594704

ная технологическая проработка принятого ранее варианта конструкции. Производится выбор рациональных заготовок и способов их получения, определяются меры по обеспечению требований технологичности при обработке различными способами, выбираются конструктивные

итехнологические базы, обеспечивается удобство подходов к местам соединений, нормализация материалов, полуфабрикатов, параметров соединений и т.д. Детально прорабатывается конструктивное оформление всех сварных соединений с указанием характера обработки кромок, допусков на размеры и припусков на обработку после сварки. Для достижения точности и сохранения размеров конструкций после сварки предусматривают технологические мероприятия по предотвращению и устранению сварочных напряжений и деформаций. Эти вопросы, также прорабатываются на стадии рабочего проектирования как с целью обоснования выбора величин допусков на размеры заготовок, припусков на последующую механическую обработку сварного изделия, так и с целью определения рациональности применения операций термообработки. По окончании рабочего проектирования и изготовления опытных образцов должна завершаться и отработка технологичности конструкций. На дальнейших этапах создания и освоения выпуска изделий отработка технологичности, как правило, не превышает 5–10 % от общего уровня.

При создании конструкций и отработке их технологичности необходимо учитывать ряд общих условий.

1.Технологичность конструкций в значительной степени зависит от масштаба выпуска и вида производства. Конструкция, технологичная для одного масштаба выпуска, может оказаться нетехнологичной для другого.

2.Технологичность отдельных элементов конструкции должна рассматриваться и увязываться с технологичностью изделия в целом. Повышение технологичности отдельных элементов может вызвать изменения, которые в итоге ухудшают обработку всей конструкции или приведут к снижению ее характеристик.

3.Отработку технологичности конструкций необходимо рассматривать как комплексную задачу, учитывающую требования ко всем стадиям производственного процесса, начиная от изготовления деталей

икончая сборкой, сваркой и испытанием готовых изделий.

4.При отработке технологичности конструкций необходимо исходить, в первую очередь, из учета передового опыта и наиболее высокого технического уровня, достигнутого в данной отрасли производства. При этом необходимо учитывать и специфику данного предприятия-

271

изготовителя, его технико-организационные особенности, оснащенность, освоенность различных процессов и оборудования и т.п.

Технологическая отработка сварных конструкций предусматривает обеспечение выполнения требований технологичности, предъявляемых к выбору и назначению характера конструкций и металла для ее изготовления, способов сварки и характеристик сварных соединений, точности изготовления и способов устранения или уменьшения деформаций и сварочных напряжений. В связи с этим можно наметить ряд вопросов, требующих в первую очередь решения при создании технологичных сварных конструкций.

1.Выбор и применение наиболее современных методик расчета

ипроектирования сварных конструкций, в наибольшей мере учитывающих их особенности и воздействие технологических факторов. Поэтому при создании новых изделий необходимо исходить из принципов конструктивно-технологического проектирования с применением уточненных методик расчетов прочности и устойчивости элементов, а также расчетных методов оценки точности и технологичности сварных конструкций.

2.Выбор оптимальных вариантов расчленения конструкций на сборочные единицы и назначение схем собираемости их, от которых во многом зависят упрощение технологического процесса, расширение фронта работ и эффективное использование средств механизации и автоматизации.

3.Правильный выбор материала – один из важнейших вопросов проектирования и технологической отработки, поскольку оказывает непосредственное влияние на технические характеристики, массу и экономичность конструкций. При этом необходимо учитывать, что в сочетании с требованиями, предъявляемыми условиями эксплуатации, требование высокой свариваемости определят практическую пригодность материала для сварных конструкций. Свойства материала должны удовлетворять требованиям эксплуатации, обеспечивать необходимую свариваемость, технологическую обрабатываемость и экономическую целесообразность.

4.Важной задачей является правильный выбор способа получения соединений в соответствии с назначением, формой и размерами конструкций. Назначение способа сварки в значительной степени определяется свариваемостью, конструктивным оформлением изготовляемых узлов, степенью их ответственности и производительностью процесса. К тому же необходимо учитывать определенный тип соединений, присадочный материал, приемы и обеспечение удобства выполнения сбо- рочно-сварочных операций. Эти условия предопределяют механические

272

свойства соединений и значения допускаемых напряжений, необходимых для прочностных расчетов конструкций. Поэтому назначение способа сварки производится уже на первой стадии разработки изделия. Оптимальность этого выбора в значительной степени зависит от правильности учета состояния сварочного производства и тенденций его развития.

5.Правильное назначение типа и параметров сварных соединений

взависимости от особенностей конструкции и характера испытываемых нагружений – один из важных вопросов технологичности. Качество сварных соединений и трудоемкость их выполнения в значительной степени зависят от проектных решений, определяющих тип присадочного материала, сечение швов и расчетный объем наплавленного металла, положение сварных швов в пространстве при выполнении сварочных работ, доступность и удобство выполнения сварки и т.п. Поэтому при выборе типа конструкции сварных соединений намечаемые конструктивные решения необходимо оценивать не только с позиций прочности, но и с позиций технологичности. При назначении сварных соединений нужно учитывать возможность выполнения их с максимальным использованием автоматизированных способов сварки, число и размеры сварных швов должны быть минимальными и строго обоснованы расчетами и техническими условиями. В конструкциях необходимо использовать наиболее работоспособные и удобно выполнимые типы соединений, стремиться к сокращению их числа и уменьшению сечений. Расположение соединений в конструкциях должно уменьшать или предотвращать появление сварочных деформаций, а параметры соединений должны быть максимально унифицированы, форма швов простая, хорошо поддающаяся описанию и выполнению автоматической сваркой. Исключительно важным требованием является сокращение объема расплавляемого, а особенно наплавляемого металла. На этапе проектирования завышение объема может быть вызвано несовершенством используемых методик и норм расчета, стандартов и других руководящих материалов, регламентирующих параметры сварных соединений и швов; несоблюдение в проектировании принципа минимизации наплавленного металла в конструкции; недостаточным использованием прогрессивных конструктивных решений, требующих минимальных протяженности швов и объема наплавленного металла; ограниченностью применения в конструкциях материалов с улучшенными свойствами; недостаточным использованием сварочных процессов, обеспечивающих более высокие механические характеристики соединений.

При изготовлении сварных конструкций перерасходу наплавленного металла способствуют отклонения от строгого соблюдения предписа-

273

ний технической документации и инструкций в отношении точности и качества выполнения заготовительных, сборочных и сварочных работ, несовершенство принятых в технологическом процессе методов и оборудования обработки, недостаточная точность заготовок, обуславливающая необходимость назначения излишних припусков и проведения ручных работ по подгонке элементов.

Комплексное решение вопросов прочности, точности, технологичности и экономичности позволяет создавать наиболее рациональные сварные конструкции с наименьшими затратами материалов, времени и труда на их изготовление.

20.2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Под технологическим процессом в машиностроении понимают последовательные действия по изменению формы или состояния материала в целях получения изделия определенного вида или качества.

Основная цель проектирования технологического процесса – разработка такого способа изготовления заданного изделия, который бы являлся наиболее рациональным не только технически, но и экономически при правильном и полном использовании всех технических возможностей оборудования и оснастки на наиболее выгодных режимах при минимальных затратах времени, рабочей силы, вспомогательных материалов.

В разработке технологического процесса можно выделить два этапа. Первый целесообразно отнести к стадии проектирования самой конструкции. В ходе технологической отработки конструкции разрабатывают основные принципиальные решения по ее изготовлению, которые в дальнейшем и определяют основные направления в разработке рабочих технологических процессов. Оформленные в виде специальных технологических документов, эти положения являются своеобразными «вехами» будущего серийного технологического процесса, называемыми директивными технологическими материалами (ДТМ) или директивной технологией (ДТ).

По таким материалам нельзя изготовить изделие, поскольку в них приводятся лишь основные принципиальные решения по технологии. Однако разработка таких материалов позволяет обеспечить наиболее высокий технический уровень производства. В процессе разработки ДТМ решают вопросы выбора наиболее технологичных с позиций сварки конструктивных решений, схемы технологического расчленения конструкций и их собираемости, определяют характер соединений по технологическим разъемам и методы их выполнения, разрабатывают техни-

274

ческие условия и задания на проектирование специального оборудования и технологической оснастки, выбирают методы, средства наиболее объективного контроля и т.д. ДТМ разрабатываются на базе наиболее прогрессивных технологических процессов и оборудования.

С другой стороны, ДТМ дают возможность серийным предприятиям значительно сократить и упростить работы по подготовке производства и освоению изделия, заранее определить трудоемкость всех этапов производственного процесса, технологическую оснащенность, необходимость и объем реконструкции предприятия.

По окончании проектирования изделия на основе рабочего проекта и ДТМ проводится второй этап – разрабатывается рабочий технологический процесс и создается необходимое специальное оборудование, технологическая и контрольная оснастка.

Разработка рабочей технологии ведется в строгом соответствии с рабочим проектом конструкции. Это накладывает на работу технологов определенные ограничения в связи с принятыми в проекте конструктивными решениями. В этих условиях ДТМ придается исключительно большое значение. Разработка рабочей технологии, в свою очередь, выполняется в две стадии. На первой стадии устанавливают полный перечень всех необходимых операций и их рациональную последовательность (маршрут), выбирают способы обработки по операциям, технологическое оборудование, режимы обработки и технологическую оснастку, проводят нормирование операций и определяют их трудоемкость. Полученные данные представляются в виде технического документа – маршрутной технологии (табл. 20.1).

На второй стадии производится детализация ранее выполненных разработок, степень и полнота которой зависят от типа производства. В большей степени детализируют технологический процесс в серийном и массовом видах производства. Операции разбивают на более мелкие действия – переходы с указанием разрядов работающих, фондов времени, мер техники безопасности и т.п. Каждая из операций маршрутной технологии оформляется в виде отдельного технического документа – операционной технологической карты. В малопрограммных видах производства (единичном и мелкосерийном) такие карты обычно не оформляют, детализируют непосредственно маршрутную технологию. При разработке серийной технологии изготовления большое значение имеет использование типовых технологических процессов – обобщенных для групп элементов с общностью конструктивных технологических признаков.

275

Таблица 20.1

Маршрутная технологическая карта на изготовление обечайки корпуса емкости из алюминиевого сплава

На рисунке 20.1 приведена обобщенная схема технологического процесса изготовления сварных конструкций с указанием его основных этапов.

Рис. 20.1. Схема технологического процесса

276

При изготовлении сварных узлов машиностроительных конструкций производство часто отличается сложностью и многообразием цеховых маршрутов. Это связано с наличием большого числа разнообразных технологических методов обработки, применяемых при изготовлении деталей того или иного изделия. Последнее вытекает из высоких требований, предъявляемых к качеству выпускаемой продукции, часто весьма сложной конструкции, а также многообразия марок применяемых материалов. В связи с этим технологическая отработка изделия и процесса его изготовления имеет большое значение при подготовке производства того или иного объекта и сказывается на качестве и сроках освоения нового производства и себестоимости продукции. Поэтому вопросам разработки технологических процессов необходимо уделять самое серьезное внимание в период подготовки объекта к запуску в производство.

20.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА

От технологического процесса производства сварных конструкций требуется обеспечение возможности сокращения сроков его освоения

иснижения производственных затрат при одновременном достижении высокой производительности, качества и надежности выпускаемых изделий.

Успешное решение данной проблемы в значительной степени определяется оснащенностью сварочного производства, причем выбор варианта оснащения в каждом конкретном случае должен учитывать не только техническую возможность выполнения запроектированных операций с соблюдением предъявляемых требований, но и техникоэкономическую оптимальность.

Средства технического оснащения технологических процессов обычно разделяют на две группы.

Кпервой группе относятся технические средства, обеспечивающие общую возможность выполнения технологических операций запроектированными методами обработки (штамповка, сварка, механообработка

ит.п.). Эта группа технических средств получила название основного технологического оборудования. К ней относятся дуговые сварочные автоматы, источники питания дуги, сварочные машины и т.п.

Ко второй группе относятся технические средства оснащения, призванные облегчить изготовление или создать благоприятные условия для выполнения технологических операций с использованием основного технологического оборудования применительно к конкретным особенностям обрабатываемых изделий. Подобные средства оснащения называют технологической оснасткой. Сварочное оборудование выпус-

277

кается специализированными предприятиями. В большинстве случаев оно обладает большой степенью универсальности и предназначено для осуществления непосредственно самого сварочного процесса без конкретизации относительно того или иного обрабатываемого изделия. Однако, исходя из конструктивно-технологических особенностей изготовляемых конструкций, для выполнения соединений той или иной формы требуется закрепление изделия в определенных положениях, перемещение или поворачивание их в процессе сварки. Осуществляется это за счет применения технологической оснастки, представляемой в виде приспособлений для закрепления и перемещения свариваемых конструкций. Такие приспособления позволяют не только облегчить выполнение соединений, но и уменьшить возникающие деформации, повысить производительность, обеспечить безопасные условия работы. Наконец, как правило, сварка неразрывно связана с проведением сборки соединяемых деталей. Поэтому необходимы приспособления для сборочных работ, обеспечивающие выполнение заданных технических условий, предъявляемых с позиций качественного изготовления сварных соединений, достижения проектных параметров конструкций. Весь отмеченный комплекс технических устройств рассматривается как сборочносварочная оснастка или приспособления. Значение cбopoчнo-сварочной оснастки при изготовлении сварных конструкций исключительно велико. Ее применение во многом обуславливает не только получение высококачественных изделий, но и достижение высоких производственных показателей. Поэтому правильность выбора и разработка сборочносварочной оснастки являются одним из главных вопросов технологической подготовки сварочного производства в целом.

В общем балансе средств производства специальное технологическое оснащение занимает важнейшее место и располагается вслед за технологическим оборудованием. Но если парк оборудования с изменением конструкции изделия при технологической подготовке изменяется незначительно, то технологическая оснастка обычно подвергается радикальным изменениям, даже полной замене. Поэтому затраты на ее создание составляют важнейшую часть расходов по технологической подготовке. Так, в авиационной промышленности трудоемкость проектирования и изготовления технологического оснащения достигает 60–80 % от общей трудоемкости технологической подготовки серийного производства, а по времени изготовления – до 90 % всего цикла подготовки. Поэтому снижение трудоемкости и сроков создания оснастки является одним из основных резервов сокращения затрат на подготовку производства. Значительный эффект дает нормализация оснастки, основанная

278

на использовании унифицированных и стандартизованных деталей и узлов.

Классификация сборочно-сварочной оснастки. Сборочно-

сварочная оснастка по удельному весу в общем оснащении технологических процессов современного сварочного производства, как правило, занимает ведущее место. Ее характер определяется многими факторами, в первую очередь конструктивно-технологическими особенностями изготовляемых конструкций; с другой стороны, степень оснащенности технологических процессов в значительной степени зависит от вида производства. Наиболее оснащены технологические процессы при массовом и крупносерийном производстве и менее – при единичном и мелкосерийном. Это объясняется в основном экономическими соображениями. Номенклатура применяемой сборочно-сварочной оснастки исключительно широка и многообразна. Однако по ряду признаков она может быть классифицирована по группам, различающимся по своим конструктивным особенностям и технологическим возможностям.

По функциональному назначению и задачам, выполняемым в технологическом процессе, сборочно-сварочная оснастка разделяется на сборочные, сварочные и сборочно-сварочные приспособления.

Сборочные приспособления предназначены для осуществления сборки изготовляемых конструкций из отдельных деталей или узлов с обеспечением требуемых технических условий с закреплением их с помощью прихватки или съемных фиксаторов.

Сварочные приспособления обеспечивают выполнение непосредственно сварочных операций при получении сварных соединений того или иного вида. В такие приспособления конструкции устанавливаются

всобранном, предварительно закрепленном состоянии. В этом случае

втехнологическом процессе необходимо сочетание сборочных и сварочных приспособлений.

Всборочно-сварочных приспособлениях может производиться сборка и сварка конструкций с одной установки. При этом в большинстве случаев удается исключить необходимость применения прихватки.

Взависимости от вида производства, степени и широты применения приспособления подразделяют на универсальные, специализированные и специальные. Универсальные приспособления могут быть использованы для выполнения операций, соответствующих их функциональному назначению, применительно к широкому кругу обрабатываемых конструкций, различающихся по своим конструктивнотехнологическим характеристикам. С повышением степени специализации приспособлений широта применяемости их резко уменьшается. Так, специализированные приспособления используются для обработки

279

лишь определенной группы однотипных изделий, обладающих общностью конструктивно-технологических признаков и различающихся по типоразмерам. Еще в большей степени ограничивается область использования специальных приспособлений, предназначаемых для обработки лишь определенного вида изделий. Однако с увеличением специализации приспособлений, как правило, возрастает их точность и производительность. Поэтому такие приспособления обычно используют при оснащении крупнопрограммных видов производства. В зависимости от характера работы и способа приведения в действие приспособления разделяют на: ручные, механизированные и автоматизированные (или автоматические).

Ручные приспособления для работы требуют затрат ручного труда и приводятся в действие за счет усилий работающего. Механизированные приспособления приводятся в действие за счет использования како- го-либо вида энергии (сжатого воздуха, жидкости, электрической энергии). Автоматическими считаются приспособления, в которых не только приведение в действие, но и управление производится за счет какоголибо вида энергии помимо усилий работающего. В этом случае затраты труда человека необходимы лишь на настройку и запуск в работу. Приспособления также могут быть быстродействующими с минимальной затратой вспомогательного времени, одно- и многопозиционными. В зависимости от габаритов и веса изделий приспособления могут быть переносными или стационарными, а также неподвижными, перемещающимися или поворотными в процессе работы.

Назначение и особенности сборочно-сварочной оснастки. Ис-

пользование сборочно-сварочной оснастки в технологическом процессе изготовления сварных конструкций предусматривает решения целого ряда задач. Основные из них – обеспечение условий качественного выполнения сварных соединений и изготовления конструкций с заданными техническими параметрами и достижение взаимозаменяемости, упрощение технологии сборки и сварки, снижение трудоемкости и повышение производительности сборочно-сварочных работ, предотвращение или уменьшение сварочных деформаций.

Использование сборочно-сварочной оснастки позволяет расширять технологические возможности сварочного оборудования, обеспечивать условия стабилизации качества выполняемых работ. Применение сбо- рочно-сварочной оснастки является необходимым условием повышения общего уровня механизации и автоматизации сварочного производства. Сборочно-сварочные приспособления могут входить в состав сварочных установок, встраиваться в поточные механизированные и автоматизированные линии, причем за счет технологической оснастки открывается

280