§ 4. Сборочно-сварочные операции и проектирование приспособлений

Сборочная операция обеспечивает правильное взаимное рас­положение и закрепление деталей. Сборку производят на плите, стеллаже, стенде или в специальном приспособлении. В условиях индивидуального производства расположение деталей в узле

в большинстве случаев задается разметкой, для их закрепления

используют струбцины, планки, скобы с клиньями и другие про­стейшие универсальные приспособления.

Использование специальных сборочных приспособлений позволяет повысить производительность труда и улучшить каче­ство сборки. Основой сборочного приспособления является жест­кий каркас, несущий упоры, фиксаторы и прижимы (рис. 13-4). При сборке детали заводятся в приспособление, укладываются по упорам или фиксаторам и закрепляются прижимами. Винто­вые, рычажные или эксцентриковые прижимы с ручным приво­дом просты, но требуют непосредственного воздействия сборщи­ка (рис. 13-5). Использование пневматических (рис. 13-6), гид равлических (рис. 13-7). электромагнитных (рис. 13-8) ил вакуумных прижимов (рис. 13-9) значительно сокращает вст могательное время, особенно, если требуется зажать изделк одновременно в нескольких местах. Широкое применение полу чпли пневматические прижимы, приводимые в действие сжатым

288

Рис. 13-4. Элементы сборочных приспособлений;

а) карман; б) упор; в) палец жесткий; г) зажим; д) палец откидной;

е) упор откидной

г) ч

Рис. 13-5. Схемы механических зажимных устройств: о), б), г), е) винтовые; в), д) эксцентриковые; ж), з), и) рычажные

19 823

воздухом малого давления (в среднем 4 яг). Однако при таком давлении размеры цилиндров, требуемые для обеспечения за­данного усилия зажатия, могут оказаться значительными. Для их уменьшения часто прибегают к дополнительному использова­нию рычажной или клиновой системы прижатия. В некоторых

Рис. 13-G. Ппевмоприжнмы с возвратом поршни пружиной

I, В, Ш, IV-типы нреплеиий цилиндра

Рис. 13-7. Гидравлический прижим двустороннего действия

случаях более рациональным оказывается использование гидрав­лических или пневмогидравлических устройств (рис, 13-Ю).

Собранный узел должен обладать жесткостью и прочностью, необходимой как при извлечении его из сборочного приспособ­ления и транспортировке к месту сварки, так и для уменьшения

290

Рис, 13-8. Универсальный электромагнитный фиксатор

ишиип

Рис, 13-9. Схемы вакуумных зажимов

Масло

Масло

Рис. 13-10. Оневмогидравлический прижим

сварочных деформаций. Поэтому фиксация собранных деталей наиболее часто осуществляется на прихватках. Размеры и рас­положение прихваток определяются не только из условий проч­ности и жесткости, но и с позиции предотвращения их вредного влияния на качество выполнения сварных соединений и работо-

Рис. 13-11. Основные типы сварочных приспособлений:

а) вращатель; б) /роликовый стенд; в) маняггулятор

способность конструкции. Поэтому прихватки должны иметь ограниченное поперечное сечение и располагаться в местах, обес­печивающих их полную переварку при укладке основных швов. Если же прихватки приходится накладывать в местах, где швы отсутствуют, то после завершения сварки такие прихватки сле­дует удалить, а поверхность тщательно зачистить.

292

Последовательность выполнения сборочно-сварочных опера­ций может быть различной. Наиболее часто встречающимися случаями могут быть:

1. Сварка производится после полного завершения сборки.

2. Сборка и сварка выполняются попеременно; например, при изготовлении конструкции путем наращивания отдельных эле­ментов.

3. Общей сборке и сварке конструкции предшествует сборка и сварка подузлов и узлов.

Каждый из этих приемов имеет свои достоинства и недостат­ки в зависимости от характера производства, типа конструкции, ее габаритов и требуемой точ­ности размеров и формы. В дальнейшем при рассмотре­нии процессов изготовления конструкций эти приемы будут рассмотрены более конкретно.

Для удобства выполнения тех или иных швов изделие в процессе сварки приходится устанавливать в различные положения. Это осуществляет­ся с помощью приспособлений: позиционеров, вращателей,

кантователей, роликовых стен­дов, манипуляторов (рис. 13-11). Подобного рода при­способления могут быть как установочные, предназначен­ные только для поворота изде­лия в положение, удобное для сварки того или иного шва (рис. 13-12), так и сварочные, обеспечивающие, кроме уста­новки изделия, его вращение с заданной скоростью, равной скорости сварки. С этой целью для вращения стола часто используют электродвигатели посто­янного тока, позволяющие регулировать число оборотов, тогда как привод наклона и подъема стола осуществляют от электро­двигателей асинхронных (рис. 13-13). Помимо этого, в задачу сварочного приспособления обычно входит направление дви­жения сварочной головки (см. рис. 13-11,6).

Эффективность использования сборочно-сварочной оснастки во многом определяется ее соответствием конструкции изделия, принятой технологии изготовления и программе выпуска.

Универсальные приспособления общего назначения (сбороч­ные плиты, манипуляторы, кантователи, роликовые стенды)

Рис, 13-12. Кинематическая схема универсального установочного мани­пулятора:

/ ■— гладашй вал с ручным приводом; 2 — червяк поворота коноолк; 3 — поворот­ный стол с тормозам; 4— червячный сек­тор; 5 — ручной гндоодомкрат

293

Рис. 13-13. Кинематические схемы приводов универсального сварочного ма­нипулятора:

с) вращешш и наклона стол л; 6) подъема стола

!Г1

Г'""" ^"^------- 1 1

г)

..f

е)

"&

=ш=

Рис. 13-14. Конструктивные элементы сборных приспособлений:

о) универсальная плита; б) упор; о) карман; г), д) упор о фиксатором; е) пово­ротный прижим

используются для сборки и сварки изделий широкой номенкла­туры и различных размеров. Они изготавливаются в централи­зованном порядке и могут быть приобретены в готовом виде. Для изделий определенпого типа, но разных размеров, могут использоваться универсальные приспособления специального назначения. Их конструируют и строят в индивидуальном поряд­ке. Область применения универсальных приспособлений — инди­видуальное и мелкосерийное производство.

Специальные приспособления имеют одноцелевое назначение и используются для выполнения определенных операций приме­нительно к конкретному изделию. Обычно такие приспособления применяют в условиях крупносерийного и массового производ­ства, их проектирование и изготовление осуществляется в инди­видуальном порядке.

Помимо универсальных и специальных приспособлений, в мелкосерийном и индивидуальном производстве используются универсально-сборные приспособления. Комплект оснастки тако­го типа представляет собой набор различных конструктивных элементов: универсальных плит с продольными и поперечными пазами, типовых сменных упоров, фиксаторов, штырей, прихва­тов, планок, крепежных деталей и т. п. (рис. 13-14). Для каждой собираемой сварной конструкции разрабатывается схема на­стройки сборного приспособления (рис. 13-15,6). Общая сбороч­ная плита, в зависимости от размеров собираемого изделия, может составляться из отдельных плит стандартного размера. Сборщик отбирает необходимые элементы оснастки и согласно схеме устанавливает и закрепляет их на плите (рис. 13-15,а). После окончания сборки требуемого количества изделий приспо­собление разбирается, и его элементы используются для сборки других изделий. Многократное использование элементов для сборки большого количества разнообразных сварных узлов резко сокращает сроки подготовки производства и дает значительную экономию, особенно в условиях индивидуального производ­ства.

Применительно к выпуску конкретного изделия перечень необходимых сборочно-сварочных приспособлений составляется в процессе проектирования технологии изготовления этой кон­струкции. При этом решается вопрос, какие из приспособлений могут использоваться в готовом виде, а какие намечаются к про­ектированию и изготовлению. Так как обычно применение приспособлений имеет целью не только улучшить качество выпу­скаемых изделий и повысить производительность труда, но и сни­зить себестоимость продукции, то целесообразность проектиро­вания и изготовления приспособления должна обосновываться экономическими подсчетами.

При проектировании сборочно-сварочных приспособлений исходными данными служат чертежи деталей и узла

295

в сборе, технические условия на изготовление и приемку изде­лия и программа намечаемого выпуска.

На основе этих данных составляется задание на проектиро­вание, содержащее перечень основных принципиальных положе­ний, которым должно удовлетворять приспособление. К ним прежде всего следует отнести:

а) назначение приспособления, т. е. должно ли оно быть сбо­рочным, сварочным или сборочно-сварочным;

б) тип приспособления — универсальное, переналаживаемое или специальное;

в) перечисление требований, предъявляемых к приспособле­нию с конструктивных и технологических позиций;

г) требуемое повышение производительности труда и сниже­ние себестоимости.

Наиболее заметно производительность труда повышается при применении специальных приспособлений. Однако в производ­ствах с малой программой выпуска изделий проектирование и изготовление таких приспособлений узкоцелевого назначения экономически оправдывается далеко не всегда, и более эффек­тивным может оказаться использование универсальной оснаст­ки. Целесообразность того или иного решения в каждом случае должна подтверждаться экономическими расчетами.

Следующий этап проектирования — выбор конструк­тивной схемы приспособления. Помимо требований задания па проектирование, при выборе схемы необходимо обес­печить возможность механизации транспортных операций, быст­роту и надежность базирования и закрепления деталей в приспо­соблении, удобство выполнения сборочных и сварочных опера­ций. В зависимости от назначения приспособления основные вопросы, требующие проработки на этом этапе проектирования, могут быть сформулированы следующим образом.

Для сборочного приспособления:

а) подача элементов в приспособление и придание им про­ектного положения;

б) расположение опорных баз и прижимов;

в) обеспечение удобства постановки сборочных прихваток;

г) освобождение от закреплений и съем узла.

Для сварочного приспособления:

а) подача узла в приспособление;

б) базирование узла в приспособлении и закрепление;

в) перемещение узла или сварочной головки в процессе свар­ки или при переходе от одного шва к другому;

г) освобождение от закрепления и съем узла.

В случае проектирования сборочно-сварочного приспособле­ния первые два пункта будут такими же, как для сборочного приспособления, а последние два,— как для сварочного. Кроме

297

Чертеши деталей и изделия

ТУ

Размер програм­много заданна

Исходные данные

Подача элементов и придание им проентн. положения

Расположение

опорных баз и

прижимов

Обеспечение цвоо-

ства постановки

прихватан

Осдаоомдение от занреппения и съем узла

Назначение: сб.; св.; сё-ев

Тип- специапьн. перенцпажид. иниверсальн.

Требования из нон-струнтивн. и тех-нопёг. совбраж.

Требования повыше-ния производит, и снижен, себест.

Задание на проентиробание

Сборочное

Поспедоо'а.тшность сШот -строчных операций

Сборочно-сварочное

Подача узла в приспособление

базирование в приспособлении и занреппение

Перемещение цзпа или свар, галоши в процессе с вар ни ипи при переходе

Сварочное

Выбор нонстрин-тивной схемы

Освобождение от закрепления и съем

Конструктивная разработнп

Конструктивные недостатки

Изготовление и отпадна

Требования эксплу­атации, неучтен-ные проектом

Энсппуатация

того, существенным становится обеспечение требуемой последо­вательности сборочно-сварочных операций. В соответствии с вы­бранной схемой и требованиями задания на проектирование производится конструктивная разработка приспо­собления. Она включает необходимые расчеты на прочность и жесткость и завершается созданием рабочих чертежей.

При проектировании оригинального приспособления, как и при создании любой новой машины, не все конструктивные ре­шения могут оказаться достаточно удачными. Большинство недостатков обнаруживают и устраняют непосредственно в про­цессе изготовления и отладки приспособления, но некоторые из них выявляются только в эксплуатации.

Рассмотренный процесс проектирования приспособлений для сборочно-сварочных операций представлен на рис. 13-16 в виде схемы. Применительно к различным типам сварных конструкций примеры проектирования приспособлений будут рассматриваться в соответствии с этой схемой.

Расчеты на прочность и жесткость должны отражать специ­фику работы приспособления в зависимости от его назначения.

Для сборочного приспособления необходим учет силы веса приспособления и изделия и усилий от прижимов. Расчет дол­жен обеспечивать прочность конструкций приспособления и ог­раничение искажений базовых размеров в пределах заданных допусков. Если в процессе сборки изделие подвергается кантов­ке, то расчет следует производить для наиболее неблагоприятно­го положения с учетом усилий от механизма вращения.

Для сварочного приспособления необходим учет дополни­тельных усилий, которые могут возникнуть в результате усадки изделия от сварки. При этом существенными являются требова­ния, предъявляемые к приспособлению в части снижения сва­рочных деформаций в изделии. Нел и не ставятся цель уменьшить деформации, то следует либо предусмотреть возможность сме­щения изделия относительно приспособления в процессе сварки и остывания, либо допустить упругую деформацию приспособле­ния совместно с изделием. В последнем случае допускаемая де­формация не должна противоречить требованиям расчета па жесткость и прочность.

Приспособление, имеющее целью снизить сварочные дефор­мации изделия, должно обладать повышенной жесткостью. При этом надо иметь в виду следующее. Усилия от усадки оказыва­ются настолько большими, что предотвратить продольное или поперечное сокращение зоны сварного соединения за счет жест­кости закрепления в приспособлении обычно не удается. Пово­рот сечений может быть ограничен в более значительной степени и поэтому основное внимание следует обращать на предотвра­щение изгиба свариваемого изделия. С учетом вышесказанного можно выделить три характерных случая.

299

1. Снижение остаточных сварочных деформаций достигается путем предварительного изгиба свариваемых элементов при за-*

креплении их в приспособлении. Расчет приспособления на проч­ность н жесткость должен учитывать наличие дополнительных усилий, необходимых для деформирования закрепляемого изделия.

2. Жесткое закрепление в приспособлении позволяет умень­шить временные деформации главным образом в процессе сбор­ки и частично при сварке. В этом случае расчеты на жесткость и прочность должны выполняться с учетом моментов от усадоч­ных усилий.

3. Жесткое закрепление в приспособлении не только па время сварки и охлаждения изделия, но и при термообработке для снятия остаточных напряжений, позволяет снижать остаточные деформации изгиба и потери устойчивости в значительной сте­пени. При расчете таких приспособлений в дополнение к сказан­ному для случая 2 необходима проверка па жесткость в услови­ях выдержки в печи под действием сил тяжести, когда предел текучести металла оказывается заметно меньшим.

При конструктивной разработке приспособлений выбор раз­мещения базовых поверхностей и расположения прижимов должен учитывать поводку изделия от сварки с тем, чтобы после выполнения сборочной или сварочной операции извлечение изде­лия из приспособления не вызывало затруднений.

Точность изготовления приспособления определяется требо­ваниями к точности сборки изделия. Целесообразно при проек­тировании расстояния между базовыми поверхностями назначать с учетом ожидаемой деформации изделия от сварки.

В приспособлениях, осуществляющих перемещение или вра­щение изделия, существенным является вопрос выбора мощности привода и расчета передачи. За исключением случаев поворота изделий, неуравновешенных относительно оси вращения, сопро­тивление движению с постоянной скоростью обычно оказывается малым. Однако в момент включения привода инерционные уси­лия могут быть значительными и отсутствие их учета при выборе мощности привода и расчета передачи на прочность могут приводить к серьезным ошибкам.

Следует также учитывать возможность значительного возра­стания сил трения в случае грубой обработки трущихся поверх­ностей или вследствие погрешностей сборки, приводящих к пере­косу направляющих или осей подшипников.