Проектирование сварочного производства
ВВЕДЕНИЕ
Целью курсового проекта является углубление и закрепление знаний в области технологии, механизации и автоматизации.
Задачи курсового проекта
1. Оценка технологичности конструкции, разбивка её на технологические узлы и подузлы, выбор и подробная разработка технологической последовательности изготовления деталей, узлов и подузлов, включая заготовительные, сборочные сварочные операции, контроль.
2. Выбор способа и метода сварки, расчет параметров процесса.
3. Выбор оборудования (заготовительного, механического, сварочного, контрольного) из номенклатуры выпускаемого серийно, наиболее рационального для выполнения тех или иных операций и развитие навыков в проектировании специальной технологической оснастки и инструмента.
Комплексная механизация и автоматизация производственного процесса изготовления сварных изделий представляет собой одну из основных задач современного сварочного производства, решение которой резко повышает производительность труда.
Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:
1. чертеж изделия: станина ножниц;
2. годовая программа выпуска: n=100шт;
3. способы сварки для соединения составных частей изделия: полуавтоматическая сварка под слоем флюса и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа;
4. материал изделия сталь Ст3.
1 Характеристика изделия
Гильотинные ножницы предназначены для резки листового металла. Это оборудование довольно простой конструкции, легко обслуживается и управляется и весьма безопасно. Ножницы должны иметь надежную станину и мощный привод с защитой от перегрузок. Станина испытывает большие нагрузки, поэтому изделие должно быть качественно изготовлено. Для экономии металла и облегчения станина сваривается из листов, а не отливается. Для усиления конструкции привариваются ребра жесткости.
Лидерами в производстве гильотинных ножниц для резки металла являются заводы Дании, Италии, Голландии, Германии. Изделия изготавливаются для мелкосерийного, серийного и массового производства. Отличаются изделия по уровню автоматизации, точности резания, надежности узлов на перегрузки и другим параметрам. Оснащенность отечественных предприятий современным оборудованием очень низка, а производители не могут конкурировать с иностранными аналогами из-за низкого уровня технической, технологической оснащенности и отсутствия современных инженерных решений.
3 Расчёт параметров процесса и выбор
типового оборудования
Перед сваркой выполняется К-образная разделка кромок.
Катет шва принимается К=10мм. Толщина изделия 60мм.
3.1Сварка под слоем флюса
Диаметр электродной проволоки dэ=2 мм. Плотность тока j=100 а/мм2.
Выбираем флюс АН-348 А.
Сварочный ток вычисляем по формуле:
, (1)
где dэ – диаметр электродной проволоки, мм,
j – плотность тока, А/мм2.
.
Напряжение дуги:
,
где Iсв - сварочный ток, А.
.
Скорость сварки:
,
где Fн – площадь наплавки, мм2;
γ –удельная плотность, (γ=7,8);
αН – Коэффициент наплавки,
Iсв- сила сварочного тока, А.
.
Площадь наплавляемого металла:
, (4)
где К – катет шва,
Ку – коэф. усадки металла.
Скорость подачи электродной проволоки:
(5)
где Fэ – площадь сечения электродной проволоки,мм2,
Vсв – скорость сварки, м/ч
Погонная энергия:
(6)
где Iсв – ток дуги, А
Ud – напряжение на дуге, В
Vсв – скорость сварки, см/с,
- эффективный КПД сварочной дуги.
Скорость охлаждения металла
(7)
где - коэффициент теплопроводности, кал/см 0С,
- объемная теплоемкость, кал/ см3 0С,
Тм – температура наименьшей устойчивости аустенита 0С,
gn – погонная энергия сварки, см,
S – толщина металла , см,
Т0 – температура изделия перед сваркой.
Определяем глубину провара:
(8)
где g – погонная энергия сварки, кал/см,
- коэффициент форм провара.
Коэффициент форм провара определяем по формуле:
(9)
где К/- коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности.
Определяем ширину шва
Определяем общую высоту шва
(11)
Оцениваем высоту выпуклости
(12)
3.2 Сварка в среде СО2.
Сварку в среде углекислого газа проводится полуавтоматической установкой. Используется сварочная проволока Св08Г2С.
Площадь наплавляемого металла:
.
Диаметр проволоки при катете К=10мм - d=2мм.
Сварочный ток получаем:
,
.
Напряжение сварочной дуги:
,
.
Скорость сварки :
Скорость подачи:
,
.
Погонная энергия:
,
.
Скорость охлаждения:
,
,
Коэффициент форм провара:
,
.
Определяем ширину шва:
,
.
Оцениваем высоту выпуклости:
,
.
Определяем глубину провара:
,
.
Определяем общую высоту шва :
,
.
6 Выбор метода контроля
При выборе метода контроля швов при сварке станины ножниц исходят из требований, предъявляемых к их качеству. Данное изделие используется как ответственный элемент конструкции, испытывающий динамические нагрузки. Поэтому прочность сварных швов должна быть высока, не допускаются непровары, трещины, крупные раковины и поры. Для контроля качества сварных швов в данном случае выбирается рентгенографический метод контроля (аппарат ИРА-1) [3, 5], так как он обладает высокой чувствительностью.
Рентгенография – это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета (изделия), просвечиваемого рентгеновским излучением. Он основан на способности рентгеновского излучения проходить через непрозрачные предметы, в том числе через металлы, и действовать на рентгеновскую пленку и некоторые химические элементы, благодаря чему последние флуоресцируют.
При этом дефекты, встречающиеся при сварке в теле изделия и чаще всего имеющие характер пустот (непроваров, трещин, раковин, пор и т.д.) на рентгеновской пленке (на рентгенограммах) имеют вид пятен (раковины, поры) или полос (непроваров).
Как правило, просвечивают 3 – 15% общей длины сварного шва. У особо ответственных конструкций просвечивают все швы.
Рентгеновские аппараты, применяемые для контроля изделия, состоят из рентгеновской трубки, источника питания и пульта управления. В качестве источника питания применяют повышающий трансформатор, во вторичную цепь которого включают кенотроны для выпрямления анодного тока и высоковольтные конденсаторы, позволяющие удвоить или утроить напряжение вторичной обмотки трансформатора.
В зависимости от режима просвечивания, качества пленки и правильности дальнейшей ее обработки удается выявить дефекты размером 1 – 3% от толщины контролируемых деталей.
В настоящее время используются рентгеновские аппараты ИРА-1, РУП-120-5-1, РУП-200-5, РУП-400-5, Мира-2Д, Мира-3Д и другие.
Схема просвечивания рентгеновским излучением изделия.
Рисунок 1.
1- рентгеновская трубка,
2- футляр со свинцовым экраном,
3 - просвечиваемое изделие,
4- дефект,
5- кассета,
6- экран,
7- рентгенопленка.
5 РАЗРАБОТКА МАРШРУТНО-ОПЕРАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
5.1 Технологический процесс изготовления изделия
Технологический процесс изготовления изделия состоит из следующих операций:
– слесарной;
– дуговой сварки в среде углекислом газе;
– зачистной;
– контрольной.
После сборки и сварки изделия осуществляется следующая операция техпроцесса – зачистка сварных швов. Эта операция производится на машине пневматической ручной шлифовальной ПШМ – 8.
Заключительным этапом изготовления изделия является контроль качества его сварных швов.
Данная операция производится на рентгеновском аппарате ИРА-1. Важнейшей составляющей разработки маршрутно-операционной технологии сварки является нормирование сборочно-сварочных работ. Нормирование позволяет выбрать наиболее выгодный с экономической точки зрения способ сварки изделия из двух вариантов предложенных в задании.
5.2 Нормирование сборки металлоконструкции под сварку
Станина ножниц собирается из 24 составных частей.
Норма времени на сборку металлоконструкций под сварку состоит из подготовительно-
Подготовительно-заключительное время включает в себя время, затрачиваемое рабочим на получение производственного задания, указаний и инструктажа мастера, ознакомление с работой, получение и сдачу инструмента и приспособлений и сдачу работы.
, (мин). (13)
где - время на получение производственного задания, указаний и инструктажа мастера;
- время затраченное на ознакомление с работой;
- время затраченное на получение и сдачу инструмента;
- время затраченное на получение и сдачу инструмента и приспособлений и сдачу работы.
Норма штучного времени на сборку металлоконструкций в целом (из отдельных деталей и узлов) определяется как сумма затрат времени на установку, крепление деталей и времени на повороты конструкции.
(14)
время на установку отдельных деталей в мин.
время крепления отдельных деталей в мин.
время на повороты конструкций в сборки в мин.
Время на установку, крепление и прихватку деталей:
1. Краном устанавливается плита 3 (1,5 тонны; 4025*60*830 габариты) – Т1=3+7=10минут.
2. Устанавливаются ребра 6 (130 кг каждое; 525*525*60) – Т2=3+2,4+4,5+0,27+2*0,45=11,
3. Устанавливаются ребра 1 (163 кг каждое; 3000*115*60) – Т3=3+2,4+6,5+0,27+4*0,45=14,
4. Устанавливаются пластины 2 ( 2228кг каждое;5700*830*60) – Т4=7+3+(11,1+1,3*3)+0,27+8*0,
5. Устанавливаются пластины 7 (205 кг каждое; 830*525*60) – Т5=3+6,2+0,27+5*0,45=11,72мин,
6. Устанавливаются пластины 4 (по 2.4 тонны каждая)
7. Устанавливаются пластина 5 (1.4 т) Т7=7+(11,1+8*1,3)+2*0,27+0,45*
Tш=10+81,36+78,42+38,28+18,94+
Время на прихватки: Тпр=67,76 мин.
Тобщ. сбор прихват=10+88,56+89,56+89,22+
Норма времени на сборку партии плит:
, (мин), (15)
где n – годовая программа выпуска.
Штучно-калькуляционное время:
, [мин] (16)
где - норма штучного времени, мин;
.
5.3 Расчет количества постов для сборки
Количество сварочных постов определяется по формуле:
где ФЭ – эффективный фонд времени сварочного поста:
ФЭ=ПС·ЧС·ЧД·КП ,
где ПС – продолжительность одной смены, час;(8,2);
ЧС – число рабочих смен в сутках;(2);
ЧД – число рабочих дней в году, дн.;(251);
КП – коэффициент потерь времени работы оборудования (выбирается в зависимости от ЧС, КП = 0,95);
ФЭ = 8,2·2·251·0,95=3910 (ч);
Отсюда
Принимается количество сборочно - сварочных постов СПР =1.
Коэффициент загрузки сварочного поста рассчитывается по формуле:
где CР – расчетное количество сварочных постов;
CПР – принятое количество сварочных постов.
η = 0,19/1= 0,19 £ 1,15
Таким образом, мы принимаем один пост для сборки металлоконструкции. Число рабочих смен в сутках – две.
5.4 Расчет нормирования полуавтоматической сварки в среде углекислого газа
Подготовительно-заключительное время при сварке в среде углекислого газа складывается из времени на получение производственного задания и инструктажа (5мин), ознакомления с работой (3 мин), установки величины сварочного тока (0,8 мин), скорости подачи проволоки (0,1 мин), установки расхода газа (2 мин), продувки газовых шлангов горелки (0,8 мин), регулировки давления воды в шлангах (1 мин), сдачи работы (2мин) и подготовки приспособлений (5 мин). Всего 23,6 минуты.
Основное время сварки.
Основное время на сварку 1 пог.м шва при сварке в среде углекислого газа:
,
где Fн – площадь наплавки, мм2;
γ –удельная плотность, (γ=7,8);
αН – Коэффициент наплавки,
Iсв- сила сварочного тока, А.
.
Скорость сварки Vсв=10,1м/ч,
скорость подачи электродной проволоки Vэ=201м/ч.
Рассчитываем длину сварного шва (сварка двусторонняя, шов с К-образной разделкой кромок):
.
Время, требуемое для сварки получается равным 180.6,2=1116 минут.
Вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием и работой оборудования:
Время на установку в начале шва головки полуавтомата и газоэлектрической горелки – 0,1.96(количество швов)=9,6минут.
Время на включение и отключение установки для газоэлектрической сварки – 5 минут.
Время на перемещения сварщика - 28 минут.
Время на постановку именного клейма – 0,1.92.2=18,4 минуты.
Общее время – 9,6+5+28+18,4=61минута.
Рассчитываем вспомогательное время, связанное со свариваемым швом:
1. очистка и осмотр свариваемых кромок – t=0.5.180=90мин,
2. очистка шва от шлака, промер и осмотр шва – t=0.4.180=72мин,
3. переход сварщика – t=0.15.180=27мин.
Общее время – 27+72+90=189мин.
Время на обслуживание рабочего места, на отдых и естественные надобности в неудобном положении: K2=1.21.
Штучное время на сварку одной детали:
. (21)
Рассчитывается время, затрачиваемое на изготовление партии изделий:
где n – программа выпуска.
Тпар =23,6+1587,52∙100= 158775,6 мин » 2646 ч.
Соответственно штучно-калькуляционное время на одно изделие составит:
где Тш - норма штучного времени, мин.
5.5 Расчет количества сварочных постов при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа
Количество сварочных постов определяется по формуле:
где Фэ – эффективный фонд времени сварочного поста:
где Пс – продолжительность одной смены, час;(8,2);
Чс – число рабочих смен в сутках;(2);
Чд – число рабочих дней в году, дн.;(251);
Кп – коэффициент потерь времени работы оборудования (выбирается в зависимости от Чс, Кп=0,95);
Отсюда
Принимается количество сварочных постов Спр=1. Коэффициент загрузки сварочного поста рассчитывается по формуле:
где Cр – расчетное количество сварочных постов;
Cпр – принятое количество сварочных постов.
h=0,67 /1=0,67£1,15.
Таким образом, мы принимаем один сварочный пост. Число рабочих смен в сутках - две.
5.6 Нормирование полуавтоматической сварки под флюсом
Определяется подготовительно-заключительное время для сварки под флюсом:
Тп.з.= tп + tо + tу + tуп + tп + tв + tсс +tпс ,
где tп – время, затрачиваемое на получение производственного задания, указаний и инструктажа, мин;
tо – время, затрачиваемое на ознакомление с работой, мин;
tу – время, затрачиваемое на установку величины сварочного тока, мин;
tуп – время, затрачиваемое на установку скорости подачи электродной проволоки, мин;
tп – время, затрачиваемое на продувку газовых шлангов горелки, мин;
tв – время, затрачиваемое на включение и регулировку сварочной установки, мин;
tсс – время, затрачиваемое на установку оптимального расхода углекислого газа, мин;
tпс – время, затрачиваемое на сдачу работы, мин.
Тп.з. = 3+3+2,5+0,1+2 = 10,6 мин.
Рассчитывается основное время на один погонный метр шва:
где Fн – площадь наплавки, мм2;
γ –удельная плотность, (γ=7,8);
αН – Коэффициент наплавки, ,
Iсв- сила сварочного тока, А
.
Скорость сварки и подачи проволоки:
; .
Определяется вспомогательное время, связанное со сварочным швом:
t в.ш. = tбр + tсф+tош ,
где tбр – время на очистку и осмотр свариваемых кромок, мин;
tсф – время, затрачиваемое на очистку шва от шлака, промер и осмотр шва, мин;
tош– время, затрачиваемое на переход сварщика к началу шва с полуавтоматом, мин;
.
Определяется вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием:
t в.и. = tуст + tотн +tкл+tупр ,
где tуст – время, затрачиваемое на установку изделия с помощью крана, мин;
tс – время, затрачиваемое на снятие и отвоз изделия, мин;
tупр – время, затрачиваемое на включение и отключение установки, мин;
.
Определяется норма штучного времени:
,
где К1 - коэффициент, оперативного времени на обслуживание рабочего места, равный 1.21;
L – длина шва, м.
мин.
Рассчитывается время, затрачиваемое на изготовление партии изделий:
где n – программа выпуска.
Тпар = 10,6+1818,32∙100= 181842 мин » 3031 час.
Соответственно штучно-калькуляционное время на одно изделие составит:
где Тш - норма штучного времени, мин.
5.7Расчет количества сварочных постов при полуавтоматической сварке под флюсом
Количество сварочных постов определяется по формуле:
где Фэ – эффективный фонд времени сварочного поста:
где Пс – продолжительность одной смены, час;(8,2);
Чс – число рабочих смен в сутках;(2);
Чд – число рабочих дней в году, дн.;(251);
Кп – коэффициент потерь времени работы оборудования (выбирается в зависимости от Чс, Кп=0,95);
Отсюда
Принимается количество сварочных постов Спр=1. Коэффициент загрузки сварочного поста рассчитывается по формуле:
где Cр – расчетное количество сварочных постов;
Cпр – принятое количество сварочных постов.
h=0,77 /1=0,77£1,15
Таким образом, мы принимаем один сварочный пост. Число рабочих смен в сутках - две.
6 Расчёт пневматического цилиндра
Для фиксации частей детали используется пневматический цилиндр. Выбираем пневмоцилиндр двустороннего действия исполнения типа 1 с фланцевым креплением по центрирующей выточке.
