Выбор сборочно-сварочного оборудования

Министерство образования и науки  Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию 

Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский - на - Амуре государственный 

технический университет» 
 

Институт  КП МТО

Кафедра: «Технология сварочного производства»  
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

к расчетно-графической  работе

по  дисциплине: «Механическое сварочное  оборудование» 

Вариант № 9 
 
 

Студент группы 7ОС-1                                  Р.А. Кренев

Преподаватель                                      В.В. Кириченко 
 
 

         2010

Задание

    Для заданной конструкции разработать  порядок ее сборки и сварки. Привести принципиальные схемы сборочно-сварочных  приспособлений, подобрать сборочно-сварочное  оборудование в соответствии с выбранными принципиальными схемами закрепления. Рассчитать усилия прижимов.

Исходные  данные

Рисунок 1 – узел переходного мостика на главной палубе судна «Химовоз» 

Таблица 1 – Данные по материалу изделия, а также сведения о категории 

  сварных швов и годовой программе  выпуска

 

     Содержание

    Задание…………………………………………………………………….2

    1 Технологический анализ конструкции………………………………...4

    2 Выбор способа сварки и типа сварных соединений, используемых   

       в конструкции…………………………………………………………...7

    3 Порядок сборки и сварки…………………………………………….....9

    4 Выбор приспособлений для сборки и сварки…………...… …..……13

    5 Расчет усилий прижимов приспособлений…………………….…….19

    Список  использованных источников…………… ……………………..21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    1 Технологический анализ конструкции

    Узел  переходного мостика на главной  палубе судна «Химовоз» представляет собой пустотелую рамную конструкцию, эскиз которой представлен на рисунке 1. Данная конструкция является сборочным неразъемным узлом, который входит в конструкцию главной палубы танкера. К сварным соединениям конструкции не предъявляется повышенных требований, поскольку она не испытывает значительных разрушающих напряжений (вибрационных, динамических), значительные нагрузки носят статический характер. Категория сварных швов третья.

    Для производства данной конструкции выбрана  сталь 35ГС по ГОСТ 5781-82 [1]. Материал предназначен для выпуска широкого ассортимента продукции, в который входят и прокатный сортамент, необходимый для сборки конструкции. Кроме того данный материал к число редких сплавов не относится. Химический состав стали представлен в таблице 2.

    Таблица 2 – Химический состав стали 35ГС ГОСТ 5781-82 [1]    

        В процентах

 

    Конструкция состоит из деталей разной конфигураций, которые можно условно разделить  на две группы. Первая группа деталей  выполняется из швеллера по ГОСТ 8240-72 [2], вторая из уголка по ГОСТ 8509-86 [3].

    В первую группу деталей входят два  типа:

    1. швеллер длиной 2000 мм в количестве 4 штук, эскиз деталей представлен  на рисунке 2 (на рисунке 1 обозначен как 1); 
 
 
 

     2. швеллер  длиной 707 мм в количестве 4 штук, эскиз деталей представлен на  рисунке 3 (на рисунке 1 обозначен как 2);

    Во  вторую группу деталей входят как же два типа:

    1. уголок длиной 3000 мм в количестве  одной штуки, эскиз детали представлен  на рисунке 4 (на рисунке 1 обозначен как 3);

    2. уголок длиной 1475 мм в количестве 2 штук, эскиз детали представлен на рисунке 5 (на рисунке 1 обозначен как 4).

Рисунок 2 – Эскиз швеллера длиной 2000 мм 

Рисунок 3 – Эскиз швеллера длиной 707 мм 
 

Рисунок 4 – Эскиз уголка длинной 3000 мм 

Рисунок 5 – Эскиз уголка длинной 1475 мм

    Детали, эскизы которых, представлены на рисунках 2 и 3 изготавливают резанием из сортамента по ГОСТ 8240-72 номер используемого швеллера 27. Длина данного сортамента составляет 11000 мм, поэтому данного швеллера хватает для изготовления всех 8 деталей первой группы, общая длина которых 10828 мм.

    Детали, эскизы которых, представлены на рисунке 4 и 5 также изготавливают нарезанием из сортамента по ГОСТ 8509-86 номер используемого уголка 5. Длина данного сортамента составляет 7000 мм, поэтому данного уголка хватает для изготовления 3 деталей второй группы, общая длина которых 5950 мм.

    

    2 Выбор способа сварки и типа  сварных соединений, используемых  в 

       конструкции. 

    Способ  сварки, применяемый для сборки сварных  конструкций, зависит от трех основных параметров:

1. Длины сварных швов;
2. Толщины свариваемых деталей и химического состава материала;
3. Годовой программы выпуска.

    Максимальная  длина сварочных швов в данной конструкции составляет 270 мм. Максимальная толщина металла равна 6 мм. Химический состав стали приведен в таблице 2. А годовая программа выпуска составляет одну деталь в год. Исходя из выше сказанного выбираем в качестве типа сварки ручную дуговую сварку, которая выполняется в соответствии с ГОСТ 11534-75 [4] и ГОСТ 5264-80-Т3 [5].

    При сборке конструкции используются следующие  типы соединений:

    1. Стыковое соединение по ГОСТ 11534-75-У1 [4] для соединения швеллеров. Общий вид соединения представлен на рисунке 6, геометрические параметры соединения представлены в таблице 3;

    2. Стыковое соединение по ГОСТ 5264-80-Т3 [5] для соединения уголков и соединения уголка со швеллером. Общий вид соединения представлен на рисунке 7, геометрические параметры соединения представлены в таблице 4; 
 
 
 
 
 

 

     Рисунок 6 – Общий вид сварного соединения по ГОСТ 11534-75-У1 

Таблица 3 – Геометрические параметры шва по ГОСТ 11534-75-У1

в мм

 

     

     Рисунок 7 – Общий вид соединения по ГОСТ 5264-80-Т3

Таблица 4 – Геометрические параметры шва по ГОСТ 5264-80-Т3

в мм

       
 

    3 Порядок сборки и сварки

    Сборку  и сварку узла переходного мостика  на главной палубе судна «Химовоз»  предлагается осуществлять по следующей  последовательности:

    1. Сборка и сварка ребра жесткости, имеющего крестообразную форму, из уголков, которые представлены на рисунках 4,5, производится в несколько этапов. На первом этапе выполняются операции по подготовке деталей к сварке. Например, таких как, обработка кромок и разметка деталей. На втором этапе производится закрепление детали согласно схеме закрепления, которая приведена на рисунке 8. После этого осуществляется прихватка деталей. Прихватки ставятся протяженностью 20 – 30 мм через каждые 200 – 250 мм. На третьем этапе производится контроль детали по габаритным размерам и геометрическим особенностям. На последнем четвертом этапе производится обварка сварного соединения по ГОСТ 5264-80-Т3. Общий вид соединения представлен на рисунке 7, геометрические параметры приведены в таблице 4. Эскиз конструкции, полученной на данной технологической операции, представлен на рисунке 9. 
 
 
 

Р₁ – усилия развиваемые винтовыми прижимами

Рисунок 8 – Схема закрепления ребра  жесткости 

Рисунок 9 – Эскиз детали, получаемой на первой технологической операции 

     2. На второй  технологической операции осуществляется приварка к ребру жесткости швеллера длиной по 2000 мм, которые показаны на рисунке 2. Данная технологическая операция так же производится в несколько этапов. На первом этапе проводится подготовка деталей к сварке. На втором – производится закрепление согласно схеме закрепления, приведенной не рисунке 10 и последующая прихватка деталей. Прихватки ставятся протяженностью 20 – 30 мм через каждые 200 – 250 мм. На следующем этапе производится контроль качества сборке деталей. На четвертом этапе производится обварка сварного шва по ГОСТ 5264-80-Т3. Общий вид соединения представлен на рисунке 7, геометрические параметры приведены в таблице 4. Эскиз конструкции, полученной на данной технологической операции, представлен на рисунке 11.

Р₂ – усилия развиваемые винтовыми прижимами

Рисунок 10 – Схема закрепления при  сборке ребра жесткости со швеллером  длиной 2000 мм.

Рисунок 11 – Эскиз детали, получаемой на второй технологической операции

    3. Третья технологическая операция  – это окончательная сборка  узла переходного мостика (рисунок  1). На данной технологической  операции необходимо к имеющемуся  узлу (рисунок 11) приварить швеллера  длинной 707 мм, которые представлены  на рисунке 3. Финальная технологическая  операция также осуществляется  в несколько этапов. На первом  проводятся мероприятия по подготовке  деталей к сварке. На втором  – детали и узел закрепляются  согласно схеме закрепления, представленной на рисунке 12. После производится прихватка деталей. Прихватки, соответственно, протяженностью 20 – 30 мм также ставятся через каждые 200 – 250 мм будущего сварного соединения. На третьем этапе – осуществляется контроль качестве сборке изделия целиком. На четвертом предпоследнем этапе осуществляется обварка сварных швов по ГОСТ 11534-75-У1. Общий вид соединения представлен на рисунке 6, геометрические параметры приведены в таблице 3. На пятом и последнем этапе осуществляется контроль качества полученных сварных соединений. 
 
 
 
 

Р₃ – усилия развиваемые винтовыми прижимами

Рисунок 12 – Схема закрепления при сборке узла переходного мостика 

    4 Выбор приспособлений для сборки  и сварки

    На  основании приведенных принципиальных схем закрепления, и исходя из последовательности сборки и сварки данной конструкции, а так же способа сварки, типа производства и требований, которые  предъявляются к сварочным швам конструкции выбираем следующие  приспособления для сворки и сварки :

    1. Универсальное сборочно-сварочное поле [6] . Универсальное сборочно-сварочное поле формируется из универсальных сборочно-сварочных плит. Сборочная плита предназначена для сборки под сварку, то есть для работ по обеспечению удобного взаимного расположения подлежащих сварке деталей и закреплению их друг с другом с помощью специальных приспособлений. Сборочно-сварочная плита представляет собой      опорное      приспособление    горизонтального   расположения.

Металлическая сборочная плита имеет пазы, позволяющие использовать это универсальное приспособление для сборки и последующей сварки изделий самого широкого профиля и различных размеров. Пример формирования сборочно-сварочного поля представлен на рисунке 13.  

1 - зажим, 2 - плита, 3 - упор, 4 - свариваемое изделие

Рисунок 13 - Универсальные сборочно-сварочные стенды из нормализованных элементов 

    Для закрепления детали при сборке и  сварке узла переходного мостика  главной палубы судна «Химовоз»  предлагается использовать стандартные  прижимы и упоры, которые входят в комплектность сварочной плиты. Однако для ряда операций могут понадобится и прижимы, которые не входят в комплектацию сварочной плиты. К таким можно отнести струбцины различной конфигурации [7], которые представлены на рисунке 14. 

      
 

1 – ручка, 2 – винт, 3 – гайка, 4 – пята, 5 – корпус, 6 – упор,                          7 – штырь, 8 – талреп

Рисунок 14 – Ручные струбцины различной  конфигурации

 

    2. Источник питания для ручной дуговой сварки [8]. В качестве источников питания при ручной дуговой сварке чаще всего используют сварочные инверторы, в основе работы которых лежит метод высокочастотного преобразования электрической энергии.  Данные источники питания выпускаются широким сортаментом и служат для различных целей. Используя сварочные инверторы можно осуществлять сварку средне- и низкоуглеродистых сталей на различных номинальных токах в пределах от 20 до 350 А. На рисунках 15 – 18 представлен ряд сварочных инверторов различной конфигурации, комплектности и назначения. Для данного варианта в качестве источника питания выбираем ВДИ-306, который представлен на рисунке 18. Технические данные ВДИ-306 приведены в таблице 5.

 

Рисунок 15 – Универсальный сварочный инвертор для ручной дуговой сварки постоянным и переменным током, покрытым или не плавящимся электродом 

 

Рисунок 16 – Источники питания серии Master Tig  для ручной дуговой сварки сварки на переменном и постоянном токах

Рисунок 17 – Сварочный инвертор ARC 160 для ручной дуговой сварки плавящимся электродом 

 

Рисунок 18 – ВДИ-306 для ручной дуговой  сварки плавящимся электродом на постоянном токе 

Таблица 5 – Технические данные ВДИ-306 с  цифровым индикатором

 

    3. Электрододержатель [9]. Поскольку электрододержатели не входят в комплектность источников питания для ручной дуговой сварки то иго необходимо выбрать. Он предназначен для крепления электрода, подвода к нему сварочного тока и манипулирования электродом при сварке. Электрододержатель должен быть по возможности легким, обеспечивать хороший электрический контакт, позволять вести работу без приложения сварщиком длительного усилия. Кроме того, электрододержатель должен обеспечивать надежное крепление электрода в различных положениях, чтобы исключить возможность изгиба последнего при сварке в труднодоступных местах. Электрододержатели различаются по способу крепления электрода. Наибольшее распространение получили электрододержатели вилочные и пластинчатые. Они просты в изготовлении, имеют небольшую массу и позволяют быстро менять и устанавливать электрод под разными углами. Наряду с универсальными разработано много специализированных электрододержателей, предназначенных для сварки определенных швов или изделий. На рисунках 18 – 20 представлены электрододержатели разных конфигураций.

Рисунок 18 – электрододержатели PRIMA 

Рисунок 18 – электрододержатели OPTIMUS 

Рисунок 18 – электрододержатель ESAB 

     5 Расчет  усилий прижимов приспособлений

     Обеспечение необходимых условий для сборки и сварки конструкции достигается за счет усилий зажимных (фиксирующих) приспособлений. Исходя из приведённых выше принципиальных схем закрепления (рисунки 8, 10 и 12) предлагается выбрать в качестве зажимных приспособлений винтовые прижимы, которые входят в комплект универсальной сборочно-сварочной плиты. Соответственно силы Р₁, Р₂  и Р₃, показанные на принципиальных схемах закрепления (рисунки 8, 10 и 12), являются силами, развиваемыми винтовыми прижимами.

     Силы Р₁, Р₂, и Р₃ рассчитываются по формуле [11]:

     ,                                                (1)

где – сила, развиваемая прижимом, Н;

     – давление  на рукоятку винтового прижима, Па;

     – площадь распространения давления, м².

      Минимальное значение принимаем равной 2 Па, поскольку усилие к рукояти винтового прижима прикладывается человеком и приложение данного по величине усилия не будет проблематичным и не будет связано со значительными мышечными напряжениями. За площадь распределения силы принимаем 0,008 м² . Тогда минимальная величина усилий, развиваемых прижимами, будет равна:  

     За  максимальное значение принимаем 8 Па, поскольку приложение большего усилия будет связано со значительными мышечными напряжениями и проблематично для человека. Тогда максимальная величина усилий, развиваемых прижимами, будет равна: 
 

      Поскольку максимальное усилие, развиваемое винтовым прижимом, равно 1000 Н, а минимальное – 250 Н, то следовательно величина усилий Р₁, Р₂ и Р₃ не должны быть меньше 250 Н. Максимальные же значения усилий Р₁, Р₂ и Р₃ будут различны и будут определяться, как габаритами и геометрическими особенностями конструкции прижимаемых деталей, так и механическими свойствами материала, из которого изготовлены прижимаемые детали и  сами фиксирующие устройства.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Список  использованных источников

     1 Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин. -  М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

     2 ГОСТ 8240-72. Швеллера стальные горячекатанные. Сортамент. Введ. 01-01-1973.- М: Издательство стандартов, 1973.

     3 ГОСТ 8509-93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Введ. 01-01-1997.-М: Издательство стандартов, 1997.

     4 ГОСТ 11534-75. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под тупыми и острыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Взамен ГОСТ 11534-65. Введ. 01-07-77. - М: Издательство стандартов, 1977.

     5 ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Взамен ГОСТ 5264-69. Введ. 01-07-87. - М: Издательство стандартов, 1987.

     6 Портал о сварке//WELDING.SU : Сборочные и сварочные стенды. 2005. URL: http://www.welding.su/articles/additional/additional_284.html (дата обращения: 18.05.2010).

     7 Сварка. Технология и оборудование//SVAROG.IN.UA : Сварка. Технология и оборудование. 2007. URL: http://svarog.in.ua/ (дата обращения: 9.05.2010).

     8 Сварочное оборудование. Все для сварки//SPECELEKTROMAS.RU: Каталог продукции. 2006. URL: http://www.specelektromash.ru/catalogue (дата обращения: 12.05. 2010)

     9 Инструменты сварщика//GAZSS.RU: Каталог продукции. 2008. URL: http://www.gazss.ru/c-p-esab_instr_svar_1.htm (дата обращения 12.05.2010)

     10 Прох, Л. Ц. Справочник по сварочному оборудованию / Л.Ц. Прох. – М.: Техника, 1982. - 207 с. 

      11 Рыморов, Е. В. Новые сварочные приспособления / Е. В. Рыморов. – Л.: Стройиздат,. Ленингр. отд-ие, 1988. - 125 с., ил.

     12 РД КнАГТУ 013-09. "Руководящий нормативный документ". РД КнАГТУ 01.10.-96. Введ. 01.10.09.