Проектирование сварочного производства

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является углубление и закрепление знаний в области технологии, механизации и автоматизации.

Задачи курсового проекта

1.      Оценка технологичности конструкции, разбивка её на технологические узлы и подузлы, выбор и подробная разработка технологической последовательности изготовления деталей, узлов и подузлов, включая заготовительные, сборочные сварочные операции, контроль.

2.      Выбор способа и метода сварки, расчет параметров процесса.

3.      Выбор оборудования (заготовительного, механического, сварочного, контрольного) из номенклатуры выпускаемого серийно, наиболее рационального для выполнения тех или иных операций и развитие навыков в проектировании специальной технологической оснастки и инструмента.

Комплексная механизация и автоматизация производственного процесса изготовления сварных изделий представляет собой одну из основных задач современного сварочного производства, решение которой резко повышает производительность труда.

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:

1. чертеж изделия: станина ножниц;

2. годовая программа выпуска: n=100шт;

3. способы сварки для соединения составных частей изделия: полуавтоматическая сварка под слоем флюса и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа;

4. материал изделия сталь Ст3.

1        Характеристика изделия

Гильотинные ножницы предназначены для резки листового металла. Это оборудование довольно простой конструкции, легко обслуживается и управляется и весьма безопасно. Ножницы должны иметь надежную станину и мощный привод с защитой от перегрузок. Станина испытывает большие нагрузки, поэтому изделие должно быть качественно изготовлено. Для экономии металла и облегчения станина сваривается из листов, а не отливается. Для усиления конструкции привариваются ребра жесткости.

Лидерами в производстве гильотинных ножниц для резки металла являются заводы Дании, Италии, Голландии, Германии. Изделия изготавливаются для мелкосерийного, серийного и массового производства. Отличаются изделия по уровню автоматизации, точности резания, надежности узлов на перегрузки и другим параметрам. Оснащенность отечественных предприятий современным оборудованием очень низка, а производители не могут конкурировать с иностранными аналогами из-за низкого уровня технической, технологической оснащенности и отсутствия современных инженерных решений.

3        Расчёт параметров процесса и выбор

типового оборудования

Перед сваркой выполняется К-образная разделка кромок.

Катет шва принимается К=10мм. Толщина изделия 60мм.

3.1Сварка под слоем флюса

Диаметр электродной проволоки dэ=2 мм. Плотность тока j=100 а/мм2.

Выбираем флюс АН-348 А.

Сварочный ток вычисляем по формуле:

,                                                                                                                             (1)

где dэ – диаметр электродной проволоки, мм,

j – плотность тока, А/мм2.

.

Напряжение дуги:

,                                                                                      (2)

где Iсв - сварочный ток, А.

.

Скорость сварки:

,                                                                                                                    (3)

где  Fн – площадь наплавки, мм2;

γ –удельная плотность,   (γ=7,8);

     αН –  Коэффициент наплавки,

   Iсв- сила сварочного тока, А.

.

Площадь наплавляемого металла:

,                                                                                                                       (4)

где К – катет шва,

Ку – коэф. усадки металла.

Скорость подачи электродной проволоки:

                                                                                                                                     (5)

где Fэ – площадь сечения электродной проволоки,мм2,

Vсв – скорость сварки, м/ч

Погонная энергия:

                                                                                                             (6)

где Iсв –  ток дуги, А

Ud – напряжение на дуге, В

Vсв – скорость сварки, см/с,

- эффективный КПД сварочной дуги.

Скорость охлаждения металла

                                                                                                                   (7)

где - коэффициент теплопроводности, кал/см 0С,

- объемная теплоемкость, кал/ см3 0С,

Тм – температура наименьшей устойчивости аустенита 0С,

gn – погонная энергия сварки, см,

S – толщина металла , см,

Т0 – температура изделия перед сваркой.

Определяем глубину провара:

                                                                                                           (8)

где g – погонная энергия сварки, кал/см,

- коэффициент форм провара.

Коэффициент форм провара определяем по формуле:

                                                                                    (9)

где К/- коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности.

Определяем ширину шва

                                                                                                              (10)

Определяем общую высоту шва

                                                                                                                              (11)

Оцениваем высоту выпуклости

                                                                                    (12)             

3.2  Сварка в среде СО2.

Сварку в среде углекислого газа проводится полуавтоматической установкой. Используется сварочная проволока Св08Г2С.

Площадь наплавляемого металла:

              .             

Диаметр проволоки при катете К=10мм - d=2мм.

Сварочный ток получаем:

,

.

Напряжение сварочной дуги:

,

.

Скорость сварки :

Скорость подачи:

,

.

Погонная энергия:

,

.

Скорость охлаждения:

,

,

Коэффициент форм провара:

,

.

Определяем ширину шва:

,

.

Оцениваем высоту выпуклости:

,

.

Определяем глубину провара:

,

.

Определяем общую высоту шва :

,

.

6 Выбор метода контроля

При выборе метода контроля швов при сварке станины ножниц исходят из требований, предъявляемых к их качеству. Данное изделие  используется как ответственный элемент конструкции, испытывающий динамические нагрузки. Поэтому прочность сварных швов должна быть высока, не допускаются непровары, трещины, крупные раковины и поры.  Для контроля качества сварных швов в данном случае выбирается рентгенографический метод контроля (аппарат ИРА-1) [3, 5], так как он обладает высокой чувствительностью.

Рентгенография – это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета (изделия), просвечиваемого рентгеновским излучением. Он основан на способности рентгеновского излучения проходить через непрозрачные предметы, в том числе через металлы, и действовать на рентгеновскую пленку и некоторые химические элементы, благодаря чему последние флуоресцируют.

При этом дефекты, встречающиеся при сварке в теле изделия  и чаще всего имеющие характер пустот (непроваров, трещин, раковин, пор и т.д.) на рентгеновской пленке (на рентгенограммах) имеют вид пятен (раковины, поры) или полос (непроваров).

Как правило, просвечивают 3 – 15% общей длины сварного шва. У особо ответственных конструкций просвечивают все швы.

Рентгеновские аппараты, применяемые для контроля изделия, состоят из рентгеновской трубки, источника питания и пульта управления. В качестве источника питания применяют повышающий трансформатор, во вторичную цепь которого включают кенотроны для выпрямления анодного тока и высоковольтные конденсаторы, позволяющие удвоить или утроить напряжение вторичной обмотки трансформатора.

В зависимости от режима просвечивания, качества пленки и правильности дальнейшей ее обработки удается выявить дефекты размером  1 – 3% от толщины контролируемых деталей.

В настоящее время используются рентгеновские аппараты ИРА-1, РУП-120-5-1, РУП-200-5, РУП-400-5, Мира-2Д, Мира-3Д и другие.

Схема просвечивания рентгеновским излучением изделия.

Рисунок 1.

1-     рентгеновская трубка,

2-     футляр со свинцовым экраном,

3 - просвечиваемое изделие,

4- дефект,

5- кассета,

6- экран,

7- рентгенопленка.

5  РАЗРАБОТКА МАРШРУТНО-ОПЕРАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

5.1 Технологический процесс изготовления изделия

Технологический процесс изготовления изделия состоит из следующих операций:

– слесарной;

– дуговой сварки в среде углекислом газе;

– зачистной;

– контрольной.

После сборки и сварки изделия осуществляется следующая операция техпроцесса – зачистка сварных швов. Эта операция производится на машине пневматической ручной шлифовальной ПШМ – 8.

Заключительным этапом изготовления изделия является контроль качества его сварных швов.

Данная операция производится на рентгеновском аппарате ИРА-1. Важнейшей составляющей разработки маршрутно-операционной технологии сварки является нормирование сборочно-сварочных работ. Нормирование позволяет выбрать наиболее выгодный с экономической точки зрения способ сварки изделия из двух вариантов предложенных в задании.

5.2 Нормирование сборки металлоконструкции под сварку

          Станина ножниц собирается из 24 составных частей.

Норма времени на сборку металлоконструкций под сварку состоит из подготовительно-заключительного, основного и вспомогательного времени и времени на организационно-техническое обслуживание рабочего места, отдых и естественные надобности.

Подготовительно-заключительное время включает в себя время, затрачиваемое рабочим на получение производственного задания, указаний и инструктажа мастера, ознакомление с работой, получение и сдачу инструмента и приспособлений и сдачу работы.

, (мин).                                                                       (13)

где               - время на получение производственного задания, указаний и инструктажа мастера;

              - время затраченное на ознакомление с работой;

              - время затраченное на получение и сдачу инструмента;

              - время затраченное на получение и сдачу инструмента и приспособлений и сдачу работы.

Норма штучного времени на сборку металлоконструкций в целом (из отдельных деталей и узлов) определяется как сумма затрат времени на установку, крепление деталей и времени на повороты конструкции.

                                               (14)

время на установку отдельных деталей в мин.

время крепления отдельных деталей в мин.

время на повороты конструкций в сборки в мин.

Время на установку, крепление и прихватку деталей:

1.      Краном устанавливается плита 3 (1,5 тонны; 4025*60*830 габариты) – Т1=3+7=10минут.

2.            Устанавливаются ребра 6 (130 кг каждое; 525*525*60) – Т2=3+2,4+4,5+0,27+2*0,45=11,07мин. Число деталей 8, общее время 8*11,07=88,56мин.

3.            Устанавливаются ребра 1 (163 кг каждое; 3000*115*60) – Т3=3+2,4+6,5+0,27+4*0,45=14,87мин,       6 ребер = 89,22мин.

4.            Устанавливаются пластины 2 ( 2228кг каждое;5700*830*60) – Т4=7+3+(11,1+1,3*3)+0,27+8*0,45=21,74мин,   2 пластины=43,74мин.