Разработка усовершенствованной конструкции заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110

Химическая стойкость

При нормальной температуре  полипропилен нерастворим в органических растворителях даже при длительном пребывании в них, но набухает в ароматических и хлорированных углеводородах. При температурах выше 80 ⁰С полимер растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах. Стойкость к действию растворителей возрастает по мере увеличения степени кристалличности. При длительном контакте с полярными растворителями полипропилен становится хрупким и не изменяется.

Представленные в таблице 1.2 данные, позволяют судить о химической стойкости полипропилена к ряду растворителей, кислот и растворов  щелочей. Как видно из табл. 1.2, физико-механические свойства полипропилена мало изменяются при воздействии 80%-ной серной кислоты в течение 30 суток при 20 ⁰С, однако при 90 ⁰С через 7 суток полимер приобретает тёмно-коричневую окраску, становится хрупким и разрушается. Все типы полипропилена практически не поглощают воду, наблюдаемое водопоглощение (порядка 0,2%) можно объяснить поверхностной адсорбцией.

Таблица 1.2

Химическая стойкость полипропилена

	Условия испытаний		Увеличение веса, %	Предел прочности при растяжении, кг/см2	Относительное удлинение. %
	Продолжительность, сут.	Температура, 0С
Контрольный образец	-	20	-	300	440
Бензин автомобильный	30	20	13,2	260	700
Бензол	30	20	12,5	265	690
Четырёххлористый углерод	30	20	41,3	270	720
Ацетон	30	20	2,0	260	600
Серная кислота
98%-ная	30	20	-	290	230
	7	70	-	330	270
	7	90	0,3	335	30
80%-ная	30	20	-	293	480
	7	90	-	329	410
Азотная кислота
94%-ная	30	20	0,2	288	60
	7	70	6,0	100	-
50%-ная	30	20	-	280	335
Соляная кислота  36%-ная	30	20	0,2	280	350
	7	90	0,5	320	280
	7	110	0,8	330	270
Едкий натр 40%-ный	30	20	-	330	380
	7	70	-	329	360
	7	90	-	330	350
	7	110	-	336	300

 

 

3. Анализ способов соединения деталей из полипропилена

В процессе изготовления заднего бампера  автомобиля ВАЗ 2110 существует необходимость  соединения деталей из полипропилена, что может осуществляться различными способами, рассмотрим самые распространённые из них и выберем наиболее рациональный:

• соединение с помощью болтов;
• соединение с помощью заклёпок;
• склеивание;
• соединение с помощью сварки.

Соединение с помощью  болтов (рис. 1.3 а) позволяет получать соединения высокой надёжности при низкой себестоимости их получения, однако получение такого соединения сопряжено с низкой производительностью процесса, что не допустимо в массовом производстве.

Соединение с помощью  заклёпок (рис. 1.3 б) позволяет получать надёжные соединения с низкой себестоимостью и простотой технологического процесса, однако требуют дорогое оборудование и обладают низкой производительностью, что недопустимо в условиях массового производства.

Склеивание (рис. 1.3 в) обеспечивает низкую себестоимость процесса и стоимость расходных материалов, однако требует  высокой трудоёмкости, обладает низкой производительностью и даёт соединения с низкой надёжностью.

Соединение с помощью  сварки (рис. 1.3 г) обладает высокой производительностью и низкой трудоёмкостью, этот способ получения соединения наиболее применим в условиях массового производства.

 

а) б)

в) г)

Рис. 1.3. Основные способы соединения деталей в современной промышленности

 

Анализ способов сварки деталей  из пластмасс позволяет предложить несколько наиболее подходящих для нашего случая:

• сварка горячим воздухом;
• соединение деталей, разогретых горячим стержнем;
• использование электропаяльника;
• соединение скобами;
• соединение с помощью трения (вибросварка).

Сварка горячим  воздухом с присадкой специальной смеси (рис. 1.4)

Сварка может осуществляться с  помощью миниэкструдера «Электрон» (см. табл. 1.3). Это мощный аппарат  горячего воздуха со встроенной подачей  воздуха и плавной регулировкой температуры. Используется для процессов  сварки, нагрева, сушки, усадки, термообработки и т.д. Может устанавливаться в автоматическое технологическое оборудование или использоваться отдельно вручную.

 

Таблица 1.3

Технические характеристики аппарата для сварки пластмасс «Электрон»

Параметр	Значение
Напряжение, В	230, 400
Мощность, кВт	2300/3400/4500
Частота тока, Гц	50/60
Температура воздуха, 0С	До 650
Расход воздуха, л/мин	500
Избыточное давление воздуха, атм.	0,03
Уровень шума, Дб	65
Размеры, мм	320х95х95
Вес с кабелем 3 м, кг	1,5

 

Рис. 1.4. Сварка изделий из пластмасс горячим воздухом с присадкой специальной смеси

 

Данный способ прост в использовании, удобен в работе, не требует сложного оборудования, позволяет получать соединения с хорошим качеством. Однако обладает низкой производительностью, что  делает его невыгодным при массовом производстве. Так же при сварке этим способом происходит выделение паров и аэрозолей, вредных для организма рабочего.

 

Сварка с присадкой  материала в виде прутка (рис. 1.5)

Рис. 1.5. Сварка изделий из пластмассы горячим воздухом с применением присадочного прутка

Сварка осуществляется с помощью  миниэкструдера Велдмакс (табл. 1.4) или  аналогичного ему оборудования.

 

Таблица 1.4

Технические характеристики миниэкструдера «Велдмакс»

Параметр	Значение
Напряжение. В	220
Мощность, Вт	2000
Частота тока, Гц	50/60
Температура воздуха, 0С	350
Температура массы. 0С	350
Производительность, кг/ч	0,9
Пруток Æ, мм	4
Размеры, мм	380х260х95, рукоятка Æ57
Вес, кг	2,8

 

Миниэкструдер Велдмакс представляет собой ручной экструдер со встроенными в единый корпус системой подачи горячего воздуха, камерой пластификации, электронным блоком регулировки, системой подачи прутка. Существует возможность раздельной плавной регулировки температуры горячего воздуха и камеры пластификации. Аппарат применяется для соединения материалов ПЭВД, ПЭНД, ПП, ПФС, ПВХ. ПВДФ.

Способ обладает высокой экономичностью по сравнению со сваркой горячим  воздухом, не требует дополнительного  оборудования. Позволяет получить хорошее  качество шва. Однако требует больших навыков при своём использовании, низкая производительность процесса делает его применение невыгодным в условиях массового производства.

 

Сварка горячим стержнем (рис. 1.6)

Данный способ является самым дешёвым, т.к. не требует дорогого оборудования и расходных материалов. Прочность сварного шва меньше, чем у двух вышеперечисленных. Недостатком является низкая производительность процесса.

Рис. 1.6. Сварка изделий из пластмассы с применением горячего прутка

 

Сварка трением (вибросварка) (рис. 1.7)

Рис. 1.7. Соединение деталей из пластмасс  с применением сварки трением

Вибросварка полимерных материалов использует колебания, направленные нормально  к свариваемым поверхностям. Твёрдые  и мягкие материалы соединяют по схеме контактной точечной сварки. Суть сварки заключается в том, что при нагреве тепло проходит через полимеры, значительная его часть выделяется на границе раздела двух сред, где за счёт повышения температуры происходит размягчение полимеров и их взамопроникновение под воздействием сварочного усилия.

Вибросварка полимерных материалов позволяет:

• соединять детали из твёрдых пластмасс без дополнительного нагрева и присадочного прутка;
• отказаться от вредных для человека органических растворителей;
• исключить затраты на клей, растворитель, нитки и другие расходные материалы, используемые для соединения деталей традиционными методами;
• повысить производительность труда за счёт сокращения времени процесса.

Преимущества вибросватки полимерных материалов по сравнению с другими  способами заключается в:

• повышении экологической чистоты производственных процессов;
• повышении производительности труда;
• повышении качества изделий.

 

Недостатками вибросварки является:

• сложность конструкции и обслуживания оборудования;
• дороговизна оборудования.

 

 

1.4. Формулировка задач дипломного  проекта

Исходя из проведённого анализа  исходных данных, можно сформулировать ряд задач, решение которых приведёт к достижению цели, поставленной во введении:

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 дипломного проекта

 

 

2. Разработка усовершенствованной конструкции заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110

 

Задний бампер автомобиля ВАЗ 2110 представляет собой два литых изделия из полипропилена (балки и бампера) (рис. 2.1а), соединяемые между собой при помощи вибросварки.

а) б)

Рис. 2.1. Задний бампер автомобиля ВАЗ 2110 в сборе (упрощённо):

а – общий вид сбоку, стрелкой обозначено перемещение при короблении;

б – введение ребра жёсткости, позволяющего уменьшить это коробление

 

Как было показано выше, при сварке бампера в базовом варианте происходит его коробление (рис. 2.1 а). Оно возникает  в результате того, что температура охлаждения бампера после литья нестабильна по поверхности вследствие флуктуаций температуры воздуха в цехе и неравных условий охлаждения различных поверхностей изделия. Это приводит к большому количеству бракованной продукции, достигающей 30 шт. за смену. Отсюда вытекает необходимость дополнительных материальных затрат переработку бракованной  продукции. Чтобы избежать этого дефекта, в проектном варианте конструкции бампера предлагается ввести ребро жёсткости на балке бампера (рис. 2.1 б), которое не допускает его коробления и снижает количество бракованной продукции до 1…2 шт. за смену. Отсюда следует, что уменьшаются затраты на ликвидацию бракованной продукции, понижается напряжённость труда для человека, повышается качество производимой продукции. Предлагаемое ребро жёсткости будет формироваться за счёт изменения литейной формы для получения заготовки балки бампера.

 

 

3. Анализ материалов для изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110

Анализ литературных данных позволяет  предложить ряд полимерных материалов, которые можно использовать для изготовления заднего бампера автомобиля ВАЗ 2110:

1. ХАЙФАКС SP 1114 (используется на ВАЗе в настоящее время);
2. НОВОКОМ;
3. ТОПЛЕН.

Материал ХАЙФАКС SP 1114 выпускается на основе композиции пропилена с этиленом. Он обладает повышенной ударопрочностью. Этот материал поставляется из Италии, что приводит к большим затратам при его поставке и высокой стоимости бампера.

Преимущества материала ХАЙФАКС  перед аналогами:

1. Повышенная ударная прочность;
2. Пригоден к повторной переработке;
3. Может быть использован по истечении гарантийного срока хранения;
4. Малая пожароопасность.