Тема 2

Тема 2.3 Выбор и обоснование схемы сборки и сварки

Методическая разработка учебного занятия

Тема занятия: Выбор и обоснование схемы сборки и сварки.

Вид занятия: комбинированное занятие

Цели занятия:

Образовательная:

- Обеспечить усвоение следующих основных задач:

1.принципы разбивки сварной конструкции на отдельные узлы;

2. последовательность сборки узлов.

Воспитательная:

- показать значение данной темы для дальнейшего изучения дисциплины;

- формирование у студентов интереса к будущей профессии

Развивающая:

- расширение кругозора студентов по данной теме

- развитие у студентов творческого подхода к изучению предмета

Ожидаемые результаты занятия:

Студент должен:

Иметь представление:

- о конструкции в целом;

- о соединениях и воспринимаемых нагрузках отдельными сварными узлами;

Знать:

- принципы разбивки сварной конструкции на отдельные узлы;

- последовательность сборки узлов в конструкцию;

- последовательность сборки подузлов и отдельных деталей в свариваемый узел;

Уметь:

- использовать правила составления схемы сборки и сварки отдельных деталей, подузлов и свариваемых узлов в конструкцию.

Межпредметные связи:

Обеспечивающие: Оборудование, механизация и автоматизация сварочного производства.

Обеспечиваемые: курсовое и дипломное проектирование

Обеспечение занятия:

Наглядные пособия: плакаты

Технические средства обучения:

Учебные места: кабинет ТЭСП

Литература:

Основная: 1) Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991

Дополнительная: Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций – М.: Издательский центр «Академия», 2008

Ход занятия.

Ход занятия | Деятельность преподавателя | Деятельность студентов
1. Организационный момент | Сообщение студентам темы и задач занятия. Проверка готовности к уроку. | Наличие на столе рабочей тетради, письменных принадлежностей.
2. Изучение нового материала | Сообщает содержание этапов занятия | Записывают в тетрадях вопросы необходимые для изучения
3. Закрепление нового материала | Задает вопросы для повторения пройденного материала | Отвечают на поставленные вопросы
4. Домашнее задание | Стр. 52 |
5. Подведение итогов занятия | Объявляет итоги занятия. |

Вопросы, изучаемые на уроке:

1. Принципы разбивки сварной конструкции на узлы;

2. Последовательность сборки узлов в конструкцию;

Вопрос 1. Принципы разбивки сварной конструкции на узлы

При изготовлении сварных конструкций, содержащих большое количество деталей, целесообразно на стадии разработки технологического процесса расчленить конструкцию на сборочные единицы. Такой прием имеет ряд преимуществ:

- повышает технологичность конструкции;

- позволяет повысить возможность организовать параллельное изготовление сборочных единиц, что расширяет фронт работ, привлечь к изготовлению большее количество рабочих и сократить сроки выпуска конструкции, что экономически выгодно, поскольку сокращает период оборота капитала;

- улучшает доступность мест выполнения сварки;

- улучшает доступность сварных соединений для выполнения операций контроля качества;

- упрощает технологию механической обработки за счет уменьшения габаритов и веса конструкции, а также лучшей доступности мест обработки;

- появляется возможность выполнить механическую обработку деталей до сборки и сварки, что сокращает отходы металла и позволяет осуществить взаимное позиционирование деталей без сборочных приспособлений;

- позволяет уменьшить уровень остаточных напряжений в результате меньшей жесткости сборочной единицы по сравнению с целой конструкцией;

- дает возможность уменьшения сварочных деформаций путем их компенсации при сборке и сварке конструкции в целом.

В некоторых случаях предпочтение отдают другой технологии, когда вначале производится сборка конструкции в целом из отдельных деталей и затем сварка швов. Поскольку в этом случае конструкция обладает большей жесткостью, чем отдельные сборочные единицы, деформации конструкции после сварки оказываются меньше по величине, но именно по этой причине уровень остаточных напряжений в конструкции выше.

Существует третья технология. Изготовление ведут путем постепенного наращивания конструкции, за счет присоединения отдельных деталей и изготовленных ранее сварочных единиц.

При разбивке конструкции на сборочные единицы технолог руководствуется количеством, конфигурацией и толщиной деталей, составляющих сварную конструкцию, а также программой выпуска изделия, учитывает также особенности сборочно-сварочного и вспомогательного оборудования.

Процесс выбора варианта расчленения конструкции на сборочные единицы трудно поддается формализации, и получение оптимального решения во многом зависит от опыта технолога. Вместе с тем можно сформулировать несколько общих рекомендаций, позволяющих получать приемлемый результат:

- необходимо стремиться к максимальному упрощению конструкций за счет увеличения их количества и уменьшения числа в них деталей;

- желательно, чтобы в сборочных единицах сварные швы располагались симметрично или возможно ближе к центру тяжести сечения. Это позволит уменьшить величину остаточных деформаций;

- необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечить доступность сварных швов и расположение их в удобном для сварки нижнем положении при минимальном количестве перемещений узла. Лучше, когда в сборочной единице швы располагаются в одной или нескольких параллельных плоскостях;

- нежелательно, чтобы в одной сборочной единице требовалось использовать несколько различных способов сварки;

- конструкция сборочной единицы должна быть удобной для транспортировки и достаточно жесткой, чтобы исключить возможность ее деформирования при транспортировке с одного рабочего места к другому.

Вопрос 2. Последовательность сборки узлов в конструкцию

В общей трудоемкости сборочные операции занимают 25—40 %. Они наименее механизированы. Сборка — совокупность операций по установке деталей в положение, предусмотренное чертежом для последующей сварки или пайки.

Помимо требований, определяемых конструкцией изделия, сборка должна удовлетворять ряду требований, вытекающих из особенностей техпроцесса сварки и пайки. К ним относятся: обеспечение доступности мест сварки; допустимые зазоры, смешение кромок и деталей друг относительно друга, излом осей свариваемых деталей, угловатость кромок и др.

Требования к точности сборки определяются нормативными документами.

Рис.1 Допустимое смещение кромок:

е ≤ 1,0 при t1 ≤ 6,5 мм; е ≤ 0,15t1 max 3мм

Рис.2 Допустимое смещение элементов крестового соединения:

е ≤ 0,5 t1 для t1 ≤ t2 и t2 < t1; е ≤ 0,5 t3 для t1 ≤ t2 и t2 > t1

Точность зависит от методов сборки и применяемых приспособлений, способа базирования деталей. С целью повышения точности рекомендуется разбить сварную конструкцию на сборочные единицы и после их изготовления выполнить общую сборку всего изделия. При этом удается улучшить доступность сварных швов, осуществить компенсацию неточности сборки отдельных узлов и уменьшить сварочные деформации. Аналогичные возможности появляются при применении метода последовательного наращивания, но в этом случае сокращается фронт работ, что увеличивает срок изготовления.

Рис. 3. Допустимые отклонения при сборке конструкции:

е1 ≤ 1 + 0,002L max 10 mm; e2 ≤ 1 + 0,01 h max 0,5t

Рис. 4. Допустимые отклонения при сборке тавровых соединений

элементов набора жесткостей:

е1 < 1 + 0,01 h max 10 mm; e3 < 1 + 0,01b max 6 mm; e2 < 1 + 0,01h max0,5t;

e4 < 0,02b max t

Если сварка является заключительной операцией, то точность конструкции зависит от ширины поля допустимых отклонений основных размеров заготовок. Более того, отклонение размеров заготовок могут привести к существенным затруднениям при сварке, поскольку допуски на расположение стыка в пространстве достаточно жесткие, особенно при применении современных методов автоматической сварки. Поэтому руководитель сварочного производства должен обращать серьезное внимание на обоснованность требований, установленных для изготовления деталей и заготовок.

Наибольшую точность изготовления обеспечивает механическая обработка готовой сварной конструкции после сварке, но при этом некоторые участки конструкции могут оказаться недоступными для обработки. При изготовлении крупногабаритных конструкций возможности механической обработки ограничиваются наличием на производстве соответствующего оборудования. Кроме того, механическая обработка готовой сварной конструкции предполагает необходимость больших припусков на детали и заготовки, что увеличивает трудоемкость такой обработки.

В этих случаях рекомендуется компромиссное решение — механической обработке подвергают отдельные детали перед сборкой и сваркой. Это позволяет повысить точность при сборке, но точность готовой конструкции может оказаться недостаточной из-за появления остаточных сварочных деформаций.

В ряде случаев рекомендуется применять механическую обработку деталей не только перед сваркой, но и после изготовления отдельных сборочных единиц и готовой конструкции.

Сборка включает три группы операций:

1) установку деталей в положение, предусмотренное чертежом;

2) взаимное ориентирование деталей;

3) временное закрепление деталей.

Методы выполнения этих операций существенно различаются в мелкосерийном, серийном и массовом производстве.

Мелкосерийное производство

Установка и перемещение деталей осуществляется либо вручную, либо с помощью грузоподъемных средств.

Взаимное ориентирование деталей осуществляют по разметке или по шаблонам вручную. Такие способы взаимного ориентирования представляют собой достаточно трудоемкий процесс. Для снижения трудоемкости эту операцию целесообразно выполнять с использованием переналаживаемых кондукторов, собранных из набора унифицированных деталей универсально-сборных приспособлений (УСПС), что позволит оперативно производить переналадку приспособлений под другие сборочные единицы и конструкции.

Рис. 5 сборочное приспособление на основе комплекта унифицированных деталей УСПС

Закрепление деталей осуществляют с помощью струбцин, скоб с клиньями и других простейших приспособлений, а также с помощью швов-прихваток.

Требования к швам прихваток:

1. Прихватку выполняют только после очистки свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей, шириной не менее 10 мм, до металлического блеска.

2. Прихваточные швы нужно выполнять с применением тех же сварочных материалов, которые будут использоваться при сварке.

3. По высоте сечения размер прихватки не должен превышать 2/3 размера основного шва.

4. По длине прихватки могут быть либо сплошными, либо прерывистыми. Если прихваточные швы прерывистые, то их длина должна составлять не более (5—10)δ (δ — толщина свариваемых элементов).

5. Расстояние между прихватками должно быть (30—50)8, но не более 500 мм.

6. Обязательно закреплять прихваточными швами соединяемые детали в начале и в конце стыка.

7. При сборке решетчатых конструкций каждый элемент должен быть закреплен прихватками не менее чем в двух точках.

8. При сборке труб прихватки следует располагать симметрично.

9. Общий принцип, которым следует руководствоваться при назначении размеров и расположении прихваток, состоит в следующем: прихватки должны обеспечивать достаточную прочность и жесткость собранного узла в период транспортировки его к месту сварки. Вместе с тем они не должны ухудшать качество сварного соединения.

10. При сварке металл прихваток должен быть полностью расплавлен.

Серийное производство

Установка и перемещение деталей осуществляется так же, как и в мелкосерийном производстве.

Взаимное ориентирование деталей осуществляется в универсальных сборочных приспособлениях — кондукторах, конструкция которых позволяет изменять установочные размеры опорных, упорных и закрепляющих элементов.

В таких приспособлениях имеется возможность осуществлять сварку однотипных конструкций с различными размерами.

Закрепление деталей осуществляется с помощью ручных и механизированных прижимов, причем чем больше объем выпуска изделий, тем выгоднее применять быстродействующие механизированные прижимы. В тех случаях, когда сборка и сварка изделия производится в различных приспособлениях, детали должны быть дополнительно закреплены с помощью прихваток. Следует обратить внимание, что закрепление с помощью прихваток увеличивает время сборки, поэтому необходимо стремиться к сборке и сварке конструкции в одном кондукторе.

Массовое производство

В массовом производстве выполнение сборочных операций включает следующие действия:

- накопление деталей;

- предварительное ориентирование;

- перемещение деталей в сборочное устройство;

- взаимное ориентирование деталей;

- временное закрепление деталей.

Поточно-механизированные, автоматизированные машины и станки-автоматы оснащены устройствами и механизмами, выполняющими эти действия. Конструкции этих устройств определяются формой и размерами деталей, оборудованием для выполнения сборки и сварки, и будут рассмотрены й составе поточно-механизированных линий, применяемых для массового производства сварных конструкций.

Использование специальных сборочных приспособлений позволяет повысить производительность труда и улучшить качество сборки. При сборке детали укладываются в приспособление по упорам и фиксаторам и закрепляются прижимами.

Приспособления должны обеспечивать:

- доступность сварных соединений для сварки в удобном положении;

- точность базирования, надежность закрепления. В некоторых случаях в технологических целях (например, для уменьшения сварочных напряжений или предотвращении образования трещин) предусматривается возможность перемещения отдельных свариваемых деталей в заданном направлении;

- компактность конструкции;

- удобство и требуемую механизацию загрузки, закрепления и съема изделия;

- высокую степень быстродействия;

- надежную защиту трущихся пар механизмов от загрязнений и сварочных брызг;

- надежность и долговечность работы;

- удобство монтажа и демонтажа элементов приспособления при ремонте и переналадке.

Основой сборочного приспособления является жесткая рама, или каркас, несущие упоры, фиксаторы и прижимы. При проектировании сборочных приспособлений стремятся к использованию унифицированных элементов. В задачи конструктора нестандартной сборочное варочной оснастки обычно входит проектирований рамы, на которой размещаются упоры, фиксаторы и прижимы, выбранные из библиотеки унифицированных элементов. Обычно проектирование выполняют средствами графических программных комплексов типа AutoCad; Solid Edge; Solid Wоrk и др При необходимости поворота или кантовки изделия на раме приспособления должны быть размещены цапфы. Если привод прижимов пневматический, то на одной из цапф должна быть предусмотрена муфта для подвода воздуха. Она исключает наматывание шлангов на вращающийся вал (рис.). При размещении упоров, фиксаторов и прижимов необходимо предусмотреть возможность свободного доступа сварочного инструмента к сварным швам. На рис. приведено рекомендуемое соотношение размеров для обеспечения свободного доступа к сварным швам при ручной дуговой сварке.

Рис. 6. Конструкция узла подвода воздуха к вращающимся деталям

Рис. 7. Зона доступности швов для ручной дуговой сварки при b ≤, 400мм h ≤ 0,7b; при b > 400 величина h не ограничена

Закрепление нового материала

1. Каковы принципы классификаций сварных конструкций?

2. На какие типы классифицируют сварные конструкции?

3. Каковы особенности работы сварных конструкций?

4. Какие материалы применяют для изготовления сварных конструкций?

5. Какую сталь называют спокойной?

6. Какую сталь называют кипящей?

7. На какие группы подразделяют конструкционные стали?

8. По каким признакам выбирают стали для изготовления сварных конструкций?

9. Каковы основные способы изготовления заготовок для производства сварных конструкций?

Домашнее задание:

Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991 - стр. 52.