Речь идет о станках для изготовления спирально-навитых прокладок

Концепция спирально-навитых прокладок (СНП) была предложена фирмой Flexitallic в 1912г.

СНП представляет из себя спиральный рулон, навитый из чередующихся слоёв профилированной (V- или W –образной) холоднокатанной антикоррозийной металлической ленты и ленты мягкого наполнителя из терморасширенного графита или фторопласта.

• Толщины лент: металлической ~0,2мм, наполнителя ~ 0,5мм.
• Толщина СНП (ширина лент) от 3,2 до 6,5мм

Варианты исполнения СНП

Красным цветом изображены внутренние и наружные ограничительные кольца.
Серым (черно-белым) цветом изображен сам рулонный пакет СНП.

сновные потребители спирально-навитых прокладок - нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, металлургическая промышленность, а также традиционная и атомная энергетика.

В этих областях СНП применяют в качестве уплотнителей фланцевых соединений диаметром от 10 миллиметров до 2,5 метров при рабочей температуре среды от -196°С до +600°С и давлении до 25 МПа.

Спирально-навитые прокладки изготавливаются на специализированных станках с программным управлением. Чтобы спиральный рулон СНП не раскручивался, первые и последние витки из стали скрепляют в процессе намотки контактной сваркой. Для надёжности крепления ставятся несколько сварных точек на некотором расстоянии друг от друга. От качества сварки во многом зависит надёжность прокладки, особенно, если СНП не имеет внутренних или наружных ограничительных колец.

Заказчик ЗАО «Фирма Союз-01» для изготовления СНП применяет несколько итальянских автоматов и два российских полуавтомата.
Российские станки используются заказчиком для изготовления прокладок большого диаметра и для СНП нестандартных конструкций (например, с внутренним усилением несколькими слоями металлической ленты). Эти станки имели хорошую механику с гигантским ресурсом, а вот автоматика и сварка практически полностью отсутствовали. Заказчик поставил задачу - модернизировать эти станки по следующим направлениям:

• решение проблемы контактной сварки;
• контроль наружного диаметра СНП в процессе её намотки;
• программируемая подача сварочных импульсов для обеспечения задаваемого количества сварных точек (от одной и до бесконечности) и задаваемого линейного расстояния между ними по образующей.

Заказчик, работая на итальянском оборудовании и зная его стоимость, прекрасно понимал, что копирование технических решений этих станков может быть очень дорогим. Более того, прямое копирование перенесет с собой и те проблемы, которые были у «итальянцев». Например, брак по неисполнению наружного диаметра СНП из-за очень широких допусков на толщины лент российских поставщиков (особенно на графит).

Заказчик очень внимательно прислушивался к нашим рекомендациям и осознанно шёл на рискованное финансирование наших радикальных, крайне простых и, на первый взгляд, неработоспособных вариантов технических решений. Поэтому техническое задание на модернизацию формулировали совместно и поэтапно. Работы по модернизации проводились в несколько этапов: сначала изготовление опытных образцов, демонстрирующих работоспособность наших предложений, и только после завершения всего комплекса опытных и подготовительных работ - изготовление двух идентичных наборов автоматики и сварки для двух станков заказчика.

Односторонняя контактная сварка роликами

На итальянских станках эта проблема решена абсолютно классическим путем: процесс навивки прокладки останавливается, с помощью пневматического привода на прокладку опускаются два медных сварочных ролика с независимой подвеской, на ролики подаётся сварочный импульс, далее следуют поворот прокладки на заданный угол и останов. После этого цикл контактной сварки повторяется. Так ставятся 3-4 сварочные точки, после чего сварочные ролики поднимаются.

Почему не стоит повторять конструкцию итальянского станка:

• ширина лент для спирально-навитых прокладок может быть очень малой - 3,2мм, более того, на этой ширине металлическая лента ещё и спрофилирована. Можете себе представить этот «итальянский» механизм (а мы его видели), который опускает сварочные ролики Æ100мм с независимой (плавающей) подвеской и обеспечивает расстояние 1-2мм между ними в месте их контакта с профилированной лентой на пятачке 3x3мм.
• при изменении номенклатуры изготавливаемой спирально-навитой прокладки (диаметр, толщина или профиль) появляется необходимость в механической переналадке выше описанного механизма контактной сварки (а это не очень просто) и изготовления нескольких пробных прокладок (а это вероятный брак).
• цена такого безлюфтового механизма роликовой контактной сварки, естественно, сверхвысокая.

Наше решение этой проблемы

Мы воспользовались наличием V- или W–образных профилей на металлической ленте – это фактически клин, который в нашем варианте не мешает решению этой проблемы, а наоборот помогает решить её очень простым путём. Внешний вид и схема решения представлены на рисунках:

• в нашей конструкции применён неразборный клеёный двухполюсный сварочный ролик;
• гарантированный контакт каждого полюса нашего сварочного ролика с лентой обеспечивается наличием внутреннего или наружного «клина» (в зависимости от профиля ленты СНП);
• требования к точности изготовления механизма, подводящего сварочный ролик, практически отсутствуют, более того, наличие естественных люфтов только приветствуется, поскольку происходит самоцентрирование сварочного ролика на профиле;
• известно, что для качественной сварки малых толщин длительность импульса должна быть минимальной. Наш аппарат контактной сварки «Блиц» проводит сварку ленты из нержавеющей стали толщиной 0,2мм всего за 20-30 миллисекуд. При таких коротких импульсах стало возможным проводить сварку «на ходу», то есть не останавливая процесс намотки прокладки;
• механизм подведения сварочного ролика к СНП базируется непосредственно на прижимном ролике станка, поэтому не требуется его сложной перенастройки при смене номенклатуры СНП.

Такое решение позволило отказаться от громоздкого механизма контактной сварки, практически ликвидировать переналадку при смене номенклатуры, повысить качество сварки, повысить производительность и существенно снизить стоимость модернизации станков для заказчика.

Контроль наружного диаметра спирально-навитых прокладок

Автоматика итальянских станков построена на подсчёте количества оборотов, которые должна совершить оправка, соответствующая внутреннему диаметру прокладки, а наружный диаметр получается автоматически после завершения программы. При таком «жёстком» программном подходе, естественно, все ошибки в толщинах лент выливаются в ошибку в наружном диаметре прокладки.

Наше решение этой проблемы

Обратная связь по ширине прокладки с высокоточным датчиком положения на штоке прижимного ролика решила эту проблему раз и навсегда. После набора заданной с помощью датчика ширины прокладки происходит автоматический останов процесса намотки.

Программируемая подача сварочных импульсов

Учитывая, что сварка производится без остановки намотки СНП, программировать подачу сварочных импульсов необходимо по двум параметрам: моменту подачи импульса (расстоянию между точками на СНП) и количеству импульсов (количеству сварных точек).
Для повышения производительности заказчик просил сохранить возможность регулирования скорости намотки СНП даже в процессе изготовления одной прокладки, а в ГОСТах на СНП были прописаны жёсткие требования к расстоянию между сварными точками. Более того, одним из требований заказчика было – не использовать в автоматике и механике дефицитные и сложные элементы. Если бы не эти требования, то вопрос решался бы очень просто.

Наше решение этой проблемы

Мы разработали и установили на станок специальный датчик, который подает импульсы через каждые 6мм длины прошедшей через него стальной ленты. Теперь блок автоматического управления станком позволяет оператору устанавливать расстояние между точками контактной сварки кратно этому размеру (6, 12, 18 или 24мм), и плавно менять скорость намотки СНП во всем диапазоне возможностей механики станка даже при изготовлении одной прокладки.

Необходимость в разработке специального датчика была связана с тем, что стандартные датчики не смогли бы надёжно работать на станке при наличии графитовой, стальной и масляной пыли. Датчик линейной протяжки металлической ленты был разработан на элементной базе автоматики отечественных автомобилей. Куда проще!

Общий вид станка для изготовления спирально-навитых прокладок после модернизации

СНП (на фотографии с внутренним ограничительным кольцом); Ведущая оправка; Прижимной ролик; Датчик линейной протяжки ленты; Двухполюсный сварочный ролик; Токоподводящие провода к сварочному ролику; Аппарат контактной сварки «Блиц»; Блок автоматики; Пульт управления станком.

Работы по модернизации станков были завершены в 2005г. По отзывам заказчика оборудование работает «надёжнее швейцарских часов».