К атегория: Слесарные работы
Сортовая, фасонная и листовая сталь, из которой изготовляют, различные детали или заготовки, иногда бывает погнута или покороблена. Чтобы устранить эти дефекты, перед обработкой металла выполняют операцию, которая называется правкой.
Правку металла производят в холодном или нагретом состоянии.
При правке в холодном состоянии полосовую, квадратную, круглую и угловую сталь закрепляют в стуловых тисках у места погнутости и вручную выпрямляют погнутые места, выгибая их в направлении, обратном погнутости, а затем выравнивают металл молотком на наковальне или плите.
Сталь выравнивают на наковальне ударом широкого бойка молотка по выпуклым местам, переворачивая материал с одной стороны на другую до тех пор, пока он не станет ровным. Прямолинейность стали проверяют на глаз.
Сила удара зависит от степени искривления и толщины материала. При большом искривлении или значительной толщине материала вначале наносят более сильные удары, по мере выпрямления материала удары ослабляют. Наносить очень сильные удары не следует, так как материал будет расплющиваться и коробиться.
Если полосовая сталь изогнута по узкой кромке, то изогнутую часть укладывают широкой стороной на плиту, затем, прижав сталь к плите левой рукой, правой наносят удары бойком молотка по широкой стороне изогнутой части, сначала сильные, по вогнутой кромке, затем постепенно ослабляя удары, выравнивают выпуклую кромку полосы.
При правке угловой стали, если полоса выгнута в сторону ребра, полосу укладывают полкой на плиту и наносят удары молотком по ребру; если полоса выгнута в сторону полки, полосу укладывают на край плиты или наковальни и наносят удары по полке, постепенно выправляя полосу угловой стали.
Металлические листы правят вручную. Тонкие листы укладывают на плиту выпуклостью вверх. Удары молотком наносят, начиная от края выпуклости к середине. По краям выпуклости удары наносят слабее, а к центру их усиливают.
Толстые листы правят кувалдой в горячем или холодном состоянии так же, как и тонкие.
При правке в горячем состоянии лист нагревают в печи или на горне до 600-700 °С (красное каление).
Для предохранения рук от ушибов при правке металла необходимо надевать рукавицы, пользоваться исправным инструментом и прочно удерживать выправляемый материал на плите или наковальне.
Правку применяют в тех случаях, когда нужно устранить искажение формы заготовки - волнистость, коробление, вмятины, искривления, выпучивания и т. д. Металл можно править как в холодном, так и в нагретом виде. Нагретый металл правится гораздо легче, впрочем это справедливо и в отношении других видов его пластического деформирования, например, гибки.
В домашних условиях правку нужно производить на наковальне или массивной плите из стали или чугуна. Рабочая поверхность плиты должна быть ровной и чистой. Для того чтобы шум от ударов был менее громким, плиту следует устанавливать на деревянном столе, с помощью которого, кроме того, можно выравнить плиту так, чтобы она находилась в горизонтальном положении.
Для правки необходим специальный слесарный инструмент. Нельзя производить правку любым молотком, который есть под рукой: металл может не только не выправиться, но и приобрести еще большие дефекты. Молоток должен быть изготовлен из мягкого материала - свинца, меди, дерева или резины. Кроме того, нельзя править металл молотком с квадратным бойком - он будет оставлять на поверхности металла следы в виде забоин. Боек молотка должен быть круглым и отполированным.
Кроме молотков, применяются деревянные и металлические гладилки и поддержки. Они используются для правки тонкого листового и полосового металла. Для правки закаленных деталей с фасонными поверхностями существуют правильные бабки.
Не стоит, наверное, напоминать, что правку (рихтовку) металла нужно производить в рабочих рукавицах независимо от того, сложная работа или нет, большая заготовка или маленькая и сильно ли она искривлена.
Чтобы проверить кривизну заготовки, нужно уложить ее на гладкую плиту той поверхностью, которая после правки должна представлять собой плоскость. Зазор между плитой и заготовкой покажет степень искривленности, подлежащей устранению. Изогнутые места необходимо отметить мелом, так гораздо легче наносить удары молотком, чем ориентируясь только на заметную глазом кривизну.
В процессе строительства дома или дачи зачастую появляется необходимость в оборудовании водостоков, канализации, каркасов из металла.
При изготовлении подобных изделий необходимо придать плоской заготовке необходимую пространственную форму. Советы опытных мастеров, как загнуть лист металла в домашних условиях, позволят изготавливать конструкции хорошего качества, которые прослужат долгое время.
Сгибание металла выполняют без сварочных швов, что позволяет избежать коррозии в дальнейшем и получить изделие повышенной прочности. Деформация не требует значительных усилий и выполняется, как правило, в холодном состоянии.
Исключение составляют твердые материалы, вроде дюрали или углеродистых сталей. Технология гибки листового металла разрабатывается соответственно поставленным задачам в таких вариантах, как:
Отдельный случай - сгибание с растяжением. Данную технологию применяют при изготовлении деталей с большими радиусами гибки, небольшого диаметра. При изготовлении деталей своими руками, процесс сочетают с такими операциями, как резка или пробивка.
Для обработки в домашних условиях хорошо подходят мягкие виды металлов и сплавов, такие как латунь, медь, алюминий. Изготовление изделий методом сгибания выполняется на вальцовочных или роликовых станках, либо вручную.
Последняя процедура довольно трудоемкая. Гибку производят при помощи плоскогубцев и резинового молотка. Если лист небольшой толщины, используют киянку.
Для сгибания скобы из металлического листа потребуется набор инструментов и приспособлений, состоящий из:
Длина полоски изготавливается по схеме, с тем расчётом, что на каждый загиб должен приходиться запас по 0,5 мм, плюс еще миллиметр на сгибы с обеих сторон. Заготовку помещают в тиски с угольниками. Зажимая её по линии сгиба, обрабатывают молотком.
После этого будущую скобу разворачивают в тисках, зажимают оправой и бруском, формируют другую сторону. Заготовку вытаскивают, отмеряют необходимую длину сторон, выполняя загибы по низу.
Треугольником сверяют правильность угла, подправляя молотком неточности. При выполнении обеих операций, заготовку поджимают бруском и оправой. Готовую скобу подпиливают до нужного размера.
Для придания металлу нужной конфигурации, жестянщики используют листогиб. Но как поступить мастеру, у которого специального оборудования под рукой нет?
На деле вопрос, как гнуть листовой металл в домашних условиях, решается просто. Достаточно использовать собственную смекалку и элементарные приспособления, чтобы изготовить простенький станок.
Чтобы изготовить сгибатель для металлического профиля, потребуются:
Понадобится также и устойчивый стол, на котором закрепляют готовый станок.
Основу устройства составляет двутавровая балка, к которой двумя болтами прикручивают уголок, удерживающий заготовку в процессе сгибания. Под него методом сварки крепятся три дверные петли. Вторую их часть приваривают непосредственно к уголку.
Чтобы станок легко поворачивался во время сгибания листового металла, к нему с двух сторон приделывают ручки. Струбцинами готовый станок крепят к столу. Перед укладкой заготовки уголок откручивают или приподнимают. Лист прижимают, выравнивают по краю и загибают, поворачивая станок за рукояти. Самодельное устройство годится только для обработки заготовок незначительной толщины.
Для того чтобы выполнить гибку листа толщиной до 1,2 мм под прямым углом, используют простейшие инструменты - плоскогубцы (струбцины) и резиновый молоток.
Обработку производят на ровном деревянном бруске. Линию сгиба прочерчивают при помощи карандаша и линейки. Затем лист зажимают плоскогубцами так, чтобы их концы пришлись точно на линию разметки.
Край постепенно отгибают вверх, продвигаясь вдоль сгиба. После того, как угол приблизится к 90 градусам, лист помещают на брусок и при помощи молотка окончательно выравнивают.
Таким образом изготавливают узкие детали, например кромки из жести.
Совет: резиновый или деревянный молоток используют, чтобы на металле не образовались вмятины. Если сгибание выполняется обычным инструментом, в качестве прокладки нужно взять текстолитовую пластину.
Сгибание листа толщиной до 2 мм удобно проводить на рабочем столе. Металл располагают так, чтобы линия разметки приходилась на кромку. Под обрабатываемый материал подкладывают стальной уголок.
Лист зажимают в тисках при помощи двух деревянных брусков. Сгибание производят при помощи молотка, простукивая металл от одного конца к другому. Край листа при этом направляют вниз так, чтобы в итоге он полностью лег на закрепленный по краю стола уголок. Этим способом изготавливают изделия любой ширины, в том числе ящики или мангалы.
Домашние умельцы изобрели массу способов сгибания металлического листа в трубу без применения станка.
Предлагаем рассмотреть простейший вариант с использованием походящей по размерам болванки. Изготавливают её из старой трубы подходящего диаметра.
Лист металла раскладывают на полу, отрезают от него кусок нужной длины. Чтобы определить нужный размер, требуемый диаметр трубы умножают на 3,14 и прибавляют 30 мм на шов.
К болванке с двух сторон приваривают перпендикулярно одна к другой по паре трубок. В их отверстия должен свободно вставляться лом.
Чтобы воспользоваться приспособлением, потребуются усилия трех человек. Болванку укладывают на край листа. Один человек встает сверху, двое других накручивают металл на болванку, проворачивая лом на 90 градусов.
Глава III
Правка в центрах. Ручная правка на плите.
Поступающие на завод листы имеют вмятины, коробление; полосы, прутки и профили - непрямолинейность, искажение сечения.
Операцию по устранению этих дефектов называют правкой.
Реальные тела под действием приложенных к ним сил в той или иной степени меняют свою форму и размеры, т.е. деформируются. Степень деформации может быть различной.
Если тело в результате приложения силы изменит свою форму, а затем, после прекращения действия нагрузки, восстановит свою прежнюю форму, то такая деформация называется упругой деформацией. Если после снятия нагрузки тело не восстанавливает прежней формы, то такая деформация называется остаточной (пластической) деформацией.
§ 1. Ручная правка.
При ручной правке применяют универсальный инструмент и приспособления. Листовые заготовки (полуфабрикаты) правят на правильных плитах, полосы и прутки - на плитах, наковальнях.
Заготовки с необработанными поверхностями правят стальными молотками с круглым бойком, а с обработанными поверхностями - медным или стальным молотком через тонкий медный или алюминиевый лист. Тонкие листы правят деревянными молотками, а очень тонкие - гладилками. Закаленные детали и заготовки правят рихтовочными молотками.
При правке нужно правильно выбирать места, по которым следует наносить удары. Удары должны быть соразмерными с величиной кривизны и постепенно уменьшаться по мере перехода от наибольшего изгиба к наименьшему.
При правке прутков и полосового материала заготовку кладут выпуклостью кверху (рис. 15) и наносят сильные удары по выпуклости, время от времени поворачивая изделие. Заканчивают правку легкими ударами. Контроль качества правки осуществляют на глаз или линейками.
Рис. 15. Правка полосового материала вручную
Если тонкая полоса изогнута по ребру, удары наносят носком молотка рядами, начиная от вогнутой кромки, причем удары должны быть сильнее у вогнутой части (рис. 16). Скрученные полосы зажимают в тиски и выправляют рычагами.
Рис. 16. Схема правки полосового материала, изогнутого по ребру
Края полосовых заготовок, отрезанных па станках, имеют обычно коробление и волнистую форму. Перед правкой такие дефекты обводят мелом или простым карандашом, укладывают заготовку на плиту и наносят удары молотком рядами по всей длине полосы, переходя постепенно от нижней кромки к верхней. Сначала наносят сильные удары, а к верхней кромке все слабее и чаще.
Сильно пружинящие прутки правят на винтовых прессах (рис. 17, б) или при помощи струбцин (рис. 17, а). В первом случае пруток укладывают в призму выпуклостью вверх и нажимают винтом с призматическим наконечником.
Рис. 17. Правка в центрах : а - при помощи струбцин, б - винтовым прессом
Наиболее сложной операцией ручной правки является устранение дефектов листового металла. Чаще встречается две разновидности дефектов листовых заготовок: волнистость по краям и выпучины.
При правке заготовок, имеющих волнистость по краям листа (рис. 18), удары наносят от середины к краям. При этом наиболее сильные удары должны быть нанесены в середине, а по мере приближения к краю сила удара постепенно снижается. Очень тонкие листы выравнивают, проводя по ним гладилкой (рис. 19).
Рис. 18. Схема распределения ударов при ручной правке на плите
Рис. 19. Правка топкого листа выглаживанием
Выпучины чаще всего встречаются по всей поверхности или в середине листа. Перед правкой мелом или карандашом обводят выпучины, затем заготовку укладывают на рихтовочную плиту выпуклостями вверх. Размеры заготовки обязательно должны быть меньше размеров плиты.
После установки заготовки на плиту молотком наносят ряд ударов от краев к выпуклости (рис. 20). Удары должны ослабевать по мере приближения к выпуклости. Правку обычно начинают с ближайшего края к выпуклости, затем переходят ко второму краю и так далее. Если на поверхности заготовки имеется несколько малых выпуклостей и они близко расположены друг от друга, то в этом случае ударами молотка у краев отдельных выпучин их сливают в одну и затем правят как описано выше.
Рис. 20. Схема ручной правки листового металла на плите заготовки с выпучинами
Закаленные детали правят (рихтуют), положив выпуклостью книзу и нанося слабые частые удары от середины к краям. Изделия толщиной более 5 мм с вязкой сердцевиной правят как незакаленные. В зависимости от вида рихтовки применяют и различные рихтовочные молотки. При рихтовке точных деталей, где недопустимы следы от молотка, применяют легкие молотки. Если при рихтовке следует вытягивать металл, применяют стальные молотки массой 200-600 г или специальные рихтовочные молотки с закругленной узкой стороной бойка.
Деформированные сварные конструкции из листов правят, нанося удары со стороны впадин, а не со стороны выпуклостей.
Правку стенок сварной коробки производят, нанося удары по внутренней стороне коробки. Но так как при этом нельзя полностью выправить лист, то при некотором уменьшении выпуклости сильным ударом молотка создают выпуклость с обратной (наружной) стороны и продолжают наносить удары с внутренней стороны по краю (углу) коробки.
Для правки сварных конструкций, а также некоторых специальных деталей применяют различные винтовые приспособления.
Металл, отгружаемый металлургическими заводами, может иметь некоторые деформации, допускаемые государственными стандартами. Так, у толстолистовой стали допускают волнистость вдоль листа и коробоватость поперек листа, имеющие стрелку кривизны, равную 12 мм на 1 м длины или ширины листа.
В табл. II.2 указаны деформации изделий из стали и алюминиевых сплавов, допускаемые стандартами. Кроме деформаций, указанных в табл. II.2, возможны также скручивание профилей относительно продольной оси (винт) и отклонения угла между полками (или полкой и стенкой) от прямого. Однако эти деформации встречаются крайне редко. Специального оборудования для устранения этих деформаций нет, и обычно профили со значительными деформациями указанного вида бракуются или используются на мелкие детали. Следует иметь в виду, что во время погрузки и разгрузки металл может получить дополнительные деформации.
Высокое качество деталей и конструкций в целом может быть достигнуто, если их изготовляют из листа и профилей, имеющих искривления не более 1-1,5 мм на 1 м. Так как фактические деформации металла часто превышают допускаемые правилами изготовления, на заводах металлических конструкций приходится часть металла править.
Правку металла производят рядом способов, в зависимости от характера сечения, его размеров, вида и марки металла. Наиболее широко применяют три следующих способа правки: правка изгибом в холодном (не нагретом) состоянии, растяжением (также в холодном состоянии) и путем нагрева отдельных участков металла пламенем газовых горелок. Правка изгибом имеет две разновидности: однократным и многократным изгибом.
Во избежание наклепа металла правку в холодном состоянии допускают, если начальные деформации крайних волокон металла не превышают 1 %. В табл. II.3 указаны максимальные начальные деформации металла, при которых возможна правка без нагрева.
При правке однократным изгибом (рис. II.1, а) обрабатываемую деталь укладывают на две опоры выпуклой стороной вверх и изгибают силой P в сторону, обратную имеющемуся искривлению.
Если деталь имеет на длине l кривизну со стрелкой fнач, то для ее выпрямления необходимо создать обратную пластическую (остаточную) кривизну со стрелкой fпл = fнач.
При разработке технологии правки однократным изгибом технологу известны: профиль изделия, его размеры, материал изделия и его характеристики, а также начальные деформации. В задачи технолога входят: определение изгибающего момента и силы P, необходимых для развития у выправленного изделия пластических деформаций, величины изгиба при правке и выбор станка (по габаритам рабочей части и мощности).
Процесс правки изгибом подчиняется законам упруго-пластического и пластического изгиба. При правке изделий из некоторых марок стали и алюминиевых сплавов учитывают способность этих металлов упрочняться при деформировании за пределом текучести.
При правке однократным изгибом обрабатываемая деталь находится в объемном напряженно-деформируемом состоянии. Однако, как показывают многочисленные исследования, влияние напряжений и деформаций, развивающихся в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба, существенно сказываются на условиях изгиба лишь при отношении радиуса изгиба к высоте изгибаемого элемента, не превышающем 3-5.
Отношение радиуса изгиба к высоте изгибаемого элемента называют относительным радиусом изгиба.
Процесс правки однократным изгибом происходит при значительно, больших величинах относительного радиуса, а поэтому указанные напряжения и деформации в расчетах процесса правки не учитывают.
Под действием силы P в теле выправляемой детали (в плоскости изгиба) возникают три вида напряжений: нормальные, действующие вдоль волокон элемента; нормальные, действующие по направлению силы Р, и скалывающие. Последние два вида напряжений также оказывают малое влияние на усилия и деформации при правке. При выводе расчетных формул исходят из предположения, что сечения выправляемой детали остаются плоскими на всех стадиях изгиба.
Учитывая все сказанное выше, технологические расчеты по правке однократным изгибом ведут, принимая упрощенную схему напряженно-деформированного состояния металла - схему линейного изгиба. Физические свойства металла, связь напряжений и деформаций, модули упругости и упрочнения принимают по упрощенным диаграммам растяжения.
У сталей классов с С24 по С40 включительно обычно имеется площадка текучести значительной протяженности, а степень упрочнения за пределом текучести невелика. Упрощенная диаграмма растяжения для сталей этих классов приведена на рис. II.1, б.
Стали классов С45-С75, а также все алюминиевые сплавы упрочняются сразу за условным пределом текучести. Характерная диаграмма растяжения для этих металлов показана на рис. ИЛ, в.
Степень упрочнения металлов характеризуется модулем упрочнения E1, который является тангенсом угла наклона линии диаграммы на участке упрочнения к оси деформаций.
В зависимости от относительного радиуса изгиба, эпюры внутренних напряжений в сечениях выправляемого элемента для обоих групп металлов могут иметь три вида. Эти эпюры показаны на рис. II.1, б и в. Левые эпюры соответствуют упругому изгибу, когда краевые напряжения не превысили σт. Правая эпюра для пластичных сталей соответствует возникновению шарнира пластичности, т. е. во всех волокнах напряжение достигло σт.
Правая эпюра для упрочняющихся металлов показывает, что упрочнению подверглись все волокна сечения. Средние эпюры соответствуют такой степени изгиба, при которой пластические деформации или упрочнение распространяются только на части сечения. Эту стадию изгиба для обеих групп металлов называют упруго-пластическим изгибом.
Для пластичных (не упрочняющихся) металлов величины изгибающих моментов определяют по следующим формулам:
- при изгибе в упруго-пластической стадии
- при изгибе в пластической стадии
Для упрочняющихся металлов при изгибе в упругопластической стадии
- при упрочнении всех волокон изгибаемого сечения
где σт - предел текучести, кГ/см2;
E1 - модуль упрочнения, кГ/см2;
W - упругий момент сопротивления, см3;
Wa - момент сопротивления упругого ядра сечения, соответствующий эпюре напряжений, заштрихованной на рис. II.2, в, см3;
h - высота выправляемого элемента, см;
К1 - отношение пластического момента сопротивления к упругому;
Rн - радиус начального изгиба выправляемого элемента, увеличенный на 15-20%, м.
Модуль упрочнения Е1 для сталей классов С60 и С75 исследован еще недостаточно и его значения требуют уточнения. В настоящее время E1 можно принимать равным: для стали С60-100000 кГ/см2 и для стали С75 - 120000 кГ/см2. Для алюминиевых сплавов E1 равен примерно 35000 кГ/см2.
K1 зависит от формы сечения изгибаемого элемента. K1 равен: для прямоугольника 1,5, для двутавровой балки при изгибе в плоскости стенки 1,16, в плоскости полок 1,7, для швеллеров соответственно 1,18 и 2,2, для круга 1,7, для труб 1,28.
Для угловой стали сперва следует найти значение Wпл, а затем К1. Пластический момент сопротивления для равнобоких уголков при изгибе в плоскости одной из полок определяют по формуле
Для неравнобоких уголков: при изгибе в плоскости малой полки
а в плоскости большой полки
где а - ширина большей полки неравнобокого уголка, см;
b - ширина меньшей полки неравнобокого уголка и полки равнобокого уголка, см;
δ - толщина полки уголков, см.
Вывод формул для определения значения M для всех стадий изгиба пластических (неупрочняющихся) сталей общеизвестен.
Формулы для определения M при изгибе упрочняющихся материалов получены следующим образом. Эпюры деформаций и напряжений, вызванных изгибающим моментом М, при условии упрочнения всех волокон сечения имеют вид, показанный на рис. II.2, а.
Изгибающий момент M можно рассматривать как сумму двух изгибающих моментов, первый из которых Мпл вызывает в сечении напряжения, равные σт, по всей высоте сечения, а второй Mупр - напряжения, распределяющиеся по высоте сечения по треугольникам с максимальным значением в крайних волокнах, равным Δσ.
Из диаграммы напряжение - деформация (рис. II.2, б) следует, что с достаточной степенью точности, считая εТ малой величиной.
Удлинение крайнего волокна
и отсюда
Суммарный изгибающий момент
и окончательный
Второй член в скобках показывает степень влияния упрочнения металла на величину изгибающего момента. При определении точной величины M в данную формулу следует подставлять не радиус начального искривления, а полный радиус изгиба детали при правке, учитывая пружинение.
Изгибающий момент в упруго-пластической стадии меньше изгибающего момента в стадии упрочнения по всей высоте сечения при заданном радиусе изгиба детали на величину Wаσт.
Момент сопротивления Wa (см. рис. II.2, в) для всех выправляемых профилей можно найти по формуле Wa=b1a2/12 см3, где b1 - ширина упругого ядра, a - высота упругого ядра.
Это равенство верно для прямоугольного сечения и для любого профиля, когда упругое ядро размещается в пределах стенки. Для круга ширины ядра b1 с достаточной точностью равна диаметру круга, а для трубы - двойной толщине стенки.
В практике степень кривизны деталей, как было указано выше, оценивают величиной стрелки искривления при хорде, равной 1 м. В расчетах деформаций при изгибе удобнее иметь дело с радиусами кривизны. При правке в упруго-пластической стадии каждому значению изгибающего момента M соответствует определенная кривизна элемента и, следовательно, радиус кривизны R по нейтральной оси.
Связь между M и R можно установить следующим образом. Для пластического материала в упруго-пластической стадии изгиба, как показано выше, М = σтК1W - σтWа кГ*см.
По этим же формулам определяется R и для упрочняющегося металла, но Wa следует определять, используя формулу II.3.
При правке в пластической стадии связь между M и R нарушается из-за возникновения шарнира пластичности. В этой стадии деформации элемента являются функцией перемещения силы P, т. е. перемещения ползуна правильной машины.
Найденный радиус изгиба R имеется, строго говоря, только в сечении, в котором приложена сила Р.
Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИТмаше, показали, однако, что при практических соотношениях расстояния между опорами к высоте выправляемого элемента и практической кривизне элементов, имеющих место при правке однократным изгибом, можно считать радиус кривизны постоянным на всем протяжении между опорами.
Отсюда легко установить, что связь между R по нейтральной оси и стрелой прогиба f по крайнему внутреннему волокну при хорде, равной 1 м, определяется уравнением
При выводе этой формулы принято, что высота выправляемого элемента h бесконечно мала по сравнению с радиусом R.
При расчете деформаций элемента в ходе правки однократным изгибом следует учитывать явление пружинения, т. е. способность материала частично восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки.
На рис. 11.2, г сплошной линией показан брус, получивший в результате приложения изгибающего момента M кривизну с радиусом Rг. Центральный угол изогнутого бруса обозначен через αг. После снятия нагрузки угол αг уменьшится на величину Δα и станет равным α0; при этом концевые сечения рассматриваемой части бруса повернутся на угол Δα:2.
При пружинении наружное волокно укоротится на величину
Длина наружного волокна до пружинения будет равна:
Для практических целей можно считать, что h:2 является величиной второго порядка малости по сравнению с Rг.
Отсюда относительная деформация наружного волокна
Пружинение происходит по закону упругой работы материала.
Условное напряжение сжатия в волокне
Значение угла пружинения Δα находят из равенства моментов внешних и внутренних сил при пружинении:
Условный момент пружинения Mпруж равен изгибающему моменту, который вызвал начальный изгиб бруса с радиусом Rг. Несмотря на равенство моментов, действующих во взаимно обратных направлениях, брус остается искривленным. Это объясняется тем, что при изгибе деформации развивались по законам упруго-пластического или пластического изгиба, а при пружинении - по закону упругого изгиба.
Радиус кривизны внутренней поверхности выправляемого бруса после пружинения Rов можно определить, составив уравнение деформации крайних внутренних волокон, имеющих радиус кривизны до пружинения Rb:
Ho так как α = α0+Δα, то уравнение принимает вид Δα(Rг - Rв) = α0Rов - (α0+Δα)Rв.
После преобразования получим:
Сложная зависимость между M и формой выправляемого (изгибаемого) элемента допускает точное решение задач правки однократным изгибом только путем постепенного приближения.
Учитывая это, а также вариантность фактических свойств металлов, в практике величину изгибающих моментов определяют по формулам II.2 и II.4, принимая значение σт по графику на рис. I.4, а затем и силу P по формуле
При определении необходимой величины Rг, обеспечивающей выправление элемента, теоретические расчеты заменяют пробной правкой.
Правку изделий однократным изгибом производят на горизонтальных правйльно-гибочных прессах (рис. II.3).
На этих станках плоскость изгиба совпадает с горизонтальной плоскостью. Выправляемый элемент 1 прижимается к опорам 2, а необходимое давление для изгиба создается ползуном 3.
Расстояние между опорами пресса l можно менять, что позволяет регулировать зависимость между M и Р. При настройке станка для правки можно увеличивать или уменьшать расстояние b между плоскостью упоров и ползуном в соответствии с размерами выправляемого изделия.
В момент правки ползун совершает поступательновозвратное движение. Ход ползуна С для каждого типа станка имеет постоянную величину. Размеры сечений выправляемых элементов ограничиваются максимальными размерами рабочей части пресса - b и h. Для удобства подачи выправляемых элементов к прессу последние оборудуют механизированными столами 4,
Технические характеристики некоторых горизонтальных правильно-гибочных прессов приведены в табл. II.4.
На прессах выправляют кривизну балок, швеллеров, уголков, круга и квадрата, серповидность полосы и универсальной стали. Возможно также править и трубы, но в этом случае опоры и ползун пресса должны охватывать трубу примерно на половину диаметра, в противном случае стенки трубы теряют устойчивость. Общую кривизну у длинных элементов обычно устраняют за счет их перегибов в нескольких местах по длине.
При правке изделий из алюминиевых сплавов на опоры и ползун пресса необходимо надевать чехлы из алюминиевого сплава.
При правке многократным изгибом выправляемое изделие пропускают между двумя горизонтально расположенными рядами валков или роликов. Валки (или ролики) одного ряда расположены в шахматном порядке относительно валков (или роликов) другого ряда (рис. II.4, а). Верхние валки оказывают давление на выправляемое изделие. Нижние валки присоединены через редуктор к электродвигателю и при вращении перемещают выправляемую деталь между рядами валков.
При правке каждое поперечное сечение изделия подвергается многократному знакопеременному изгибу. Изгибающие моменты вызывают упруго-пластические или пластические деформации металла, в зависимости от степени изгиба детали валками правильного станка, за счет которых начальные напряжения, являющиеся, причиной искривления, снимаются и изделие выправляется.
Степень снятия начальных напряжений, а следовательно и качество правки, повышается с увеличением количества изгибов. Правильный станок с большим количеством валков лучше выправляет металл.
Многократный изгиб имеет теоретическую основу, аналогичную однократному изгибу. Экспериментальные исследования рассматриваемого способа правки показали, что изгибающие моменты, возникающие в сечениях изделия, равны изгибающим моментам однократного изгиба на тот же радиус кривизны.
Многократным изгибом выправляют листовую сталь - на листоправильных вальцах и угловую сталь - на углоправильных вальцах. Листоправильные вальцы (рис. II.5) состоят из следующих основных частей: станин 1, верхних валков 2, механизма подъема и опускания верхних валков 3, указателя перемещения верхних валков 4, .нижних валков 5, редуктора 6 и электродвигателя 7, вращающего нижние валки. Листоправильные вальцы оборудуют передним 8 и задним 9 столами. Число валков у листоправильных вальцов обычно бывает от 7 до 11.
Процесс правки листовой стали состоит в следующем. Лист укладывают краном на ролики переднего стола. В зависимости от толщины листа правщик по указателю перемещения верхних валков устанавливает их положение относительно нижних валков. Затем включают механизм вращения нижних валков станка и механизм вращения роликов переднего стола. Ролики стола подают лист в станок, и далее он перемещается в станке за счет вращения нижних валков. Лист проходит через валки и выходит на задний стол. Правщик выключает станок и проверяет степень выправления листа.
Двигатель станка реверсивный, он может вращать нижние валки в любую сторону. Если лист при одном проходе через станок выправился недостаточно, то его можно пропустить через валки обратным ходом еще раз.
При правке сильно деформированных листов, особенно из сталей высоких классов, приходится лист пропускать через станок 3-4 раза. После окончания правки лист подают на один из столов и снимают со стола краном для укладки в штабель.
В паспорте каждых листоправильных вальцов указаны максимальные размеры сечения выправляемого изделия при определенном пределе текучести металла.
Величину изгибающего момента, который могут вызвать вальцы, можно подсчитать в зависимости от физических свойств металла по формулам II.2 или II.4.
При определении момента по формуле II.4 радиус изгиба R следует принимать таким, при котором в крайних волокнах возникают относительные деформации, равные 0,01 (1%), так как при меньших радиусах изгиба правка в холодном состоянии не разрешается. В то же время R не может быть меньше радиуса валка.
На вальцах можно править лист любого сечения из любого металла, если момент, необходимый для пластического изгиба этого листа, не превышает момента, который могут вызвать вальцы.
Технические характеристики некоторых листоправильных вальцов приведены в табл. II.5.
При правке листов из алюминиевых сплавов выправляемый лист закладывают между двумя тонкими (2- 4 мм) листами из любого алюминиевого сплава. Это предохраняет поверхность основного листа от различных повреждений.
Кроме описанной правки листов на листоправильных вальцах устраняют серповидность (искривления в плоскости листа) универсальной листовой стали, производят правку тонких листов пакетом (т. е. по нескольку листов одновременно) и раскручивание и правку листовой рулонной стали.
При правке серповидности универсальной стали на ее вогнутую зону укладывают стальные прокладки толщиной 2-4 мм (рис. II.4, б). Валки сжимают лист в месте прокладок до пластической деформации. Сжимаемая зона удлиняется, и лист выправляется.
Правку листов пакетом целесообразно вести в целях экономии времени. Однако теория правки пакетом еще не разработана. В настоящее время считают, что сумма толщин листов в пакете не должна превышать максимальной толщины одного листа, который можно выправить на данных вальцах.
Для раскручивания листовой рулонной стали рулон укладывают на два ролика, устанавливаемых на стол вальцов, упирают в третий ролик, прикрепленный к станинам, а конец листа заводят между валками (рис. II.4,в). Валки тянут и одновременно правят лист. На втором листе вальцов лист режут кислородной резкой на необходимую длину.
Углоправильные пальцы (рис. II.6) состоят из станин 1, верхних роликов 2, механизма для ручного или механизированного подъема и опускания верхних роликов 3, нижних роликов 4, редуктора 5 и электродвигателя 6. Углоправильные вальцы оборудуют передним 7 и задним 8 столами. Число роликов у углоправильных вальцов семь или девять. Форма роликов соответствует сечению угловой стали. Процесс правки угловой стали аналогичен правке листовой стали.
В паспорте углоправильных вальцов указывают максимальный размер угловой стали и предел текучести ее материала, которую можно править на данных вальцах. Имея эти данные, можно подсчитать возможности вальцов при правке уголков из стали других классов.
Технические характеристики некоторых углоправильных вальцов приведены в табл. II.6.
На рис. II.7, а изображен график для листоправильных вальцов, показывающий зависимость размеров сечений выправляемых листов в зависимости от класса сталей, из которых они прокатаны, а на рис. II.7, б приведена аналогичная зависимость для углоправильных вальцов.
На правильных станках (правильно-гибочных прессах, листо- и углоправильных вальцах) работает бригада правильщиков в составе правилыцика-бригадира 4-го разряда и подручного 3-гo разряда. Правильщик управляет станком и проверяет качество правки, а подручный выполняет все транспортные работы в пределах рабочего места бригады. На ряде заводов на станках работает по одному правильщику. Это целесообразно при механизированных столах у станков. В табл. II.7 указана примерная сменная производительность бригад правильщиков.
Способом растяжения правят главным образом различные фасонные изделия из алюминиевых сплавов. Форма их сечений весьма разнообразна, и для правки на вальцах требуются фасонные ролики. Такие ролики стоят дорого, а частая смена их занимает много времени. При правке растяжением напряжения в выправляемом изделии доводят до предела текучести или несколько выше, но одновременно следят за тем, чтобы относительное удлинение не превысило 1%.
При растяжении незначительные остаточные напряжения, вызывавшие искривление элемента, складываются с напряжениями, равными пределу текучести и равномерно распределенными по сечению элемента. За счет этого степень неравномерности напряжений в сечении снижается или исчезает совсем и элемент выправляется.
Правку растяжением производят на растяжных правильных машинах, имеющих гидравлический привод. Усилия растяжения машин достигают 14 000 Т.
На правку изделий из стали местным нагревом пламенем газовых горелок требуются большие затраты времени, чем на правку в холодном состоянии на правильных машинах, и поэтому ее применяют только в тех случаях, когда нельзя применить правку на машинах из-за их недостаточной мощности или малых размеров рабочей части.
Правка местным нагревом основана на следующем принципе (рис. II.8). Выправляемое изделие нагревают с выпуклой стороны от крайних волокон до нейтральной оси. Площадь нагрева 2 имеет форму треугольника (рис. 11.8, а).
Нагрев изделий ведут примерно до 600°. В начальной стадии правки нагреваемая зона расширяется, за счет чего начальная кривизна элемента увеличивается. В это время в ненагреваемой части сечения возникают реактивные напряжения (рис. II.8, б).
При температуре 600° металл в нагретой зоне становится пластичным, значения σв и σт падают почти до нуля, и в этот момент реактивные напряжения холодной части сечения начинают изгибать элемент в обратную сторону, вызывая при этом пластическую осадку (укорочение) нагретых волокон.
При остывании нагретой части ее волокна укорачиваются и выгибают элемент в ту же сторону, что и реактивные напряжения. После полного остывания длина волокон нагреваемого участка становится менее своей начальной длины и элемент выправляется (рис. II.8, б).
При правке нагревом следует иметь в виду, что свойства металла в зоне нагрева могут несколько меняться. Степень влияния нагрева увеличивается с увеличением количества нагревов.
На рис. II.8, г показана зависимость значений σв, σт и δ стали 10ХСНД толщиной 25 мм от количества ее нагревов при правке. Из этого рисунка следует, что с увеличением количества нагревов значения σв и σт снижаются.
Эти исследования дают основание рекомендовать при правке нагревать одну зону не более одного раза. При необходимости продолжения правки следует нагревать соседние участки. Практически общую кривизну изделий выправляют путем ее перегибов нагревом в нескольких местах по длине.
При правке термически упрочненных сталей температура нагрева стали не должна превышать во избежание разупрочнения стали температуру высокого отпуска.
Теоретические основы правки изделий местным нагревом пламенем газовой горелки начали разрабатывать лишь в последние годы.
Станки для правки в цехе подготовки металла обычно устанавливают под подкрановыми балками, в зоне, не обслуживаемой кранами и, следовательно, всегда свободной. Столы правильных станков выходят в разные пролеты цеха. Выправленный металл может быть подан самим станком в любой пролет в зависимости от размещения штабелей для хранения металла.
На рис. II.9 показан примерный план цеха подготовки металла. Железнодорожные пути обозначены цифрой 1, площадка для сортировки металла 2, ворота для въезда автомашин 3, углоправильные вальцы 4, вагонеточные пути 5, листоправильные вальцы 6, площадка для хранения деловых отходов 7, горизонтальный правильно-гибочный пресс 8.
Некоторые заводы из своих отходов изготовляют мелкие детали для других предприятий. Часто это оказывается весьма целесообразным с экономической точки зрения. В этом случае в цехе подготовки металла устанавливают нож 9 для резки отходов и организуют около него площадку 10 для разделки кислородной резкой, сортировки и хранения отходов и готовых деталей.
С правки металла начинаются, практически, все «металлические работы». Счастливым исключением является тот случай, когда вы получаете со склада совершенно новый лист или кусок профиля.
Правке подвергаются:
Правке подвергаются, также, металлические сварные конструкции.
Станок «GOCMAKSAN STORM 1601».
Правка металла — это операция, которая заключается в устранении дефектов деталей и заготовок: кривизны (выпуклости или вогнутости), неровностей (искривления, коробления и т. п.) и т. п. Она заключается в сжатии выпуклого слоя металла или расширении вогнутого и осуществляется действием давления на какую-либо часть заготовки или детали.
Различают два основных метода правки любых металлов:
Металл правят в холодном или нагретом состоянии. Выбор определяется величиной прогиба и его размером и материалом заготовки.
При правке металла большое значение имеет:
При большом изгибе полосы «на ребро» удары следует наносить носком молотка. Это приведёт к односторонней вытяжке (удлинению) места изгиба. Полосы, представляющие собой «скрученный изгиб», правят по направлению раскручивания. Проверка осуществляется на начальной стадии «на глаз», а по окончании – на поверочной плите или лекальной линейкой. Металлические прутки следует править на наковальне или плите от края к середине.
Задержимся на рассмотрении правки листового металла, т. к. это — самая сложная операция. Лист металла следует положить на плиту выпуклостью вверх. Удары молотком будем наносить от края листа в сторону деформированной его части. Под действием направленных ударов ровная часть листа будет вытягиваться, а выпуклая — выправляться. При правке листов закаленного металла следует наносить частые, но несильные удары носком молотка по направлению от вогнутости к ее краям. При этом верхние слои металла будут растягиваться, и дефект детали будет устранён.
Станок «GT-4-14».
Для правки металла используется следующее оборудование:
В качестве инструмента используются молотки, имеющие круглые, радиусные или вставные из мягкого металла бойки. Тонкий листовой металл правят деревянным молотком (киянкой).
