Безпалько В.И. Технология конструкционных и трубопроводо-строительных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

но-фрезерные, агрегатно-фрезерные и др. Каждый тип фрезерных

станков имеет несколько моделей.

На рис. 6.31 показаны общие виды универсального консольно-

фрезерного (рис. 6.31, а) и вертикально-фрезерного (рис. 6.31, б)

станков.

Универсальный консольно-фрезерный станок состоит из фунда-

ментной плиты 14 (см. рис. 6.31, а), на которой крепится станина

2, в верхней части которой расположен хобот 4 с подвесками 7 и 8.

С задней стороны станины смонтирован электродвигатель, кото-

рый через коробку скоростей 5, расположенную в верхней части

станины, передает вращение на шпиндель 6. Коробка скоростей

имеет лимб 3 с рукояткой 1. Фреза закрепляется на оправке, уста-

навливаемой в шпинделе и подвесках. Коробка подач 13 снаб-

жена лимбом 16 и рукояткой /5 для установки подач.

Консоль 12 передвигается по вертикальным направляющим/

расположенным на станине станка. В верхней части консоли рас-

положены стол 9, поворотная плита 10 и салазки 11.

Обрабатываемая деталь, закрепленная на столе, может иметь

продольное, поперечное или вертикальное перемещение. Все три

вида перемещений стола с деталью (подача) осуществляются ме-

342

ханически от отдельного электродвигателя через коробку подач,

расположенную в консоли, или вручную с помощью системы

маховиков и рукояток.

С целью сокращения времени на подвод стола с закрепленной

деталью к фрезе и отвод детали после окончания рабочего хода

коробка подач обеспечивает быстрые (холостые) продольные,

поперечные и вертикальные перемещения стола. Стол можно на-

строить на полуавтоматический или ручной цикл работы.

На вертикально-фрезерном станке (см. рис. 6.31, б) в качестве

режущего инструмента используют торцевые, концевые, пальце-

вые, шпоночные и другие фрезы.

На фундаментной плите станка 1 крепится станина 2, в верх-

ней части которой находится шпиндельная головка 5 с верти-

кально расположенным шпинделем 6. Закрепляемая в шпинделе

фреза 7 осуществляет главное вращательное (вокруг вертикаль-

ной оси) движение, передаваемое от электродвигателя 4 через

расположенную в станине коробку скоростей и дополнительную

пару конических зубчатых колес, находящихся в шпиндельной

головке. Число оборотов шпинделя изменяют рукояткой 3 ко-

робки скоростей.

Консоль 10 станка перемещается вверх и вниз по вертикаль-

ным направляющим станины. На консоли по соответствующим

направляющим передвигаются поперечные салазки 9, а по салаз-

кам — стол 8.

Перемещение стола для осуществления подачи в продольном,

поперечном и вертикальном направлениях обеспечивается отдель-

ным электродвигателем 11 через коробку подач, имеющую опре-

деленный набор скоростей. Коробка подач расположена в нижней

части консоли 10. Для всех направлений подач предусмотрены ра-

бочие медленные и холостые ускоренные перемещения стола,

осуществляемые через отдельные зубчатые пары.

6.6.4. Схемы обработки заготовок на фрезерных станках

Фрезерование подразделяют на несколько видов: фрезерова-

ние плоских поверхностей (горизонтальных, вертикальных, на-

клонных и уступов); фрезерование сложных технологических по-

верхностей (пазов, канавок, шлицов и др.) и фрезерование фа-

сонных плоскостей.

Схемы фрезерования плоских поверхностей показаны на рис. 6.32.

Горизонтальные поверхности (рис. 6.32, а, б) обрабатывают на

горизонтально- и вертикально-фрезерных станках цилиндричес-

кими и торцевыми фрезами. Заготовки в зависимости от их формы

и размеров закрепляют на столе станка в машинных тисках с по-

мощью подкладок, а также прихватами при использовании спе-

циальных приспособлений, которые, как правило, применяются

343

Для фрезерования фасонных поверхностей в заготовках неболь-

ших размеров на горизонтально- или вертикально-фрезерных стан-

ках применяют фасонные фрезы, профиль которых соответствует

профилю изготовляемой детали (рис. 6.33, к). Фасонные заготовки

более сложной формы обрабатывают либо набором отдельных фрез,

либо с помощью специальных копиров.

Фрезерование объемных фасонных поверхностей заготовок

(пресс-формы, штампы и т.д.) выполняют на специальных копи-

ровально-фрезерных станках.

Фрезы в зависимости от конструкции закрепляют в шпинделях

станков по-разному. По способу закрепления фрезы подразделя-

ют на хвостовые, имеющие хвостовик конической или цилинд-

рической формы, и насадные, имеющие центральное отверстие.

для закрепления заготовок, обрабатываемых в условиях серийно-

го производства.

Вертикальные поверхности обрабатывают торцевыми (рис. 6.32, в),

концевыми (рис. 6.32, г), дисковыми и другими видами фрез. За-

готовки закрепляют на столе станка прихватами в специальных

приспособлениях, в патроне и другими способами.

Наклонные поверхности и скосы обрабатывают торцевыми (рис.

6.32, д), концевыми (рис. 6.32, ё) и угловыми (рис. 6.32, ж) фре-

зами. Необходимый угол наклона фрезы можно установить только

на станках, у которых шпиндельная головка поворачивается в вер-

тикальной плоскости.

Комбинированные поверхности обрабатывают комбинированны-

ми фрезами (рис. 6.32, з).

Для формообразования сложных поверхностей (рис. 6.33), на-

пример пазов, уступов, применяют дисковые (рис. 6.33, а), кон-

цевые (рис. 6.33, б), фасонные (рис. 6.33, в) и угловые (рис. 6.33, г)

фрезы. Открытые пазы типа «ласточкин хвост» и Т-образные об-

рабатывают концевыми фрезами (рис. 6.33, д, е).

При фрезеровании шпоночных пазов и канавок прямоугольного

сечения используют концевые и специальные шпоночные фрезы

(рис. 6.33, ж, з). Их обработку выполняют на вертикально-фрезер-

ных станках. Иногда шпоночные канавки фрезеруют на горизон-

тально-фрезерных станках дисковыми трехсторонними фрезами

(рис. 6.33, и).

Шлицы обрабатывают на горизонтально-фрезерных станках про-

резными дисковыми фрезами.

344

Торцевые фрезы закрепляются в шпинделе станка на коротких

концевых оправках, а концевые фрезы с коническим хвостови-

ком — аналогично торцевым фрезам непосредственно или через

переходные втулки. Фрезы с цилиндрическим хвостовиком за-

крепляются в цанговом или кулачковом патроне.

Цилиндрические и дисковые фрезы чаще всего применяют на

горизонтально-фрезерных станках, поэтому они закрепляются на

двухопорных центровых оправках.

Большинство фрезерных станков комплектуют делительной го-

ловкой, предназначенной для разделения окружности заготовки

на равные или неравные части, нарезания винтовых поверхнос-

тей разной крутизны и обработки кулачков. Применяют универ-

сальные (с простым и дифференциальным делением), оптичес-

кие и другие делительные головки. Универсальные головки явля-

ются наиболее распространенными. Они позволяют не только де-

лить окружность на части, но и вращать обрабатываемую заготов-

ку при фрезеровании винтовых канавок или зубьев.

6.6.5. Технологические характеристики процесса

фрезерования

Фрезами проводят черновую, получистовую, чистовую и тон-

кую обработки. Черновое фрезерование назначают для обработки

отливок и поковок, у которых припуск на обработку более 3 мм.

После чернового фрезерования плоские поверхности имеют точ-

ность по прямолинейности 0,15...0,3 мм на 1 м длины и шерохо-

ватость Ra 50... 12,5 мкм. Получистовое фрезерование, направлен-

ное на уменьшение погрешностей геометрических форм и про-

странственных отклонений, обеспечивает отклонение от прямо-

линейности 0,1 ...0,2 мм на 1 м длины и Ra 25... 12,5 мкм. Чистое

фрезерование дает еще большую точность: 0,04...0,08 мм на 1 м

длины и Ra 10... 1,25 мкм. Тонкая обработка выполняется торцевы-

ми фрезами. При этом отклонение от прямолинейности составля-

ет 0,02...0,04 мм на 1 м длины и Ra 2,5...0,4 мкм.

При выборе режима резания учитывают необходимость полу-

чения заданной точности размеров и шероховатости поверхности.

Для этого припуск на обработку и ширину фрезерования выбира-

ют постоянными. После этого находят величину подачи.

6.7. Обработка заготовок на шлифовальных станках

6.7.1. Характеристика методов шлифования

Шлифование — процесс обработки деталей при помощи абра-

зивного инструмента — шлифовальных кругов. Обработка шлифо-

346

ванием в большинстве случаев является чистовой или отделочной

операцией, обеспечивающей высокое качество и точность обра-

ботанной поверхности детали. В некоторых случаях шлифование

применяют для предварительной обработки (очистки) заготовок

или их обдирки при снятии слоя металла. Шлифование широко

применяется при заточке режущих инструментов. Шлифованием

можно производить обработку практически любых материалов,

начиная от самых мягких и заканчивая наиболее твердыми спла-

вами.

Можно выделить основные схемы абразивной обработки по-

верхностей: наружное и внутреннее круглое, планетарное, врез-

ное, глубинное, плоское прямолинейное и круговое, бесцентро-

вое, шлифование фасонных поверхностей и др. (рис. 6.34). При

всех способах шлифования главным движением является враще-

ние шлифовального круга, а характер движений подачи опреде-

ляется схемой шлифования.

Наружное круглое шлифование применяется для обработки на-

ружных осесимметричных поверхностей (цилиндрических, кони-

ческих, канавок и т.п.).

Шлифование осуществляют в центрах способами продольной

и поперечной подач.

При наружном круглом шлифовании с продольной подачей

инструмент совершает главное вращательное движение со скоро-

стью v

(рис. 6.34, а), заготовка — также вращательное движение

(круговую подачу) со скоростью v

, а столу совместно с заготов-

кой сообщается продольное перемещение (продольная подача s

)

вдоль оси.

В конце продольного перемещения шлифовальному кругу со-

общается поперечное движение (поперечная подача s

) перпен-

дикулярно оси заготовки для установки его на глубину резания /.

Этот способ шлифования обеспечивает максимальную точность

обработки заготовки.

При внутреннем круглом шлифовании различают обычное (рис.

6.34, б) и планетарное (рис. 6.34, в) шлифование. При обычном

внутреннем шлифовании все движения аналогичны движениям

при наружном шлифовании с продольной подачей. Диаметр круга

Dк выбирается в зависимости от диаметра шлифуемого отверстия

D3 заготовки: D

= (0,75...0,95)D3.

Планетарное шлифование применяется при обработке отвер-

стий в крупных заготовках или в тех случаях, когда заготовку

неудобно вращать вокруг оси обрабатываемого отверстия. В этом

случае деталь остается неподвижной, а круг совершает все необ-

ходимые для обработки движения: вращение вокруг своей оси со

скоростью резания v

, круговое (планетарное) движение со ско-

ростью v

вокруг оси обрабатываемого отверстия (круговую по-

дачу), возвратно-поступательное движение вдоль оси отверстия

(продольную подачу s

) и в конце двойного хода — поперечную

подачу s

Шлифование с поперечной подачей или врезное шлифование

(рис. 6.34, г) используется для обработки заготовок небольшой

длины. В отличие от предыдущих методов, в этом отсутствует про-

дольная подача, а поперечная подача s

непрерывная. В некоторых

станках для обеспечения равномерного износа шлифовальный круг

получает небольшие продольные перемещения. Метод обеспечи-

вает высокую производительность, но невысокую точность и тре-

бует частой правки круга. Этот метод применяется также для об-

работки фасонных поверхностей небольшой длины.

При глубинном шлифовании (рис. 6.34, д) шлифовальный круг

сразу устанавливается на полную глубину шлифования t и весь

припуск (0,1...0,3 мм на сторону) снимается за один проход с

продольной подачей s

= 1 ...5 мм/об. Для осуществления процес-

са резания круг заправляется на конус. Этот способ является вы-

348

сокопроизводительным, но не обеспечивает высокую точность об-

работки.

Плоское прямолинейное шлифование осуществляется периферией

или торцом круга. Движение продольной подачи может быть

Прямолинейным — s

, s

(рис. 6.34, е, ж) или круговым — s

(рис. 6.34, и, к). При шлифовании осуществляется вертикальная

подача круга s

. Если ширина круга меньше ширины обрабатыва-

емой поверхности, то кругу сообщают поперечную подачу в кон-

це каждого продольного хода. Шлифование торцом круга (см. рис.

6.34, к) более производительно, но менее точно.

Бесцентровое шлифование (рис. 6.34, з) используется в крупно-

серийном и массовом производстве. Заготовка не закрепляется в

центрах, а, находясь на опоре, подается между вращающимися в

одном направлении ведущим и шлифующим абразивными круга-

ми. Ведущий круг выполнен на эластичной основе и вращается с

малой скоростью (г;

вк

= 10...80 м/мин) и, вдавливаясь абразивны-

ми зернами в поверхность заготовки, вращает ее со скоростью v

Шлифующий круг вращается с обычными для шлифования ско-

ростями (v

= 30...40 м/с) и производит обработку поверхности.

Для обработки длинных деталей ведущий круг устанавливается

под углом к оси шлифующего круга ( = 1... 5°).

Достоинством бесцентрового шлифования является высокая

производительность, сокращение времени на установку и снятие

деталей, легкость встраивания в автоматические линии.

Профильное шлифование осуществляют при помощи приспо-

соблений или копиров. Профиль одной или нескольких деталей

обрабатывают одновременно или по переходам профильным кру-

гом.

Для каждого из рассмотренных видов шлифования применяют

шлифовальные круги особой формы и специальные станки.

Обработка шлифованием характеризуется большими техноло-

гическими возможностями. Обдирочным шлифованием получают

опорные поверхности у мелких и средних отливок, при этом дос-

тигается шероховатость поверхности Ra 2,5... 1,25 мкм.

Плоское шлифование периферией круга обеспечивает шерохо-

ватость поверхности Ra 6,3... 1,25 мкм (предварительная обработ-

ка), Ra 1,25...0,32 мкм (чистовая обработка), Ra 0,63...0,16 мкм

(тонкая обработка).

Внешние поверхности вращения могут быть подвергнуты пред-

варительному, чистовому и тонкому шлифованию. Предваритель-

ное шлифование обеспечивает 10 — 8-й квалитеты точности и

шероховатость поверхности Ra 6,3...0,63 мкм, тонкое — 6 — 5-й

квалитеты точности и Ra 0,63...0,08 мкм.

Отверстия подвергают предварительному (10 —9-й квалитеты

и Ra 6,3...0,63 мкм) и чистовому (9 —7-й квалитеты и Ra 1,25...

0,32 мкм) шлифованию.

349

6.7.2. Типы и области применения шлифовальных станков

Шлифовальные станки по конструктивным и технологическим

признакам (виду выполняемой работы) подразделяют на кругло-

и плоскошлифовальные, специальные, заточные и отделочные.

К круглошлифовальным относят станки для круглого шлифо-

вания в центрах и станки бесцентрового шлифования; к внутри-

шлифовальным — простые, планетарные, бесцентровые; к плос-

кошлифовальным — продольные и карусельные, работающие пе-

риферией и торцом круга; к специальным — зубо-, резьбо-, ко-

пировально-шлифовальные для шлифования шлицевых валов,

шаров и т.д.; к заточным — универсальные для заточки разного

инструмента и специальные для заточки определенного вида ин-

струмента.

Отделочные станки по применению абразивного инструмента

подразделяют на станки, работающие шлифовальным кругом,

порошком и полировальными пастами (притирочные, доводоч-

ные, хонинговальные, полировальные и др.).

На рис. 6.35 показаны общие виды наиболее применяемых шли-

фовальных станков.

Универсальный плоскошлифовальный станок (рис. 6.35, а) пред-

назначен для шлифования периферией круга различных плоских

деталей, состоит из станины /, по направляющим которой с по-

мощью гидропривода осуществляется продольная подача — воз-

вратно-поступательное перемещение стола 6. Реверс стола произ-

водится с помощью рычага 3 при переключении упоров, укреп-

ленных на передней стороне стола. Обрабатываемую деталь за-

крепляют на электромагнитной плите /5 или непосредственно на

столе.

Поперечная подача осуществляется при перемещении шлифо-

вальной бабкой 14 с кругом <?по горизонтальным направляющим 10.

Ручная поперечная подача шлифовальной бабки производится

маховиком 11. Для автоматической поперечной подачи служит

гидрокоробка подач, панель управления 2 которой имеет рукоят-

ки для установки величины подачи.

Глубина резания устанавливается вертикальным перемещени-

ем шлифовальной бабки по направляющим 13 колонны 12. Пере-

351

мещение может быть ручное с помощью маховика 4 или автома-

тическое от гидропривода. Привод шпинделя шлифовальной баб-

ки включается кнопкой пульта управления 5. Для защиты рабоче-

го на станке предусмотрены кожухи 7 и 9.

Станок имеет главную насосную установку, обеспечивающую

работу гидравлической системы, и вспомогательную — для смаз-

ки опор шлифовальной бабки, а также бак с охлаждающей жид-

костью и др.

Круглошлифовальный станок (рис. 6.35, б) предназначен для

наружного шлифования в центрах. На направляющих станины 19

смонтирован нижний стол 18, несущий на себе поворотный верх-

ний стол 77 с установленными на нем передней 2 и задней 12

бабками. В задней бабке предусмотрена рукоятка 77 для ручного

зажима пиноли задней бабки. Внутри станины находятся при-

водные механизмы и гидропривод. Шкаф электрооборудования 1

и гидростанция 10 расположены отдельно. В станке главное дви-

жение резания (вращательное) осуществляет шлифовальный

круг, движение подачи (круговое) — вращение заготовки, за-

крепленной в центрах передней и задней бабок. Движение про-

дольной подачи заготовки — прямолинейное возвратно-посту-

пательное движение нижнего стола. Шлифовальный круг уста-

новленный на горизонтальном шпинделе шлифовальной бабки 7,

также имеет поперечную подачу за счет периодического ради-

ального перемещения шлифовальной бабки за один ход стола,

осуществляемый с помощью механизма поперечной подачи 8.

На корпусе шлифовальной бабки установлено устройство авто-

матической правки круга 5. Для обработки длинномерных заго-

товок используется люнет 4. Станок оборудован системой пода-

чи СОЖ в зону обработки (жидкость подается при повороте ру-

коятки 3).

На станке возможны: ручное продольное перемещение стола

при помощи маховика 16, ручное поперечное перемещение шли-

фовальной бабки с помощью маховика 6, гидравлического отвода

пиноли задней бабки при помощи педали 75, перемещение рабо-

чих органов станка с использованием панели гидроуправления 14

и рукоятки 13 подвода-отвода шлифовальной бабки. Управление

пуском насосов производится с помощью рукояток и кнопок на

пульте управления 9.

6.7.3. Режимы резания при шлифовании

Рассмотрим элементы режима резания на примере наружного

круглого шлифования в центрах способом продольной подачи.

Скорость резания v

представляет собой окружную скорость ра-

бочей части шлифовального круга. Практически она составляет

30...60 м/с и более. Ее можно определить по формуле

352

где D

— диаметр шлифовального круга, мм; п

— частота враще-

ния круга, мин"

При шлифовании обрабатываемая деталь вращается со скоро-

стью v

= 15... 50 м/мин. Скорость вращения детали v

определяет-

ся по формуле

где D

— диаметр детали, мм; n

— частота вращения детали, мин

-1

Вращение детали представляет собой круговую подачу.

Подача s

(мм) — перемещение обрабатываемой детали за один

оборот вдоль своей оси (продольная подача).

Глубина резания t (мм) — толщина слоя металла, снимаемого

шлифовальным кругом за один проход. Ее определяют по формуле

где d

— диаметр обработанной детали, мм.

Глубина резания при наружном круглом шлифовании является

поперечной подачей (s

Машинное время Т

(мин) — время, затрачиваемое непосред-

ственно на процесс резания металла шлифовальным кругом за

один проход. Машинное время определяют по формуле

где L — длина продольного хода стола, мм; — припуск на обра-

ботку (половина припуска на диаметр), мм; к — поправочный

коэффициент на дополнительные проходы с целью обеспечения

заданной точности размеров. При черновом шлифовании к =

= 1,1... 1,4; при чистовом к= 1,3... 1,8.

Длину продольного хода стола определяют по формуле

где l — длина заготовки, мм; m — коэффициент, учитывающий

длину перебега круга; m = 0,3...0,5; В — ширина круга, мм.

6.7.4. Инструмент и абразивные материалы

В зависимости от способа абразивной обработки, конструкции

станка, габаритов обрабатываемой детали и условий шлифования

абразивные инструменты изготовляются различными по форме и

размерам. Как правило, они имеют вид шлифовальных кругов,

брусков и лент. Основным инструментом, применяемым при аб-

-'-'-'

разивной обработке, является шлифовальный круг. Абразивные

круги (рис. 6.36) в зависимости от схемы шлифования работают

периферией или торцом, что обусловливает их конструктивные

особенности. По геометрической форме их подразделяют на сле-

дующие типы: плоские прямого профиля ПП (рис. 6.36, а) для

наружного круглого, внутреннего, бесцентрового, плоского шли-

фования и заточки резцов; плоские с двухсторонним коничес-

ким профилем — 2П (рис. 6.36, б) и плоские с коническим

профилем — ЗП (рис. 6.36, в) служат для шлифования резьбы,

зубчатых колес и т.д.; плоские с выточкой ПВ (рис. 6.36, г) ис-

пользуют для круглого шлифования с подрезкой торца; круги-

диски Д (рис. 6.36, д) — для отрезных и прорезных работ; круги-

кольца К (рис. 6.36, е), круги-чаши цилиндрические ЧЦ и круги-

354

чаши конические ЧК (рис. 6.36, ж, з) обычно служат для плос-

кого шлифования торцом круга и др.

Основные конструктивные элементы кругов: D — наружный

диаметр; d — внутренний диаметр (для крепления в шпинделе);

В — ширина круга; а — размеры элементов круга.

Наиболее важными характеристиками, определяющими эксп-

луатационные свойства абразивного инструмента, являются: вид

абразивного материала, его зернистость, вид связки, твердость и

структура.

Абразивные материалы, используемые для изготовления инст-

румента, делятся на естественные и искусственные.

К естественным абразивным материалам относятся: алмаз,

наждак, корунд, кварц, гранит. Материалы искусственного про-

исхождения: электрокорунд, карборунд, карбид бора, карбид

циркония, борсиликарбид, кубический нитрид бора (эльбор)

и др.

В качестве абразивного инструмента используют шлифоваль-

ные круги из синтетического (технического) алмаза разных ма-

рок. Алмазные инструменты изготовляются не сплошными, а ком-

бинированными. Они содержат алмазный слой со связкой толщи-

ной до 3 мм, который закрепляется на металлическом корпусе

инструмента.

Зерна абразивных материалов обладают очень высокой твердо-

стью и термостойкостью, имеют острые режущие кромки и, не-

смотря на хаотичное расположение в массе круга, способны ре-

зать даже при больших углах резания весьма твердые металлы и

сплавы (чугун с отбеленным слоем, закаленную сталь и т.п.).

Механические свойства абразивных материалов характеризу-

ются твердостью, плотностью, модулем упругости, пределом проч-

ности на сжатие, растяжение и изгиб, прочностью при ударной

нагрузке, а также изменением этих свойств в процессе резания

под действием высоких температур и давления.

Одним из основных показателей абразивных материалов явля-

ется зернистость — средний размер зерна в поперечнике, изме-

ренный в сотых долях миллиметра. Зернистость шлифовального

круга влияет на качество получаемой поверхности: чем меньше

зерно, тем выше качество поверхности. По величине зернистости

шлифовальные круги подразделяются на три группы: шлифзерно,

шлифпорошки и микропорошки, и им присваиваются соответству-

ющие номера.

Круги с зернистостью до 80 мкм применяют для чернового

шлифования, до 25 мкм — для обычного чистового шлифования,

до 3 мкм — для резьбошлифования и микропорошки — для отде-

лочных работ.

Для изготовления абразивного инструмента отсортированные

зерна скрепляют с помощью связующего вещества (связки) в еди-

355

Пример маркировки абразивного инструмента:

Приведенная маркировка круга означает: ЧАЗ — Челябинский

абразивный завод; ЭБ — электрокорунд белый; зернистость 40;

СТЗ — средней твердости третий; К5 — керамическая связка;

ПП — плоский прямой; наружный диаметр 300 мм, ширина 50 мм,

диаметр отверстия 65 мм; наибольшая скорость вращения 35 м/с.

В настоящее время нашли применение высокопористые шли-

фовальные круги с открытой структурой на керамической основе.

Эти круги имеют меньшее количество зерен, но большее по ко-

личеству и размеру пор. Такие шлифовальные круги имеют более

высокую режущую способность зерен и меньший нагрев обраба-

тываемой детали за счет создания воздушных потоков в порах на

границе рабочей поверхности круга.

ную массу, которой затем придают форму круга или бруска. Связ-

ку для абразивных зерен изготовляют на неорганической (кера-

мической, с условным обозначением К, силикатной С, магне-

зиальной М) или органической основе (бакелитовой Б или вул-

канитовой В). Большинство шлифовальных кругов изготовляют

на керамической связке, имеющей повышенную прочность.

Под твердостью абразивного инструмента понимается сопро-

тивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности

инструмента под действием внешних сил. По твердости абразив-

ные круги делятся на девять классов твердости: чрезвычайно мяг-

кие — ЧМ; весьма мягкие — ВМ1, ВМ2; мягкие — Ml, M2, МЗ;

средней мягкости — СМ1, СМ2; средние — Cl, C2; средней твер-

дости — СТ1, СТ2, СТЗ; твердые — Tl, T2, весьма твердые —

ВТ1, ВТ2 и чрезвычайно твердые — ЧТ1 — ЧТ10. Цифры справа от

буквенного обозначения характеризуют возрастание степени твер-

дости абразивного материала.

Правильный выбор твердости круга существенно влияет на про-

цесс шлифования и прежде всего на самозатачиваемость круга.

Самозатачиваемость — выкрашивание из круга затупленных

зерен и обнажение новых зерен с острыми гранями. При выборе

для шлифования слишком твердого круга зерна не будут выкра-

шиваться и, следовательно, самозатачивания не произойдет. Это

приведет к «засаливанию» круга и ожогу шлифуемой поверхности.

Из слишком мягкого круга зерна могут осыпаться, и он потеряет

форму. Для шлифования мягких материалов обычно выбирают твер-

дые круги, и наоборот.

Структура абразивных инструментов определяется количествен-

ным соотношением объемов зерен, связки и пор. Условно приня-

то судить о структуре по содержанию абразивного материала в

единице объема инструмента, выраженному в процентах. Струк-

туру материала круга обозначают номерами от 0 до 12. С увеличе-

нием структуры на один номер объем зерен в круге уменьшается

на 2%, а объем связки соответственно увеличивается на 2% при

постоянном общем объеме пор. Круги с мелкими порами (струк-

туры № 1—4) называют закрытыми или плотными. Круги с эти-

ми структурами применяют при круглом шлифовании твердых и

хрупких материалов, когда требуется высокое качество поверхно-

сти. Структуры № 5 — 8 называют средними и применяют в кругах

для наружного круглого и плоского шлифования мягких материа-

лов. Круги со структурой №9—11 называют открытыми и приме-

няют для скоростного шлифования.

Маркировка абразивных инструментов производится на их не-

рабочей поверхности и включает: наименование завода-изготови-

теля, абразивный материал, его зернистость, твердость, наиме-

нование связки; в некоторых случаях структуру, форму сечения

круга, размеры и предельную скорость резания.

356

ГЛАВА 7

ПРОИЗВОДСТВО, ПРИМЕНЕНИЕ И ЗАЩИТА ТРУБ

7.1. Общие сведения

7.1.1. Классификация труб

Трубопроводный транспорт является одним из самых эконо-

мичных, он обеспечивает доставку жидких и газообразных про-

дуктов на дальние расстояния с минимальными потерями про-

дукта в процессе доставки его потребителям.

Увеличение объема добычи и транспортировки нефти и газа

по трубопроводам, систематическое повышение мощности соору-

жаемых газонефтепроводов, рост их протяженности определяют

большую металлоемкость нефтяной и газовой промышленности,

ежегодно расходующей несколько миллионов тонн стали, основ-

ная масса которой идет на изготовление труб.

Необходимость стабильного обеспечения промышленности

сырьем и топливом и жесткие требования к работоспособности

трубопроводов определили не только большой расход металла для

производства труб, но и применение для этой цели сталей с вы-

сокими механическими и эксплуатационными свойствами.

Производство стали для труб наряду с требованиями высокой

надежности в эксплуатации трубопроводов ставит вопрос о сни-

жении их металлоемкости, обеспечении минимальной стоимости

при сохранении высоких технологических и эксплуатационных

параметров.

Металлические трубы производят из углеродистых, легирован-

ных и высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов,

чугунов, а также биметаллическими из разных сочетаний метал-

лов. При необходимости трубы подвергают термической обработ-

ке и другим видам отделки.

Трубы изготовляют бесшовными и со швом (сварные). Их при-

меняют в различных отраслях производства, транспорта и строи-

тельства.

В нефтяной и газовой промышленности применяют бесшовные

и сварные трубы для бурения, крепления и эксплуатации нефтя-

ных и газовых скважин, транспортирования нефти и газа. Для энер-

гетического машиностроения применяют бесшовные трубы из

качественных и высококачественных сталей. Трубы и изделия из

358

них способны выдерживать высокое давление пара или жидкости,

обладают заданными свойствами при рабочих температурах.

В машиностроении применяют сварные и бесшовные трубы

практически всех типоразмеров из стали и сплавов соответствую-

щих марок, производимых в стране.

В сельском хозяйстве и промышленном строительстве исполь-

зуют бесшовные и сварные трубы из углеродистых и низколегиро-

ванных сталей, применяемых для монтажа оросительных систем и

различного рода коммуникаций.

В химической промышленности применяют трубы со специ-

альными эксплуатационными свойствами, обеспечивающими ра-

боту в широком диапазоне давлений и температур.

Рост мощности трубопроводов и снижение температуры пере-

качки газа вызвали необходимость разработки новых конструк-

ций труб и технологии их производства, в результате чего появи-

лись многослойные трубы из витых обечаек, двухслойные спира-

лешовные, бесшовные трубы из полых заготовок, получаемые

методом непрерывной разливки и др.

Трубы — главный конструктивный элемент любых трубопро-

водов. Их качество, свойства металла и сварных соединений в

значительной степени определяют возможные отказы, останов-

ки и аварии на газонефтепроводах, а также их размеры и по-

следствия.

В настоящее время стоит задача продолжения сооружения не

только мощных и сверхмощных газонефтепроводов, но и строи-

тельства широкой сети некрупных продуктопроводов, развития

системы промысловых и сборных сетей различных диаметров и

давлений. Отсюда следует, что в зависимости от рабочих парамет-

ров газонефтепроводов и промысловых сетей должны выпускать-

ся различные типы труб, отличающиеся как диаметрами и конст-

рукцией, так и марками применяемых сталей, способами изго-

товления труб и методами их обработки.

Самая общая классификация труб имеет следующий вид:

• трубы бесшовные и сварные для трубопроводов диаметром .

менее 530 мм из простых углеродистых горячекатаных и термоуп-

рочненных сталей, получаемые методом горячего деформирова-

ния;

• трубы для трубопроводов диаметром 530... 1 220 мм из низко-

легированных сталей марки 17Г1С, получаемые методом холод-

ного деформирования и последующей сварки, поставляемые в

нормализованном или термоупрочненном состоянии;

• трубы сварные для трубопроводов диаметром 1 220... 1 420 мм,

предназначенные для работы под высоким давлением, получае-

мые из сталей контролируемой прокатки и из низколегированных

термоупрочненных сталей;

• трубы специальной конструкции и назначения.

359

Трубы малых диаметров могут проходить вторичную горячую

или холодную деформацию в целях получения более качествен-

ной поверхности и повышения точности размеров.

7.1.2. Исходные материалы и заготовки

для производства труб

Для производства труб применяется углеродистая сталь обык-

новенного качества, поставляемая по ГОСТ 380 — 94 с гарантией

механических свойств и химического состава марок: Ст2пс, СтЗкп

и др. Бесшовные трубы чаще изготовляют из качественных кон-

струкционных углеродистых сталей марок сталь 10 или 20 по ГОСТ

1050 — 88. Кроме них, применяются низколегированные стали,

например, для получения горячекатаных труб диаметром 530...

1 220 мм, работающих под давлением 5,5... 6,4 МПа: 17Г1С, 13ГС

и др.

При производстве бесшовных труб обычно применяется спо-

койная сталь, для сварных — спокойная, полуспокойная и кипя-

щая. Спокойные стали более качественные, но дороже в произ-

водстве.

Для изготовления труб для магистральных газонефтепроводов

применяется несколько марок низколегированных (ферритно-пер-

литных) сталей, поставляемых горячекатаными или нормализо-

ванными. Для труб диаметром 530...820 мм используется горяче-

катаная сталь 17Г1С, а также стали 09Г2, 10Г2С; для труб диамет-

ром 1 020... 1 220 мм — простые нормализованные стали 17ПС-У

и 15Г2АФЮ, упрочненные нитридами алюминия, сталь 13Г2АФ,

упрочненная нитридами ванадия, и др.

В последнее время выпускаются новые типы малоперлитных

или бесперлитных сталей, получаемых методом контролируемой

прокатки (09Г2ФБ и 08Г2ФЮ). Высокие свойства этих сталей

достигаются при минимальном легировании (микролегирование

карбонитридными элементами) за счет максимального измель-

чения их структуры при прокатке и контролируемом охлажде-

нии. Повышение пластичности и вязкости стали обеспечивается

благодаря формированию однородной структуры и субструкту-

ры, пониженному содержанию вредных примесей и неметалли-

ческих включений, снижению уровня локальных внутренних на-

пряжений.

В зависимости от способа производства и назначения исход-

ным материалом для производства труб могут быть катаная и ко-

ваная заготовки, слитки, а также заготовки, полученные центро-

бежным и полунепрерывным литьем.

Более подробно применение сталей различных марок будет

рассмотрено при классификации труб по их назначению и спосо-

бу применения.

360

7.1.3. Сортамент труб

Трубная промышленность производит трубы широкого сорта-

мента — наружным диаметром d от 0,1 до 2 500 мм и толщиной

стенки s от 0,01 до 150 мм.

В соответствии со стандартами бесшовные трубы из сталей раз-

ных марок изготовляют диаметром от 25 мм до 550 мм. Длина

труб l составляет обычно от 4 до 12,5 м, но может быть и другой.

Например, для труб из коррозионно-стойкой стали их длина ко-

леблется в пределах от 1,5 до 10 м.

Сварные трубы по сравнению с бесшовными изготовляют с

более тонкой стенкой, которая имеет меньшие отклонения по

толщине.

Прочностная характеристика является основной для большин-

ства видов труб. С этой целью проводятся механические испыта-

ния металла готовых труб.

По категории прочности трубы подразделяют на три группы:

• обычной прочности ( < 550 МПа);

• высокой прочности ( = 550...750 МПа);

• особо высокой прочности ( >750 МПа).

Гидравлическим испытаниям подвергают только те трубы, ко-

торые предназначены для работы под давлением.

7.2. Трубы для нефтяной и газовой промышленности

7.2.1. Бурильные и обсадные трубы

Основными видами стальных труб, применяемых в бурении и

эксплуатации нефтяных и газовых скважин, являются бурильные,

обсадные, насосно-компрессорные и трубы для ремонта скважин.

Кроме них, применяются различные трубы для обслуживания

скважин, газонефтяных комплексов и транспортировки газонеф-

тепродуктов потребителю: трубы нефтегазопроводные и общего

назначения, трубы для нефтеперерабатывающей и нефтехимиче-

ской промышленности, трубы различной конструкции и типо-

размеров для газонефтетрубопроводов.

Кроме труб, обычным оборудованием трубопроводов являют-

ся вентили, краны, задвижки и компенсаторы, предназначенные

для измерения количества транспортируемого вещества, его тем-

пературы, давления и других параметров.

Соединения в трубопроводах бывают резьбовыми, выполнен-

ными непосредственно сваркой или фланцевыми.

Бурильные трубы применяются для спуска в буровую скважину

и подъема на поверхность породоразрушающего инструмента, пе-

редачи вращательного движения, создания осевой нагрузки на

361