроприводом насосная станция обычно монти­ руется внутри корпуса машины. Управление работой гидро- и пневмоцилиндров обеспечивается с помощью кранов либо золотниковых устройств с электромагнит­ ным приводом, команда на срабатывание которых может подаваться вручную или от программного устройства в зависимости от степени автоматизации процесса сварки. Усилие осадки контролируют по манометру. Вылет заготовки опреде­ ляется на глаз или регламентируется с помощью конечных выключателей. Ско­ рость деформирования металла, как правило, выбирают из условия обеспечения необходимой производительности. Машины комплектуют отрезными механизмами (ножами) для подготовки заготовок к сварке с пневматическим или гидравличе­ ским приводом. Для работы с ручными клещами имеются специальные кусачки для обрезки концов заготовок. Характеристика серийных машин для стыковой сварки представлена в табл. 1.

Для сварки проводов малых сечений в условиях монтажа используют ручные клещи КС-6 конструкции ИЭС им. Е. О. Патона. Клещи предназначены для стыко­ вой сварки алюминиевых проводов сечением 2,5—10 мм2 и медных сечением до 4 мм2. Зажимы рычажно-винтового типа. Четыре комплекта сменных вкладышей обеспечивают зажатие заготовок диаметром 1,7—3,6 мм. Средняя производитель­ ность 120 сварок за 1 ч. Усилие осадки 1200 кгс при усилии на рукоятке 20 кгс. Габаритные размеры 330 X 120 X 55 мм. Масса 1,5 кг.

С помощью клещей конструкции АН Латвийская ССР можно сваривать алюминиевую проволоку диаметром до 5 мм и медную диаметром до 3,5 мм. Минимальный диаметр свариваемых прутков 1,2 мм. Масса 2,5 кг.

Машины серии МСХС первого поколения предназначены для стыковой сварки заготовок сечением 0,8— 1500 мм2 (по алюминию). В серии четыре типоразмера: МСХС-0,8; МСХС-5-3; МСХС-20-3; МСХС-120-2. Машины выпускаются серийно. Длина свариваемых заготовок неограничена. Машина МСХС-0,8 имеет зажимы с пневмоприводом. Набор сменных вкладышей позволяет вести сварку заготовок разных сечений. Механизм осадки пневматический. Управление ручное.

Машина МСХС-5-3 имеет ручной эксцентриковый механизм замыкания за­ жимных губбк. Усилие от штока пневмоцилиндра через разноплечий рычаг пере­ дается на подвижной зажим,перемещающийся по цилиндрическим направляющим. Зажимные губки сменные. Управление работой пневмоцилиндра ручное с помощью трехходового крана. Усилие осадки регулируется воздушным редуктором и кон­ тролируется по манометру. Машина снабжена специальным ножом с пневмопри­ водом для обрезки заготовок.

Машина МСХС-20-3 о гидроприводом. Гидростанция расположена внутри корпуса машины. Зажимные устройства клинового типа. Управление работой полуавтоматическое; вручную производят установку заготовок и съем готового изделия. Команда на сварку подается с пульта управления, расположенного на корпусе машины, через электроклапаны. Машина снабжена специальным реза­ ком, приводимым в движение от гидроцилиндра. Сменные вкладыши обеспечивают сварку заготовок круглого, прямоугольного и фасонного сечений.

Машина МСХС-120-2 предназначена для сварки заготовок круглого и прямо* угольного сечений. Привод механизма осадки и зажатия гидравлический. Меха­ низм замыкания губок клинового типа. Наличие второго клина при сохранении малых габаритов всего механизма позволяет зажимать детали значительной тол­ щины или диаметра. Второй клин используют при сварке деталей диаметром (тол­ щиной) больше 20 мм для увеличения раскрытия губок. Усилие зажатия создается сдвоенным гидроцилиндром. Во время осадки работают оба цилиндра. Плоскость разъема губок для удобства укладки заготовок расположена наклонно. Осадка осуществляется от трех гидронилиндров, установленных симметрично относи­ тельно оси свариваемых деталей. В нижней части корпуса машины расположена гидростанция. Усилие осадки контролируют по манометру. Конструктивно ма­ шина подобна машине МСХС-20-3 Управление работой зажимных устройств, включение в работу дополнительных клиньев, подача команды на сварку произ­ водятся кнопками с пульта управления, расположенного на корпусе машины. Внутри корпуса смонтированы электрогидроклапаны, бесконтактные конечные выключатели для регулирования расстояния между подвижной и неподвижной плитами. Остальные элементы системы управления смонтированы в отдельном шкафу. Сварочный цикл отрабатывается автоматически.

Недостатки первого поколения машин серии МСХС и других конструкций (подготовка торцов заготовок производится вдали от места сварки и наличие руч­ ных операций) устранены в машине-полуавтомате МСХС-801 и полуавтомате кон­ струкции ИЭС им. Е. О. Патона. Все рабочие движения в обеих машинах осуще­ ствляются от гидроцилиндров. Операции зажатия заготовок, обрезки концов, отвод механизма обрезки из зоны сварки, осадка, перехват заготовок в случае двойной осадки, удаление облоя и извлечение готового изделия производятся автоматически. Конструкция механизма осадки МСХС-801 заимствована у ма­ шины МСХС-120-2. Механизм зажатия клинового типа. В машине-полуавтомате ИЭС им. Е. О. Патона шток исполнительного гидроцилиидра осадки выполнен полым, что позволяет пропускать сквозь него заготовку. Механизм зажатия ры­ чажного типа. Наладку машин на сварку заготовок различных размеров и кон­ фигураций сечения производят путем замены вкладышей в зажимных механизмах

исоответствующей настройкой отрезного устройства. Все элементы системы управ­ ления собраны внутри корпуса. Контроль усилия осадки — по манометру. Управ­ ление работой производится с пульта, расположенного на передней стенке машины.

Для выполнения стыковой сварки заготовок определенного типа создано спе­ циализированное оборудование. Машина МСХС-8002 предназначена для сварки медных колец (контактные кольца электрических двигателей, уплотнительные кольца пневмо- и гидросистем и др.) с наружным диаметром до 150 мм, изготовляе­ мых из полосы сечением до 300 мм2. Производительность до 120 сварок в 1 ч.

Особенностью конструкции является наличие выдвижного блока губок. Ма­ шину МСХС-4001 используют для сварки алюминиевых колец диаметром до 350 мм

исечением до 400 мм2. Производительность до 180 сварок в 1 ч. Машина МСХС-2004 предназначена для сварки троллейных проводов (на базе серийной машины

МСХС-20-3). Имеется выносной резак с гидроприводом. Производительность до 100 сварок в 1 ч. Два комплекта губок позволяют сваривать провода сечением 85 и 100 мм2.

Оборудование для сварки внахлестку. В состав установок для холодной сварки внахлестку в общем случае входят:

—сварочный инструмент (пуансоны, ролики);

—прижимные плиты с механизмами их зажатия и раскрытия;

—направляющие для перемещения инструмента;

—пресс для создания рабочего усилия;

—аппаратура управления;

—вспомогательные механизмы для зачистки свариваемых поверхностей. Устройство, объединяющее в себе сварочный инструмент, прижимные плиты

смеханизмами зажатия и раскрытия, направляющие для перемещения инстру­

мента, используемое в машине как самостоятельный функциональный узел, полу* чило название штампа.

Сварка конкретных изделий в большинстве случаев требует создания индиви­ дуального инструмента. Форма и конструкция инструмента зависит от выбранной схемы процесса и может представлять собой пуансоны различных конфигураций для точечной и контурной сварки, ролики для шовной сварки [3].

При конструировании инструмента следует руководствоваться следующими положениями. Наиболее рациональная форма сечения рабочего выступа инстру­ мента для точечной сварки — круг или прямоугольник. Последняя форма пред­ почтительнее для сварки нагартованного алюминия, его сплавов, меди и меди с алюминием. Диаметр d рабочего выступа или его ширина b в случае прямоуголь­ ной формы должны составлять (1ч-3) о, где Ô — толщина свариваемого металла. Большие значения относятся к более тонкому металлу. Соотношение сторон в се­ чении прямоугольного инструмента порядка 1 5. При сварке разнородных мате­ риалов диаметр d или ширину b следует брать обратно пропорциональными твер­ дости материалов. Площадь торца рабочего выступа пуансона составляет не ме­ нее 15% от его опорной части в случае использования ступенчатого пуансона. При сварке по схеме с предварительным зажатием заготовок площадь прижима должна быть в 15—25 раз больше рабочей площади торца пуансона, который вы­ полняется в виде самостоятельной детали. Предварительное зажатие заготовок в монтажных условиях может осуществляться и между плитами, стягиваемыми болтами и имеющими калиброванные отверстия для пуансона. Высота рабочего выступа должна обеспечить необходимую степень деформации. По периметру торца рабочего выступа пуансона делается закругление с радиусом 0,2 мм во из­ бежание разрушений свариваемого металла и образования резких концентрато­ ров напряжений.

Для облегчения извлечения инструмента из свариваемой заготовки по вы­ соте рабочей части пуансона предусматривается уклон 4—6°. В отдельных слу­ чаях многоточечная сварка можёт выполняться одной парой пуансонов с несколь­ кими рабочими выступами. При шовной сварке диаметр ролика должен составлять 50 ô; ширина рабочего выступа b « (1-г-1,5)0, ширина опорной части (2—3) Ь. Материал для изготовления пуансонов аналогичен материалу вкладышей и за­ жимных губок для стыковой сварки.

Для сварки внахлестку по схеме с предварительным зажатием применяют специальные штампы, конструкция которых обеспечивает деформирование ме­ талла пуансонами только после зажатия заготовок между двумя плитами. По окончании сварки система пружин производит размыкание плит и извлечение пуансонов из металла. Направляющие обеспечивают сохранение соосности пар пуансонов в процессе сварки. Для размещения в штампе заготовок предусматри­ ваются специальные пазы (гнезда). Высоту пазов выбирают такой, чтобы при пол­ ном зажатии заготовок между плитами оставался гарантированный зазор 0,5 мм. Пример конструкции штампа, предназначенного для армирования алюминиевых шин медными накладками, представлен на рис. 1 [3]. Применять штампы удобно для выполнения многоточечных соединений.

Необходимое сварочное усилие, передаваемое на инструмент, создается с по­ мощью пневмогидравлики и гидравлики. Как и в случае стыковой сварки, ско­ рость деформирования не влияет на качество соединения и поэтому выбирается исходя из необходимости обеспечения заданной производительности. Принци­ пиальное решение систем управления работой машин такое же, как у машин для стыковой сварки.

Машина УГХС-5-2 предназначена для точечной сварки алюминиевых пластин внахлестку толщиной до 5 мм. Она состоит из пневмогидравлического усилителя, смонтированного на передвижной тележке, и сварочных клещей, гидроцилиндр которых соединен гибким шлангом высокого давления с усилителем. Сварочное усилие регулируется воздушным редуктором и контролируется по манометру. Управление работой установки производится вмонтированной в клещи кнопкой, управляющей цепью питания электромагнита золотникового клапана.

Машина МХСА-50-3 предназначена для многоточечной сварки медных арми­ рующих накладок толщиной до 1,5 мм с алюминиевыми токоведущими деталями (выводы обмоток, кабельные наконечники и т. д.). Максимальная площадь арми­ рующего участка 60 X 60 мм. Машина состоит из пневмогидравлического усили­ теля, к корпусу которого прикреплена головка с штампом. Управление работой машины осуществляется с помощью педального золотникового пневматического клапана. Применение сменных штампов позволяет сваривать детали различной

Рабочее усилие создается гидроцилиндром. Гидростанция расположена в кор­ пусе машины. Сменный штамп устанавливается на нижнюю подвижную плиту. Управление работой — ручное с помощью золотникового распределителя.

Машина МТХС-120-01 предназначена для многоточечной нахлесточной сварки алюминиевой фольги и ленты толщиной 0,08—0,8 мм при ширине 200— 600 мм, а также для приварки к фольге шин и ленты сечением 3 X 40 мм из алю­ миния и сечением 3 X 30 мм из меди. Машина комплектуется двумя сменными штампами для сварки деталей шириной до 400 и 600 мм. В штампах расположены сменные многоточечные пуансоны, оформление рабочих выступов которых опре­ деляется размером свариваемой детали и пределами регулирования рабочего уси­ лия. Имеется устройство для зачистки заготовок.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕМ

В машинах для сварки трением эффект нагрева и создание условий для образова­ ния соединения обеспечивается относительным вращательным движением. В боль­ шинстве случаев в основу конструкции положена схема процесса с вращением од­ ной заготовки и поступательным перемещением вдоль оси под действием свароч­ ного усилия этой или второй заготовки.

Машины в общем случае имеют привод вращения с устройством для торможе­ ния шпинделя, механизмы создания рабочего (сварочного) усилия, перемещения заготовки и осадки, зажатия заготовки, станину, аппаратуру управления и кон­ троля (рис. 2). В определенных случаях могут предусматриваться механизмы и устройства для торцовки заготовок, удаления грата, регулирования соосности свариваемых заготовок, автоматизации загрузки заготовок и съема готовых изделий и др.

Конструкция машин должна обеспечить: быстрое прекращение относитель­ ного вращения по окончании нагрева; автоматическую отработку заданного

Рис. 2. Схема машины для сварки трением:

цикла сварки; возможность настронки на регламентацию процесса как по времени, так и по осадке; простоту настройки на заданный режим и переналадки на другой характер цикла сварки (рис. 3); хорошую воспроизводимость параметров режима; предотвращение проскальзывания в зажимах заготовок и их радиальное смеще­

заготовок: 1) остановка с помощью тормоза или реверсированием электродвигателя всех вращающихся частей привода; 2) отключение шпинделя от постоянно вращаю­ щегося двигателя и последующее торможение шпинделя фрикционным тормозом. Первый вариант реализован в машинах первого поколения. Продолжительность работы электродвигателя в режиме реверса определяется с помощью реле контроля скорости (РКС) или реле времени, настраиваемом на определенную длительность реверсивного включения. Время торможения в этом случае составляет 0,1—0,4 с. Недостатком является перегрев обмоток двигателя при частых включениях. Не­ которое снижение этого нежелательного [явления может быть достигнуто умень­ шением маховых масс вращающихся частей, выбором более низких скоростей вращения, постановкой крановых электродвигателей. Для машин высокой произ­ водительности, требующих частых пусков и выключений, этот способ менее удо­ бен, чем при торможение по второму варианту, который заложен в конструкциях большинства современных машин и обеспечивает меньший тормозной путь («вы­ бег)». В этом случае муфта сцепления и тормоз фрикционного типа сблокированы в одном узле. Тяжелые условия работы шпиндельного узла требуют постановки сдвоенных или строенных радиальных подшипников в сочетании с упорными или радиальных и радиально-упорных подшипников качения.

Для обеспечения необходимого сварочного усилия используют пневматиче­ ский, гидропневматический и гидравлический приводы. Пневматические системы устанавливают на машинах с усилием до 5000 кгс, пневмогидравлические — при усилиях 5000—100 000 кгс, а при больших значениях — гидравлические. На­ стройка на режим производится с помощью редукторов давления.

Зажимные устройства воспринимают значительные крутящие моменты и осе­ вые усилия в процессе нагрева и ковки. Максимальный крутящий момент может в 2—2,5 раза превышать момент в фазе установившегося трения. В процессе сварки возникают радиальные вибрации заготовок, осложняющие работу зажимов. Про­ скальзывание заготовок приводит к приварке их к рабочим поверхностям зажим­ ных устройств. Конструкция зажимов должна обеспечивать центровку заготовок, возможность работы с заготовками из горячекатаного металла и переналадку на сварку заготовок различных форм и размеров.

Надежное закрепление заготовки при работе без упоров обеспечивается уси­ лием, в 2,5 — 4 раза превышающем усилие осадки; это делает необходимым приме­ нение механического привода в зажимных устройствах. В случае использования упоров усилие может быть снижено в 1,5—2,0 раза. Использование токарных па­ тронов не оправдало себя из-за их быстрого износа, необходимости применять значительные мускульные усилия, низкой производительности и невозможности автоматизировать весь процесс сварки.

Широкое применение в сварочных машинах получили самоцентрирующие устройства с принудительным зажатием заготовок: кулачковые — для вращаю­ щейся и призматические — для неподвижной заготовки. Универсальность этих зажимных устройств в определенном диапазоне диаметров обеспечивается ком­ плектом сменных кулачков и призм. Конструкции допускают большие отклонения от номинальных размеров диаметра заготовок. Призматические зажимы позволяют производить загрузку заготовок сверху в плоскости разъема призм, легко авто­ матизировать вспомогательные операции, устанавливать дополнительные меха­ низмы и приспособления для выполнения подготовительно-заключительных опе­ раций (суппорты для торцовки заготовок и удаления «воротника», формующие матрицы, загрузочные устройства), применять фигурные зажимные губки и призмы при сварке заготовок сложной формы. Длина неподвижной заготовки в этом слу­ чае практически неограничена. Станины машин выполняют повышенной жест­ кости коробчатой конструкции в сварном или литом исполнении. Внутри станины расположены элементы привода, пневмоаппаратура, мультипликаторы и другие механизмы. На станине смонтирована также панель управления.

Система управления работой машины обеспечивает автоматическое выполне­ ние всего цикла сварки (на полуавтоматах). В некоторых случаях предусмотрено автоматическое выполнение подготовительно-заключительных операций: загрузка