Сборочно-сварочная оснастка

ВВЕДЕНИЕ

Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления металлоконструкций. Сварку используют в различных отраслях машиностроения, в строительстве, на транспорте, в энергетике, разрабатывают новые и совершенствуют известные методы сварки, расширяют перечень свариваемых материалов, номенклатуру изготовляемых сварных изделий. С помощью сварки соединяют между собой различные металлы, и их сплавы, некоторые керамические материалы, пластмассы и разнородные материалы. Основное применение находит сварка металлов и их сплавов при сооружении новых конструкций, ремонте различных изделий, машин и механизмов. Сваривать можно металлы любой толщины. Прочность сварного соединения в большинстве случаев не уступает прочности целого металла. Механизация и автоматизация сварочного производства является важнейшим средством повышения производительности труда, повышения качества сварных изделий.

Сварочное производство-комплексное производство, включающее в себя основные операции (сборку, сварку, правку, термообработку ,отделку); вспомогательные операции (транспортные, наладочные, контрольные и т. п.) и операции обслуживания (ремонт и др.). Сборочные операции составляют в среднем 70% общей трудоемкости работ сварочных цехов.

При осуществлении сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняется вспомогательные приемы по установки и кантовки изделий под сварку, зачистке кромок и швов и др. На выполнение этих приемов затрачивается в среднем 35% трудоемкости собственно сварочных операций. Отсюда следует, что комплексная механизация сварочного производства имеет чрезвычайно важное положение значение, так как механизация только самого процесса сварки не может обеспечивать высокий уровень механизации сварочных цехов.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ИСВАРКИ ИЗДЕЛИЯ

.1   Назначение, описание и условия работы сварной конструкции

Стойка является одним из составляющих узлов стенки пластинчатого накопителя. Конструкция имеет габаритные размеры 1375x125мм.

Стойка состоит из следующих элементов:

·    Уголок неравнополочный №11;

·        лист (толщина листа составляет 5мм);

Стойка стенки пластинчатого накопителя предназначена для складирования продукции прокатного производства. При работе испытывает статические нагрузки и динамические нагрузки при укладке и снятии детали.

стойка накопитель сварочный

1.2 Обоснование выбора материала сварной конструкции и сварочных материалов

Материалом изделия является сталь 23Г. Данная сталь относиться к конструкционным углеродистым качественными сталям с повышенным содержанием марганца. Сталь 23Г при сварке склонна к образованию трещин и дают закалочные структуры. При этом, чем тоньше толщина кромок, тем больше риск закалки металла и образования трещин, особенно в околошовной области.

В процессе сварки более толстых металлов используется многослойная сварка с короткими промежутками времени между наложениями последующих слоев. При сварке кромок различной толщины, сварочный ток выбирается по кромке большей толщины и большая часть зоны дуги направляется на нее. Для устранения закалки и повышения твердости металла шва и околошовной области после сварки рекомендуется изделие нагреть до температуры 650…680°С, выдержать при этой температуре некоторое время в зависимости от толщины металла (1 ч на каждые 25 мм) и охладить в горячей воде или на воздухе. Химический состав и механические свойства стали представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1- Химический состав стали 23Г

Таблица 2- Механические свойства стали 23Г при температуре Т=20 oС

- предел текучести, МПа;

- предел прочности, МПа;

𝛿 -относительное удлинение, %;

-относительное сужение, %;ударная вязкость, кДж/м2.

Основным показателем, характеризующим склонность стали к образованию холодных трещин, является эквивалент углерода.

Расчет эквивалента углерода выполняется по следующей формуле:

(1)

где символы элементов и их содержание приведены в процентах.

Рассчитаем эквивалент углерода для стали 23Г:

% (2)

Так как Сэкв≥0,45%, то при сварке становится возможным образование закалочных структур в металле сварного соединения, что в случае насыщения металла водородом и высоких сварочных напряжений может привести к образованию холодных трещин. Поэтому данная сталь нуждается в подогреве.

Подогрев обеспечивает снижение скорости охлаждение металла шва и околошовной зоны, что оказывает решающее влияние на образование их конечных структур и свойств при сварке закаливающихся сталей. Конкретное значение температуры подогрева рассчитывается с учётом толщины металла:

(3)

где δ - толщина металла, мм.

Для толщины металла, равной 16 мм, полный эквивалент углерода составит:

 (5)

Использую сварочную проволоку марки Св-08Г2С. При использовании данной сварочной проволоки обеспечивается минимальное содержание углерода в металле шва, за счет его малого содержания углерода в сварочной проволоке. Снижается содержание вредных примесей, за счёт введения в металл шва марганца, который связывает серу, образуя вместе с ней тугоплавкие сульфиды.

Таблица 3-Химический состав сварочной проволоки по ГОСТ2246-70 Св-08Г2С, %

Проволока СВ08Г2С предназначена для полуавтоматической сварки длинной дугой при токах до 500А в среде защитных газов (углекислота или смеси аргона). Принцип взаимодействия проволоки для сварки и сварочного аппарата построен на плавлении сварочной проволоки СВ-08Г2С под воздействием горелки, и, тем самым, образовании шва, который в свою очередь отвечает за скрепление металлических предметов.

К преимуществам СВ-08Г2С можно отнести:

относительно невысокая стоимость;

стабильный химический состав;

отличные механические свойства (ударная вязкость, предел прочности и так далее);

минимальный процент разбрызгивания металла при сварке в среде защитных газов;

стабильное горение дуги.

Проволоку СВ-08Г2С используют для сварки:

конструкций ответственного и общего назначения,

низкоуглеродистых и углеродистых сталей

.3   Технические условия на изготовление изделия

При изготовлении стойки стенки пластинчатого накопителя, конструктивные элементы сварных соединений должны соответствовать требованиям стандартов ГОСТ 14771-76. В тоже время свойства наплавленного металла сварных швов должны быть не ниже свойств основного металла. Контроль технологии изготовления верхнего основания включает контроль над подготовкой заготовок, исправностью сварочных приспособлений, сборкой узлов под сварку, состоянием сварочных материалов, пригодностью сварочного оборудования и соблюдением установленных режимов при сварке. Свариваемые заготовки проверяют на правильность их общей формы и размеров и геометрии разделки свариваемых кромок. Плоскостность элементов должна обеспечить собираемость сварных соединений с требующейся величиной их зазоров. У сварочных приспособлений проверяют исправность зажимных устройств, пригодность установочных поверхностей. В собранном узле проверяют основные габаритные размеры, смещение свариваемых кромок, качество прихваток.

Требования к материалам

Требования к основному материалу:

материалы, применяемые для изготовления металлоконструкций должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов или ТУ;

соответствие качества материалов вышеуказанным требованиям должно быть подвержено товаросопроводительной документацией предприятия - поставщиков, а при её отсутствии - документами о результатах лабораторных испытаний, проведенных на предприятии - потребителя;

прокат, поступающий в обработку, должен быть осмотрен, очищен от грязи, ржавчины, выправлен. Допускается слой окалины и ржавчины не препятствующий выявлению поверхностных дефектов.

В качестве вспомогательных материалов при изготовлении данной конструкции используются сварочная проволока и защитный газ.

Выбор сварочной проволоки обусловлен следующими требованиями:

наплавленный металл должен по химическому составу соответствовать основному, а механические свойства сварных швов должны обеспечивать их равнопрочность основному металлу;

проволока должна содержать в достаточном количестве элементы раскислители, такие как Si и Mn, для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации металла шва в сварочной ванне;

поверхность проволоки должна быть защищена от коррозии специальной смазкой;

требуется наличие сертификатов на все (основные и дополнительные) материалы.

Защитный газ должен соответствовать следующим требованиям:

- химический состав должен строго соответствовать ГОСТу или ТУ;

не содержать влаги больше допустимого количества;

обеспечивать надежную защиту расплавленного металла, должен снижать до минимума вероятность парообразования;

обеспечивать высокую производительность технологического процесса.

Изготовление деталей

1. У деталей, изготовленных из проката, на поверхностях, не подвергаемых в дальнейшем механической обработке, не должно быть заусенец, трещин, надрывов и расслоений.

. Шероховатость поверхностей кромок деталей, изготовленных без чертежей, устанавливается Rz <1000 мкм при толщине детали S<60 мм, и не нормируется при S>60 мм, но неровности реза должны находиться в пределах допуска на соответствующий линейный размер.

. Кромки деталей, изготовленных газовой резкой, должны быть очищены от грата, шлака, брызг и наплывов;

. Исправление кромок путем подварки должно выполнятся по заводской технологии.

. Исправление кромок абразивным инструментом следует производить так, чтобы риски при обработке были направлены вдоль кромки.

. Допускается исправление дефектов литья (раковин, свищей) на обработанных и необработанных поверхностях путем заварки согласно технологическому процессу.

. Геометрические размеры верхнего основания должны быть выполнены с заданной точностью.

. Плоскостность элементов должна обеспечить собираемость сварных конструкций с требующейся величиной их зазоров.

Требования на сборку под сварку

подлежащие проплавлению поверхности и прилегающие к ним зоны металла шириной не менее 20 мм должны быть сухими и очищенными от ржавчины, масла, краски и других загрязнений;

прихватки располагать в местах наложения швов, размеры прихваток должны быть минимально необходимыми и обеспечивать их сплавление при наложении швов проектного сечения;

сечение (катет) прихваток, если они не указаны в технологическом процессе, должны составлять не более 2/3 будущего шва, с тем, чтобы при последующей сварке прихватки были покрыты швами;

параметры прихваток: длина в 4-5 раз больше толщины прихватываемого элемента, но не менее 30 мм и не более 100 мм; расстояние между ними - в 30-40 раз больше толщины свариваемого материала, но не более 500 мм;

сборку производить с применением универсальной сборочной оснастки, обеспечивающей точное расположение собираемых элементов (зазор между кромками, перпендикулярность тавровых соединений);

в случаях, если выводные планки не применяются, кратеры на концах швов должны быть заварены. Выводить шов на основной металл запрещается;

перед началом выполнения кантовки или транспортировки собранной конструкции необходимо убедится в ее жесткости, в отсутствии на ней незакрепленных деталей и посторонних предметов. Место, на которое укладывается конструкция, должно быть очищено от деталей и других предметов;

все сварные швы подлежат клеймению. Механические свойства сварных соединений должны соответствовать (не уступать) свойствам основного металла.

Требования к качеству сварных швов

По внешнему виду поверхность шва должна быть гладкой и равномерно чешуйчатой.

Сварные швы данной конструкции относятся к 3 категории. Допустимые дефекты сварных швов 3 категории:

подрезы - если они не являются острыми и если глубина их не более 10% от толщины материала, но не более 0,5 мм, суммарная протяженность их от длины шва не более 30%;

- непровары - в односторонних тавровых и угловых соединениях с углом раскрытия  по всей длине шва. Непровар угла в нахлесточных, тавровых и угловых соединениях с углом раскрытия , но  не должен превышать 0,5 мм для соединений элементов толщиной до 5 мм и быть не более 10% для элементов больших толщин;

поры и включения - допускаются без исправления внутренние поры и включения, а также наружные поры и включения, вскрытые механической обработкой на длине шва 100 мм. Толщина свариваемого металла свыше 5 до 8 мм: максимальный диаметр единичной поры или включения 2 мм; суммарная длина всех внутренних пор и включений вскрытых механической обработкой 10 мм. Толщина свариваемого металла свыше 8 до 11 мм: максимальный диаметр единичной поры или включения 2,5 мм; суммарная длина всех внутренних пор и включений вскрытых механической обработкой 12,5 мм.

Для сварных соединений 3 класса обнаружение внутренних и наружных пор, раковин, включений и т.д. радиографическим специальными методами не требуется, кроме измерения размеров сварных швов и обнаружения пор, раковин, включений и т.д. визуальным и визуально-оптическим методом контроля.

Требования к квалификации сварщика

Сварщик должен знать: устройство обслуживаемых электросварочных машин, газосварочной аппаратуры, автоматов, полуавтоматов, требования, предъявляемые к сварочному шву, строение сварного шва, способы испытания и виды контроля, правила подготовки деталей под сварку, правила подбора режима нагрева металла в зависимости от марки металла и его толщины. Причины возникновения внутренних напряжений и деформаций в сварных изделиях и меры их предупреждения, основные технологические приёмы сварки и наплавки деталей из различных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов.

К выполнению электросварочных работ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение, сдавшие экзамены и имеющие удостоверение на право производства электросварочных работ. Повторная проверка знаний проводится через каждые 12 месяцев.

.4 Выбор и обоснование способов сварки

Сварка листа с уголком производится с использованием полуавтоматической сварки в смеси защитных газов Ar+CO2 плавящимся электродом по ГОСТ 14771-76. Данный способ сварки имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами сварки при изготовлении данной конструкции.

Сварка в среде защитных газов обеспечивает достаточно надежную изоляцию сварочной ванны при работе в заводских условиях, что в свою очередь обеспечивает получение качественных прочностных швов. Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов обеспечивает получение швов с высокими эстетическими характеристиками. Полуавтоматическую сварку в смеси газов можно выполнять во всех пространственных положениях. Применение сварки обусловлено большой производительностью, лучшими условиями труда и меньшими требованиями к квалификации сварщика. Преимущества заключаются в возможности визуального наблюдения за положением электрода, отсутствии операций по удержанию и удалению флюса.

.5   Расчет (выбор) режимов сварки

К основным параметрам дуговой сварки относятся: сварочный ток Iсв, напряжение дуги Uд и скорость сварки Vсв. Каждый из этих параметров как отдельно, так и в совокупности с другими, оказывают существенное влияние на величину тепло вложения, а следовательно, и на геометрические размеры шва, коэффициент формы провара, коэффициент формы шва и долевое участие основного и электродного металла в формировании шва.

Оптимальные параметры режима сварки обеспечивают необходимые геометрические размеры сварных швов и необходимые соотношения между основным и электродным металлом, при котором достигаются заданные.

Расчеты для шва данного типоразмера- Т1-Δ4

.Определяю площадь наплавленного металла:

 (6)

. Сила сварочного тока:

 (7)

.Определяю значения коэффициентов расплавления и наплавки:

(8)

где -потери електродного металла на угар, испарение и разбрызгивание.

.Определяю скорость сварки:

 (10)

. Нахожу напряжение дуги:

д = 14 + 0,05·Iсв = 14 + 0,05 · 300 = 29 В. (11)

.Исходя из выбранного диаметра проволоки определяю ее вылет:

L= (8÷12)·dе=10*1,6=16мм; (12)

Выбираю L=11мм.

. Скорость подачи проволоки определяется по формуле:

(13)

.6   Обоснование и выбор сварочного оборудования

Для сварки листа и уголка используется полуавтомат ПДГ-351. Полуавтомат сварочный ПДГ-351 со встроенным подающим механизмом предназначен для полуавтоматической сварки изделий из стали на постоянном токе в среде защитных газов.

Полуавтомат сварочный ПДГ-351 имеет следующие основные технические решения:

·        Плавная регулировка и стабилизация скорости подачи проволоки

·              Ступенчатое регулирование сварочного напряжения (20 ступеней)

·              Сварочный полуавтомат ПДГ-351 имеет два режима работы: сварка коротких швов, сварка дуговыми заклепками

·              Регулируемый диапазон времени сварки в режиме «Электрозаклепки»

·              Защита от тепловой перегрузки

·              Площадка под рабочий инструмент сварщика и ЗИП

·              Две ступени индуктивности

·              Быстроразъемные, безопасные токовые разъемы

·              Класс изоляции Н

·              Принудительное охлаждение

Таблица 4- Технические характеристики полуавтомата сварочного ПДГ-351:

1.7
Обоснование необходимости разработки технологической оснастки для изготовления заданной конструкции

Вследствие того, что при выполнении прихваток и сварных швов образуются деформации, приводящие к нарушению геометрических размеров подставки, необходимо применение сборочной оснастки.

Сборочная оснастка должна обеспечивать: установку деталей в сварном узле без подгоночных операций; точность сборки в условиях установленных чертежей допусков; свободный доступ к месту прихваток и сварки; наиболее удобный порядок сборки и последовательность выполнения сварных швов; надежное закрепление сварного изделия прижимами; возможность сварки в нижнем положении; быстрый отвод тепла с места интенсивного нагрева; снижение сварочных деформаций и напряжений в узле; защита всех базовых и установочных поверхностей от прилипания сварочных брызг; необходимую прочность и жесткость элементов приспособления; исключение возможности заклинивания зажимных механизмов под действием сварочных деформаций; свободное снятие собранного или сварного изделия из приспособления; ремонтоспособность; технологичность приспособления; безопасность эксплуатации; широкое применение типовых унифицированных, нормализованных и стандартных деталей, узлов и механизмов, которые уменьшают их себестоимость, сроки проектирования и изготовления. Сборочная оснастка представляет собой стол, с оснащенными упорами, зажимами с использованием рычажных систем от пневмоцилиндров и магнитами.

     
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ СБОРОЧНОГО (СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО) ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

.1 Наименование, назначение и область применения приспособления

Стойка является одним из составляющих узлов стенки пластинчатого накопителя.

Стойка состоит из следующих элементов:

·    Уголок неравнополочный №11;

·        лист (толщина листа составляет 5мм);

Стойка стенки пластинчатого накопителя предназначена для складирования продукции прокатного производства. При работе испытывает статические нагрузки и динамические нагрузки при укладке и снятии детали.

.2 Исходные данные для проектирования приспособления

Сборка узла:

Исходные данные для проектирования приспособления для сборки:

а)   наименование изделия - Стойка стенки;

б)      обозначение - СП01.КР01.000.00.СБ;

в)      состав сборочной единицы:

1 - Уголок СП01.КР01.000.01 - 1 шт;

- Лист СП01.КР01.000.02 - 7 шт;

г)   масса сборочной единицы - 24 кг;

д)      габариты сборочной единицы, мм -1375x125;

е)       краткий технологический процесс представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Краткий технологический процесс сборки и сварки узла балки.

2.3 Технические требования, предъявляемые к приспособлению

Проектом должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие безопасность работ. Конструкция приспособления должна обеспечивать свободный доступ к месту работы и возможность контроля качества внешним осмотром. Привод прижимов - пневматический.

Конструкция приспособления должна отвечать ряду требований, которые необходимо учесть как при выборе отдельных элементов, так и при разработке его общей компоновки.

. Приспособление должно обеспечить получение заданной точности. Это достигается: выбором соответствующей конструкции и точности элементов, определяющих положения детали в приспособлении; надежностью зажимов, обеспечивающих неизменность положения детали во время обработки; точностью установки приспособления на фундаменте.

2. Приспособление должно обеспечить заданную производительность операции. Это требование обеспечивается применением механизированных и автоматизированных зажимных механизмов и силовых приводов, автоматизацией других рабочих приемов по обслуживанию приспособления.

. Приспособление должно быть экономически целесообразно. Расходы на проектирование, изготовление и эксплуатацию приспособления должны окупаться за счет снижения себестоимости выполняемой операции. Только в одном случае этим требованием можно пренебречь, когда применение приспособления освобождает рабочих от тяжелого физического труда. Во всех остальных случаях экономический фактор является одним из решающих.

4. Приспособление должно обладать хорошей ремонтоспособностью. Это требование обеспечивается выбором соответствующей конструкции быстроизнашивающихся деталей и способом их крепления на приспособлении.

. Приспособление должно облегчать труд рабочего. Это требование становится особенно важным тогда когда проектируется приспособление для тяжелых работ с частой повторяемостью, приводящей к быстрому утомлению.

. Приспособление должно обеспечивать безопасность работы, что достигается применением зажимных механизмов. Кроме перечисленных общих требований, в зависимости от назначения проектируемого приспособления, к нему может быть предъявлен ряд дополнительных требований, которые конструктор должен обеспечить при разработке конструкции.

3   
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СБОРОЧНОГО (СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО) ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

.1 Расчет усилий, необходимых для прижима заготовок

Расчет электромагнита

Рисунок 1- схема электромагнита

Для базирования также предусмотрена электромагнитная система, которая представлена в виде магнитных плит.

=(14)

(15)

Для надежности и коэффициента запаса мы принимаем =300Н

Найдем верхнее сечения полюса по формуле:

 (16)

где: f- удельная сила тяги электромагнита, f = 80 Н /см2;

 (17)

Определим диаметр сердечника d1за следующей формули:

 (18)

где: S - сечение полюса;

 (19)

Силу тяги электромагнита можна определить следующим образом:

 (20)

Отсюда найдем следующую величину:

 (21)

Где: I - сила тока, А;- количество витков;

Ϩ - зазор между деталью и электромагнитом, м; Ϩ = 0,002 м;- верхнее сечение полюса;

Следующим этапом не обходимо приманить значения размеров электромагнита:

= 3 · d1 = 3 · 22 = 66 мм; (22)= 0,6 · d1 = 0,6 · 22 = 13 мм; (23)= d2 - 1,5 · d1 = 66- 1,5 · 22 = 33 мм; (24)

С конструктивным соображениям принимаем h1 = 33 мм.

= 0,5 · d1 + d2 = 0,5 ·22 + 66 = 77 мм; (25)

Принимаем: dдр = 1,2 мм.

Принимаем: I = 2 А.

Определим количество витков:

 (26)

 (27)

Определим внешний и внутренний диаметры катушки:

вн = d1 + 2мм = 22 + 2 = 24 мм; (28)н = d2 - 2мм = 66 - 2 = 64 мм; (29)

Найдем среднюю длину по формуле:

lср= 0,5 ·π · (Dн + Dвн), (30)ср= 0,5 ·3,14 · (64 + 24) = 138 мм; (31)

Сопротивление найдем по формуле:

 (32)

где: ρ = 0,017 Ом · мм2/ м;пр - диаметр електрода;- число витков;

 (33)

Рассчитаем напряжение по формуле:

= I · R (34)= 2 · 2,3 = 4,6 В; (35)

Осуществим проверку на выполнение следующего неравенства:

 (36)

 (37)

Условие выполняется, так как 1275 ˂ 1496.

3.2 Обоснование выбора и расчет конструктивных элементов приспособления

Диаметр пневмоцилиндров определяется по формуле:

(38)

где -необходимое усилие на штоке пнеамоцилиндра

-давление воздуха в пневмосистеми, МПа

к.п.д

Расчет необходимого давления для боковых прижимов на стенд

(39)

=8кг

=10,40,455=4,7

=9,8

=0,3

- коэффициент запаса=1,5

(40)

15мм (41)

Торцевой прижим на стенд:

Н (43)

24мм (44)

Торцевой прижим на стенд:

14мм (47)

Принимаем для всех пневмоприводов, пневмоцилиндр 2411-50ˣ80 ГОСТ1508-81.

4   
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПРОЕКТИРОВАННОЙ ОСНАСТКИ

При выполнении сборочно-сварочных работ применяются специальное приспособление.

В данном сборочно-сварочном приспособлении собирается «Стойка стенки», который включает в себя детали: поз. 1 уголок, поз. 2 листы, СП01.КР01.000.00.СБ.

Первым со складского места на сборочно-сварочный стенд подается уголок. Он устанавливается по магнитным упорам на столе поз. 24 СП01.КР03.000.00.ВО. Затем на уголок устанавливаются листы, которые поджимаются магнитным захватом поз. 11. После сборки узла в приспособлении выполняется прихватка. Сварка выполняется полуавтоматом ПДГ-351 с использованием проволоки Св-08Г2С диаметром 1,6 мм, током 300 А и напряжением 28 В. После сварки всех швов изделие проходит контроль качества сварных швов, точности сборки и соблюдения контрольных точек геометрии. Далее поступает на следующее рабочее место для покраски или на склад готовой продукции.