Проектирование для производства (DFM) в изготовлении тяжелых металлоконструкций
Стандартные правила изготовления листового металла не применяются при работе со стальными листами толщиной более 50 мм, сварными конструкциями весом более 150 тонн или гигантскими вращающимися конструкциями. Проектирование компонентов для сверхтяжелого контрактного производства требует специальных знаний для контроля затрат, ограничения тепловой деформации и обеспечения безопасности.
1. Оптимизация конструкции соединения тяжелых сварных конструкций
При изготовлении массивных нестандартных металлоконструкций завышение размеров сварных швов является одной из самых распространенных и дорогостоящих ошибок инженеров-конструкторов. Хотя кажется более безопасным повсеместно указывать на чертеже стыковые швы с полным проплавлением, они экспоненциально увеличивают трудозатраты, расходные материалы и, что самое опасное, тепловую деформацию.
Ключевые принципы для чертежей сварных соединений
- Максимально используйте угловые швы вместо стыковых: если конструктивные нагрузки не требуют 100% полного проплавления соединения, угловые швы соответствующего размера значительно дешевле и снижают общее тепловложение.
- Проектируйте под автоматическую сварку под флюсом (SAW): если вы проектируете массивные цилиндрические сосуды под давлением или тяжелые конструкционные двутавровые балки, спроектируйте геометрию так, чтобы соединения были легко доступны для автоматической сварки с помощью трактора для сварки под флюсом.
- Обеспечьте доступ к соединению: тяжелым промышленным сварщикам требуется пространство для горелок, бункеров для флюса и надлежащего потока защитного газа. Глухие углы и сильно ограниченные острые углы приводят к плохому проплавлению корня шва.
2. Допуски на обработку тяжелых сварных конструкций
Изготовление тяжелых конструкций из конструкционной стали неизбежно приводит к тепловому расширению, остаточным сварочным напряжениям и небольшому короблению металлического каркаса. При проектировании такого оборудования, как тяжелые опорные рамы, корпуса турбин или массивные станины станков с ЧПУ, функционально невозможно просто сварить необработанную листовую сталь с допуском на соосность ±0,01 мм.
Сначала сваривайте, затем снимайте напряжения, а потом обрабатывайте до окончательного размера. Добавьте «припуски на обработку» (жертвенный дополнительный металл, обычно 10–15 мм в зависимости от масштаба) на любые поверхности фланцев, корпуса подшипников или важные монтажные площадки. Мы полностью соберем и сварим компонент, поместим его в массивную печь для термообработки для снятия конструкционных напряжений и, наконец, переместим готовую массивную деталь в наш центр тяжелой обработки с ЧПУ, чтобы фрезеровать важные площадки полностью плоскими за одну жесткую установку.
3. Припуски для прокатки толстого листа и гибки на прессе
Преобразование массивных высокопрочных стальных листов в точные цилиндрические геометрии для таких компонентов, как вращающиеся печи, дробилки для цемента или монолиты ветряных турбин, требует формовочного оборудования сверхбольшой тоннажности. Чем толще и тверже материал — особенно при работе с износостойкими сплавами, такими как Hardox 500, — тем больше должен быть внутренний радиус изгиба.
- Предотвращение растрескивания материала: всегда указывайте внутренние радиусы изгиба в соответствии с максимально допустимой спецификацией. Изгиб листов с предельной прочностью на растяжение за пределы их кривых упругого возврата значительно сокращает срок службы материала.
- Избегание плоских краев (предварительная гибка): вальцы для листов естественным образом оставляют плоские края в начале и в конце прокатки цилиндра. Поработайте с инженерами Openex по формовке и прокатке листов, чтобы добавить необходимые линии обрезки для предварительной гибки в исходную геометрию заготовки.
4. Проектирование для подъема, перемещения и модульной транспортировки
В Openex подъем компонентов весом до 250 тонн в наших цехах является стандартной ежедневной процедурой. Но DFM выходит за рамки нашего завода. Инженеры должны тщательно планировать, как готовая подсборка будет перемещаться по морским линиям, с учетом ограничений на автомобильные перевозки и на местах монтажа.
Включите в чертежи сварных конструкций постоянно закрепленные, усиленные и стратегически сбалансированные подъемные проушины (цапфы/ушки) и математически проверьте их на смещение центра тяжести. Если основание вашего оборудования превышает безопасные размеры для автомобильной транспортировки в стране развертывания, спроектируйте конструкцию с использованием сегментированных фланцевых соединений с предварительно просверленными массивами точных болтовых отверстий.
Хотите узнать больше о динамике материалов?
Ограничения на проектирование значительно меняются в зависимости от металлургии ваших исходных листов. Ознакомьтесь с нашими основными руководствами по материалам, чтобы оптимизировать выбор сплавов.