Снятие напряжений и плоскостность: почему обработанную станину ведет

Почему сварные станины деформируются после обработки, чем отличаются термическое и вибрационное снятие напряжений и как задать выполнимую плоскостность.

Станина не готова, когда ее снимают с расточного станка. Она готова, когда через шесть месяцев, уже закрепленная на заводе заказчика, все еще остается плоской. Вся эта статья о разнице между этими двумя моментами.

Откуда берется деформация

Сварка представляет собой местный резкий нагрев с последующим быстрым охлаждением. Металл вокруг каждого шва сжимается, упираясь в материал, который не может свободно перемещаться, и то, что не может сместиться, превращается в запертые остаточные напряжения. Готовая сварная конструкция может быть идеальной по размерам и при этом полной накопленной энергии.

Механическая обработка эту энергию высвобождает. Каждый проход удаляет материал, который удерживал часть этого равновесия, и конструкция релаксирует в новую форму. Станина, которая на столе станка была плоской, за ночь выходит из допуска. У отливок та же проблема в более мягкой форме, из-за неравномерного остывания в форме.

Поэтому вопрос никогда не в том, поведет ли деталь. Вопрос в том, поведет ли ее до обработки или после.

Два метода

Термическое снятие напряжений. Конструкцию помещают в печь, нагревают до температуры выдержки значительно ниже любой точки превращения, выдерживают и медленно охлаждают под контролем. При этой температуре сталь слегка ползет, и пиковые остаточные напряжения снижаются. Именно этот метод выбирают спецификации, он подробно документирован, и по нему остается диаграмма, которую можно подшить в дело.

Затраты реальны: печь, достаточно большая для детали, перемещения краном, очередь за другими заказами и окалина на поверхности, которую потом нужно снимать дробеструйной обработкой. Для крупной станины доступность печи часто становится самой длинной позицией в сроке изготовления.

Вибрационное снятие напряжений. Конструкцию закрепляют, оснащают датчиками и в течение заданного времени возбуждают на ее собственных резонансных частотах. Пиковые напряжения перераспределяются, а не исчезают. Это занимает часы, а не дни, стоит лишь часть цикла в печи, не требует печи и не оставляет окалины.

Метод широко и успешно применяется для станин. Но его принимают не везде, и некоторые системы качества его не признают. Это решение уровня спецификации, а не техническое предпочтение, которое можно оставить на усмотрение цеха.

Последовательность, которая работает

Для любой станины, где важны обработанные поверхности:

1. Сварить конструкцию.
2. Снять напряжения.
3. Выполнить черновую обработку, оставив припуск на каждой функциональной поверхности.
4. Снова снять напряжения.
5. Выполнить чистовую обработку.

Второй цикл обычно вычеркивают ради экономии, и именно он не дает детали деформироваться после поставки. Для неответственных деталей один цикл после сварки является нормальной практикой, но укажите, что именно Вы покупаете.

Выдержка детали между черновой и чистовой обработкой тоже помогает, а стоит только места в цехе и терпения.

Как написать осмысленное требование плоскостности

«Плоскостность 0,05» на чертеже еще не является спецификацией. В ней нет всего того, что делает число измеримым.

Пригодное требование указывает:

• Какую поверхность. Каждую обработанную площадку отдельно или всю верхнюю плоскость как одну поверхность.
• На какой длине. 0,05 мм на 300 мм и 0,05 мм на 2000 мм представляют собой совершенно разные работы.
• Относительно какой базы. Параллельность и перпендикулярность без базы бессмысленны, а язык для их записи дают геометрические размеры и допуски (GD&T), закрепленные в ISO 1101 и ASME Y14.5. Выберите базу, которая соответствует тому, как станок собирается и как он стоит на опорах.
• Как измерять. Поверочная линейка и щуп, прецизионный уровень, лазер, КИМ. У каждого метода своя разрешающая способность и своя цена.
• Когда и где измерять. На станке после обработки или на плите в метрологической лаборатории при указанной температуре. Крупная стальная конструкция меняет размер вместе с температурой окружающей среды, и на двухметровой станине это не ошибка округления.
• На каких опорах. Станина, измеренная на трех точках, дает другие показания, чем та же станина на шести. Укажите это, иначе Вы измеряете то, как ее поставили.

Укажите эти шесть пунктов, и предложения от разных цехов впервые станут сопоставимыми.

Во что это Вам обходится

Ужесточение плоскостности дорожает нелинейно. Переход от 0,10 мм к 0,05 мм на метр обычно означает еще один проход. Переход от 0,05 мм к 0,02 мм может означать другой станок, дополнительный установ, участок с контролем температуры и второй цикл снятия напряжений, и цена меняется соответственно.

Поэтому задавайте то, что действительно нужно станку. Направляющим, установленным на подлитую плиту, не нужно то, что нужно раме измерительной системы. Самыми дорогими из тех, что мы видим, оказываются чертежи, где допуск по умолчанию применен ко всем поверхностям, потому что никто не спросил, какие из них важны.

Перед отправкой

Отметьте функциональные поверхности, назовите базы, укажите метод снятия напряжений и нужна ли диаграмма, а также какие документы по контролю Вы ожидаете в поставке. Одна страница таких примечаний стоит больше, чем еще неделя переписки.

Отправьте чертеж, и мы скажем, какие цеха могут выдержать эти требования. Если Вы еще выбираете тип конструкции, начните со статьи чугун или сварная сталь.

Частые вопросы

← Все статьи