В базовом варианте все рассматриваемые детали изготовляются с помощью механизированной сварки в среде СО₂.Недостатком этого способа является повышенное разбрызгивание, требует дополнительных затрат на зачистку от брызг свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в СО₂ довольно сильно привариваются к металлу, так как практически не покрыты шлаковой пленкой. Все это приводит к повышению затрат и увеличению трудоемкости изготовления мелких и средних узлов.

На основании всего выше перечисленного в данном дипломном проекте предлагается рассматриваемые узлы изготовлять с помощью контактной рельефной сварки, так как она является одним из высокопроизводительных процессов, позволяющим одновременно добиться значительного снижения себестоимости продукции. Применение рельефной сварки является одним из путей повышения производительности сварочных работ, снижения трудозатрат и улучшения условий труда. В отличии от дуговых способов контактная сварка не требует присадочных материалов, при ее применении снижаются расходы электроэнергии. Кроме того, участие человека в технологическом процессе сведено до минимума, что позволяет снизить влияние субъективного фактора на качество соединений.

Правильность выбора материала - один из важнейших вопросов проектирования, поскольку оказывает непосредственное влияние на технические характеристики, массу и экономичность изготовления конструкции.

1 Анализ базового технологического процесса сборки и сварки, технико-экономическое обоснование необходимости выпуска изделия

1.1 Анализ конструктивных решений и обоснование выбора материала изделия

Мелкие и средние узлы, изготовляемые на ПО “Гомсельмаш”, входят в состав сельскохозяйственной техники: машин на базе универсального энергосредства для уборки кормовых и зерновых культур, а также сахарной свеклы; самоходных зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов; прицепных комбайнов, косилок-плющилок, косилок-измельчителей, сеялок точного высева, тракторных прицепов и почвообрабатывающей техники.

В данном дипломном проекте рассматриваются 21 деталь, среди которых: стойки, кронштейны, пластины, стойки, планки, перемычки, опоры, накладки и т.д.

При выборе материала для изготовления сварной конструкции, помимо свойств, требуемых для условий эксплуатации, необходимо учитывать также его сварочные свойства, зависящие от химического состава. В сочетании с требованиями, предъявляемыми условиями эксплуатации, требование высокой свариваемости определяет практическую пригодность материала для сварки конструкции. Кроме того, свойства материала должны обеспечивать технологическую обрабатываемость и экономическую целесообразность.

Правильность выбора материала - один из важнейших вопросов проектирования, поскольку оказывает непосредственное влияние на технические характеристики, массу и экономичность изготовления конструкции.

При производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые стали. Это стали с содержанием углерода до 0,25%. Низкоуглеродистые стали по свариваемости контактной сваркой относятся к металлам группы 1, которые могут свариваться в широком диапазоне параметров режима. Они обладают малой чувствительностью к термическому циклу и небольшой склонностью к трещинообразованию.

Исходя из вышеперечисленного, для изготовления мелких и средних узлов применяем широко распространенную низкоуглеродистую сталь Ст3пс.

Химический состав и механические свойства стали Ст3пс приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Химический состав и механические свойства стали Ст3пс

Теплофизические свойства стали Ст3пс приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Теплофизические свойства стали Ст3пс

1.2 Анализ базового технологического процесса, направления его совершенствования

Исходным материалом для данного дипломного проекта является технологический процесс сборки и сварки мелких и средних узлов, разработанный на ПО “Гомсельмаш”, которые изготовляются с помощью механизированной сварки в среде СО₂.Недостатком этого способа является повышенное разбрызгивание, требует дополнительных затрат на зачистку от брызг свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в СО₂ довольно сильно привариваются к металлу, так как практически не покрыты шлаковой пленкой. Все это приводит к повышению затрат и увеличению трудоемкости изготовления мелких и средних узлов.

На основании всего выше перечисленного в данном дипломном проекте предлагается рассматриваемые узлы изготовлять с помощью контактной рельефной сварки, так как она является одним из высокопроизводительных процессов, позволяющим одновременно добиться значительного снижения себестоимости продукции. Применение рельефной сварки является одним из путей повышения производительности сварочных работ, снижения трудозатрат и улучшения условий труда. В отличие от дуговых способов контактная сварка не требует присадочных материалов, при ее применении снижаются расходы электроэнергии. Кроме того, участие человека в технологическом процессе сведено до минимума, что позволяет снизить влияние субъективного фактора на качество соединений.

При анализе конструкции рассматриваемых изделий все узлы были разделены на 3 группы по видам применяемых рельефов: детали со штампованными рельефами, с кольцевыми рельефами и с рельефами с острой гранью.

Все рассматриваемые мелкие и средние узлы, изготовляемые на ПО “Гомсельмаш”, предлагается сваривать на одной машине рельефной сварки со сменными электродными устройствами, спроектированными специально для каждого отдельного узла. Таким образом, с уменьшением количества сварочного оборудования уменьшится количество рабочих и необходимые производственные площади.

Контактная рельефная сварка является одним из высокопроизводительных процессов, позволяющим одновременно добиться значительного снижения себестоимости продукции. Применение рельефной сварки является одним из путей повышения производительности сварочных работ, снижения трудозатрат и улучшения условий труда. В отличие от дуговых способов контактная сварка не требует присадочных материалов, при ее применении снижаются расходы электроэнергии. Кроме того, участие человека в технологическом процессе сведено до минимума, что позволяет снизить влияние субъективного фактора на качество соединений. Этот способ сварки характеризуется широким многообразием видов получаемых сварных соединений и находит применение в автомобилестроении, сельхозмашиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.

На основании всего выше изложенного был сделан вывод о том, что наиболее эффективно изготовлять рассматриваемые узлы с применением контактной рельефной сварки.

1.3 Анализ обоснованности выбора основного сварочного оборудования

Так как для изготовления рассматриваемых узлов выбрана контактная рельефная сварка, то основное сварочное оборудование - машина рельефной сварки со сменными электродными устройствами.

Машины рельефной сварки имеют массивные контактные плиты для крепления оснастки, более жесткий корпус и кронштейны, а также минимальное поперечное смещение ползуна в направляющих. Усиленный привод механизма сжатия имеет также и улучшенные динамические характеристики.

Машины контактной сварки состоят из двух взаимосвязанных частей - механической и электрической.

Механическая часть - это комплекс конструктивных элементов, создающих жесткость и прочность машины, воспринимающих усилия (корпус или станина, плиты, кронштейны, домкрат, упоры, консоли, электрододержатели, электроды), и механизмов, предназначенных для закрепления, сжатия и перемещения свариваемых деталей. Некоторые конструктивные элементы и узлы механизмов проводят сварочный ток.

Электрическая часть обычно состоит из источника питания, преобразующего энергию сети промышленной частоты для получения сварочного тока (сварочного трансформатора, выпрямителей), и вторичного (сварочного) контура для непосредственной передачи тока к деталям (гибких и жестких токоведущих шин, консолей, электродержателей, электродов).

Управление и регулирование основных механических (усилие сжатия деталей, скорость вращения роликов, перемещение деталей и т. д.) и электрических (сварочный ток, вторичное напряжение, мощность ) параметров машины осуществляется аппаратурой управления через соответствующие блоки.

Кроме жесткости, прочности и эксплуатационной надежности к механической и электрической частям предъявляют следующие требования:

- быстрота срабатывания и малая инерционность элементов машин, необходимые из-за малой продолжительности сварочного цикла;

- интенсивное охлаждение нагревающихся элементов;

-безопасность работы;

- маневренность элементов сварочного контура, позволяющая использовать машину для сварки изделий различной формы без сложной переналадки;

- надежная защита трущихся и контактных поверхностей от попадания воды, брызг расплавленного металла, пыли.

1.4 Исследование конкурентоспособности изделия на рынке сбыта. Расчет и обоснование программы выпуска

Мелкие и средние узлы, изготовляемые на ПО “Гомсельмаш”, входят в состав сельскохозяйственной техники: машин на базе универсального энергосредства для уборки кормовых и зерновых культур, а также сахарной свеклы; самоходных зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов; прицепных комбайнов, косилок-плющилок, косилок-измельчителей, сеялок точного высева, тракторных прицепов и почвообрабатывающей техники.

О достаточно большой потребности в такого рода изделиях может свидетельствовать то, что производственное объединение "Гомсельмаш" - один из крупнейших производителей сельскохозяйственной техники в СНГ, входящий в четверку крупнейших машиностроительных предприятий Беларуси и имеющий более чем 70-летний опыт создания и производства сельхозмашин.

Всё вышесказанное может служить для расчета необходимой программы выпуска изделия. Производственная программа по выпуску рассматриваемых узлов составляет 50000 штук в год, и соответственно тип производства -серийное.

Производственная программа служит основанием и исходным материалом для разработки проектируемого участка. Для выполнения данной программы выпуска принимаем пятидневную рабочую неделю. Работа на проектируемом участке характеризуется двухсменным режимом.

Количество оборудования определяем по формуле:

, (1.1)

где С_р - расчетное количество оборудования;

t_штi - норма времени по i-ой операции;

А - программа выпуска, шт;

- годовой действительный фонд времени работы оборудования, ч;

К_н - коэффициент выполнения норм (К_н =1,05-1,1).

Годовой действительный фонд времени работы оборудования:

, (1.2)

где Д_п, Д_с - количество рабочих дней в году соответственно с полной продолжительностью и сокращенных;

n - количество рабочих смен в сутки;

К_п - коэффициент, учитывающий время пребывания оборудования в ремонте (К_п =0,92-0,96).

Ф=(8·260+7·2)·2·0,95=3978, 6 ч

Годовой фонд времени работы рабочего определяется по формуле:

, (1.3)

где Д_п, Д_с - количество рабочих дней в году соответственно с полной продолжительностью и сокращенных;

К_нев - коэффициент невыходов по уважительным причинам (К_нев =0,88).

Ф=(8·260+7·2)·0,88=1842,72 ч

Тогда:

Принятое количество оборудования:

С_п =1.

Коэффициент загрузки оборудования:

С_р / С_п=0,94/1=0,94

1.5 Составление технических условий на изготовление изделия

1) Подготовка деталей на сборку и сварку.

Все детали, поступающие на сборку, должны быть изготовлены в соответствие с чертежами, отклонения от плоскости и прямолинейности должны соответствовать ГОСТ 2246-81, если они не оговорены техническими требованиями чертежа.

На свариваемых поверхностях, в зазорах, между деталями, собранными для сварки не допускается наличие масла, ржавчины, грызи и влаги.

Материалы для изготовления деталей должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий.

Поверхности деталей, изготовленных из металлопроката и подвергшихся механической обработке не должны иметь раковин, заусенец, трещин и других механических повреждений.

Для сталей достаточно визуального контроля: поверхность деталей должна быть матовой или иметь равномерный металлический блеск.

2) Сборка конструкции.

Сборка должна обеспечивать точное взаимное расположение деталей( в соответствии с чертежом ) и минимальные зазоры между ними. Качество и трудоемкость сборки зависят от точности изготовления деталей и степени их взаимности.

Качество сборки оценивают, контролируя основные размеры узла, точное взаимное расположение деталей и зазоры.

3) Сварка изделия.

До начала сварочных работ сварщик в соответствии с техпроцессом должен установить необходимые электродные устройства и требуемые параметры режима сварки.

Необходимо сварить первый пробный узел, провести визуальный контроль и далее контроль с разрушением.

Только при удовлетворительных результатах контроля можно приступать к сварке остальной партии деталей.

4) Требования к качеству сварки и контроль качества.

Точность изготовления сварных узлов проверяют в соответствии с чертежами узлов.

Контроль сварных соединений заключается в качественной или количественной оценке основных признаков, характеризующих их работоспособность. Контроль осуществляется с разрушением и без разрушения соединений.

Наиболее простой способ неразрушающего контроля - внешний осмотр соединений. При осмотре проверяют наличие наружных дефектов (трещин, выплесков, иногда непроваров), зазоры между деталями и деформацию узла.

Простота и наглядность результатов контроля с разрушением послужили причиной его широкого применения. По результатам разрушения предварительно определяют диаметр литой зоны сварной точки.

1.6 Анализ вариантов конструктивных или технологических решений по патентным и литературным источникам

Для более подробного изучения существующих способов сварки был проведен патентный обзор.

В результате патентного поиска и обзора литературных источников были выбраны 8 способов рельефной сварки.

Способ рельефной сварки [ ]

Изобретение относится к сварке, в частности к контактной рельефной сварке, и может найти применение при соединении фланца с кольцевым рельефом и листа в конструкциях узлов различного назначения.

Формула изобретения:

Способ рельефной сварки фланца с листом, при котором фланец, выполненный с кольцевым рельефом, накладывают на лист, прикладывают сварочное усилие и пропускают импульс сварочного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности свойств сварного соединения листа с фланцем, имеющим конструкцию, не допускающую токоподвод по всей поверхности его торца, фланец выполняют с поперечным сечением его кольца, более чем в пять раз превышающим площадь поперечного сечения рельефа, и с моментом инерции его поперечного сечения.

Преимущества:

Использование изобретения позволяет обеспечить одинаково высокое качество сварки в любой точке кольцевого рельефа за счет равномерного распределения сжимающего усилия электрического тока по кольцевому соединению, гарантированную герметизацию, отказаться от механического крепления соединяемых деталей, устранить ручной труд.

Способ контактной рельефной сварки стержня с плоской деталью [ ]

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к способу контактной рельефной сварки стержня с плоской деталью.

Формула изобретения:

1 Способ контактной рельефной сварки стержня с плоской деталью, при котором свариваемые стержень и деталь размещают между электродами и сварочной машиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости способа вследствие исключения операции выполнения рельефа в детали при сохранении уровня механических свойств сварного соединения вследствие выравнивания температуры на свариваемых поверхностях стержня и детали, один из электродов выполняют со вставкой из тугоплавкого материала.

2 Способ, отличающийся тем, что вставку выполняют из вольфрама.

Преимущества:

Применение изобретения при контактной рельефной сварке стержня с плоской деталью повышает экономичность способа при сохранении уровня механических свойств.

Способ рельефной сварки трубной заготовки с листом [ ]

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к рельефной сварке Т-образных соединений.

Формула изобретения:

1 Способ рельефной сварки трубной заготовки с листом, при котором на конце трубной заготовки выполняют кольцевой скос, в листе выполняют отверстие, устанавливают скошенный конец трубной заготовки в отверстие, осаживают конец трубы между верхним и нижним электродами и пропускают импульс сварочного тока, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности соединения, с противоположной относительно положения трубной заготовки стороны листа соосно отверстию устанавливают дополнительный конический электрод с зазором по нормали между кромкой отверстия, обращенной к электроду, и его конической поверхностью, а при осадке выдавливают металл трубной заготовки в указанный зазор, развальцовывая конец трубной заготовки.

2 Способ, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения разнотолщинных деталей, в процессе развальцовки на дополнительный электрод подают второй импульс тока в 1,5 - 2 раза меньше импульса сварочного тока.

3 Способ, отличающийся тем, что в процессе развальцовки дополнительный электрод перемещают в направлении, противоположном направлению осадки.

Преимущества:

Соединения, полученные предлагаемым способом, обладают повышенной прочностью и герметичностью по сравнению с известными, взятыми за прототип.

Способ рельефной сварки листовых деталей [ ]

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к рельефной сварке листовых конструкций, и может быть использовано, например, при производстве оцинкованной посуды.

Формула изобретения:

Способ рельефной сварки листовых деталей, при котором на одной из деталей выполняют рельефы, зажимают детали между электродами, прикладывают к ним давление и пропускают сварочный ток, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения деталей толщиной мене 1 мм с защитным покрытием, давление прикладывают к свариваемым деталям вокруг рельефов электродами, в одном из которых, установленном со стороны детали с рельефами, со стороны рабочего торца выполняют отверстия, расположение которых соответствует расположению рельефов на детали, а диаметр больше диаметра рельефа на 2 - 3 мм.

Преимущества:

Полученные описанным способом соединения имеют высокую механическую прочность и коррозионную стойкость, а также хороший внешний вид. Отсутствует выгорание защитного покрытия, а также перенос защитного покрытия на контактную поверхность электрода.

Способ рельефной сварки [ ]

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к рельефной сварке Т-образных соединений.

Формула изобретения:

Способ рельефной сварки Т-образных соединений, преимущественно с криволинейной поверхностью, при котором на торцевой поверхности одной детали выполняют торцевой скос, на другой выполняют отверстие с образованием острой грани, отличающийся тем, что, с целью увеличения статической и динамической прочности соединения за счет равномерного протекания сварочного тока по периметру шва, отверстие во второй детали выполняют большего диаметра, чем наружный диаметр первой детали, определенной глубиной.

Преимущества:

Использование изобретения по сравнению с существующими способами обеспечивает повышение статической и динамической прочности приблизительно в 1,5 раза, улучшение герметичности соединения, что позволяет увеличить эксплуатационную надежность конструкции.

Способ рельефной сварки [ ]

Изобретение относится к контактной сварке и может быть использовано для сварки цилиндрических деталей, выполненных из спеченных порошковых материалов, с плоскими деталями из компактных материалов.

Формула изобретения:

Способ рельефной сварки Т-образного соединения, преимущественно плоской детали с цилиндрической, при котором на плоской детали выполняют отверстие с образованием острой кромки со стороны цилиндрической детали, а на цилиндрической детали выполняют цилиндрический поясок, диаметр которого больше диаметра отверстия плоской детали, и кольцевой скос со стороны плоской детали, прикладывают к деталям давление и пропускают сварочный ток, отличающийся тем, что, с целью повышения статической и динамической прочности сварного соединения при сварке плоской детали из компактного материала с цилиндрической деталью из спеченного материала, цилиндрический поясок цилиндрической детали выполняют высотой, превышающей толщину плоской детали.

Преимущества:

Использование изобретения по сравнению с существующими способами обеспечивает повышение прочности сварочного ядра по всему его объему, возрастание сопротивления к воздействию динамических, циклических и знакопеременных нагрузок, особенно действующих в плоскости, проходящей через ось цилиндрической детали, что повышают по сравнению с прототипом статическую и динамическую прочность соединения.

По результатам обзора литературных источников были выбраны 2 способа рельефной Т-образной сварки [ ].

Эти способы можно использовать при приварке к листам бонок и трубных заготовок. Соединения, полученные предлагаемым способом сварки, обладают достаточной прочностью и герметичностью.

По сравнению с дуговыми способами при данном способе сварки производительность труда увеличивается в 3-4 раза, а также отпадает необходимость в трудоемких операциях зачистки и правки конструкций после сварки. Использование Т-образной сварки дает возможность снизить материалоемкость сварных металлоконструкций за счет уменьшения толщины листовых деталей, так как при ее выполнении уменьшается вероятность прожогов и снижается деформация конструкции.

Проанализировав результаты патентного поиска и обзора литературных источников, в дипломном проекте используются два последних способа рельефной Т-образной сварки, применяемых при приварке к листам бонок и трубных заготовок, так как использование данных способов сварки не требует значительных изменений в конструкции свариваемых деталей, проектирования сложных электродных устройств и позволяет получить высокую прочность соединений. Соединения данного типа присутствуют в номенклатуре мелких и средних узлов, изготовляемых на ПО “Гомсельмаш”.

2 Технологический процесс заготовки, сборки и сварки

2.1 Разработка технологического процесса заготовительных операций для деталей, входящих в изделие. Обоснование выбора заготовительного оборудования