Гибка и правка металла. Правка листового металла Местная газопламенная термическая обработка

Отрасль металлургии активно развивается, одной из самых востребованных и распространенных техник в данной сфере является гибка и правка металла .

Что такое технология процесса правки и гибки металла

Правка металла – процесс устранения недостатков и дефектов металлической заготовки. Дефектами можно считать выпуклости, волны на поверхности, царапины, искривления, а также впадины. Суть операций правки металла сводится к сжатию выпуклостей на поверхности и расширению впадин.

Правка может осуществляться и когда металл находится в холодном состоянии и когда он разогрет.

Выбор состояния металла при разогреве зависит от величины дефектов, так, при серьезных повреждениях поверхности устранить недостатки проще будет при использовании технологии горячей правки, а при малых дефектах можно работать и с холодным металлом.

Правка может выполняться вручную, для этого используется стальная или чугунная правильная плита, а также может быть машинной, она осуществляется при помощи пресса.

Процесс гибки металлов очень близок к правке. Гибка необходима для придания заготовке изогнутой формы.

Суть данной технологии состоит в том, что одна часть детали перегибается относительно другой на определенный угол. Действие происходит под сильной нагрузкой. При этом важно, чтобы напряжение сгиба было больше, чем предел упругости, а деформация, которая является следствием воздействия нагрузки на деталь, должна быть пластичной. В противном случае заготовка не сохранит форму.

Виды технологий правки металла

Правка и гибка металлов могут быть двух видов – ручная и машинная. Правке и гибке подлежат пластичные металлы, такие как медь и сталь. Хрупкие металлы править нельзя.

Правка необходима не только для ликвидации дефектов, но и после сварки, паяния и вырезания заготовок из листа под воздействием температур.

1. Ручная правка подойдет в случае, если необходимо исправить мелкие дефекты. Для ее исполнения используются такие инструменты, как кувалды на основе чугунной и стальной плиты, а также наковальни. Требует больших усилий.


2. Как правило, сегодня применяется машинная правка и гибка . Она обеспечивает более качественный результат, кроме того, этот процесс значительно легче. Выполняется с помощью прессов и валиков.

Для правки лучше всего подойдут молотки с круглым бойком, которые имеют прочную ручку, а также иногда используют слесарные молотки и молотки с вставками из мягких металлов. Для правки листов используют бруски.

В промышленных масштабах используются только машинные методы. Заготовку пропускают между валиками, которые вращаются в разные стороны. Под их давлением металл становится ровным.

При использовании пресса, заготовку помещают на опоры, затем на нее опускают пресс, вследствие чего заготовка также выпрямляется. Как правило, при серьезных дефектах металл правят под воздействием температур. Оптимальной для этого температурой является 350-450 градусов, больше нагревать нельзя, так как возможен пережог.

При выполнении холодной правки температура должна быть около 140 градусов. При температуре 0 градусов править нельзя, так как металл становится хрупким и ломается.

Процессы правки и гибки металлов используются повсеместно. При гибке очень важно правильно рассчитать угол сгиба и пропорции. Для качественного проведения этих процессов необходимо хорошее оборудование – гибочные станки и прессы.

Современные технологии гибки и правки металла на выставке

В мае в Москве традиционно пройдет металлообрабатывающая выставка « ». На данном мероприятии ведущие инженеры мира будут представлять свои разработки.

На экспозиции будут показаны качественные и надежные новейшие станки для работы с металлами, а на презентациях объяснены инновационные разработки. Выставка пройдет в ЦВК «Экспоцентр».

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.

Газопламенная правка металла

Правка - это технологическая операция, в процессе которой местными пластическими деформациями видоизменяется начальная форма листа, заготовки или изделия. Так, поставляемая металлургической промышленностью горячекатаная листовая сталь может иметь волнистость (кривизну листов в продольном направлении) и коробоватость до 12 мм на 1 м. Допускаются искажения формы и поставляемого профильного проката. Изготовление сварных конструкций неизбежно приводит к их деформациям, короблениям.

Для вырезки точных заготовок механическим способом, кислородной или плазменной резкой необходимо иметь листы, из которых они вырезаются, максимально правильной плоской формы. Поэтому перед резкой наиболее деформированные листы необходимо править. Для листов ограниченной толщины это осуществляется правкой в многовалковых вальцах или прессах «в холодную» или при нагреве выправляемого металла. В этом случае правка изгибом осуществляется безударно (в валках, струбцинами), либо ударно (бойками, молотами, кувалдами). Однако механизированные методы правки ограничиваются в применении толщиной плоских элементов до 100 мм.

Применительно к конструкциям сложной формы эти методы вообще неприменимы и для них используется правка местным нагревом, в частности газопламенная, получившая значительное развитие в последние годы.

Физическая сущность газопламенной правки заключается в изменении линейных размеров и формы в результате возникновения локализованных пластических деформаций, вызываемых местным нагревом металла, свободные деформации которого ограничены окружающими, достаточно жесткими областями холодного металла. Так, например, если в центральной части листа (см. рис. 128, а) имеется местная бухтина с центром в зоне А, то для выравнивания листа надо либо растянуть все периферийные зоны (что вручную может быть выполнено только для тонкого металла слесарной рихтовкой - созданием пластических деформаций металла у кромок ударами молотка), либо стянуть, сократить линейные размеры металла в районе бухтины. Это достигается местным нагревом бухтины, например пламенем, так, чтобы окружающий холодный металл вызвал бы в нагретом напряжения сжатия выше предела текучести. Тогда после охлаждения появятся деформации сокращения размеров, и бухтина сократится или совсем исчезнет, выровнявшись с остальной поверхностью листа. Естественно, что со стороны действия пламени зона нагрева будет больше (рис. 128, б), а следовательно, большими будут и конечные сокращения. Поэтому нагрев необходимо вести со стороны выпуклости бухтины.

Так как абсолютная величина деформации зависит как от температуры нагрева, так и от зоны нагрева, эти величины должны подбираться (примерно расчетом, предварительными экспериментами и накопленным опытом) для осуществления различных случаев правки. При этом, естественно, при пламенном нагреве важной характеристикой является и интенсивность нагрева. В некоторых случаях, когда жесткость ненагреваемой части листа (конструкции) мала (например, велика зона нагрева по отношению ко всему листу) и не может вызвать необходимых пластических деформаций сжатия нагретой зоны в процессе ее нагрева, применяют искусственное увеличение жесткости исправляемого элемента: например, в случае рис. 128, а - прихватку по контуру (вдоль отдельных кромок) жестких угольников, тавров или швеллеров. После окончания правки эти временные жесткости удаляются (срезаются или срубаются прихватки, снимаются струбцины).

Местным нагревом можно выправить и элементы иной формы. Так, например, для выправления угольника (рис. 128, в) его необходимо нагреть в зоне А пятном нагрева схематично, в виде треугольника, трапеции (заштриховано на рис. 128, в). При достаточной жесткости нагреваемой системы большие пластические деформации сжатия (сокращения линейных размеров) широко нагретой кромки (на рис. 128, в нижней) приведут к ее большему укорочению и соответственно выправлению изгиба. Поэтому необходимо правильно выбирать не только температуру и величину зоны нагрева, но и ее форму, а иногда, при правке нескольких мест, и последовательность нагрева и охлаждения различных участков листа, конструкции.

Нагрев для правки может осуществляться не только пятнами, но и при линейном или волнообразном перемещении источника нагрева по исправляемому изделию, вызывающему соответствующие вытянутые прямолинейные или извилистые зоны нагрева (рис. 128, г). При перемещении зоны нагрева линейные сокращения поперек и вдоль такой зоны неодинаковы. Поперечные сокращения, как правило, больше, чем продольные. Так, если относительно тонкий лист стали (размерами 1 м X 1 м) нагреть полосой шириной примерно 80 мм на всю толщину, то поперечное сокращение составит около 0,7-0,75 мм, а продольное только -0,15 мм. Величина продольных и поперечных деформаций зависит и от соотношения габаритных размеров листа L/B (рис. 128, г). Чем больше отношение L/B, т. е., чем уже нагреваемый лист, тем относительно большей является продольная деформация. Поэтому для правки плоских длинных элементов целесообразнее больше использовать поперечные деформации, а для изделий типа валов, брусьев - продольные.

Расположение полосы нагрева не по оси симметрии приводит не только к сокращению размеров, но и к общему изгибу выправляемого элемента, величина которого также зависит от жесткости обрабатываемого изделия (детали).

При правке толстых листов и толстостенных элементов в ряде случаев необходимо учитывать возможность изменения размеров не только в основной плоскости, но и появление деформаций из плоскости, вызываемых неравномерностью прогрева их по толщине, в соответствии с рис. 128, б.

Газопламенная правка может применяться не только для сталей, но и для листов и изделий из цветных металлов.

При газопламенной правке может применяться как ацетилено-кислородное пламя, так и пламя различных заменителей ацетилена. Однако при этом в ряде случаев приходится учитывать возможную степень уменьшения интенсивности нагрева, приводящую к увеличению пятна (зоны) нагрева, а следовательно, к изменению соотношений зоны нагрева и жесткости окружающего холодного металла.

Всякий дополнительный ввод тепла в изделие и наличие дополнительных местных пластических деформаций приводит к увеличению зон высоких внутренних напряжений, в частности растяжений, достигающих предела текучести, т. е. к общему увеличению напряженности конструкции. В определенных условиях и особенно при малом запасе пластичности металла конструкций это может привести к появлению в них трещин еще в процессе изготовления или при эксплуатационных условиях, вызывающих иногда небольшую, но дополнительную деформацию. Для исключения таких разрушений или снижения эксплуатационных характеристик конструкции, имеющих большую общую напряженность (от сварки, дополнительной правки), их необходимо подвергать общей термической обработке для снятия внутренних напряжений.

В связи с изложенным, технологический процесс изготовления сварных конструкций надо строить так, чтобы они получались максимально приближенными к необходимой форме и размерам, для ограничения последующей их правки.

Местная газопламенная термическая обработка

Во многих случаях при изготовлении сварных конструкций и при обработке металла целесообразно применять местную термическую обработку с использованием местного нагрева высокоэффективными источниками тепла. Местный газопламенный нагрев применяется в следующих технологических видах обработки:

1) поверхностная закалка деталей;

2) местный отжиг, нормализация, отпуск для улучшения структуры и свойств металла (в частности, сварных соединений) и возможности последующей механической обработки;

3) местный отпуск, нагрев для снятия и перераспределения внутренних напряжений, в частности в сварных конструкциях;

4) поверхностная очистка листов и конструкций, собранных под сварку.

Поверхностная закалка газовым пламенем, как имеющая наибольшее промышленное применение и требующая особого оборудования и аппаратуры, будет рассмотрена более подробно в гл. XIX.

Местный отжиг (нормализация) или отпуск для улучшения структуры и свойств применяется главным образом для сварных соединений легированных сталей и цветных металлов. Так как в этих случаях улучшения требует только металл шва и околошовных участков зоны термического влияния, можно применять не общую термическую обработку всего изделия, а только местную, в районе сварных соединений. Режим улучшающей термической обработки (температура, длительность выдержки, скорость охлаждения) для различных металлов (а также целей обработки) является различным.

Хотя местная термическая обработка (даже с применением индукционного, в частности, высокочастотного нагрева) является менее совершенной, чем общая, она для некоторых случаев обеспечивает возможность получения желательных результатов с минимальными капитальными затратами и с применением простой аппаратуры.

При газопламенной местной термической обработке нагрев до назначаемой температуры в заданной зоне осуществляется пламенем обычных горелок (а иногда и резаков) при использовании ацетилена или его заменителей. Разогрев обычно осуществляется рассосредоточенным пламенем, которое достигается выбором мощности и большим удалением мундштука от нагреваемой поверхности, чтобы избежать ее перегрева и тем более оплавления. Температура нагрева оценивается при этом термопарами, при меньших ее значениях термокарандашами, а при достаточно широком диапазоне температур термической обработки (например, для малочувствительных к температуре обработки низкоуглеродистых сталей) по цвету каления, оцениваемого визуально.

Длительность выдержки и регулирование скорости охлаждения при этом ограничены целесообразной степенью загрузки сварщика. В некоторых случаях замедление скорости охлаждения достигается дополнительными простейшими устройствами, ограничивающими потери тепла в окружающее пространство (применение асбестовых одеял, помещение мелких деталей в устройства с сухим, иногда подогретым песком и др.).

Местная газопламенная термическая обработка в целях облегчения последующей механической обработки применяется для отпуска закалившихся при кислородной резке кромок заготовок и реже для местной механической обработки (например, сверления, фрезерования) закаленных деталей. Как правило, требования к режиму нагрева в этих случаях менее строгие, чем в предыдущем и легко осваиваются квалифицированным оператором.

Местный отпуск для снятия внутренних напряжений эффективен только для относительно простых сварных соединений, например типа стыка трубопроводов, приварки патрубков и пр. Режим такой термической обработки для стальных конструкций обычно задается температурой (как правило, в пределах 600- 680° С), длительностью выдержки и шириной зоны нагрева. Методы выполнения такой обработки и регулирования ее режима в этом случае подобны выполнению обработки на улучшение структуры, но максимальная температура нагрева, как правило, меньше, а длительность выдержки достигается средствами, задерживающими охлаждение.

Перераспределение внутренних остаточных напряжений в сварных конструкциях, в основном при стыковых швах, может быть достигнуто и так называемой термопластической обработкой. При этом для перераспределения напряжений обеспечивается прогрев полос шириной около 80 мм примерно до 250° С специальными многопламенными горелками с линейным расположением сопел для пламени одновременно с двух сторон от шва на расстоянии от него 100-150 мм. По мере перемещения горелок нагретые полосы заливаются водой для быстрого охлаждения и нераспространения нагрева на большую ширину. Вода подается через специальные каналы в горелке, позади сопел для пламени. При таком режиме в нагревавшихся зонах металла появляются остаточные пластические деформации, растягивающие шов и снимающие при этом имеющиеся остаточные напряжения растяжения в металле шва и околошовной зоны. Однако одновременно в основном металле, в зоне нагрева и охлаждения параллельно швам возникают остаточные напряжения, равные, как правило, пределу текучести и распространенные в большей зоне, чем после сварки. В связи с тем, что такое перераспределение остаточных напряжений, снижая их в шве, создает по величине примерно такие же в двух зонах основного металла, оно целесообразно только в том случае, когда механические свойства металла шва и околошовной зоны ниже, чем свойства свариваемого металла. При современном состоянии сварки, когда в большинстве случаев обеспечивается необходимая прочность и надежность швов, мало отличающаяся от металла конструкции, метод термопластического перераспределения напряжений в настоящее время почти не применяется.

Для очистки поверхностей (в меньшей степени и зазоров в собранных под сварку конструкциях) от окислов и ржавчины также применяется газопламенный нагрев. При этом вследствие достаточно концентрированного ввода тепла в поверхностный слой нагретые окислы откалываются (отскакивают) от более холодного металла и сдуваются механическим воздействием пламени. В некоторой степени при пламени нормальной регулировки происходит и восстановление окислов. Для такой очистки металла применяются либо обычные горелки (очистка зазоров, участков прилетающих к месту, где будет накладываться шов), либо огневые «швабры» - многопламенные горелки с длинными рукоятками и роликами, обеспечивающими необходимое расстояние от пламени до очищаемой поверхности листа.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.06.04

Сложность правки листового металла зависит от того, какого типа дефект имеет лист – волнистость кромки, или выпуклость, или вмятину в середине листа, или то и другое одновременно (рис. 15).

Рис. 15. Приемы правки листового металла: а – при деформированной середине листа; б – при деформированных краях листа; в – с использованием деревянной гладилки; г – с использованием металлической гладилки.

Во время правки выпуклости нужно наносить удары, начиная от края листа по направлению к выпуклости (рис. 15 а, б).

Наиболее распространенная ошибка заключается в том, что самые сильные удары наносятся по тому месту, где выпуклость наибольшая, а в результате на выпуклом участке появляются небольшие вмятины, которые еще более осложняют неровную поверхность. Кроме того, металл в таких случаях испытывает очень сильную деформацию на разрыв. Поступать нужно как раз наоборот: удары должны становиться слабее, но чаще, по мере того как правка приближается к центру выпуклости. Лист металла нужно постоянно поворачивать в горизонтальной плоскости, чтобы удары равномерно распределялись по всей его поверхности.

Если лист имеет не один выпуклый участок, а несколько, нужно сначала свести все выпуклости в одну. Для этого наносят удары молотком в промежутках между ними. Металл между выпуклостями растягивается, и они объединяются в одну. Затем нужно продолжать правку обычным способом. Если середина листа ровная, а края искажены волнами, то последовательность ударов при правке должна быть противоположной: их следует наносить, начиная от середины, продвигаясь к изогнутым краям (рис. 15, б). Когда металл в середине листа растянется, волны на его краях исчезнут.

Очень тонкие листы невозможно править даже молотками из мягкого материала: они не только оставят вмятины, но могут и порвать тонкий металл.

В этом случае для правки применяют бруски-гладилки из металла или дерева, которыми лист выглаживают с обеих сторон, периодически его поворачивая. Качество правки можно проконтролировать с помощью металлической линейки.

Тот, кто брался за правку стального листа, знает, что это работа достаточно трудная: пока выправляешь один изгиб, на листе появляются другие. Однако этого можно избежать и тем существенно облегчить работу. Стальной лист нужно уложить для правки не на гладкую плиту, как это обычно делается, а на плиту-подкладку со множеством мелких затупленных бугорков, равномерно расположенных на ее поверхности. В этом случае качество работы должно повыситься, а трудоемкость – снизиться. Металл под ударами резинового молотка будет как бы сам искать свое место. При этом на листе образуются едва заметные волны, при шпатлевке и покраске они станут заполняться и способствовать тому, что шпатлевка и краска будут держаться на металле очень крепко. Неровности после покрытия металла совершенно незаметны. Единственная сложность – как изготовить требующуюся плиту-подкладку. В домашних условиях ее действительно изготовить трудно: бугорки обычно получают, прорезая на гладкой плите большое число взаимно пересекающихся и расположенных близко одна от другой канавок. Сделать это можно на строгальном или фрезерном станке, поэтому, если есть такая возможность, лучше ею воспользоваться.

Правка металла

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 легче, что 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. Чтобы шум от ударов был менее громким, плиту следует устанавливать на деревянном столе, с помощью которого, кроме того, можно выравнивать плиту, чтобы она находилась в горизонтальном положении.

Для правки необходим специальный слесарный инструмент. Нельзя производить ее любым молотком, который есть под рукой, металл может не только не выправиться, но и получить еще большие дефекты. Молоток должен быть изготовлен из мягкого материала – свинца, меди, дерева или резины. Кроме того, нельзя править металл молотками с квадратным бойком: он будет оставлять на поверхности 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, которую нужно устранить. Изогнутые места необходимо отметить мелом – так гораздо легче наносить удары молотком, чем при ориентировке только на заметную глазом кривизну.

Правка полосового металла, изогнутого в плоскости, – это наиболее простая операция. Изогнутую заготовку нужно расположить таким образом, чтобы она имела две точки соприкосновения с наковальней. Удары молотком или кувалдой нужно наносить по наиболее выпуклым местам и уменьшать силу ударов по мере того, как выпуклости становятся меньше. Не следует наносить удары только с одной стороны заготовки – металл может выгнуться в обратную сторону. Чтобы этого не случилось, заготовку нужно время от времени переворачивать. По той же причине не стоит наносить несколько ударов подряд по одному и тому же месту.

Если имеется несколько выпуклостей, сначала необходимо выправить края заготовки, а затем ее середину.

Правка круглого металла. Этот вид работы в основном похож на правку полосового металла. Для этого нужно отметить неровные места мелом и расположить заготовку выпуклостью вверх, удары наносить по выпуклой части от краев изгиба к середине выпуклости. Когда основное искривление окажется выправленным, силу ударов нужно уменьшить и периодически поворачивать металлический прут вокруг его оси, чтобы не допустить искривления в обратную сторону.

Металлические пруты квадратного сечения нужно править в такой же последовательности.

Правка металла, скрученного по спирали, производится методом раскручивания. Для того чтобы выпрямить кривизну, нужно один конец скрученного металла зажать в большие тиски на слесарном столе, другой – в ручные тисочки. Раскрутив металл до той степени, которую можно проконтролировать на глаз, нужно продолжить правку на гладкой выверенной плите обычном методом, контролируя кривизну на просвет.

Правка листового металла

Сложность правки листового металла зависит от того, какого типа дефект имеет лист – волнистость кромки, или выпуклость, или вмятину в середине листа, или то и другое одновременно (рис. 15).

Рис. 15. Приемы правки листового металла: а – при деформированной середине листа; б – при деформированных краях листа; в – с использованием деревянной гладилки; г – с использованием металлической гладилки.

Во время правки выпуклости нужно наносить удары, начиная от края листа по направлению к выпуклости (рис. 15 а, б).

Наиболее распространенная ошибка заключается в том, что самые сильные удары наносятся по тому месту, где выпуклость наибольшая, а в результате на выпуклом участке появляются небольшие вмятины, которые еще более осложняют неровную поверхность. Кроме того, металл в таких случаях испытывает очень сильную деформацию на разрыв. Поступать нужно как раз наоборот: удары должны становиться слабее, но чаще, по мере того как правка приближается к центру выпуклости. Лист металла нужно постоянно поворачивать в горизонтальной плоскости, чтобы удары равномерно распределялись по всей его поверхности.

Если лист имеет не один выпуклый участок, а несколько, нужно сначала свести все выпуклости в одну. Для этого наносят удары молотком в промежутках между ними. Металл между выпуклостями растягивается, и они объединяются в одну. Затем нужно продолжать правку обычным способом. Если середина листа ровная, а края искажены волнами, то последовательность ударов при правке должна быть противоположной: их следует наносить, начиная от середины, продвигаясь к изогнутым краям (рис. 15, б). Когда металл в середине листа растянется, волны на его краях исчезнут.

Очень тонкие листы невозможно править даже молотками из мягкого материала: они не только оставят вмятины, но могут и порвать тонкий металл.

В этом случае для правки применяют бруски-гладилки из металла или дерева, которыми лист выглаживают с обеих сторон, периодически его поворачивая. Качество правки можно проконтролировать с помощью металлической линейки.

Тот, кто брался за правку стального листа, знает, что это работа достаточно трудная: пока выправляешь один изгиб, на листе появляются другие. Однако этого можно избежать и тем существенно облегчить работу. Стальной лист нужно уложить для правки не на гладкую плиту, как это обычно делается, а на плиту-подкладку со множеством мелких затупленных бугорков, равномерно расположенных на ее поверхности. В этом случае качество работы должно повыситься, а трудоемкость – снизиться. Металл под ударами резинового молотка будет как бы сам искать свое место. При этом на листе образуются едва заметные волны, при шпатлевке и покраске они станут заполняться и способствовать тому, что шпатлевка и краска будут держаться на металле очень крепко. Неровности после покрытия металла совершенно незаметны. Единственная сложность – как изготовить требующуюся плиту-подкладку. В домашних условиях ее действительно изготовить трудно: бугорки обычно получают, прорезая на гладкой плите большое число взаимно пересекающихся и расположенных близко одна от другой канавок. Сделать это можно на строгальном или фрезерном станке, поэтому, если есть такая возможность, лучше ею воспользоваться.

Правка закаленного металла (рихтовка)

Для правки закаленного металла (рихтовки) мягкие правочные молотки непригодны. Необходим специальный молоток с бойком из закаленного металла или с закругленной узкой стороной. Рихтовочный молоток можно изготовить самому. Для этого в узком бойке молотка необходимо сделать прорезь и плотно запрессовать в нее заточенную под радиусом 0,1–0,2 мм пластинку из твердого сплава ВК6 или ВК8.

Закаленный металл правится методом от обратного: удары нужно наносить не по выпуклому, а по вогнутому участку заготовки: она начнет выпрямляться вследствие того, что металл на вогнутой стороне будет растягиваться (рис. 16).

Рис. 16. Правка закаленного металла (рихтовка): а – полос; б, в – угольников.

Рихтовку удобнее производить не на плоской плите, а на специальной рихтовочной бабке, которая имеет выпуклую поверхность, перемещая по ней заготовку вверх и вниз.

Неразрешимой задачей неопытному слесарю представляется правка плоского угольника, у которого угол изменился и стал больше или меньше 90°. Такие угольники уже не годятся для контроля прямых углов, и, как правило, их выбрасывают. Между тем угольник из закаленного металла можно выпрямить. Если прямой угол уменьшился и составляет менее 90°, то удары молотком нужно наносить по плоскости угольника у вершины внутреннего угла. Если угол увеличился и превышает 90°, удары следует наносить у вершины внешнего угла.

После того как металл выправлен, можно приступать к его дальнейшей обработке.