5. Вимоги до зварних конструкцій

як об'єктів автоматичного і роботизованого зварювання

Загальні вимоги до зварних конструкцій як об’єктів автоматичного і¹ роботизованого зварювання:

1. Достатня точність виготовлення зварюваних деталей, їхнє скла­дання під зварювання і фіксація в робочій зоні.

2. Наявність чітко виражених базових поверхонь для орієнтації перед зварюванням зварюваних деталей і складених на прихватках кон­струкцій. При роботизації (автоматизації) складання, транспортно- складських операцій також вимагаються чіткі бази.

3. Достатня жорсткість для зберігання форми і розмірів під час зва­рювання, складання, транспортування.

4. Доступність місць зварювання для зварювальних інструментів роботів із мінімальною кількістю перебазувань і переустановів.

Застосування робототехнологічних комплексів, переналагоджува­них оператором, доцільне, якщо 10® < N,, < 60 • 10^і, де А/,, —річна програма штук, а час виготовлення партії виробів становить не менше однієї-двох змін. Остання вимога пов’язана з потребою зменшити ви­

трати часу на заміну складально-зварювальних пристосувань підЧ'¹- переходу від партії одного виробу до партії іншого.

У ГВС з автоматичним переходом від зварювання одного виробу Д° зварювання іншого (із числа заздалегідь передбачених) за досить ве­ликого часу зварювання одного екземпляра виробу і багаторазово пов­торюваному запуску партій теоретично роботизація доцільна при буД^ь_ якому розмірі партії, аж до одного виробу в партії.

Якщо час ручного складання значно більший за час зварювання, ^то складання доцільно організувати на окремому робочому місці (по^за РТК), а на роботизованому робочому місці здійснювати лише заванта­ження попередньо складеного виробу. В противному разі найскладніша і найдорожча частина РТК — робот із програмно керованою зварю­вальною апаратурою — буде простоювати.

З цієї ж причини під час виконання зварювальних операцій допо­міжний час, тобто час холостих переміщень, повинен бути значно мен­шим за основний час (час накладання швів).

Із застосуванням неадаптивних роботів найважливішим критері_^єм можливості роботизованого зварювання є допустимість реальних від­хилень положення лінії з’єднання, форми, розмірів і взаємного розмі­щення зварюваних кромок.

К Вибір зварних конструкцій як об’єктів роботизованого дугового зварювання визначається функціональними можливостями зварюваль­них роботів і перш за все можливостями автоматизації зварювання виро­бів зі швами складної форми або великою кількістю коротких швів, у то­му числі по-різному розміщених у просторі. Це об’ємні конструкції — корпуси, кришки, кронштейни, каркаси, рами і балки складної форми, трійники та ін. Основний тип швів — кутові. Як правило, головним тех­нічним обмежником при виборі зварної конструкції як об’єкта роботи­зації є не складність ліній швів і форми виробу, а значення випадкових відхилень ліній спряження зварюваних елементів і геометричних пара­метрів з’єднання, складеного під зварювання, від запрограмованих зна­чень через характерні для зварювального виробництва похибки оброб­ки заготовок і їхнього складання, а також внаслідок зварювальних Д^е; формацій. Ця обставина вимагає застосування методів геометричної і технологічної адаптації, які істотно ускладнюють і здорожують робо­тизацію.

У наш час загальне технічне розв’язування завдання геометричної адаптації відсутнє через складність створення достатньо компактного і надійного датчика універсальної сенсорної системи. Ще більші проб­леми виникають, якщо потрібні системи технологічної адаптації. Врахо­вуючи складність розв’язування завдань адаптації, потрібно, беру­чись до роботизації зварювального виробництва, в першу чергу піддати ретельному аналізу об’єкт зварювання і технологію його виготовлення, починаючи від заготовлювальних операцій. При цьому необхідно, якіДО це технічно і економічно виправдано, таким чином змінити технологію

Рис. 6.29. Схема використання методу зміни баз:

а — до базування; б — із базуванням за лівим приварюваним елементом; в —■ те саме, за правим елементом; 1 — зварюваний виріб; 2,3 — рухома і нерухома плити пристосування відповідно; 4, 5 — програмовані положення пальника під час зварювання на лівій і правій базах відповідно

конструкцію виробу або його складових елементів, а також техно­логічні пристосування, щоб забезпечити стабільне положення лінії і параметрів спряження зварюваних елементів у робочій зоні РТК- Особливої уваги слід надати раціональному виробу або створенню установочних баз, за якими виріб або його елементи можна стабільно зафіксувати під час зварювання [13].

Щоб усунути вплив похибок виготовлення на відхилення кількох віддалених один від одного швів від їхнього програмного положення, в деяких випадках можна використовувати метод переміни баз, за якої виріб при зварюванні різних швів фіксується за різними базами, кожна з яких достатньо точно визначає положення відповідного шва або групи швів. Стосовно до умов роботизації оптимальним розв’язуванням завдань є автоматична переміна баз (рис. 6.29, а—в).

Потрібно також враховувати положення конструктивних баз (по­верхонь, осей), від яких провадиться контроль регламентованих розмі-

Рис. 6.30. Схема базування зварної кон­струкції:

а —’• надається перевага; б — не рекомендуєть­ся через незбіг конструктивної і встановлюва­ної бази виробу; в — не рекомендується через значний вплив зміни розмірів пристосування внаслідок нагрівання останнього; 1 — базо­вий упор; 2 — зварювані деталі; 3 -— сила притискання виробу до базового упору; 4 — рсноаа пристосування; 5 — стіл маніпулятора виробу; б -г* фіксатор пристосування щодо стола

рів на готовій конструкції (рис.

6.30, а—в), а також розширення пристосування від нагрівання в ре­зультаті зварювання партії виробів.

Наприклад, нагрівання стальної основи пристосування завдовжки

20. м на 10 °С призводить до його видовження на 0,18 мм, що за пра­вильного вибору баз, як у прикладі на рис. 6.30, а, у мінімальному ступені впливає на стабільність положення лінії з’єднання в робочій зоні^РТК.

Нижче наведено деякі загальні рекомендації щодо підвищення тех­нологічності зварних конструкцій, виходячи з особливостей роботи­зованого дугового зварювання.

Рекомендується

Нететлогічно

а

Рекомендується нетехнологічно

з-

⁶ р

штшш

Рцс. 6.31. Нетехнологічні і рекомендовані конструктивні виконання зварю­ваних з’єднань:

а — кутових і таврових; 6 — напусткових; в -ч напустковнх із прорізним швом або електрозаклепками; г —і стикових; д -ч труб зі стержнями і трубами; е — труб із листовими елементами

Рис. 6.32. Виконання коробчастих конструкцій:

■а — Із внутрішніми швами під час приварювання верхнього листа; б...г — те саме.

Із зовнішніми швами; д — нетехнологічне для роботизованого зварювання; е — із вільним кутом; є — із кутом, який зварено прихватками вручну; ж — Із заокруг­ленням у куті

Кутові з’єднання скрізь, де неможливо, слід замінювати тавровими (рис. 6.31, а). При цьому висота елемента /і, що забезпечує можливість геометричної адаптації, залежить відданого способу вимірювання. На­приклад, при використанні індукційних датчиків її ^ 60 мм.

Під час дугового зварювання напусткових з’єднань потрібно забез­печити (рис. 6.31, б) складання з’єднання без зазора. Через складність геометричної адаптації при зварюванні напусткових з’єднань доцільно замінювати, де це можливо, кутові шви цих з’єднань прорізними (рис. 6.31, в) або точковими (електрозаклепками). За такої заміни пот­реба в адаптації, як правило, відпадає.

Стикові шви з обробкою кромок без притуплення при зварюванні у висячому положенні без підкладки нетехнологічні. їх слід замінювати на шви з притупленням і забезпечувати гарантоване стискання кромок (рис. 6.31, г).

Під час зварювання труб із стержнями, розміщеними перпендику­лярно до осі труби, рекомендується форма спряження деталей на рис. 6.31, д. Зварюючи труби з пластинами, які спряжуються з ними по дотичній, потрібно забезпечувати беззазорне складання і оформлення з’єднання (рис. 6.31, е).

Під час зварювання коробчастих конструкцій слід уникати швів, виконуваних усередині конструкції (рис. 6.32, а). Виведення шва на­зовні можливе із заміною верхнього листа кількома пластинами (рис. 6.32, б), однак цей варіант вимагає точного виготовлення зварю­ваних елементів і їхнього складання під зварювання. Точність виготов­лення і складання можуть бути зниженими при оформленні конструкції за рис. 6.32, б, але з’являється потреба операції гнуття заготовок. Зручно зварювати деталі, як показано на рис. 6.32, г, але у цьому разі

збільшується трудомісткість складання, оскільки^складно витримати відстань між горизонтальними елементами, а також зменшується міц­ність конструкції.

Зварювання у внутрішніх кутах коробчастих з’єднань (рис. 6.32, д) ускладнене, особливо за потреби адаптації. Всюди, де є можливість, слід|або уникати зварювання в кутах (рис. 6.32, е), або накладати в них прихваточні шви (вручну під час складання) (рис. 6.32, є), або викону­вати кутові шви по радіусу (рис. 6.32, ж). ' '

Вибір об’єктів роботизованого ТКЗ. Під час вибору об’єктів робо­тизованого ТКЗ слід керуватися загальними положеннями, розгляну­тими раніше, та особливостями процесу ТКЗ і зварних конструкцій, що виготовляються з його застосуванням.

До специфіки зварних конструкцій виробів автомобільної техніки, для виготовлення яких найчастіше використовується роботизоване ТКЗ, треба віднести наявність у них переважно фланцевих зварних з’єднань, розміри яких повинні забезпечити задовільну якість зварювання з ура­хуванням особливості роботизованого ТКЗ.

Щоб забезпечити доступність місць зварювання для зварювальних кліщів робота із застосуванням електродотримачів і електродів, що від­повідають діючій нормативно-технічній документації, потрібно (рис. 6.33):

21. фланцеві з’єднання зварних складальних одиниць, зокрема ку­зовів і кабін, розміщувати із зовнішнього (доступного) боку;

22. для забезпечення можливості зварювання важкодоступних з’єднань виконувати в деталях, які закривають місце зварювання, от­вори потрібної конфігурації для проходження зварювального інстру­менту;

23. уникати зварних з’єднань напівзакритого і закритого типу, на­приклад зварних з’єднань на вертикальних стінках тунелю підлоги легкового автомобілю;

24. уникати зварних з’єднань на криволінійних поверхнях, для чого в деталях, що мають складну конфігурацію, виконувати підштампов- ки для розміщення зварних точок в одній площині.

І Для визначення доступності зварних з’єднань конструктор виробу повинен виходити з потреби забезпечення під час зварювання потріб­ного зазора між зварювальним інструментом і конструктивним елемен­том оброблюваної складальної одиниці. Мінімальний зазор при цьому, враховуючи максимальну абсолютну похибку позиціювання ПР, ^ста" більність форми деталей, зручність програмування ПР, повинен бути Змм.

Ширину ф ланця Вф, мм, при використанні електродів з концент­ричними робочою і посадковою частинами згідно з рис. 6.34, а обчислю­ють за формулою

Вф = и ф- а -{- /₀ + І_а -(- /_{п е},

Рис. 6.34. Визначення шири­ни фланців п ри роботизова­ному точковому кон тактному зварюванні електродами з концентричною (а) і некон- центричною (б) робочою та посадковою частинами .

б обчислюють за формулою

В ф = ц_|_а /_пе)

де и — відстань від кром­ки, мм; а = гі_е/2 + 1 — відстань від стінки, мм, сІ_е — діаметр електрода, мм; /„ — допуск на обрі­зування, мм; /_в — до­пуск на витягування, мм; /_п.е — допуск поло­ження електродів, мм.

Ширину фланця В_ф, мм, при використанні електродів зі зміщеною робочою частиною щодо посадкової згідно з рис.

6.34,

відстань від стінки, мм;

а ~ сіє/2 “І^- і — е, зміщення робочої поверхні електрода, мм.

та

те

Вихідні дані для розрахунку оптимальних розмірів фланців при роботизованому точковому контактному зварюванні наведено в табл. 6.2.

Способи складання деталей перед роботизованим зварюванням*

Залежно від методу фіксації деталей перед зварюванням розрізняють складання на прихватках і складання з механічним закріпленням

деталей.

Щоб забезпечити задане положення зварюваних деталей одна від­носно іншої і в робочій зоні, слід використовувати пристосування, які можуть бути:

а) складальними — тільки для складання на прихватках;

б) зварювальними — тільки для фіксації під час зварювання рані­ше складеного на прихватках виробу;

в) складально-зварювальними — для закріплення деталей одна від­носно одної та їх подальшого зварювання у цьому ж пристосуванні.

Якщо зварна конструкція проходить кілька операцій на різних ро­бочих місцях без виймання з пристосування, то такі пристосування на­зиваються супутниками.

Там, де можливо, потрібно усунути використання складальних при- хваток, виконуваних дуговим зварюванням. Усунення прихваток змен­шує трудомісткість зварювальних робіт і дає змогу поліпшити якість швів. При ручному накладанні прихваток поштучними електродами або за допомогою шлангового зварювального апарата переріз прихваток важко обмежити величиною, яка потрібна тільки для утримування кон­струкції у складеному вигляді під час зварювання, а при переварюван­ні занадто великих прихваток часто лишаються непровари, пори та ін­ші дефекти шва. У ряді випадків прихватки ускладнюють геометричну адаптацію роботів.

Пристосування є найбільш функціонально «негнучкою» частиною РТК, оскільки конструкція пристосування, опорно-фіксуючі і притиск­ні елементи повністю визначаються розмірами, формою, масою та ін­шими характеристиками зварних конструкцій. Є кілька шляхів підви­щення функціональної гнучкості цього виду оснащення:

25. Застосування універсально-складальних пристосувань (УСП), яке дає змогу істотно скоротити трудомісткість, строки і вартість ство­рення пристосувань завдяки використанню комплекту уніфікованих елементів.

Одна з особливостей УСП — наявність важких базових і корпусних елементів. Це пояснюється тим, що об’ємні цілісні литі і зварні корпуси неприйнятні для УСП. Складений ж об’ємний корпус пристосування звичайно значно важчий від цілісного (литого, зварного) за тієї ж жорст­кості. Зазначена обставина не має принципового значення за роботизо­ваного зварювання нерухомих виробів, але за потребою маніпулюван­ня виробом може виникнути необхідність застосування маніпулятора значно більшої вантажопідйомності.

Елементи УСП використовуються повторно і багаторазово в присто­суваннях для складання і зварювання різних виробів даного виробницт­ва. Потрібна надійність і довговічність елементів УСП забезпечуються добиранням для них відповідних матеріалів, термічної обробки і за­хисних покриттів. Щоб захистити поверхні елементів УСП від прили­пання бризок розплавленого металу при зварюванні і підвищити зно­состійкість цих поверхонь, треба застосовувати гаряче фосфатування з подальшим нанесенням і отвердінням мастила на основі дисульфіду молібдену (покриття завтовшки 10—15мкм), а також міднення.

Із раціонально організованою експлуатацією комплекту УСП стро­ки підготовки пристосувань для виготовлення нових виробів скорочу­ються до 20 разів.

26. Групування деталей за конструктивними і технологічними озна­ками (групова технологія) дає змогу із переходом до зварювання кон­струкцій іншого типорозміру з даної групи обмежитись заміною не усього пристосування, а лише його частини або регулюванням поло­ження елементів пристосування.

В окремих випадках пристосування може мати опорно-фіксуючі і притискні елементи для кількох типорозмірів виробу. Можна викори­стати частину з них для даного типорозміру виробу без знімання решти елементів пристосування, призначених для інших типорозмірів виробу.

27. Застосування роботів для складання перед зварюванням. У цьо­му випадку при спряженні деталей, які складають, захват робота може бути фіксуючим елементом. Положення такого фіксуючого елемента легко перепрограмується. Більшість зварюваних деталей є листовими елементами. Захват робота для листових елементів може бути досить універсальним.

Роботизоване складання зварюваних деталей складніше, ніж скла­дання остаточно оброблених деталей машинобудування через те, що багато які види зварних конструкцій складаються із заготовок, що ма­ють не тільки низьку точність виготовлення, але й невисоку якість об­робки місць спряження (задири, забоїни), необроблені поверхні, а в де­яких випадках — і досить великі розміри при малій жорсткості, що є однією з причин зміни форми і розмірів заготовок при транспортуванні і складанні їх.

Під час складання рознімних з’єднань у машино- та приладобудуван­ні найчастіше зустрічаються прийоми, пов’язані з уведенням охоплю­ваної деталі в охоплюючу і з угвинчуванням однієї деталі в іншу. Під час складання деталей під зварювання зміст і розподіл типових прийо­ мів істотно інший (рис. 6.35). До цих прийомів належать: вільне пози- ціювання кожної чергової з тих, які складають, деталей-заготовок до упору в одному (рис. 6.35, а—в) або послідовно в двох (рис. 6.35, г, <?) чи в трьох (рис. 6.35, е) напрямках; позиціювання з «м’ яким» напрям­ленням у кінці ходу за рахунок використання напрямних елементів за-

готовок, які складають, або деталей пристосування (рис. 6.35, є—з)

Рис, 6,35. Типові прийоми складання деталей під зварювання

позидіювання з «жорстким» напрямленням у кінці ходу при введенні охоплюваної деталі в одну або кілька охоплюючих без напрямних еле­ментів (рис. 6.35, и—к). Найтехнологічніші прийоми подані на рис. 6.35, а—5; вони становлять близько 50 % від усіх операцій із складання, що виконуються перед зварюванням. Найменш техноло­гічними прийомами позидіювання е «жорсткі» напрямування; їх по можливості слід уникати — зміною конструкції виробу або порядку складання, наприклад замінюючи прийом, який показано на рис. 6.35, і, прийомом, що показаний на рис. 6.35,5.

Вимоги до технологічності зварних виробів із урахуванням складан­ня їх роботами мають бути такими:

28. наявність на заготовках, які складають, базових поверхонь, до­статніх для захвату роботом і для фіксації щодо інших заготовок і орієн­туючих елементів пристосування;

•— мінімальна кількість заготовок, що входять до складу зварної конструкції, а також мінімальне різноманіття видів базових поверхонь для захоплення роботом;

29. відсутність нежорстких заготовок, що деформуються під дією сил ваги і сил інерції;

30. забезпечення можливості спряження всіх заготовок переважно переміщенням їх в одному напрямі;

31. наявність конструктивних елементів (фасок, скосів) на заготов­ках, які складають і пристосовані для полегшення спряження.

РТК для дугового зварювання є, як правило, гнучкішими (тобто лег­ше переналагоджуваними) комплексами, ніж існуючі РТК для скла­дання. Щоб перейти до зварювання іншої конструкції, треба перевести робот на виконання відповідної програми і замінити зварювальне або складально-зварювальне пристосування. При переході до складання ін­шої конструкції в складальному РТК слід, крім того, замінити один або кілька захоплювальних пристроїв-захоплювачів і засоби подаван­ня, орієнтації і накопичення заготовок, які підлягають складанню. От­же, роботизація складання під зварювання економічно вигідніша при більш великих партіях виробів і великій загальній програмі їхнього випуску, ніж роботизація зварювання.