§ 27. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
При выборе универсальных или проектировании специализированных и специальных сборочно-сварочных приспособлений необходимо учитывать: конструктивные формы, общие размеры, массу и заданную точность свариваемого узла; размеры, точность и характер расположения его деталей; технологию сборки и сварки; объем выпуска изделий.
Конструкция сборочно-сварочного приспособления должна быть возможно более простой (с максимальным использованием стандартных составных частей), экономичной и обеспечивать: получение заданных чертежом размеров сварного узла; предотвращение или уменьшение сварочных деформаций; установку свариваемого объекта в удобное для сварки положение; повышение производительности сборочносварочных работ и облегчение труда рабочих; удобство и безопасность в эксплуатации; сокращение сроков и себестоимости технологической подготовки производства.
Проектирование сборочно-сварочных приспособлений осуществляется в два этапа. Сначала технолог разрабатывает принципиальную схему приспособления с выбором базовой детали, установлением последовательности сборки и характера базирования и закрепления деталей свариваемого узла (или узла в целом). На этом этапе составляется техническое задание на проектирование, которым устанавливаются технико-экономические и другие требования к приспособлению и его отдельным составным частям. На основе утвержденного задания конструктор производит расчет, конструктивную проработку устройств и механизмов приспособления и его общую компоновку. При этом необходимо следовать нижеперечисленным принципам.
Конструкция сборочно-сварочного приспособления должна обеспечить возможность сборки узла из деталей с любыми допустимыми отклонениями. При низкой точности изготовления деталей в приспособлениях используются съемные, переставные или регулируемые установочные устройства и наиболее надежные винтовые зажимы. При достаточно высокой точности деталей свариваемого узла приспособления проектируют с более простыми постоянными и отводными установочными устройствами и быстродействующими эксцентриковыми зажимами. Нужно стремиться в качестве технологических баз использовать обработанные поверхности свариваемых деталей, особенно те из них, которые являются измерительными базами сварной конструкции.
Зажимы должны обеспечить надежный и равномерный прижим деталей свариваемого узла к установочным элементам и возможность уменьшения деформаций, возникающих в процессе сварки. Если для уменьшения коробления сварного узла необходимо создание обратных деформаций перед сваркой при его закреплении, то это учитывается при проектировании приспособления. Во избежание деформаций изгиба и скручивании (при закреплении свариваемых деталей) зажимы располагаются против установочных устройств. Число ручных зажимов должно быть возможно минимальным, чтобы уменьшить время на сборку.
Кроме того, нужно стремиться обеспечить свободный доступ к местам базирования и закрепления деталей и к местам сварки. Необходимо также предусмотреть возможность легкого съема с приспособления собранного «на прихватках» или сваренного узла (неполностью охлажденного). С этой целью рекомендуется снижать площадь контакта между деталями свариваемой конструкции и установочными элементами приспособления за счет создания местных выточек и выемок. Расположение установочных устройств и зажимов должно быть таким, чтобы они не забрызгивались расплавленным металлом при сварке.
Для громоздких изделий с различным пространственным расположением швов применяют обычно поворотные приспособления. При наличии в конструкции кольцевых швов поворотное устройство должно обеспечить окружную скорость вращения, равную скорости сварки. При конструировании поворотных приспособлений с горизонтальной осью вращения последняя в целях уменьшения момента поворота должна проходить через центр тяжести поворотной части приспособления и закрепленного на ней свариваемого узла.
Привод для кантователей грузоподъемностью до 100 кг выполняется ручным, свыше 100 кг — электромеханическим. Скорость поворота свариваемого изделия в кантователях и манипуляторах различных видов колеблется от 0,02 до 0,8 рад/с (0,2-8 мин-1). Платформа кантователя должна быть отбалансирована с учетом установки на ней всех основных деталей свариваемого узла; вращение без изделия не разрешается. Во избежание несчастных случаев, могущих произойти при повороте платформы кантователя, последний следует оборудовать сиреной и реле времени (вращение начинается через 15-20 с после включения сирены).
При проектировании сборочно-сварочных приспособлений производится расчет их экономической эффективности (см. гл. XIII), а также следующие технические расчеты.
Прежде всего выполняют ориентировочный расчет потребных усилий зажима элементов свариваемого узла (или узла в целом). Эти силы определяются из условия прочной фиксации свариваемых деталей с учетом остаточных сварочных деформаций. Характер и величина последних устанавливаются расчетными методами теории сварочных деформаций либо экспериментально — при сварке опытных образцов. На основе полученных данных рассчитывают усилия, необходимые для предотвращения деформирования изделия в процессе сварки и остывания. Соответствующие расчетные зависимости приведены в специальной литературе. В остальном методика расчета потребных сил зажима для сборочно-сварочных приспособлений аналогична соответствующей методике для станочной оснастки (см. § 24). Значение коэффициента запаса при механизированных зажимах следует принимать равным 1,5, при ручных зажимах 1—2.
Расчет основных характеристик силовых устройств приспособлений производится с учетом рекомендаций, изложенных в § 23. При необходимости выполняются проверочные расчеты на прочность, жесткость и износоустойчивость некоторых наиболее нагруженных деталей силовых механизмов.
Кинематические и силовые расчеты механизмов позиционирования свариваемого изделия обычно несложны и не имеют специфики, свойственной сборочно-сварочным приспособлениям; они легко выполняются методами, изложенными в курсе основ конструирования машин. При этом исходят из необходимого момента поворота или потребного усилия и принятой скорости вращения или перемещения изделия.
Задания для самостоятельной работы
58. Укажите, какое из ниженазванных приспособлений целесообразно для сборки и сварки громоздкого тяжелого изделия с пространственным расположением швов сварных соединений в условиях крупносерийного производства:
1) универсальный стенд со съемными крепежными устройствами; 2) цапфовый кантователь со связанными цапфами, ручным приводом поворота и пневматическими зажимами; 3) цевочный или цапфовый (со связанными цапфами) кантователь с электромеханическим приводом поворота и пневматическим приводом установочных устройств и зажимов; 4) роликовый кантователь с электромеханическим приводом поворота; 5) специализированный стенд с пневматическим приводом установочных устройств и зажимов; 6) цапфовый кантователь с независимыми цапфами и электромеханическим приводом поворота.
59. Определите момент, потребный для поворота свариваемого изделия при использовании двухстоечного цапфового кантователя со связанными цапфами, и необходимое суммарное усилие для крепления изделия на платформе кантователя при следующих данных: вес свариваемого изделия G = 10 кН; вес поворотной части кантователя Gn = 10 кН; ось вращения проходит через центр тяжести поворотной части кантователя и закрепленного на ней свариваемого узла; радиус цапф r = 50 мм; в процессе сварки узел поворачивается на 360°; крепление осуществляется путем прижатия изделия к опорным пластинам платформы пневматическими прижимами; коэффициенты трения: на установочной базе изделия f1 = 0,2, в точках зажима f2 = 0,3, в цапфах кантователя f3=0,l. Коэффициент запаса принять К=1,5.
60. Пользуясь ГОСТ 19143—78 («Манипуляторы сварочные. Типы, основные параметры и размеры»), подберите манипулятор для сварки конструкции весом G=8 кН, если центр тяжести свариваемого изделия смещен относительно оси вращения и относительно опорной плоскости планшайбы манипулятора соответственно на H1 =210 и Н2 = 400 мм (изделие размещается непосредственно на планшайбе).
61. Приведите, в дополнение к рассмотренным в § 26, примеры сборочно-сварочных приспособлений, используемых при изготовлении сварных конструкций локомотивов.