Разработка усовершенствованной конструкции заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110

Содержание

Стр.

Аннотация

Введение

1. Состояние вопроса

1. Структура полипропилена

2. Свойства полипропилена

3. Анализ способов соединения деталей из полипропилена

4. Формулировка задач дипломного проекта

 

2. Разработка усовершенствованной конструкции заднего бампера

автомобиля ВАЗ 2110

3. Анализ материалов для изготовления заднего бампера

автомобиля ВАЗ 2110

4. Оборудование для сварки заднего бампера

автомобиля ВАЗ 2110

5. Технологический процесс изготовления заднего

бампера автомобиля ВАЗ 2110

6. Безопасность и экологичность проекта
7. Патентные исследования
8. Экономический раздел

Заключение

Литература

 

Аннотация

Цель дипломного проекта –  повышение производительности труда и снижение себестоимости изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110.

Поставленная цель достигается  за счёт решения следующих задач:

1. Разработать усовершенствованную конструкцию заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110, снижающую его коробление в процессе производства;
2. Произвести и обосновать замену материала ХАЙФКС на более дешёвый;
3. Разработать технологический процесс изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110;
4. Выявить и устранить опасные и вредные производственные факторы, возникающие в процессе осуществления предложенной технологии;
5. Произвести экономическое обоснование данного дипломного проекта

Произведена замена материала ХАЙФАКС на ТОПЛЕН, усовершенствована конструкция бампера, позволяющая уменьшить его деформацию при сварке. Применен процесс виброконтактной сварки в автоматическом режиме. Это позволило улучшить качество изделия, снизить процент брака на 90%, повысить производительность труда на 10% и снизить себестоимость на 25%. Условно-годовая экономия составляет 131 млн. руб.

Объём графической части проекта:  9 листов

Объём пояснительной записки:     листов

 

Введение

Актуальность работы: пластмассы относятся к группе полимерных соединений, которые обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств.  Важнейшее из этих свойств – способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и плёнки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям, способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением, высокая вязкость растворов.

Машиностроение – главный потребитель  полимеров в настоящее время. Использование полимерных материалов в этой отрасли растёт высокими темпами, не знающими претендента в человеческой истории. Однако сложность внедрения пластмасс в производство состоит в их низкой (по сравнению с марочными сталями) теплостойкости и прочности. Эту сложность возможно преодолеть путём перехода к композиционным материалам (стекло и углепластик), какими, например, являются применяемые в настоящее время ТОПЛЕН, ХАЙФАКС и др. В настоящее время из полимеров изготавливают относительно мелкие, но конструктивно сложные и ответственные детали машин и механизмов, крупногабаритные корпусные детали, которые несут значительные нагрузки. Первое место по темпам роста применения пластмасс занимает автомобильная промышленность.

Актуальность выбранной темы проекта  определяется:

1. Экономией материалов (безотходное или малоотходное формирование больших блоков и узлов);
2. Использованием лёгких и облегчённых полимерных материалов, что позволяет снизить общий вес автомобиля, а значит, увеличить экономию горючих материалов при его эксплуатации, улучшить технические характеристики автомобиля;
3. Выполнением, как единое целое, блоков пластмассовых деталей, что существенно упрощает сборку и снижает трудоёмкость при их изготовлении.

Таким образом, тема данного дипломного проекта «Технология и оборудования изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110» является актуальной.

В качестве объекта исследования рассматривается процесс сварки пластмасс, в котором предметом исследования выступают свойства заднего бампера и балки автомобиля ВАЗ 2110.

За базовый вариант принимаем сварку бампера из пластмасс с использованием материала «ХАЙФАКС», в качестве основного своего недостатка, имеющий высокую цену. Так же при сварке бампера в базовом варианте наблюдается его коробление, что приводит к высокому проценту брака и лишним материальным затратам.

Цель работы – повышение производительности труда и снижение себестоимости изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110.

 

 

1. Состояние вопроса

Полимер – химическое соединение с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены  друг с другом силами главных и координационных валентностей.

По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например, белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные и на синтетические, например, полиэтилен, полипропилен, фенолоформальдегидные смолы. Атомы или атомные группы располагаются в макромолекуле в виде:

• открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например, каучук натуральный);
• цепи с разветвлением (разветвлённые полимеры, например, амилопектин);
• трёхмерной сетки (сшитые полимеры, например, отвержёднные эпоксидные смолы).

В базовом варианте используется материал «ХАЙФАКС», выпускаемый на основе композиции пропилена с этиленом и обладает повышенной ударопрочностью. Этот материал поставляется из Италии, что приводит к повышению себестоимости изготовленных из него деталей. Для дальнейшей работы необходимо провести анализ свойств полимерных материалов, применяемых при изготовлении деталей кузовов автомобилей в современной промышленности.

 

1.1. Структура полипропилена

Полипропилен содержит значительное количество стереорегулярного полимера, представляет собой жёсткий нетоксичный продукт без запаха. Он отличается хорошей прозрачностью и блеском, а его механические свойства (предел прочности при растяжении и статическом изгибе) и теплоёмкость являются лучшими среди термопластов. К недостаткам этого полимера можно отнести чувствительность к окислению и невысокая морозостойкость, однако, в последние годы удалось добиться значительного успеха как в стабилизации полипропилена, так и в придании ему эластичности при низких температурах.

Линейные полимеры пропилена (с соединением звеньев по схеме  «голова к хвосту») обладают высокой  пространственной регулярностью и  способны кристаллизоваться. Большинство  кристаллических модификаций, устойчивых в интервале температур от комнатной  до температуры плавления, имеют спиралевидную моноклинную структуру (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Пространственная структура участков цепи линейного  полипропилена

 

Цепь 1 имеет левосторонне вращение спирали. Цепь 11 имеет два  участка цепи, различающихся по пространственному расположению метильных групп: нижний участок имеет левое вращение, а верхний – правое. Цепь 111 представляет собой одну из возможных форм цепи, имеющей атактическую структуру.

Полимеры пропилена, обладающие высокой степенью кристалличности, могут быть отделены от аморфных или частчно кристаллизованных полимеров экстрагированием смечи полимеров кипящим н-гептаном или другими углеводородами, имеющими температуру кипения 40…80 ⁰С ниже температуры плавления кристаллических полимеров; при этом экстрагируются лишь аморфные или частично кристаллические полимеры. Неспособность отдельных участков цепи полипропилена кристаллизоваться связана с тем, что они имеют атактическую структуру, а так же с тем, что короткие изотактические цепи обладают различным пространственным положением.

 

1.2. Свойства  полипропилена

  Теплофизические, термические и физические свойства

Таблица 1.1

Теплофизические свойства полипропилена 

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Величина
Плотность	r	кг/м3	0,9
Удельная теплоёмкость	С	Кал/(г×0С)	0,4…0,46
Теплопроводность	l	Вт/(м×0С)	0,12…0,22
Коэффициент линейного  расширения	a	м/(м×0С)	2×10-4
Коэффициент объёмного  расширения	aV	1/0С	(4,8…6,0)×10-4
Термостойкость	Tmin…Tmax	0С	-10…+110
Прочность при растяжении	sв	H/мм2	30,0

Вследствие стерической неоднородности молекул и различных размеров кристаллитов температура плавления полипропилена изменяется в пределах 160…175 ⁰С. При отсутствии внешнего механического воздействия изделия из полипропилена сохраняют форму вплоть до 150 ⁰С. Результаты сравнительных испытаний на растяжение полипропилена и других материалов (рис. 1.2) при скорости повышения температуры 50 ⁰С/час под нагрузкой 15 кг/см² показывают, что полипропилен выгодно отличается от таких материалов, как поливинилхлорид, полиэтилен низкой и высокой плотности, полиметилметакрилат.

Под нагрузкой и при 140 ⁰С стабилизированный полипропилен может выдерживать 60…80 дней без термического разрушения, а при 120 ⁰С до полутора лет. На термостойкость материала оказывает большое влияние наличие примесей и контакт с такими металлами, как медь, марганец и их сплавы. Поэтому следует избегать контакта полипропилена с этими материалами при повышенных температурах, а так же снижать содержание примесей в полимере.

 

Рис. 1.2. Данные испытаний  термопластов на растяжение при повышенной температуре:

1 – полиэтилен низкой  плотности;

2 – полиметилметакрилат;

3 – полиэтилен высокой  плотности;

4 – поливинилхлорид;

5 – полипропилен

Атмосферостойкость

Полипропилен при воздействии  кислорода воздуха, солнечного света и повышенной температуры подвергается деструкции, сопровождающейся резким снижением физико-механических и диэлектрических свойств. С целью предотвращения его деструкции при переработке и окисления при эксплуатации изделий требуется введение стабилизатора.

Под воздействием рассеянного  света (но не прямых солнечных лучей) нестабилизированный полимер пропилена  не изменяется в течение двух лет, однако прямой солнечный свет приводит к его быстрому (в течение одного месяца) охрупчиванию. Ультрафиолетовые лучи при этом оказывают сильное окислительное действие, а введение антиоксидантов обеспечивает при этом ингибирующий эффект в течение короткого (до одного года) времени.

Наиболее сильное действие на полипропилен оказывают ультрафиолетовые лучи с длиной волны 297…370 мкм. При этом полимер теряет механическую прочность и ИК-спектры показывают появление в нём карбонильных групп. Повышение температуры на каждые 10 ⁰С почти вдвое усиливает его деструкцию.

Для стабилизации структуры  полипропилена на воздухе и солнечном свете в него вводят специальные химические добавки, позволяющие многократно повысить срок службы деталей из этого материала. При изучении старения полипропилена в комбинированном приборе, состоящем из флюоресцирующих ламп солнечного света  ламп ультрафиолетового света, было установлено, что нестабилизированные образцы становятся хрупкими через 59 часов после облучения, а образцы с 0,25% 2-окиси-4-октилоксибензофенона – через 1079 часов.

Стойкость полипропилена  к действию ультрафиолетовых лучей  увеличивается при введении в него 2% сажи. Изделия из полипропилена с добавкой сажи в течение 2-х лет могут находиться под прямыми солнечными лучами без значительных изменений физических свойств материала.

Для ингибирования окислительной  деструкции полипропилена также можно применять ди-(4-оксифенил)-сульфид и другие антиоксиданты, вводимые в количестве 1…2%.

Термоокислительная деструкция полипропилена может быть заметным образом замедлена при добавлении в него 0,5% диоктадециловых эфиров ди-, три- тетрасульфиддиуксусных кислот.

Период времени, по истечении  которого происходит излом плёнки при  её складывании, называемый временим хрупкости, при 140 ⁰С составляет от 24 до 40 суток. До 300 ⁰С полипропилен, содержащий стабилизатор, устойчив к окислению и деструкции даже после нагревания в течение нескольких часов в воздушной среде.