Проектування складально-зварювальної оснастки

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

ЗМІСТ

ЗМІСТ

  

 Вступ                                                                                                                 4     

1.Вихідні дані для проектування складально-зварювальної оснастки.

1. Характеристика конструкції зварного виробу та ТУ на виготовлення.                                                                                          

 

2. Технологічний процес складання - зварювання виробу.                    
3. Вибір технологічних баз та базування заготовок.

 

4. Способи  та режими зварювання.
5. Зварювальне устаткування.

 

6. Обґрунтування доцільності розробки складально-зварювальної оснастки.

 

2. Технічне завдання на проектування складально-зварювальної оснастки.

 

1. Найменування складально-зварювальної оснастки.
2. Призначення складально-зварювальної оснастки.

 

3. Технічні вимоги до розроблюваного пристрою.

 

2.4. Технологічний процес складання-зварювання виробу в пристрої.

 

2.5. Схема  базування та закріплення заготовок виробу в пристрої.

 

6. Зварювальне та допоміжне устаткування.

Режими роботи (кількість змін). Кількість пристроїв.

 

 

3. Розроблення складально-зварювальної оснастки.
1. Розрахунок сил для закріплення заготовок виробу в пристрої.

 

3.2. Обґрунтування вибору та розрахунок несучих конструкцій, упорів, опор та притискачів розроблюваної складально-зварювальної оснастки.

 

3.3  Технологічність і точність пристрою                            

 

4. Опис та компонування конструкції та роботи складально -зварювального пристрою.                                                                                                                                                                                  

 

 

4.  Висновки.                                                                                                       41

5.  Література.

 

6.  Додатки.

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

На сьогоднішній день машинобудування належить до найпотужніших галузей народного господарства, забезпечує високу якість і точність виробів взагалі та оброблюваних поверхонь деталей машин зокрема. Його ефективність досягається збільшенням питомої ваги автоматизованого устаткування, роботизованих систем, споряджених мікропроцесорною чи обчислювальною технікою, гнучких автоматизованих комплексів і гнучких виробничих систем.

Ефективне використання зазначеного устаткування неможливе без створення сучасного інструментального спорядження підвищеної надійності, яке би забезпечувало економічне використання дорогої прогресивної техніки. Ця обставина зумовлює підвищені вимоги до металорізальних інструментів, їх якості, ефективності. Тому майбутні фахівці в галузі металооброблювання повинні вміти проектувати різні види інструментів а також вдосконалювати їх для верстатів-автоматів, автоматичних ліній, верстатів з ЧПК, швидко переналагоджувальних технологічних систем з урахуванням вимог до оброблюваних деталей, особливостей устаткування.

Кронштейни набули широкого поширення як елементи кріплення, використовувані в сучасних інженерних конструкціях приладобудування, машинобудування, в промисловому та цивільному будівництві. В процесі своєї експлуатації вони несуть суттєве навантаження, тому їх конструкція повинна забеспечувати гарантовані умови експлуатації і в більшості випадків не бути металоємкісною.

Відповідно, для їх виконання необхідно проводити розрахунок напружено-деформованого стану цього виду деталей ще на стадії проектування, зокрема з використанням комп'ютерної техніки.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Вихідні дані для проектування складально-зварювальної оснастки.

 

1.1 Характеристика конструкції зварного виробу та ТУ на виготовлення

Завданням курсового проекту  є проектування складально-зварювальної оснастки на конструкцію, яку ми назвимо кронштейн.

Оскільки, кронштейн-це консольна опорна деталь, або конструкція, що служить для кріплення на вертикальній площині (стіни чи колони) виступаючих або висунутих в горизонтальному напрямку частин машин або споруд.

Конструктивно кронштейн може виконуватися у вигляді самостійної деталі або багато детальної конструкції з розкосами, а також у вигляді значного потовщення в базовій конструкції деталі.

Механічний принцип дії - опір матеріалу на відкол і руйнування.

Отож вигляд кронштейна має вигляд: (рис 1.1)

Рис 1.1.1 Кронштейн

Даний кронштейн призначений, у вигляді полиці, з привареним до нього розкоса, який служить для підтримання виробів зі значною вагою, або пристроїв що працюють на певній висоті.

 

зобразимо ескіз нашого кронштейна та покажемо основні елементи, що конструюють даний виріб (рис 1.1.2)

Рис 1.1.2 ескіз та розчленування на основні елементи

Кронштейн складається зі:

1-закріплюючого елементу, особливість якого є, те що по краях цієї пластини симетрично розташовані 4 отвори з діаметрам 10 мм, які служать для з'єднання з колоною на якій буде розташований виріб, габарити даного елементу:  500х200х10 мм.

2- полиця поперечна, яка служить для підтримання виробу, ширина цієї пластини 200мм, довжина 10мм, висота 280 мм, а товщина 10 мм;

3 - косинка, яка діє, як ребро жорсткості та підтримує основний елемент з поперечною опорою, тим самим забезпечуючи міцність між полицею та закріплюючого елементу, габарити якої 350х10х 10мм  .

Даний кронштейн виготовлений зі конструкційної вуглецевої сталі ВСт3сп, яка нормується за ГОСТ 380-71. Наведемо хімічні (таблиця 1.1.1), механічні(таблиця 1.1.2) температури критичних точок (таблиця 1.1.3) та технологічні властивості даного матеріалу (таблиця 1.1.4):

 

 

Таблиця 1.1.1                        

 
Хімічний склад в % сталі  сталі ВСт3сп

 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.14 - 0.22	0.12 - 0.3	0.4 - 0.65	0.3	0.05	0.04	0.3	до   0.3	до   0.08

 
Таблиця 1.1.2                        

 

 
Механічні властивості при Т=20oС сталі ВСт3сп .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Поковки	до 100		353	175	28	55	640	Нормализация
Поковки	100 - 300		353	175	24	50	590	Нормализация
Прокат горячекатан.	до 20		370-480	245	26			Состояние поставки

 

 

Таблиця 1.1.3

Температура критических точек материала ВСт3сп.

Ac1 = 735 ,      Ac3(Acm) = 850 ,       Ar3(Arcm) = 835 ,       Ar1 = 680

 
Таблиця 1.1.4 

Технологічніе властивості сталі ВСт3сп .

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

 

Зварюваністю називають комплексну технологічну характеристику сталі, яка відображає її реакцію на тепловий і металургійний вплив процесу зварювання і визначає відносну природність цієї сталі для утворення (отримання) зварного з’єднання з заданими властивостями при застосуванні технологічно відпрацьованих на даний час способів зварювання і зварювальних матеріалів.

Головні показники зварюваності – можливість і умови отримання експлуатаційно-надійних зварних з’єднань (уникнення гарячих і холодних тріщин, отримання заданих механічних властивостей або певного хімічного складу, фізичних властивостей).

Чим менше обмежуючих умов необхідно виконати для отримання зварних з’єднань заданих властивостей, тим вище оцінка зварюваності (група зварюваності).

Попередню оцінку зварюваності можна дати по хімічному складу сталі.

Гарячі тріщини, звичайно, утворюються в однофазних аустенітних стальних швах і в швах при зварюванні сплавів на нікелевій основі, рідше вони спостерігаються в феритно-мартенситних і феритних швах, а також в швах, які отримуються при зварюванні вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей.

Утворення гарячих тріщин зумовлено низькою деформаційною здатністю (пластичністю) і міжкристалітною міцністю метала шва (або околошовної зони), при високих температурах і виникненням, і розвитком розтягуючих напружень в зварному з’єднанні в момент мінімальної міцності і пластичності. Основними хімічними елементами, які можуть викликати гарячі тріщини це: вуглець, сірка, фосфор та шкідливі домішки.

Схильність до утворення гарячих тріщин можна оцінити за формулою:

 

Якщо HCS >4, то утворення гарячих тріщин можливе.

 

HCS

 

Дана сталь схильна до утворення гарячих тріщин, оскільки  9,46 ˃4

Холодні тріщини виникають при температурах нижче +200°С, коли метал має високу твердість. По характеру розповсюдження, в металі холодні тріщини являються, в основному, транскристалітним руйнуванням металу. Зароджуючись на границях зерен (найчастіше на стику трьох зерен), холодні тріщини розповсюджуються потім як по границях, так і по тілу зерен. Вони, звичайно утворюються в зварних швах, які закалюються і околошовній зоні основного металу, схильного до закалки. Найбільш часто, холодні тріщини виявляються в швах і околошовній зоні з’єднань середньолегованих і високолегованих сталей перлітного і мартенситного класів, які зварюються дротом або електродами ідентичного класу. Рідше вони зустрічаються в аустенітних зварних швах.

Схильність до утворення холодних тріщин можна оцінити за допомогою формули:

Якщо Секв>0.45, сталь схильна до утворення холодних тріщин.

Отже, сталь не схильна до утворення холодних тріщин, враховуючи, що розрахунок вівся для найнесприятливішої комбінації хімічних елементів.

 

1.2 Технологічний процес складання - зварювання виробу.

Більшість складально-зварювальних пристроїв, що використовуються у зварювальному виробництві, створені як оригінальні і призначені для виготовлення конкретних виробів в умовах масового виробництва.

Оскільки тип виробництва кронштейна - масове, враховуючи, що конструкція є відповідальною, габаритною, має значну довжину швів, тому доцільно як умога більше механізувати та автоматизувати виготовлення даного кронштейна.

Нагадаємо, що даний кронштейн складається з 3-х основних елементів:

1 елемент - закріплююча (основна) частина;

2 елемент - поперечна полиця (стояк);

3 елемент - косинка;

Технологія складання та зварювання елементів кронштейну здійснюється в наступній послідовності(з врахуванням виконаних заготівельних операцій) в таблиці 1.2.2:

                                                                                                 

Таблиця 1.1.2

Операція складання та зварювання кронштейну

№ переходу	Зміст переходу, з показом послідовності способу встановлення та закріпленням
1	Елемент 1 встановити на складально-зварювальний стенд та закріплюють притискачами
2	Встановити елемент 2 до елементу 1 згідно креслення та закріпити оснасткою
3	Виконати зварювання вузла 1по контору механізованим способом зварювання
4	Встановити елемент 3 до вузла 1 згідно креслення та закріпити оснасткою
5	Виконати зварювання вузла 2 по контору механізованим способом зварювання

 

 

 

 

1.3 Вибір технологічних баз та базування заготовок

В процесі складання зварного виробу виникає задача з'єднання з необхідною точністю двох або більше кількості деталей. Розміщення деталей, які складаються в пристроях здійснюється за правилам базування.

Складання починають з базової деталі, в нашому випадку це елемент 1, вона слугуватиме установочним елементом для взаємного сполучення наступних заготовок. Базову деталь позбавляємо ступенів свободи. Після чого, згідно креслення, встановлюємо елемент деталі 2, закріплюємо притискачем, тим самим лишаючи полицю свободи та виконати зварювання по контуру. Аналогічно, встановлюємо згідно креслення елемент деталі 3, закріплюємо притискачем і також виконуємо зварювання по контуру.

Тим самим ми забезпечили фіксацію елементів конструкції, аби запобігти деформаціями, відхиленням за геометричними розмірами, точності та доступності до зварювання.

 

 

Схему базування кронштейну показано на рисунку 1.3.1 по упорам, прижимам, а також застосовуючи для деяких елементів притискачі.

Рисунок 1.3.1 Схема базування кронштейну.

 

1.4 Способи  та режими зварювання

В попередньому розділі був виконаний конструктивно-технологічний аналіз кронштейна, який підготував вихідні дані для даного етапу проектування технології зварювання – вибору способу зварювання плавленням.

Було встановлено, що матеріал для кронштейна – сталь ВСт3сп  (ГОСТ 380-71) відноситься до групи низьковуглецевих, низьколегованих. Для цієї групи сталей, згідно рекомендацій, пропонуються типові способи зварювання, які вказані в таблиці 1.4.1.

 

Таблиця 1.4.1

Типові способи зварювання сталі ВСт3сп

Матеріал	Э	УП	ИП	АФ	ШЭ	Г	ИН	П	ЭЛ	Л
ВСт3сп	++	++	++	++	++	+	+	(+)	(+)	(+)

Примітка: “++” – рекомендується переважно; “+” – рекомендується; “(+)” – рекомендується обмежено; “-” – не рекомендується.

 

Так як сталь ВСт3сп не містить легуючих елементів Ti, Al та інші з високою хімічною активністю, то із подальшого аналізу виключаємо способи дугового зварювання плавким (ИП) і не плавким (ИН) електродами в дорогих інертних газах але зварювання плавким електродом в сумішах аргону і вуглекислого газу (ИП) є доцільним з точки зору зменшення розбризкування і покрашення якості зварного шва. Сталь ВСт3сп не відноситься до тугоплавких матеріалів і тому нема необхідності в застосуванні способів зварювання з дорогим обладнанням і з високою щільністю енергії: плазмового (П), електронно-променевого (ЭЛ), і лазерного (Л).

Таким чином для подальшого аналізу залишаються способи ручного дугового зварювання (Э), в вуглекислому газі (УП), в сумішах аргону і вуглекислого газу (ИП), під флюсом (АФ), електрошлакове (ШЭ) і газове (Г). Оцінимо їх застосування при зварюванні сталі товщиною 4мм.

Очевидно, що при такій товщині нераціональне застосування низькопродуктивного газового (Г) зварювання (багато прохідне зварювання з присадкою). Електрошлакове зварювання (ШЭ) дає можливість зварювати метал товщиною від 16 мм і тому в даному випадку він нас не влаштовує. Із способів які залишились автоматичне зварювання під флюсом (АФ) дозволяє виконати зварювання металу товщиною 4 мм за 1 прохід, в вуглекислому газі (УП) - 1 прохід, в газових сумішах (ИП) - 1 прохід, ручне дугове зварювання (Э) – 1 прохід. Оцінка кількості проходів дає представлення також про продуктивність способів зварювання: чим менша кількість проходів, тим вища продуктивність.

Продовжуємо аналіз і враховуємо наступний фактор – положення при зварюванні. Всі зварні з’єднання пропонується виконувати в нижньому положенні в заводських умовах. Тобто нас влаштовує автоматичне зварювання під флюсом (АФ), в вуглекислому газі (УП), в газових сумішах (ИП), ручне дугове зварювання (Э).

Автоматичне зварювання під флюсом (АФ) доцільно застосовувати для більшої товщини металу та більшої довжини шва, крім того необхідно стежити за вологістю флюсу і періодично його прокалювати..

 

Для зварювання коротких швів доцільно використовувати механізоване зварювання у вуглекислому газі (УП) в порівнянні з ручним дуговим зварюванням (Э) так як це дає ряд переваг, а саме:

• підвищує продуктивність процесу;
• покращує гігієнічні умови роботи зварників;
• потребує меншої кваліфікації зварників;
• після зварювання не обхідно відбивати шлак;
• не потрібно змінювати електроди.

 

 

Розрахунок режимів зварювання

Оскільки з'єднання є тавровим, то враховуючи товщину металу 10 мм то покажемо підготовку кромок до та після зварювання ГОСТ 14771-76 (рисунок 1.4.1)

 

 

 

Рис.1.4.1 Ескіз шва №1

Вихідні дані:

1 основний метал – сталь ВСт3сп;

2 зварювання - механізоване на постійному струмі;

3 товщина металу S=10 мм;

4 тип з’єднання – таврове Т3;

5 положення шва при зварювані – нижнє;

6 катет шва – К=6 мм.

По катету шва К=6 мм і положенню шва – нижнє, встановлюємо, що шов однопрохідний

 

Розрахунок режимів зварювання

Визначаємо площу наплавленого металу по кресленню.

 

 

1 Діаметр електродного дроту розраховуємо по формулі:

 

Коефіцієнт вибраний для автоматичного зварювання в нижньому положенні

Округляємо розрахунковий до стандартних значень і обмежуємо діапазон допустимих діаметрів: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0 мм. Приймаємо .

2 Швидкість зварювання визначаємо по площі наплавленого металу і розрахованого раніше . При зварюванні в нижньому положенні, мм/с:

 

Приймаємо см/с

 

3 Швидкість подачі електродного дроту однозначно визначають при відомих , і , мм/с:

 

 

 

4 Зварювальний струм визначають по формулі, отриманій шляхом рішення виразу для відносно , А:

 

Приймаємо

 

5 Напруга зварювання, В:

 

6 Витрати захисного газу, л/с:

 

7 Виліт електродного дроту, мм:

 

 

Визначення розпірних сил:

1. Визначаємо теплову потужність зварювальної дуги:

 

 

де

 

        2.  Визначаємо зони витрати пружних властивостей сталі:

 

 

 товщина металу, см;

 

            3. Визначаємо ширину в якій температура досягла кімнатних значень:

 

 

 товщина металу, см;

3

  4.  Визначаємо температурне подовження стикового з'єднання при не     рівномірному нагріванні:

 

-12 ;

  5. Визначаємо величину  розпірої сили при зварюванні в защемленні:

При цьому враховуємо, що при установці заготовок в пристроях по упорам між заготовкою.

Приймемо

Площа поздовжнього перерізу зварного з'єднання:

2

Величина розпірної сили:

 

Визначення стягуючих сил:

1. Визначаємо теплову потужність зварювальної дуги:

 

 

     

2.  Погонна енергія зварювання при механізованому зварюванні складає

            V`зв=0,25 см/с  

 

       3  Поперечна усадка замикаючих зварних швів при конструктивно -          технологічному коефіцієнті   k=1,4

 

     4. Реальне скорочення  зварного виробу з урахуванням зазару між упором та заготовкою

 

5. Величина стягуючої  сили, якщо площа поперечного  перерізу для     заготовок:

 

 

Вибір зварювальних матеріаів

Вибір зварювального дроту

Для зварювання низьколегованої сталі ВСт3сп необхідно перш за все шукати зварювальний дріт в аналогічній групі ( класі ) із низьколегованої сталі.

Так як сталь ВСт3сп не має схильності до утворення гарячих тріщин, то зварювальний дріт може бути однорідний і близький по складу до основного металу.

Механізоване зварювання у вуглекислому газі не легує метал шва, тому дріт повинен містити необхідну кількість легуючих і розкислюючи елементів. В каталозі зварювальних матеріалів вибираємо зварювальний дріт Св-08Г2С ( ГОСТ 2246-70 ) хімічний склад якого приведений в таблиці 1.4.2.

 

 

 

Таблиця 1.4.2

Хімічний склад дроту Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70

Марка дроту	Вміст, %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	S, не більше	P, не більше
Св-08Г2С	0,05-0,11	1,80-2,10	0,70-0,95	≤0,20	≤0,25	0,025	0,030

 

Для того щоб зменшити втрати часу на чистку каналу по якому подається зварювальний дріт і уникнути його атмосферну корозію (ржавіння) доцільно використовувати дріт з обмідненою поверхнею.

 

 

Зварювальне устаткування.

 

Для вибору зварювального устаткування необхідно провести аналіз попередніх пунктів, а саме врахувати вибрані раніше способи зварювання, розраховані режими зварювання, вибрані зварювальні матеріали. Обладнання повинно забезпечувати надійну роботу в даних умовах виробництва і відповідати світовим нормам.

Зварювання кронштейну виконується механізованим способом у вуглекислому газі, тому необхідно вибрати механізм подачі і джерело живлення які б могли нормально працювати в умовах масового виробництва. Основними критеріями при виборі зварювального обладнання є діаметр електродного дроту , швидкість подачі електродного дроту , сила зварювального струму і напруга зварювання . Всі шви які виконуються механізованим зварюванням мають такі показники : =2 мм; =500 А; .=38 В. З каталогу фірми “Селма” вибираємо обладнання яке може задовольнити наші вимоги, а саме подаючий механізм ПДГО-510 і випрямляч ВДУ-511.

Подаючий механізм ПДГО-510 призначений для механізованого зварювання суцільним і порошковим дротом на постійному струмі в середовищі захисних газів в комплекті з джерелами для МІГ/МАГ зварювання ( рис.1.5.1 )

Рис.1.5.1 Загальний вигляд подаючого механізму ПДГО-510

 

Технічні характеристики:

Напруга мережі живлення, В, ( f=50Гц )    27