Раздел 6.
Технология сборки машин.
Урок 5
Тема: Основные понятия и определения.
Цели урока: дать основные понятия о принципах и методах сборки. Научиться составлять технологическую схему сборки.
План изложения материала:
1. Основные понятия и определения.
2. Методы сборки.
3. Стадии сборки.
4. Технологическая документация процесса сборки.
5. Технологическая схема сборки.
Задание на дом :
, «Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ» М. Машиностроение, 1989г., стр. 221…233.
1. Основные понятия и определения.
Сборка является заключительным этапом в производственном процессе, предусматривающим получение готовых изделий из отдельных деталей и сборочных единиц путём их соединения. Любая машина состоит из отдельных, не поддающихся разборке частей – деталей, каждая из которых изготовлена из одного куска материала без каких-либо соединений. Детали бывают разнообразных форм и размеров. Иногда используются комбинированные детали: сварные и армированные. Основные определения и понятия, используемые при сборке.
Изделием в машиностроении называют предмет, подлежащий изготовлению на данном предприятии.
Установлены следующие виды изделий: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.
Деталь - изделие (составная часть), изготовленная из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.
Сборочная единица (узел) - изделие, составные части которого соединяют на предприятии – изготовителе.
Технологическим признаком сборочной единицы является возможность её сборки обособленно от других элементов изделия. Она может включать в себя отдельные детали или составные части высших или низших порядков. Деление на составные части производится по технологическому признаку. Составная часть первого порядка входит непосредственно в составную часть изделия, составная часть второго порядка – в первую и т. д. Составная часть высшего порядка делится только на детали.
Комплекс – два или более специализированных изделий, не соединённых на предприятии – изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
В комплекс могут входить кроме изделий детали, сборочные единицы и комплекты (например, запасных частей).
Комплект – два или более изделий, не соединённых на предприятии – изготовителе сборочными операциями и представляющих собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например, комплект инструментов и т. д.
Сборка – это образование разъёмных или неразъёмных соединений, составных частей заготовки или изделия. По содержанию сборку делят на общую и узловую.
2. Методы сборки.
При соединении деталей машин в процессе сборки необходимо обеспечить их взаимное расположение в пределах заданной точности это достигается применением одного из следующих методов.
1. Полной взаимозаменяемости.
Этот принцип заключается в том, что любая деталь может быть поставлена на машину без каких либо пригоночных работ; точно также деталь, снятая с машины данной модели, должна без всякой пригонки подойти к любой такой же машине. Этот принцип применяется в массовом и крупносерийном производстве, т. к. при этом методе себестоимость изготовления деталей увеличивается, а сборки – уменьшается. Процесс сборки разбивают на ряд операций. Высокая квалификация рабочих необходима только на некоторых операциях, а на большинстве есть возможность использовать рабочих низкой квалификации.
2. Групповой взаимозаменяемости.
Сборка путём группового подбора деталей применяется тогда, когда по условиям работы соединения требуемый зазор или натяг настолько мал, что допуски основных размеров деталей, входящих в соединение, технологически выполнить трудно. В этом случае расширяют поля допусков размеров, а заданную точность соединения обеспечивают соответствующим подбором деталей. Этот вид сборки позволяет получить весьма точные соединения, его можно успешно применять, когда детали изготавливаются большими партиями. При этом методе детали сортируют на размерные группы в пределах одного и того же допуска. Например: собирается узел из двух деталей и посадка осуществляется путём установки вала в отверстие. Валы и детали, имеющие отверстия сортируют на группы. При сборке к деталям, имеющим максимальное значение отверстия, подбирают группу валов, имеющих максимальное значение наружного размера.
3. Пригонка.
Этот вид сборки применяют в единичном и мелкосерийном производствах, а также при экспериментальных работах. При механической обработке деталей расширяют поля допусков отдельных размеров. Получающаяся неточность компенсируется замыкающим размером детали, который будет изготавливаться по месту, т. е. пригоняться. Перед отправкой на общую сборку детали подвергаются ручной слесарной обработке для получения окончательной формы и размеров, после чего их пригоняют по месту опиливанием, пришабриванием, притиркой, шлифованием, развёртыванием и т. д. Пригонка является трудоёмкой операцией, требующей рабочих высокой квалификации.
4. Регулирование.
5. С помощью компенсирующих материалов.
Эти методы близки к методу пригонки и заключаются в том, что точность замыкающего звена достигается изменением значения компенсирующего звена без удаления слоя материала. При методе регулирования изменение значения компенсирующего звена осуществляют путём изменения положения одной из деталей или путём введения специальной детали требуемого размера. В первом случае такую деталь называют подвижным компенсатором, во втором – неподвижным. Подвижный компенсатор в виде втулки устанавливают в отверстие стенки корпуса и закрепляют, выдерживая требуемый зазор. Компенсатор является подвижным вследствие того, что в продольном направлении его можно установить в нужном положении, зафиксировав затем это положение стопорным винтом. При этом не требуется пригоночных работ. Широко распространены компенсаторы в виде мерных втулок, шайб, прокладочных колец. Этот метод применяется часто при регулировании подшипников.
3. Стадии сборки.
По стадиям сборку разделяют на:
1. предварительную (сборка заготовок);
2. промежуточную (сборка заготовок, выполняемая для их совместной обработки);
3. сборку под сварку;
4. окончательную (сборка, после которой не предусмотрена разборка).
По методу образования соединения различают слесарную сборку, монтаж, электромонтаж, сварку, пайку, клёпку, склеивание.
В зависимости от видов и условий производства применяют поточную и не поточную форму организации сборочных работ.
4. Технологическая документация процесса сборки.
К технологической документации относят: технологические карты сборки, технологические схемы узловой и общей сборки, карты маршрутной технологии, операционные карт, комплектовочные карты, карты оснастки сборки.
В условиях единичного производства вместо технологической карты используют технологические схемы сборки или карты маршрутной технологии и сборочные чертежи.
В серийном и массовом производстве следующий комплект документов: сборочный чертёж, технологические карты, комплектовочные карты и карты оснастки.
Техпроцесс сборки разрабатывают в следующей последовательности:
1) устанавливают организационную форму сборки, такт, ритм;
2) отработка конструкции на технологичность;
3) размерный анализ, выбор метода сборки;
4) определяют степень расчленения сборочного процесса;
5) устанавливают последовательность соединения и составляют схему сборки;
6) определяют способы соединения, определяют содержание операций, методы контроля и испытания;
7) разрабатывают необходимую оснастку;
8) нормируют;
9) оформляют документацию.
5. Составление технологической схемы сборки.
Для разработки ТП сборки составляют технологические схемы сборки. В этих схемах условно изображают последовательность сборки машины из элементов (деталей, групп или подгрупп). Схему сборки обычно составляют в соответствии со сборочным чертежом и спецификацией. Типовая схема разбивки изделия на сборочные элементы представлена на рисунке, где каждый элемент изображён в виде прямоугольника, внутри которого (или рядом с ним) пишется наименование и номер сборочного элемента, а иногда и трудоёмкость сборки. В технологических схемах подписывают название методов соединения там, где они не определены типом соединения деталей. Так указывают: «приварить», «запрессовать», «набить смазкой» (но не делают указание «заклепать», если показана установка заклёпки). На основе технологической схемы сборки разрабатывается технологический процесс, который, так же как процесс механической обработки, состоит из отдельных операций, которые в свою очередь расчленяются на более мелкие составные части – элементы технологического процесса при сборке. Рассмотрим примеры выполненных технологических схем сборки.
Технологическая схема сборки.
Закрепление материала
Порядок составления технологической схемы сборки разберём на примере узла, показанного в методическом пособии по проведению практической работы № 16.
Работу проведём в следующей последовательности:
1. Изучить сборочный чертеж, спецификацию и описание работы узла.
2. Установить последовательность сборки.
3. Составить технологическую схему сборки.
4. Сравнить составленную схему со схемой, показанной в методическом пособии.
5. При необходимости внести коррективы в составленную схему.
Урок 6
Практическая работа № 16.
Составление технологической схемы сборки
Урок 7
Тема: Сборка типовых соединений
Цели урока: разобрать последовательность сборки типовых соединений.
План изложения материала
1. Сборка подшипников.
2. Сборка зубчатых соединений.
3. Сборка резьбовых пар.
Задание на дом:
, «Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ», М., Машиностроение,1989г., стр. 233…237.
1. Сборка подшипников.
Сборка подшипников включает установку внутренних и наружных колец, регулировку натяга, проверку и испытание. Внутренние кольца соединяют с валом по посадкам с натягом. Наружные кольца с корпусом соединяют по посадкам с зазором, переходным и посадкам с натягом при тяжелом режиме работы.
Этапы, предшествующие сборке подшипников :
1. Расконсервация. (непосредственно перед монтажом.)
2. Промывка. (6% раствор мыла в бензине или горячем антикоррозионном растворе.)
3. Контроль. (Визуально проверяют внешний вид, отсутствие коррозии, прижогов, трещин, повреждений, наличие маркировки, лёгкость вращения, размеры, радиальное и осевое биения, радиальный зазор и т. д.)
4. Выбор способа монтажа.
5. Предварительная регулировка. (устранение зазоров и создание предварительного натяга)
Способы монтажа подшипников:
· Запрессовка с помощью пресса или молотка.
· Запрессовка с помощью съёмника.
· Гидропрессовый метод
· Сборка с нагревом.
· Сборка с охлаждением.
Процесс сборки подшипников состоит из их установки, пригонки, укладки вала и по необходимости в регулировании опор.
2. Сборка зубчатых зацеплений.
Сборка зубчатых зацеплений с валами подразделяется на сборку зубчатых колёс на валу, установки валов с колёсами в корпус и регулировки их зацепления. Зубчатые колёса устанавливают на вал с зазором или с натягом вручную или с помощью пресса в холодном состоянии; при больших размерах колёс с нагревом колёс или с охлаждением вала. Нормальное зацепление зубчатых колёс обеспечивается правильным положением ведущего и ведомого валов в корпусе, т. е. при расположении их осей в одной плоскости, их параллельности и соблюдении межцентрового расстояния. Правильность положения валов осуществляется регулированием положения гнёзд под подшипники в корпусе.
Правильность зацепления проверяется по пятну контакта поверхностей зубьев с помощью краски. В передачах, работающих на средних скоростях пятно – 60…65% рабочей длины зуба. В передачах, работающих на высоких скоростях – 70…80%.
В конических передачах правильность заце6пления регулируется перемещением вдоль осей одного или обоих зубчатых колёс. Боковой зазор контролируется щупом, краской, пластиной и регулируется мерными шайбами.
При сборке червячных передач особое значение имеют правильное расположение оси червяка и червячного колеса, боковой зазор и пятна касания (не меньше 65…70% от рабочей длины зуба).
3. Сборка резьбовых пар.
Качество сборки резьбовых пар зависит от правильной затяжки болтов и гаек, от чистоты поверхности и перпендикулярности торца гайки или болта и бобышки под них. Перекос гайки может вызвать обрыв болта.
Сборку болтовых соединений следует производить завинчиванием от руки до соприкосновения болта с деталью, а затем постепенно завинчивать болт ключом до полной затяжки. Длина рукоятки ключа не должна превышать 15 диаметров резьбы, что обеспечивает нормальную затяжку и предотвращает срыв резьбы. При большом количестве болтовых соединений вначале затягивают гайки, расположенные посередине, а затем по концам детали. При большом количестве болтовых соединений по окружности затягивают гайки крест накрест.
Существует ряд способов затяжки гаек, обеспечивающих достаточную плотность соединения:
· затяжка с замером удлинения болта (шпильки);
· затяжка с замером угла поворота гайки;
· затяжка тарированным ключом на величину крутящего момента.
Сборка резьбовых пар.
Винтовое соединение. Болтовое соединение.
Монтажные работы" href="/text/category/montazhnie_raboti/" rel="bookmark">монтажные работы и работы, связанные с разборкой изделия. При нормировании границей расчленения ТП обычно служит сборочная единица, т. е. комплект, который хранится, перемещается и подаётся на дальнейшую сборку как единое целое (с одного рабочего места на другое). Расчленение операции является необходимым условием нормирования и изучения ручного труда.
В слесарно-сборочных работах трудовые приёмы, как основные (соединение или изменение размеров), так и вспомогательные (перемещение деталей и т. д.), являются ручными, поэтому при нормировании оперативное время не подразделяется на основное и вспомогательное.
Выбор методов и способа нормирования производят в зависимости от того, с какой степенью точности и обоснованности должна быть установлена норма. При этом учитывают тип производства, в котором выполняется работа .
При массовом и крупносерийном производстве ТП разрабатывается подробно, каждый вид работы закреплён за конкретным рабочим местом, используют аналитический метод расчёта норм времени.
В серийном производстве при применении универсального и специализированного оборудования применяют укрупнённые нормативы времени.
В мелкосерийном и единичном производстве при использовании универсального оснащения, маршрутного ТП нормирование производят по типовым нормам методом сравнения или хронометража.
Норма штучного времени на сборочную операцию рассчитывается по формуле:
где m – число i-х расчётных комплексов в операции;
Нормированное время на выполнение расчётного комплекса приёмов;
Суммарный поправочный коэффициент i – му комплексу приёмов в зависимости от характера и условий выполняемой работы;
К" – коэффициент, учитывающий тип производства.
2. Пример расчёта.
Исходные данные:
Работа выполняется на месте сборки агрегата при ограничении вращения гаечного ключа. Производство среднесерийное, партия сборки 200 изделий. Количество и характеристика собираемых деталей: корпус цилиндра – один, уплотнитель D = 18 мм – один, штуцер М181,5, L = 20 мм – один.
https://pandia.ru/text/78/011/images/image010_52.gif" height="23">= 0,15 мин. Содержание расчётного комплекса (б) включает: взять штуцер, ввернуть предварительно вручную, взять ключ и завернуть окончательно, отложить ключ. По нормативам t= 0,3 мин. В условиях ограниченного движения инструмента вводится поправочный коэффициент 1,4. Тогда t=0,3https://pandia.ru/text/78/011/images/image013_38.gif" width="15 height=24" height="24">=1,5%, а=2,5%, аhttps://pandia.ru/text/78/011/images/image016_26.gif" width="12" height="24 src=">=(0,15+0,42){1+(1,5+2,5+1)/100}0,9=(0,15+0,42)1,050,9=0,54 (мин)
5. При повышенных требованиях к точности расчёта можно пользоваться аналитическими формулами.
ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Технология сборочных процессов
10.1. Значение сборки при изготовлении машин
Сборка является заключительным этапом изготовления машин и в значительной степени определяет ее эксплуатационные качества. Одни и те же детали, соединенные при разных условиях сборки, могут значительно изменять долговечность их службы.
Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20...30)% в массовом и до (30...40)% в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно. сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем - технология изготовления деталей.
10.2. Основные виды сборочных соединений
Сборка - это образование соединении составных частей изделия. Соединения могут быть разъемными или неразъемными. Различают следующие виды соединений:
Неподвижные разъемные;
Неподвижные неразъемные;
Подвижные разъемные;
Подвижные неразъемные.
Разъемные соединения допускают разборку без повреждения сопрягаемых и скрепляемых деталей. Неразъемные соединения - такие, разъединение которых связано с повреждением или разрушением деталей.
К неподвижным разъемным соединениям относят: резьбовые, шпоночные, некоторые шлицевые, конические, штифтовые, профильные, соединения с переходными посадками.
К неподвижным неразъемным соединениям относят соединения, которые получают посадкой с гарантированным натягом, развальцовкой, отбортовкои. сваркой, пайкой,клепкой,склеиванием.
К подвижным разъемным соединениям относят соединения с подвижной посадкой.
К подвижным неразъемным соединениям относят подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны.
10.3. Исходные данные для проектирования технологических процессов сборки
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащая действия по установке и образованию соединений составных частей изделия (ГОСТ 23887-79).
Исходными данными для технологического процесса сборки являются:
Описание изделия и его служебное назначение;
Сборочные чертежи изделия, чертежи сборочных единиц, спецификации деталей, входящих в изделие;
Рабочие чертежи деталей, входящих в изделие;
Объем выпуска изделий.
При проектировании технологического процесса для действующего предприятия необходимы дополнительные данные о сборочном производстве:
Возможность использования имеющихся средств технологического оснащения, целесообразность их приобретения или изготовления,
Местонахождение предприятия (для решения вопросов по специализации и кооперированию, снабжению);
Наличие и перспективы подготовки кадров;
Плановые сроки подготовки освоения и выпуска изделия. Кроме изложенных выше данных необходима руководящая и справочная информация: паспортные данные оборудования и его технологические возможности, нормативы времени и режимов, стандарты на оснастку и т.д.
10.4. Этапы и последовательность проектирования технологического процесса сборки
Технологический процесс сборки разрабатывают в следующей последовательности:
Установление серийности и целесообразности организационной формы сборки, определение ее такта и ритма;
Анализ сборочных чертежей на технологичность конструкции;
Выбор метода достижения точности сборки на основе анализа и расчета размерных цепей (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка, пригонка);
Определение целесообразной степени дифференциации или концентрации сборочных операций;
Установление последовательности сборки, составление схемы общей сборки и сборки отдельных сборочных единиц;
Выбор способа сборки, контроля и испытаний;
Выбор технологического оборудования и оснастки, проектирование специальных средств технологического оснащения (при необходимости);
Нормирование сборочных работ;
Расчет экономических показателей сборки;
Разработка планировки оборудования и рабочих мест;
Оформление технологической документации.
10.5. Организационные формы сборки
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка может иметь различные организационные формы (рис. 10.1).
По перемещению собираемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства- на непоточную и поточную.
Непоточная стационарная сборка отличается тем, что весь процесс сборки выполняется на одном рабочем месте, куда поступают все детали и сборочные единицы. Стационарная сборка может осуществляться без расчленения (принцип концентрации) и с расчленением (принцип дифференциации) сборочных операций.
В первом случае вся сборка изделия выполняется одной бригадой рабочих последовательно. Область применения стационарной неподвижной сборки без расчленения работ - единичное и мелкосерийное производство тяжелого машиностроения, экспериментальные и ремонтные цехи.
Во втором случае производится параллельно сборка каждой сборочной единицы и общая сборка разными бригадами. Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ применяется в серийном производстве средних и крупных машин и имеет ряд преимуществ перед сборкой без расчленения: сокращаются длительность цикла сборки, трудоемкость и снижается себестоимость. Однако применение сборки с расчленением возможно, только если конструкция изделия позволяет разделить его на сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга.
Непоточная подвижная сборка отличается тем, что рабочие, выполняющие операции сборки, находятся на своих рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому. Перемещение изделий может быть свободным или принудительным. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ. Продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса неодинакова. Для компенсации разности времени выполнения операций создаются межоперационные заделы. Непоточная подвижная сборка применяется в среднесерийном производстве.
Поточная сборка отличается тем, что все сборочные операции выполняются за одинаковое время, равное или кратное такту. Обеспечение одинаковой продолжительности операции достигается их перестройкой, заключающейся в изменении числа переходов, их механизации, дублировании и т.п.
Поточная сборка по аналогии с непоточной может осуществляться со свободным или принудительным перемещением собираемого изделия. При свободном перемещении используются тележки, наклонные лотки, рольганги, при принудительном - конвейеры различных типов. Сборка с принудительным перемещением может производиться на конвейере с периодическим или непрерывным перемещением.
Поточная стационарная сборка отличается тем, что собираемые изделия остаются на рабочих местах, а рабочие по сигналу переходят от одних собираемых изделий к следующим через периоды времени, равные такту. При этом каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закрепленную за ним (бригадой) одну и ту же операцию. Поточная стационарная сборка применяется в серийном производстве машин, отличающихся недостаточной жесткостью базовых деталей, большими габаритами и массой, что неудобно для их транспортирования.
Поточная подвижная сборка осуществляется путем перемещения собираемого изделия от одного рабочего места к другому. При этом перемещение собираемого изделия может производиться на непрерывно движущемся конвейере или на конвейере с периодическим перемещением.
В первом случае сборка осуществляется в период остановки конвейера, во втором - на непрерывно движущемся конвейере, перемещающем собираемое изделие со скоростью, обеспечивающей возможность выполнения сборочных операций. Подвижная поточная сборка применяется в крупносерийном и массовом производстве.
10.6. Технологический анализ сборочных чертежей
На данном этапе анализируется конструкции сборочных единиц с точки зрения их технологичности. На основе анализа конструкции изделия вырабатываются предложения по его конструктивным изменениям, упрощающим сборку.
Требования к технологичности сборочных конструкций можно разделить на общие и специальные.
К общим относят следующие требования:
1. Следует предусматривать разделение изделия на самостоятельные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и сократить производственный цикл сборки.
2. Сборочные единицы должны состоять из стандартных и унифицированных частей, что приводит к увеличению серийности и снижению трудоемкости их изготовления.
3. В конструкции сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки.
4. Предусматривать простоту замены быстроизнашиваемых частей.
5. Конструкция должна обеспечивать удобные сборочные работы с применением целесообразных средств технологического оснащения, средств механизации и автоматизации, исключать сложные сборочные приспособления. Базовая деталь должна иметь технологическую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого изделия.
6. Минимальное число поверхностей и мест соединений составных частей.
7. Конструкция составных частей должна исключать дополнительную обработку и сокращать пригоночные работы.
8. Уменьшать количество деталей и составных частей и стремиться к их взаимозаменяемости.
9. Нормализация крепежных и других деталей для сокращения номенклатуры сборочных инструментов.
10. Возможность захвата сборочных единиц грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки на собираемое изделие.
11. Для соблюдения принципа взаимозаменяемости избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски. Если сократить число звеньев невозможно, то в конструкции изделия предусмотреть компенсатор.
12. Для сокращения цикла сборки предусмотреть возможность одновременного и независимого друг от друга присоединения различных сборочных единиц к базовой детали изделия.
13. В тех случаях, когда по условиям сборки важно обеспечить определенное и единственно возможное относительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо предусмотреть установочные метки, контрольные штифты или несимметричное размещение крепежных деталей для исключения субъективных ошибок при сборке или ремонте.
14. Предусмотреть возможность механизации и автоматизации сборочных работ.
В качестве примера специальных требований ниже приведена технологичность разъемных и неразъемных соединений.
1. При сборке соединений с гарантированным зазором и натягом вводить заходные фаски на наружной и внутренней поверхности и направляющие элементы (пояски) для устранения перекоса.
2. Для обеспечения сборки по двум поверхностям следует соединять их последовательно-параллельно. Поверхности сопряжения во избежание задиров выполнять ступенчатыми.
3. Центровку деталей большого размера (крышки и фланцы) по цилиндрическим пояскам заменять центровкой по двум контрольным штифтам.
4. Сборку резьбовых соединений облегчать заходными фасками или направляющими элементами на резьбовых поверхностях.
5. Предусматривать достаточное расстояние от оси резьбового элемента до стенки для возможности применения торцевых ключей, обеспечивающих большую производительность.
6. Расстояние между резьбовыми элементами должны быть достаточно "большими для использования многошпиндельных завертывающих устройств.
7. Гайки, расположенные на внутренних поверхностях деталей, шплинтовать
8. Для стопорения гаек и винтов предусматривать у них конические опорные поверхности. Отпадает необходимость шплинтовки и пружинных шайб. Требования к технологичности других соединений приведены в литературе .
Особенности технологичности конструкций сборочных единиц в условиях автоматической сборки
При автоматической сборке к технологичности конструкций предъявляются следующие требования:
1. Детали изделия должны иметь простые симметричные формы (упрощается ориентация). Если детали не симметричны, то асимметрия должна быть четко выражена
2. Конструкция деталей должна предотвращать их взаимное сцепление при выдаче из бункера.
3. Использовать в максимальной степени унифицированные стандартные детали для большого применения однотипных сборочных устройств.
4. Заменять разъемные соединения неразъемными (для неремонтируемых частей изделия), применяя методы сборки, основанные на пластическом деформировании (развальцовка, клепка и т.д.).
5. Сборка должна осуществляться при простых (преимущественно прямолинейных) движениях исполнительных устройств без поворота изделия.
6 .Для повышения надежности работы сборочных автоматов в ряде случаев целесообразно назначать более жесткие допуски на детали изделия.
10.7. Выбор метода достижения точности сборки
При соединении деталей машин при сборке необходимо обеспечить их взаимное расположение в пределах заданной точности. Вопросы, связанные с достижением требуемой точности сборки решаются с использованием анализа размерных цепей собираемого изделия. Достижение заданной точности сборки заключается в обеспечении размера замыкающего звена размерной цепи, не выходящего за пределы допуска.
В зависимости от типа производства различают пять методов достижения точности замыкающего звена при сборке.
1. Полной взаимозаменяемости.
2. Неполной взаимозаменяемости.
3. Групповой взаимозаменяемости.
4. Регулирования.
5. Пригонки.
Характеристики данных методов приведены в таблице 10.1 .
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум - минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ую взаимозаменяемость Недостаток метода - уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения.Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Таблица 10.1. Методы достижения точности замыкающего звена,
применяемые при сборке (ГОСТ 23887-79, ГОСТ 16319-80,
ГОСТ 14320-81)
|
Метод |
Сущность метода |
Область применения |
|
|
Полной взаимозаменяемости |
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений |
Использование экономично в условиях достижения высокой точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно большом числе изделии, подлежащих сборке |
|
|
Неполной взаимозаменяемости |
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений |
Использование целесообразно для достижения точности в многозвенных размерных цепях, допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц, у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный риск несобираемости |
|
|
Групповой взаимозаменяемости |
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих одной из групп, на которые они предварительно рассортированы |
Применятся для достижения наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хранения и транспортирования в специальной таре |
|
|
Пригонки |
Метод, при котором точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала |
Используется при сборке изделий с большим числом звеньев, детали могут быть изготовлены с экономичными допусками, но требуются дополнительные затраты на пригонку компенсатора, экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким связанным размерным цепям |
|
|
Регулирования |
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. |
Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала, обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации машины. |
|
|
Сборка с компенсирующими материалами |
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается применением компенсирующего материала, вводимого в зазор между сопрягаемыми поверхностями деталей после их установки в требуемом положении |
Использование наиболее целесообразно для соединений и узлов, базирующихся по плоскостям (привалочные поверхности станин, рам, корпусов, подшипников, траверс и т. п..); в ремонтной практике для восстановления работоспособности сборочных единиц, для изготовления оснастки |
|
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединении, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах
Метод регулировки имеет преимущество перед методом пригонки, т.к. не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.
Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных соединений с применением компенсирующего материала, (например, пластмассовой прослойки).
10.8. Последовательность и содержание сборочных операций. Схемы сборки
Для разработки последовательности сборочных операций необходимо провести расчленение собираемого изделия на составные части. При этом учитывают следующие требования.
1. Сборочную единицу не следует расчленять в процессе сборки, транспортировки и монтажа.
2. Сборочным операциям предшествуют подготовительные и пригоночные работы, которые выделяют в самостоятельные операции.
3. Габаритные размеры сборочных единиц устанавливают с учетом наличия подъемно-транспортных средств.
4. Сборочная единица должна состоять из небольшого числа деталей и сопряжении для упрощения организации сборочных работ.
5. Сокращать число деталей, подаваемых непосредственно на сборку, за исключением базовой детали и крепежа.
6. Изделие следует расчленять так, чтобы его конструкция позволяла осуществлять сборку с наибольшим числом сборочных единиц. Последовательность сборки зависит от:
Конструкции изделия;
Компоновки деталей;
Метода достижения требуемой точности,
Функциональной взаимосвязи элементов изделия;
Конструкции базовых элементов;
Условия монтажа силовых и кинематических передач;
Наличия легко повреждаемых элементов;
Размеров и массы присоединяемых элементов. Последовательность сборки (сборочных операций) разрабатывают, соблюдая следующие требования.
1. Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих.
2. Для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки.
3. После операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусмотреть контрольные операции.
4. Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинают с наиболее сложной и ответственной цепи.
5. В каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено.
6. При наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия
Для определения последовательности сборки изделия и его составляющих частей разрабатывают технологические схемы сборки (рис. 10,2).
Эти схемы, являясь первым этапом разработки технологического процесса, в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. Технологические схемы сборки составляют на основе сборочных чертежей изделия.
На технологических схемах каждая деталь или сборочная единица обозначается прямоугольником, разделенным на 3 части (рис. 10.2, в). В верхней части прямоугольника указывают наименование детали или сборочной единицы, в левой нижней части - номер, присвоенный детали или сборочной единице на сборочных чертежах изделия, в правой нижней части - число собираемых элементов. Сборочные единицы обозначают буквами «Сб» (сборка). Базовыми называются детали или сборочные единицы, с которых начинается сборка. Каждой сборочной единице присваивается номер ее базовой детали. Например, «Сб.7» -сборочная единица с базовой деталью N 7. Порядок сборочной единицы указывают цифрой перед буквенным обозначением «Сб». Например, индекс «1С6.10» означает сборочную единицу 1-го порядка с базовой деталью N 10.
Технологическую схему сборки строят в следующей последовательности.
В левой части схемы (рис. 10.2, а) указывают базовую деталь или базовую сборочную единицу. В правой части схемы указывают собираемое изделие в сборе. Эти два прямоугольника соединяют горизонтальной линией. Выше этой линии прямоугольниками обозначают все детали, входящие непосредственно в изделие, в порядке последовательности сборки. Ниже этой линии прямоугольниками обозначают сборочные единицы первого порядка (непосредственно входящие в изделие), в порядке последовательности сборки.
Схемы сборки единиц первого порядка могут строиться как отдельно (по приведенному выше правилу - рис. 10.2, б), так и непосредственно на общей схеме, развивая ее в нижней части схемы (под линией).
Технологические схемы сборки сопровождаются подписями, если они не очевидны из самой схемы, например, «Запрессовать», «Сварить», «Проверить
на биение» и т.д.
Технологические схемы сборки одного и того же изделия многовариантны.
Оптимальный вариант выбирают из условия обеспечения заданного качества сборки экономичности и производительности процесса при заданном масштабе выпуска изделий. Составление технологических схем целесообразно при проектировании сборочных процессов для любого типа производства. Технологические схемы упрощают разработку сборочных процессов и облегчают оценку изделия на технологичность.
После разработки схем сборки устанавливают состав необходимых работ и определяют содержание технологических операций. В состав технологического процесса сборки в качестве технологических операций вносят разнообразные сборочные работы. Виды сборочных работ приведены в таблице 10.2.
Технологические процессы сборки типовых сборочных единиц, сборки неподвижных разъемных соединений (резьбовых, шпоночных, шлицевых и т.п.), сборки неразъемных соединений (пластическим деформированием, сваркой, пайкой, склеиванием), сборки различных передач машин и механизмов (зубчатые, цепные и др.) описаны в работе .
10.9. Технология балансировки
Вращающиеся детали и сборочные единицы в машинах должны быть отба-лансированы Несбалансированность сопровождается вибрациями и дополнительными нагрузками на опоры. Основные понятия технологии балансировки
предусматриваются ГОСТ 19534-74.
Дисбалансом называют векторную величину, равную произведению неуравновешенной массы на ее расстояние (эксцентриситет) до оси ротора. Ротором называют любую деталь или сборочную единицу, которая при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. Единицей дисбаланса являются грамм-миллиметр (г х мм) и градус, служащие для измерения собственно значения дисбаланса и градуса дисбаланса.
Все дисбалансы ротора приводятся к двум векторам - главному вектору и главному моменту дисбалаисов. Главный вектор дисбалансов равен произведению массы неуравновешенного ротора на эксцентриситет. Главный момент дисбалансов равен геометрической сумме моментов всех дисбалансов ротора относительно его центра масс. Отношение модуля главного вектора дисбалансов к массе ротора называют удельным дисбалансом.
Технология балансировки состоит из определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой массы ротора. Корректировку массы ротора можно провести путем добавления, уменьшения или перемещения корректирующей массы, создающий дисбаланс такого же значения,что и у
неуравновешенного ротора, но с углом дисбаланса 180 градусов относительно дисбаланса ротора.
Различают балансировку статическую и динамическую. При статической балансировке определяют и уменьшают главный вектор дисбалансов, т.е. центр масс ротора приводится на ось вращения размещением соответствующей корректирующей массы. При динамической балансировке определяют и уменьшают главный момент и главный вектор путем размещения корректирующих масс в двух плоскостях коррекции.
Балансировочные операции могут выполняться на всех стадиях производственного процесса: в начале обработки заготовки, после завершения механо-обработки, в процессе сборки.
Таблица 10.2. Виды сборочных работ
|
Работы |
Краткая характеристика |
Удельный вес, %, в обшей трудоемкости сборки при производстве |
|
|
серийном |
массовом |
||
|
Подготовительные |
Приведение деталей и покупных изделии в состояние, необходимое в связи с условиями сборки: расконсервация, мойка, сортировка на размерные группы, укладка в тару и др. |
8- 10 |
|
|
Пригоночные |
Обеспечение сборки соединений и технических требований к ним: опи-ливание и зачистка, притирка, полирование, шабрение, сверление, развертывание, правка, гибка |
20-25 |
|
|
Собственно-сборочные |
Соединение двух или большего числа деталей с целью получения сборочных единиц и изделий основного производства: свинчивание, запрессовывание, сварка, склеивание и др. |
44-47 |
70-75 |
|
Регулировочные |
Достижение требуемой точности взаимного расположения деталей в сборочных единицах и изделиях, балансировка |
||
|
Контрольные |
Проверка соответствия сборочных единиц и изделий параметрам, установленным чертежом и техническими условиями на сборку |
10-12 |
8- 10 |
|
Демонтажные |
Частичная разборка собираемых изделий с целью подготовки их к упаковке и транспортировке к потребителю |
||
10. 9 .1 . Способы и средства статической балансировки
Ц ентр тяжести статически неуравновешенного ротора не совпадает с его осью.
Под действием силы тяжести создается момент относительно оси или точки подвеса ротора, который стремится повернуть ротор так, чтобы центр тяжести его переместился в нижнее положение.На этом принципе основано действие различных средств для выявления и определения статической неуравновешенности:
роликовые или дисковые опоры (рис. 10.3,а);
горизонтальные параллельные призмы (рис. 10.3,б).
При этих способах точность определения дисбаланса зависит от массы ротора и от трения между оправкой ротора и опорой. Для снижения трения и повышения точности используют наложение на опоры вибраций или подачу воздуха под шейки оправки.
Другой принцип, на котором основано действие устройств для выявления статической неуравновешенности, заключается в изменении положения центра масс ротора в горизонтальной плоскости при принудительном повороте ротора. Для этого применяют балансировочные весы.
Для тяжелых роторов с большим диаметром и не имеющим собственных опор применяют следующий способ. Ось ротора располагается вертикально, а под действием момента от главного вектора дисбалансов происходит поворот или качание ротора на пяте, шарике, острие, подвесе или платформе-поплавке.
Кроме данных способов применяется статическая балансировка в динамическом режиме. Способ заключается в принудительном вращении ротора с регистрацией давления или колебаний на специальных балансировочных станках. Статическую балансировку применяют для относительно коротких деталей типа шкивов и маховиков.
Для длинных деталей, у которых 1/ d >3 и скорость вращения V >6 м/с например, шпиндели станков, коленчатые валы необходима динамическая балансировка.
10.9.2. Способы и средства динамической балансировки
При динамической балансировке деталь или сборочная единица приводится в принудительное вращение на специальном балансировочном станке (рис.10.4.). При вращении неуравновешенных масс, находящихся на расстоянии от оси, возникают центробежные силы. Эти силы вызывают давление или вибрации в опорах ротора станка и через преобразователи фиксируются соответствующей измерительной системой.
10.9.3. Способы устранения дисбаланса ротора
Для уменьшения дисбалансов ротора используются корректирующие массы, которые удаляются из тела ротора, добавляются к нему или перемещаются по ротору. Удаление материала может производиться опиливнием, отламыванием специальных приливов, точением, фрезерованием, шлифованием, сверлением и др. Добавление материала может производиться приваркой, клепкой, пайкой, привертыванием, наклеиванием и др.
Перемещение корректирующих масс по ротору применяется в тех случаях, когда в процессе эксплуатации сборочных единиц наблюдается непрерывное изменение дисбаланса (например, шлифовального круга из-за его износа). Для этого применяют специальные конструктивные элементы (втулки, секторы, сухари, шары, винты), перемещаемые в нужное место ротора.
10.9.4. Точность балансировки
Точность балансировки характеризуется произведением удельного дисбаланса на наибольшую частоту вращения ротора в эксплуатационных условиях Согласно ГОСТ 22061-76 предусматривается 13 классов точности (от 0 до 12) балансировки. При назначении класса точности балансировки сборочных единиц можно пользоваться табл. 10.3 .
Таблица 10.3. Классы точности балансировки сборочных единиц, относящихся к жестким роторам
|
Класс точности балансировки |
Типы жестких роторов |
|
Шпиндели прецизионных шлифовальных станков, гироскопы |
|
|
Приводы шлифовальных станков |
|
|
Турбокомпрессоры, турбонасосы, приводы металлорежущих станков, роторы электродвигателей с повышенными требованиями к плавности хода |
|
|
Роторы общих электродвигателей, крыльчатки центробежных насосов, маховики, вентиляторы, барабаны центрифуг |
|
|
Роторы сельскохозяйственных машин, карданные валы, коленчатые валы двигателей с повышенными требованиями к плавности хода |
|
|
Колеса легковых автомобилей, бандажи, колесные пары |
|
|
Коленчатый вал с маховиком, муфтой сцепления, шкивом высокооборотного шестицилиндрового дизельного двигателя |
|
|
То же для четырехцилиндрового дизельного двигателя |
|
|
То же для четырехтактного двигателя большой мощности |
|
|
То же для двухтактного двигателя большой мощности |
|
|
То же для низкооборотного судового дизеля с нечетным числом цилиндров |
Рис.10.3. Устройства для статической балансировки: а- на вращающихся дисках; б- на параллелях
Рис 10.4. Схемы динамических балансировочвых станков.
10.10. Выбор сборочного оборудования,
оснастки и подъемно- транспортных средств
При серийном производстве оборудование и оснастку применяют универсального, переналаживаемого типа. Их размеры принимают по наиболее крупному прикрепленному к данному рабочему месту изделию.
В массовом производстве преимущественно применяют специальные оборудование и оснастку. Тип, размеры и грузоподъемность подъемно-транспортных средств определяют по установленным организационным формам сборки, размерам изделий и их массе.
10.10.1. Сборочное оборудование
Оборудование, используемое при сборке, делится на две группы: технологическое и вспомогательное. Технологическое оборудование предназначено для выполнения работ по осуществлению различных сопряжений деталей, их регулировке и контролю. Вспомогательное оборудование предназначено для механизации вспомогательных работ.
Технологическое оборудование
При сборке неподвижных разъемных соединений применяют одно- и многошпиндельные стационарные установки для навинчивания гаек и их затяжки. При сборке неподвижных неразъемных соединений с нагревом охватывающей детали применяют электропечи для нагрева мелких деталей в масляной ванне или индукционные печи. При сборке этих соединений с охлаждением охватываемой детали применяют специальное оборудование для охлаждения деталей сжиженным газом или твердой углекислотой.
При сборке неподвижных неразъемных соединений механически применяют различные прессы. Прессовое оборудование выбирают, исходя из расчетного усилия запрессовки с коэффициентом запаса 1.5…2 и габаритов собираемой сборочной единицы. Различают: винтовые ручные прессы, реечные верстачные прессы, пневматические прессы, гидравлические прессы, пневмогидравлические прессы, электромагнитные прессы и др. Характеристика различных прессов приведена в работе 13 .
Вспомогательное оборудование
Вспомогательное оборудование включает в себя транспортное, подъемное, установочное и др.
Транспортное оборудование применяют в основном для подвижной сборки.
К транспортному оборудованию относят:
Роликовые конвейеры (рольганги);
Сборочные тележки;
Ленточные конвейеры;
Приводные тележечные конвейеры;
Карусельные конвейеры;
Цепные напольные конвейеры;
Рамные (шагающие) конвейеры;
Подвижные конвейеры.
Классификация конвейеров для сборки приведена на рис. 10.5 .
Характеристика транспортного оборудования приведена в работе . Подъемное оборудование применяется для подъема и перемещения деталей и сборочных единиц при сборке. Наибольшее применение получили электрические тали, консольные подъемные краны, кран-балки, а для тяжелых изделий - передвижные краны, установленные на подкрановые пути.
Классификация подъемно-транспортных средств приведена на рис. 10.6 .
10.10.2. Сборочный и слесарный инструмент
При сборке применяют как ручной, так и механизированный инструмент с электрическим, пневматическим и гидравлическим приводами.
Сверлильные машины используют для сверления отверстий. Они имеют электрический или пневматический привод.
Шлифовальные машины используют для зачистки сварных швов, отливок, снятия заусенцев, шлифования и полирования. Их изготавливают с электро- и пневмоприводом. Для работы в труднодоступных местах применяют машины с гибким валом.
Ножницы применяют для прямолинейной и фасонной резки листовой стали и сплавов. Различают ножевые, вырубные, дисковые и рычажные ножницы.
Пневматические рубильные молотки используют для рубки и чеканки металла, доводки отливок, клепки заклепок и др.
Резьбонарезные пневматические машины предназначены для нарезания резьбы.
Для механизации сборки резьбовых соединений применяют ручные одношпиндельные резьбозавертывающие машины: гайко-, шпилько- и винтоверты. По принципу работы их подразделяют на машины вращательного действия,
часто ударные и редко ударные. Из нормализованных резьбозавертывающих силовых головок компонуют многошпиндельные гайковерты.
Для удержания механизированного инструмента при пользовании им применяют свободные или жесткие подвески Свободная подвеска более удобна в эксплуатации, однако, она не ограждает рабочего от реактивных моментов, и ее применяют для инструментов небольшой мощности.
Для механизации сборки клепаных соединений применяют клепальные молотки, ручные пневматические прессы, гидравлические и пневмогидравлические установки.
10.10.3. Сборочные приспособления
Сборочные приспособления служат для механизации ручной сборки, обеспечивают быструю установку и закрепление сопрягаемых элементов изделия. По степени специализации их подразделяют на универсальные и специальные.
Универсальные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производствах. К ним относят: плиты, сборочные балки, призмы и угольники. струбцины, домкраты, различные вспомогательные детали и устройства.
Специальные приспособления применяют в крупносерийном и массовом производствах для выполнения сборочных операций. Эти приспособления делят на два типа. К первому типу относят приспособления для неподвижной установки и закрепления базовых деталей и сборочных единиц собираемого изделия. Такие приспособления облегчают сборку и повышают производительность труда, т.к. рабочие освобождаются от необходимости удерживать объект сборки руками. Для удобства их часто выполняют поворотными. Данные приспособления могут быть одно- и многоместными, стационарными или передвижными.
Ко второму типу специальных сборочных приспособлений относят приспособления для точной и быстрой установки соединяемых частей изделия без выверки. Эти приспособления применяют для сварки, пайки, клепки, склеивания, развальцовки, посадки с натягом, резьбовых и других сборочных соединений. Приспособления этого типа могут быть одно- и многоместными, стационарными и подвижными.
При больших размерах изделий для изменения их положения в процессе сборки применяют поворотные устройства.
10.11. Нормирование сборочных операций
Структура нормы времени на сборочные операции аналогична структуре нормы на станочные работы. При сборке изделий партиями определяется штучно-калькуляционное время. При поточной сборке в состав штучного времени включается время на транспортирование собираемого изделия, если оно не перекрывается другими элементами штучного времени.
В условиях поточного производства длительность каждой операции по аналогии со станочными работами должна быть равна или кратна такту сборки машины. Обеспечение этого условия достигается различными способами:
Изменением содержания операций путем их совмещения или расчленения;
Применением более производительных средств оснащения и др.
Нормирование сборочных работ ведется по нормативам времени на слесарно-сборочные работы. Основное отличие нормирования сборочных операций от нормирования операций механической обработки заключается в значительно меньшем объеме машинного времени в структуре нормы времени и в отсутствии четкого разделения основного и вспомогательного времени на переходе. Это затрудняет внедрение техническим обоснованных норм, что делает норму зависимой от субъективных оценок нормировщиков. Для совершенствования нормирования сборочных работ необходима типизация нормирования времени.
На основе норм штучного или штучно-калькуляционного времени определяются трудоемкость сборки всего изделия и количество рабочих мест, необходимых для сборки.
10.12. Технико-экономическая оценка и основные показатели технологического процесса сборки
Критерии для оценки вариантов спроектированных технологических процессов сборки делят на абсолютные и относительные.
Абсолютные критерии:
Трудоемкость технологического процесса сборки, как сумма штучного времени по всем операциям сборки;
Технологическая себестоимость выполнения сборки;
Длительность цикла сборки партии изделий при непоточной сборке. При поточной сборке - длительность цикла сборки той же партии изделий с определением ритма и темпа выпуска;
Число единиц сборочного оборудования;
Число сборщиков,
Средний разряд сборщиков;
Энерговооруженность сборщиков.
Относительные критерии:
Коэффициент трудоемкости сборочного процесса, равный отношению трудоемкости сборки изделия к трудоемкости обработки деталей изделия;
Коэффициент себестоимости сборки равный отношению себестоимости сборки к себестоимости изделия в целом;
Коэффициент загрузки рабочих мест и поточной линии. Определяются по аналогии со станочными работами;
Коэффициент расчлененности сборочного процесса равный отношению суммарной трудоемкости узловой сборки к общей трудоемкости сборки изделия;
Коэффициент совершенства сборочного процесса изделия равный отношению разности трудоемкости сборки изделия и трудоемкости пригоночных работ к трудоемкости сборки изделия
Уровень автоматизации сборки равный отношению длительности сборки изделия на автоматизированных операциях к длительности сборки на всех операциях;
Коэффициент оснащенности технологического процесса сборки равный отношению числа сборочных приспособлений, применяемых на всех операциях, к числу операций сборки данного изделия.
10.13. Документация технологического процесса сборки
При проектировании сборочных технологических процессов, также как в процессе изготовления деталей, применяется единая система технологической документации. По единой системе технологической документации предусмотрены ее следующие виды:
Маршрутная карта;
Операционная карта;
Карта эскизов;
Технологическая инструкция;
Ведомость оснастки;
Ведомость технологических документов.
Дополнительно для сборочных технологических процессов вводится комплектовочная карта. Комплектовочная карта- технологический документ, содержащий данные о деталях, входящих в собираемое изделие.
Технологическая документация сборки кроме указанных выше документов содержит также сборочные чертежи с техническими условиями приемки и технологические схемы сборки.
10.14. Испытание собранных изделий
Испытание собранных изделий является заключительной операцией их изготовления. Различают контрольные и специальные испытания. Контрольные испытания проводят с целью контроля качества продукции. Одним из видов контрольных испытаний являются приемосдаточные испытания. Приемосдаточные испытания проводятся изготовителем для принятия решения о пригодности собранного изделия к поставке или использованию.
Все виды контрольных испытаний изделия делятся на три группы:
Проверка в статическом состоянии,
Проверка на холостом ходу;
Проверка под нагрузкой.
В статическом состоянии проверяются:
Геометрическая точность изделия;
Жесткость изделия (для металлорежущих станков);
Плавность перемещения подвижных частей в ручном режиме и др.
На холостом ходу проверяются:
Правильность работы механизмов и систем изделия;
Мощность холостого хода;
Надежность блокировки;
Уровень шума;
Уровень вибраций;
Температура нагрева подшипников.
Под нагрузкой проверяют:
Безотказность работы механизмов и систем изделия при его максимальном нагружении;
К.п.д. при максимально допустимой нагрузке;
Качество работы машины в производственных условиях;
Эксплуатационные характеристики и др.
Машины специального назначения и опытные образцы подвергают испытанию на производительность. Машины, предназначенные для производства, сортировки и контроля продукции, испытывают на точность. Для машин распространенных типов (например: металлорежущие станки) порядок проведения испытаний регламентирован государственными стандартами.
Специальные или исследовательские испытания проводят по специальной программе в тех случаях, когда необходимо изучить пригодность конструктивных изменений, новых марок материалов и исследование каких-то определенных процессов в работе машины.
1.4. Технологические процессы сборки
Сборка - образование соединений составных частей изделия. Соединения могут быть разъемными и неразъемными (соединение свинчиванием, запрессовыванием, сваркой, склеиванием и пр.).
Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20...30) % в массовом и до (30...40) % в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем - технология изготовления деталей.
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет различные организационные формы (поточную и непоточную, стационарную и подвижную, узловую и общую).
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащую действия по установке и образованию соединений, составных частей изделия.
Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:
В зависимости от объема выпуска (заданной программы) устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм;
Осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки конструкции на технологичность;
Производятся размерный анализ конструкций, расчет размерных цепей и разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);
Определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных операций;
Устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются технологические схемы узловой и общей сборки;
Разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные, экономичные и технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;
Разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий инструмент, монтажное и контрольное оборудование);
Производятся техническое нормирование сборочных работ и определение экономических показателей;
Разрабатывается планировка, оборудование рабочих мест и оформляется техническая документация на сборку.
Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих эффективность технологических процессов сборки, является анализ технологичности конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности сборочной единицы разбиты на 3 группы:
1) требования к составу сборочной единицы;
2) требования к конструкции соединения составных частей;
3) требования к точности и методу сборки. Требования к составу сборочной единицы:
Сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с учетом принципа агрегатирования;
Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей;
Сборка изделия не должна обусловливать применение сложного технологического оснащения;
Виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;
В конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20 кг, должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования;
Конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения остальных составных частей;
Компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку при неизменном базировании составных частей;
В конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и измерительных;
Компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;
Компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и техническому обслуживанию;
Компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.
Требования к конструкции соединений составных частей:
Количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае должно быть наименьшим;
Места соединений составных частей должны быть доступны для механизации сборочных работ и контроля качества соединений;
Соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной обработки сопрягаемых поверхностей;
Конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной обработки в процессе сборки.
Требования к точности и методу сборки:
Точность расположения составных частей должна быть обоснована и взаимосвязана с точностью изготовления составных частей;
Выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производства должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;
Расчет размерных цепей следует производить, используя методы максимума-минимума - метод полной взаимозаменяемости, или, основанный на теории вероятностей, метод неполной взаимозаменяемости.
В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.
В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется применять метод неполной взаимозаменяемости.
В зависимости от типа производства используются также другие методы достижения точности замыкающего звена: метод групповой взаимозаменяемости; метод регулирования; метод пригонки.
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ную взаимозаменяемость. Недостаток метода - уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности, которых другими методами потребует больших затрат.
Рис. 1.5. Размерная цепь для межосевого расстояния цилиндрической зубчатой передачи
Рис. 1.6. Размерная цепь для половины бокового зазора цилиндрической зубчатой передачи
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.
Метод регулирования имеет преимущество перед методом пригонки, так как не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.
Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных соединений с применением компенсирующего материала (например, пластмассовой прослойки).
Особое внимание следует уделять при сборке размерным цепям, составляющими звеньями которых являются разные геометрические параметры, так как решение этих цепей проверяет на совместимость допуски, установленные на основе различных нормативных источников.
На рис. 1.5 показана параллельно-звеньевая размерная цепь, замыкающим звеном ∆А которой является монтажное межосевое расстояние зубчатой передачи с отклонениями, нормируемыми стандартом, а составляющими звеньями являются: А1 - расстояние между осями гнезд корпуса (отклонения определяются из расчета данной Цепи); A1 иA3 - отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей подшипниковых втулок;A4 иA5 - смещения осей базовых шеек валов на половину зазора под воздействием распорной силы (зазоры определяются расчетом и выбором посадок); А6 и А7 - отклонения от соосности мест посадки шестерен по отношению к базовым шейкам валов (определяется с учетом допустимого радиального биения шестерен).
На рис. 1.6 показана плоская размерная цепь, замыкающим звеном которой является половина минимального бокового зазора цилиндрической передачи Б∆ = 0,5·J min а составляющими звеньями: Б1 и Б2 - смещения исходного контураE hs для обоих колес (по виду сопряжения и нормам плавности); Б3 и Б4 - половины отклонений шага зацепленияf pb для обоих колес (по нормам плавности передачи); Б5 и Б6 - половины погрешности направления зубаF β для обоих колес (по нормам контакта); Б7 и Б8 - половины допусков соответственно на перекосf y , и отклонения от параллельностиf x осей колес в передаче (по нормам точности контакта); Б9 - нижнее отклонение межосевого расстоянияf a передачи (по нормам вида сопряжения). В результате расчета этой цепи гарантированный боковой зазор
где K j - компенсационный зазор, компенсирующий погрешность изготовления зубчатых колес и сборки передачи, уменьшающий боковой зазор
Для разработки последовательности сборочных операций необходимо провести расчленение собираемого изделия на составные части. При этом учитывают следующие требования:
Сборочную единицу не следует расчленять в процессе сборки, транспортировки и монтажа;
Сборочным операциям предшествуют подготовительные и пригоночные работы, которые выделяют в самостоятельные операции;
Габаритные размеры сборочных единиц устанавливают с учетом наличия подъемно-транспортных средств;
Сборочная единица должна состоять из небольшого числа деталей и сопряжений для упрощения организации сборочных работ;
Сокращать число деталей, подаваемых непосредственно на сборку, за исключением базовой детали и крепежа;
Изделие следует расчленять так, чтобы его конструкция позволяла осуществлять сборку с наибольшим числом сборочных единиц.
Последовательность сборки (сборочных операций) разрабатывают, соблюдая следующие требования:
Рис. 1.7. Сборочная единица (вал с червячным колесом)
Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;
Для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;
После операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусмотреть контрольные операции;
Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинают с наиболее сложной и ответственной цепи;
В каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено;
При наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.
Для определения последовательности
сборки изделия и его составляющих частей разрабатывают технологические схемы сборки. На рис. 1.7 показана сборочная единица (вал с червячным колесом), а на рис. 1.8 - технологическая схема его сборки.
Технологические схемы, являясь первым этапом разработки технологического процесса, в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. Технологические схемы сборки составляют на основе сборочных чертежей изделия.
На технологических схемах каждая деталь или сборочная единица обозначается прямоугольником, разделенным на три части. В верхней части прямоугольника указывают наименование детали или сборочной единицы, в левой нижней части - номер, присвоенный детали или сборочной единице на сборочных чертежах изделия, в правой нижней части - число собираемых элементов. Сборочные единицы обозначают буквами «Сб» (сборка). Базовыми называются детали или сборочные единицы, с которых начинается сборка. Каждой сборочной единице присваивается номер ее базовой детали. Например, «СБ4» - сборочная единица с базовой деталью 4 (ступица колеса).
Технологическую схему сборки строят в следующей последовательности.
В левой части схемы (рис. 1.8) указывают базовую деталь или базовую сборочную единицу. В правой части схемы указывают собираемое изделие в сборе. Эти два прямоугольника соединяют горизонтальной линией. Выше этой линии прямоугольниками обозначают все детали, входящие непосредственно в изделие, в порядке, соответствующем последовательности сборки. Ниже этой линии прямоугольниками обозначают сборочные единицы, непосредственно входящие в изделие.
Рис. 1.8. Технологическая схема сборки сборочной единицы
Схемы сборки сборочных единиц могут строиться как отдельно (по приведенному выше правилу), так и непосредственно на общей схеме, развивая ее в нижней части схемы (под линией).
Технологические схемы сборки сопровождаются подписями, если они не очевидны из самой схемы, например, «Запрессовать», «Сварить», «Проверить на биение» и т. д.
Технологические схемы сборки одного и того же изделия многовариантные. Оптимальный вариант выбирают из условия обеспечения заданного качества сборки, экономичности и производительности процесса при заданном масштабе выпуска изделий. Составление технологических схем целесообразно при проектировании сборочных процессов для любого типа производства. Технологические схемы упрощают разработку сборочных процессов и облегчают оценку изделия на технологичность.
Технологические процессы сборки типовых сборочных единиц, сборки неподвижных разъемных соединений (резьбовых, шпоночных, шлицевых и т. п.), сборки неразъемных соединений (пластическим деформированием, сваркой, пайкой, склеиванием), сборки различных передач машин и механизмов (зубчатые, цепные и др.) описаны в соответствующей справочной литературе.
Сборка - это образование разъемных или неразъемных соединений составных частей заготовки или изделия. Сборка может осуществляться простым соединением деталей, их запрессовкой, свинчиванием, сваркой, пайкой, клейкой и т. д. В зависимости от типа производства затраты времени на сборочные работы составляют от общей трудоемкости: в массовом и крупносерийном производстве 20… 30 %; серийном - 25… 35%; в единичном и мелкосерийном – 35… 40%. В различных отраслях машиностроения доля сборочных работ различна: в тяжелом машиностроении 30… 35%; в станкостроении 25… 30%; в автомобилестроении 18… 20%; в приборостроении 40… 45% Основная часть слесарно-сборочных работ – это ручные работы, т. е работы требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Рабочие места сборки резьбовых соединений оснащаются винто-, гайко-, шпильковертами. Поворотные столы используют при ручной и автоматизированной сборке изделий массой до 50 кг. Манипуляторы для передачи деталей имеют строго заданную траекторию перемещения, снабжены захватными органами различной конструкции грузоподъмностью до 20 кг. В процессе сборки осуществляется контроль с применением универсальных и специальных мерительных средств и приспособлений.
По объему paзделяют общую сборку, результатом которой является изделие в целом, и узловую сборку, результатом которой является составная часть изделия, т. е. сборочная единица или узел. В условиях единичного и мелкосерийного типов производства основная часть сборочных работ выполняется на общей сборке и лишь малая их доля осуществляется над отдельными сборочными единицами. С увеличением серийности производства сборочные работы все больше разделяются на отдельные сборочные единицы, а в условиях массового и крупносерийного типов производств объем узловой сборки становится равным или даже превосходит объем общей сборки. Это в значительной мере способствует механизации и автоматизации сборочных работ и повышению их производительности.
По стадиям процесса сборка подразделяется на предварительную, промежуточную, сборку под сварку, окончательную и др. Предварительная сборка, т. е. сборка заготовок, составных частей или изделий, которые в последующем подлежат разборке. Промежуточная сборка, т. е. сборка заготовок, выполняемая для дальнейшей их совместной обработки. Например, предварительная сборка корпуса редуктора с крышкой для последующей совместной обработки отверстий подшипники. Сборка под сварку, т. е. сборка заготовок для их последующей сварки. Процесс соединения деталей при помощи сварки в большинстве случаев является сборочным. Окончательная сборка, т. е. сборка изделия или его составной части, после которой не предусмотрена его последующая разборка при изготовлении. После окончательной сборки некоторых изделий может следовать их демонтаж, который включает работы по частичной разборке собранного изделия для его подготовки к транспортированию потребителю.
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, непосредственно связанную с подготовкой, пригонкой, взаимной ориентацией, с последовательным соединением, фиксацией деталей и узлов для получения готового изделия. К технологическому процессу сборки относят операции: соединения, проверки правильности действия отдельных механизмов и узлов и машины в целом (точность, плавность движений, бесшумность, надежность функционирования смазочной системы и т. п.), очистки, промывки, окраски и отделки и контроля. Технологическая операция сборки представляет собой законченную часть этого процесса, выполняемую непрерывно над одной сборочной единицей одним или группой рабочих на одном рабочем месте. Сборочная операция - это технологическая операция установки и образования соединений составных частей заготовки и изделия. Переход сборочного процесса - это законченная часть операции сборки, выполняемая над определенным участком сборочного единения (узла) неизменным методом выполнения работы при пользовании одних и тех же инструментов и приспособлений. Приемом сборочного процесса называется отдельное законченное действие рабочего в процессе сборки или подготовки к сборке изделия или узла.
Технологический процесс сборки может включать следующие операции (по ГОСТ 3. 1703 -79): сборка, балансировка, закрепление, запрессовывание, клепка, контровка, маркирование, пломбирование, склеивание, стопорение, свинчивание, установка, центровка, штифтование, шплинтование, разборка, распрессовывание, расшплинтовывание, расштифтовывание, распломбирование, развинчивание.
Технологическая схема сборки – наглядное изображения порядка сборки машины и входящих в нее деталей сборочных единиц или комплектов. Каждый элемент изделия обозначают прямоугольником, в котором указывают наименование составной части, позицию на сборочном чертеже изделия, количество. Деталь или собранная ранее сборочная единица, с которой, присоединяя к ней другие детали и сборочные единицы, начинают сборку изделия, называют базовой деталью. Процесс сборки изображается на схеме горизонтальной (вертикальной) линией, направленной от прямоугольника с изображением базовой детали к прямоугольнику, изображающему готовое изделие. Сверху и снизу от горизонтальной (справа и слева от вертикальной) линии показывают прямоугольники, условно обозначающие детали и сборочные единицы в соответствии с последовательностью их присоединения к базовой детали. На схеме сборки также условными значками (кружками, треугольниками с буквами) показывают места регулировки, пригонки и другие операции.
Любая машина состоит из отдельных частей. Простейшей из них является деталь, т. е. изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций, называется сборочной единицей. Таким образом, технологический процесс соединения, установки и фиксации деталей в сборочных единицах называется сборкой.
Сборка является заключительной стадией всего технологического процесса изготовления сложного изделия. От качества сборки зависят эксплуатационные показатели изделия, его надежность, работоспособность и долговечность. В ряде случаев сборка является наиболее трудоемким процессом: для многих машин, приборов, аппаратов трудоемкость сборки составляет от 40 до 60 % от общей трудоемкости изготовления. При разработке процессов производства изделий составляют технологические схемы сборки, определяющие базовые (с которых начинают сборку) детали, базовые сборочные единицы и последовательность сборки и комплектования деталей и сборочных единиц, имеющих для удобства сборки условные обозначения (индексы). На технологических схемах сборки условно изображают последовательность процесса с указанием индексов используемых деталей и сборочных единиц.
На этапе сборки получают разъемные или неразъемные соединения деталей.
Разъемные соединения позволяют собирать или разбирать изделия без разрушения деталей (резьбовые, шпоночные, шлицевые и др. соединения). Неразъемные соединения применяются для таких изделий (узлов), которые не нужно разбирать при контроле и ремонте.
Основные технологии неразъемных соединений
К неразъемным технологиям относятся: заклепочные соединения, сварка, пайка, склеивание и их комбинации.
заклепочные соединения – клепка – рабочий процесс, при котором происходит соединение двух или нескольких деталей посредством деформирования (расклепывания стержней) заклепок, вставленных в просверленные в деталях отверстия.
Заклепочные соединения широко применяются в производстве летательных аппаратов (от 25 до 40 % массы всех соединений), автомобилей и других машиностроительных изделий.
Недостатки заклепочных соединений: низкая производительность; высокая трудоемкость и материалоемкость; отсутствие постоянства показателей прочности; неравномерность распределения нагрузки по отдельным заклепкам в направлении действия усилия; трудность контроля.
Достоинства: высокая прочность при вибрационных нагрузках.
Заклепки изготовляются из алюминиевых сплавов, низкоуглеродистых сталей, латуни, меди, титановых сплавов.
Процесс соединения деталей заклепками состоит из следующих основных операций: сверление или пробивание отверстия под заклепку; зенкования или штамповки гнезда под закладную головку заклепки при потайной клепке; установки заклепки в отверстие; собственно клепка; контроль качества соединения.
По степени механизации клепочных работ различают клепку: ручную, механизированную (пневматическими молотками или переносными прессами); машинную (клепка на стационарном прессовом оборудовании); автоматическую, выполняемую на специальных клепочных автоматах.
сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частицами при их нагревании и (или) пластическим деформированием.
Для возникновения межатомных связей необходимо свариваемые поверхности сблизить на расстояние, соизмеримое с атомным радиусом (расстояние между центрами атомов составляет 0,2…0,5 нм), чтобы начали действовать силы межатомного сцепления. В реальных условиях такому сближению поверхностей препятствуют микронеровности, окисные и органические пленки, адсорбированные газы, а также отсутствие необходимой ориентации кристаллических решеток зерен, выходящих на эти поверхности.
Для получения качественного соединения необходимо устранить причины, препятствующие сближению контактируемых поверхностей, и сообщить поверхностным атомам энергию активации для перевода их в активное состояние.
Энергию активации передают в виде теплоты (термическая активация) или в виде упругопластической деформации (механическая активация). В соответствии с этим образование связей между атомами свариваемых поверхностей происходит в жидкой или твердой фазах, а все способы сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием .
Сварка плавлением происходит в две стадии. На первой стадии происходит разогрев кромок до их оплавления. При этом разрушается кристаллическая решетка и образуется жидкая металлическая ванна, общая для двух свариваемых заготовок, называемая сварочной ванной. Поверхностные пленки разрушаются или всплывают на поверхность сварочной ванны. Жидкий металл смачивает оплавленные поверхности, что обеспечивает возникновение межатомных связей между соприкасающимися атомами жидкой и твердой фаз. На второй стадии при охлаждении происходит кристаллизация с образованием межатомных связей.
При сварке давлением сближение поверхностных атомов достигается за счет совместной пластической деформации в зоне соединения. Необходимо кратковременное механическое воздействие на заготовки для их сжатия и сближения атомов до возникновения межатомных сил связи. Очистка поверхности от пленок, а также сближение атомов достигается путем совместной пластической деформации в зоне соединения. Неровности снимаются, поверхностные пленки раздробляются. Заготовки контактируют по чистым поверхностям. Сварка давлением возможна лишь при том условии, что материал способен воспринимать значительные местные пластические деформации без разрушения. Часто для повышения пластичности материала места соединения нагревают.
Как при сварке плавлением, так и при сварке давлением в зоне соединения возникает тот тип связи между атомами, которой имеет место внутри свариваемых материалов. В обоих случаях в зону, где происходит образование соединения, вводится энергия.
В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический.
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.
К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.
К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и другие.
По техническим признакам виды сварки подразделяются по: способу защиты металла в зоне сварки (на воздухе, в вакууме, под флюсом, в защитных газах), непрерывности процесса (непрерывные и прерывистые), по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная и автоматическая).
Сейчас известно более 70 технологических процессов сварки. Одни процессы применяются широко, другие – ограниченно, но сварка в целом является наиболее важным способом получения неразъемных соединений. Она применяется почти во всех областях техники. Сваривают не только металлы, но также стекло, некоторые виды керамики и пластмасс и разнородные материалы. Сварка осуществляется на земле, под водой и в космосе. Современные авиация, строительство, электроника уже просто немыслимы без сварки. В судостроении, например, использование сварки вместо клепки позволило сократить цикл строительства судов в 5…10 раз и на 20…25 % снизить их металлоемкость. В строительстве предварительная подготовка крупных сварных блоков и их последующая сборка и сварка на монтаже в 2…3 раза и более ускоряет сооружение мостов, крупных резервуаров, цементных печей, нефтеперерабатывающих установок, доменных печей. Сейчас практически все строительные металлоконструкции – сварные. Применение сварки позволяет более эффективно использовать прокат, поковки и отливки в конструкциях. Поэтому на изготовление сварных конструкций расходуется около половины выплавляемой стали, в обозримом будущем роль сварки не уменьшится.
Несмотря на успехи в разработке новых способов сварки, доминирующее положение в производстве уже около полувека занимает дуговая сварка. На нее приходится более 60 % всего объема сварочных работ. Пока еще нет другого способа, который по своей универсальности и простоте мог бы конкурировать с дуговой сваркой.
Ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием является одним из самых распространенных способов сварки. Ее широко применяют для соединения заготовок малых и средних толщин (до 30 мм) короткими швами.
Ручную сварку начинают зажиганием дуги путем прикосновения конца электрода к свариваемому изделию и быстрого отвода на расстояние в несколько миллиметров. На дуге возникает напряжение 20...25 В, зависящее от длины дуги и марки электрода.
На рис.10 показана схема ручной дуговой сварки. Электрическая дуга горит между металлическим стержнем электрода 1 и свариваемой заготовкой 7. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл в виде отдельных капель 8 переносится в сварочную ванну 4, образовавшуюся в результате плавления кромок заготовок. Вместе со стержнем плавится электродное покрытие 2, образуя газовую защитную атмосферу 3 вокруг дуги (температура, которой 4000…6000 С) и жидкий шлак, покрывающий поверхность металлической сварочной ванны и капли жидкого металла. По мере движения дуги происходит затвердевание сварочной ванны и образование сварного шва 6. Затвердевший шлак образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 5.
пайка - процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания сопрягаемых поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Проникновение жидкого припоя в зазор между соединяемыми поверхностями происходит за счет капиллярных явлений, для протекания которых необходимы определенные условия. Для обеспечения растекания припоя по поверхности заготовок и хорошего смачивания заготовки нагревают, а также обрабатывают флюсами, которые растворяют и удаляют с поверхности оксиды, уменьшают поверхностное натяжение.
Пайка стала очень быстро развиваться в последнее время в связи с развитием авиа- и ракетостроения, атомной техники, двигателестроения и электроники. По прочности паяное соединение уступает сварному. Однако во многих случаях пайка имеет преимущества перед сваркой. Она экономичнее сварки, не вызывает существенных изменений химического состава и механических свойств деталей. Разработка новых припоев и методов пайки позволила создавать паяные соединения иногда даже более прочные и надежные, чем сварные. Остаточные деформации при пайке меньше, чем при сварке, что обеспечивает большую точность конструкции. С помощью пайки можно соединить разнородные металлы, а также металлы со стеклом, керамикой, графитом и другими неметаллическими материалами, что трудно или невозможно сделать сваркой. Кроме того, при пайке можно за один прием получить много соединений, что очень удобно при изготовлении сложных узлов и при массовом производстве. Все это делает пайку весьма перспективным процессом, область применения которого в последние годы быстро расширяется со все возрастающей скоростью.
Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. За счет изменения химического состава можно получать припои с разной температурой плавления. Все припои по температуре плавления подразделяются на особо легкоплавкие (Тпл. < 145 С), легкоплавкие (Тпл = 145…450 С), среднеплавкие (Тпл = 450…1100 С) и тугоплавкие (Тпл > 1050 С).
Особо легкоплавкие и легкоплавкие припои изготовляют на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. Их применяют для образования соединений, не требующих высокой прочности. Широко известны оловянно-свинцовые припои ПОС - 61, ПОС - 40 с содержанием олова 61 и 40 % соответственно.
Среднеплавкие и высокоплавкие припои содержат медь, цинк, никель, а также благородные металлы – серебро, золото, платину.
Припои изготовляют в виде прутков и проволок, а также отдельными порциями определенной массы и формы, которые укладывают в место соединения.
Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, чугуны. При этом необходимо правильно выбрать соответствующий припой и флюс. Флюс не должен химически взаимодействовать с припоем, температура его плавления должна быть ниже температуры плавления припоя, он должен растворять и удалять окисные пленки, уменьшать поверхностное натяжение, улучшать смачиваемость и растекаемость расплавленного припоя. Применяют твердые, пастообразные и жидкие флюсы. Наибольшее применение в качестве флюсов находят бура
Nа В О, борная кислота Н ВО, хлористый цинк ZпСI , фтористый калий КF.
Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. При пайке в печах заранее собирают соединяемый узел, закладывают в него припой и наносят флюс, а затем помещают в печь. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками.
Пайку погружением выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. На паяемую поверхность наносят флюс, припой размещают между поверхностями заготовок, заготовки скрепляют и погружают в ванну. Соленая ванна предохраняет место пайки от окисления.
Нагрев заготовок можно осуществлять токами высокой частоты, газовым пламенем, плазменной горелкой, кварцевой лампой, паяльником. Припой можно размещать заранее у места пайки или вводить его в процессе пайки вручную.
склеивание – технологический процесс соединения деталей с помощью клея или растворителя, образующих прочную клеевую пленку, выдерживающую внешние нагрузки на деталь.
Прочность клеевого соединения характеризуется силами адгезии и когезии. Адгезия характеризуется силами сцепления между клеем и склеиваемым материалом. Когезия – свойство частиц клея соединяться между собой молекулярными или межатомными силами.
В последние годы разработаны различные клеевые композиции, обеспечивающие высокую прочность, надежность и долговечность клеевых соединений. Современные клеи склеивают практически все однородные и разнородные материалы: металлы, пластмассы, резину, древесину, керамику, композиционные материалы.
Клеями называют коллоидные растворы пленкообразующих полимеров, способных при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам (обладающие адгезией).
По природе происхождения клеи различают:
а) растительные – крахмал, декстрин, натуральный каучук, канифоль;
б) животные – казеиновый, столярный;
в) синтетические;
г) клеи на основе эфиров целлюлозы;
д) клеи на основе конденсационных смол;
е) клеи на основе полимеризационных смол.
По способу поставки клеи разделяют на жидкие, порошкообразные, растворяющиеся перед употреблением, пленочные.
По теплостойкости клеи характеризуются: 60…80 С, 100…130 С, 200…350 С, 700…1200 С.
В состав клея входят пленкообразующие вещества (синтетические смолы и каучуки), растворители (спирт, ацетон, бензин и др.), пластификаторы (каучук), наполнители (окись алюминия, кварцевая мука, графит).
Универсальные клеи БФ-2, БФ-4, БФ-6 – применяются для склеивания металлов, пластмасс, керамики и стекла.
Эпоксидные клеи состоят из эпоксидной смолы, пластификатора и отвердителя. Склеивают металлы с металлами и с пластическими массами.
Клеи бывают холодного и горячего отверждения.
Технологический процесс склеивания включает следующие основные операции: подготовка деталей (сборка); подготовка поверхности; нанесение клея; открытая выдержка; сборка (соединение) деталей; отверждение клея по заданному режиму, включающему подбор давления, температуры и времени отвердения; контроль качества склеивания (простукиванием, вихревыми токами, ультразвуковыми приборами и т. д.)
Подготовка поверхности имеет очень важное значение, от качества ее подготовки зависит прочность соединения. Подготовка поверхности включает следующие процессы: очистку от окислов и загрязнений, обезжирование, создание шероховатости для повышения сил адгезии. В некоторых случаях создают специальные покрытия с наличием шероховатости или пористости: анодирование, цинкование и т. д.
Клей наносится тонким слоем (чем тоньше слой, тем выше прочность соединения), не более 0,1…0,2 мм. Способы нанесения клея: кистью, штапелем, пульверизатором и т.д. Склеенные детали закрепляются в струбцинах или используются зажимы с применением давления 5…300 МПа.
К недостаткам технологии склеивания следует отнести: необходимость подогрева конструкции; недостаточную разработку технологии и зависимость прочности соединения от подготовки поверхности; ненадежность методов контроля качества клеевых соединений, недостаточная стабильность прочности клеевых соединений.
