Технология сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484

Дуговая строжка угольными электродами диаметром до 9,0 мм

Удобный для чтения дисплей

Простота управления

Система кабельного подключения

Инверторная технология

Вентилятор с автоматическим управлением

Высокий коэффициент ПВ

Рисунок 1.10 - Сварочный полуавтомат ESAB WARRIOR (MIG) 500I CC/CV

Таблица 1.6 - Технические характеристики сварочный полуавтомат ESAB WARRIOR (MIG) 500I CC/CV

Наименование параметра	Значение
Напряжение	380-460В
Сварочный ток	5 -- 500А
КПД	88 %
Диаметр электрода	0,8 -- 1,6 мм
Длина	712 мм
Ширина	325 мм
Высота	700 мм
Масса	52 кг

Сварочный полуавтомат инвертор NEBULA 500 (рисунок 1.11) применяется в промышленности и имеет огромный ряд достоинств, оторые в свою очередь облегчают работу сварщика.

Универсальность аппарата заключается в возможности выбора и комплектации необходимых способов сварки в одном сварочном аппарате: MMA ручная дуговая сварка, TIG сварка на постоянном токе, точечная TIG сварка, импульсная TIG сварка, MIG/MAG сварка, импульсная MIG/MAG сварка (см. таблицу “Функциональные возможности моделей синергетических инверторных сварочных аппаратов Nebula”). Nebula имеет единое внутреннее конструктивное решение всех моделей сварочных аппаратов, единое корпусное исполнение (передняя панель из металла или пластика), единый интерфейс пользователя, единая система диагностики неисправностей, единая инструкция по эксплуатации.

Дифференцированный ввод тепла при полуавтоматической сварке тонкостенных стальных конструкций и сварке алюминиевых и титановых сплавов: когда требуется обеспечить полноценный провар при сварке тонкостенной конструкции без прожига основного металла или снять оксидную пленку при сварке алюминия. При этом для разных материалов и толщин, а также разных диаметров сварочной проволоки или электрода, величина импульса должна быть различной. В связи с этим, для облегчения работы сварщика, все режимы сварки просчитаны по уравнениям ввода тепла в термодинамике, а затем введены в память DSP-процессора.

Сварщик задает только параметры режима, а процессор сам определяет необходимую частоту и величину сварочного импульса аппаратов. Высокая надежность: использование цифровых схем, не подверженных изменениям параметров среды. В обычных сварочных аппаратах в процессе эксплуатации из-за влияния температуры и влажности возникают различные изменения в процессе управления сварочным током, что может привести к значительному ухудшению характеристик аппарата. Цифровые системы управления мало подвержены таким влияниям, т.к. обработка данных ведется в цифровом формате. Этот факт серьезно повышает надежность и стабильность характеристик в течение всего срока эксплуатации. Высокоточное управление: благодаря использованию цифровых систем контроля, сварочные аппараты серии NEBULA имеют малые погрешности установки тока и напряжения.

Безупречные эксплуатационные качества: современные методы математического контроля в сочетании с цифровым управлением предоставляют исключительные возможности для контроля качества выполнения сварочных работ. Экспертные базы данных по параметрам сварочных процессов: обобщение мирового опыта по сварке в программном обеспечении аппаратов NEBULA. Постоянное совершенствование и обновление баз данных (более 100 программ ведущих мировых производителей сварочного оборудования), доступных пользователю. Синергетическое управление: наличие IGBT технологии с процессором DSP, позволило реализовать некоторые из самых продвинутых математических моделей управления сварочным процессом на принципах синергетики, предоставив пользователю систему активного диалога с запоминанием и повторным вызовом параметров сварочных процессов в 30 каналах памяти, управление параметрами сварки с устройств подачи сварочной проволоки.

Удобство в эксплуатации и удобный для пользователя интерфейс: возможность выбора способов сварки из программно установленных на вашем сварочном аппарате, возможность выбора режима работы подающего устройства, сварочной горелки MIG/MAG или TIG, добавление пользователем различных программ сварки необходимых в дальнейшей работе, использование меню “подсказок” для настройки работы сварочного аппарата, жидкокристаллическое и цифровое отображение параметров управления и сварки, эргономическая панель управления. Меню управления сварочного аппарата NEBULA состоит из трех уровней, взаимодействие между которыми осуществляется нажатием клавиши “ESC”. На первом уровне задается способ сварки необходимый в конкретном случае. Переход от одного способа сварки к другому осуществляется нажатием клавиш “Вверх” и “Вниз”, а выбор пункта меню нажатием клавиши “OK”.

Появление сообщения “No right to use” после нажатия клавиши “OK” свидетельствует об отсутствии установки данного метода сварки. На втором уровне меню пользователю предоставляется возможность задания параметров сварки для выбранного способа сварки. Перемещение по меню осуществляется так же. Задание конкретных числовых величин производится клавишами “+” и ”-”. После задания параметров и фиксации данного набора клавишей “OK” сварочный аппарат готов к работе. Для выбора другого способа сварки необходимо снова нажать клавишу “ESC”.

При возникновении трудностей задания параметров сварки на втором уровне пользователь может переходить на третий уровень меню для получения справочной информации о каждом параметре сварки. При желании эту работу можно поручить DSP- процессору сварочного аппарата NEBULA. Для этого, находясь в меню второго уровня, необходимо перейти в позицию “SYNERGY”. Существует также возможность выбора одной из сварочной программ сварки внесенной ранее в память процессора, для чего, находясь в меню второго уровня, необходимо перейти в позицию “Load weld data”.

Сервисные возможности сварочного аппарата Nebula также позволяет пользователю, находясь на втором уровне меню, занести любую из сформулированных программ сварки в память процессора для дальнейшего использования, получить информацию о действующей на данный момент программе сварки, версии программного обеспечения установленной на данном сварочном аппарате, данные о температурном состоянии работающего сварочного аппарата (см. ниже “Меню управления” сварочным аппаратом NEBULA” на примере выбора способа сварки MIG/MAG).Функция энергосбережения и компактные габариты: благодаря инновационной инверторной технологии IGBT, удалось достичь значительного снижения массы аппарата NEBULA и его низкой энергоемкости.

Дистанционное управление: возможность осуществления дистанционного контроля и диагностики дефектов оборудования через интернет и вручную (т.н. локальный автоматический контроль), использование дополнительных функций по усмотрению заказчика, контроль параметров сварочного тока и напряжения в режиме реального времени через удаленный компьютер, подсоединенный к Интернету и сварочному аппарату Nebula. Встроенные функции: "Hot start" и "HF arc striking" (быстрый и высокочастотный поджиг дуги), "Lift TIG" (облегченная TIG сварка).

Рисунок 1.11 - Сварочный полуавтомат инвертор NEBULA 500

Технические характеристики полуавтомата представлены в таблице 1.7.

Исходя из анализа литературы и патентов, выбрали сварочный полуавтомат инверторного типа NEBULA 500. Данный полуавтомат идеально подходит для выполнения прихваток и сварочных работ при изготовлении передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484, хорошо зарекомендовал себя на предприятиях зарубежных стран, а также имеет малые габариты и массу, что позволяет перемещать аппарат без особых усилий.

Таблица 1.7 - Технические характеристики сварочного полуавтомата инвертора NEBULA 500

Наименование параметра	Значение
Напряжение	260-460В
Сварочный ток	40 -- 500 А
КПД	90
Диаметр электрода	0,8 -- 1,6 мм
Коэффициент мощности при максимальном токе	0,99 %
Длина	610 мм
Ширина	320 мм
Высота	600 мм
Масса	38 кг

1.4 Резюме

В результате анализа базового варианта технологического процесса сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 был выявлен ряд недостатков.

На заводе изготовителе при сварке передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 используют сварку в СО2, которая характеризуется значительным выделением газа на месте сварки, влияющего на условия работы сварщика, а также повышенным разбрызгиванием, что требует дополнительных затрат на зачистку от брызг свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата.

Исходя из этого, рекомендуется применить сварку в смеси Ar+СО2. Применение данной смеси приведет к увеличению количества наплавленного металла за единицу времени; увеличению глубины провара шва; снижению потерь электродного металла на разбрызгивание; снижению количества прилипания брызг (набрызгивания) в районе сварного шва и, следовательно, уменьшение трудоёмкости их удаления; повышению стабильности процесса сварки; улучшению качества сварного шва: снижению пористости и неметаллических включений; уменьшению зоны термического влияния, вследствие этого - уменьшению коробления конструкции; экономии средств; улучшению условий труда (значительно меньшее количество дыма, сварных аэрозолей сохраняют здоровье сварщика и позволяют ему длительное время работать с большим вниманием).

При выполнении сварочных работ рекомендуется применить сварочный полуавтомат инвертор NEBULA 500. Данный полуавтомат является легким инверторным источником сварочного тока с электронным управлением для сварки, предназначенный для областей, где требуется высокая производительность и высокое качество сварки и идеально подходит для выполнения прихваток и сварочных работ при изготовлении передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484.

В приспособлении для сборки и сварки изделия механические прижимы были заменены на пневматические, что повысило точность и удобность, снизило время сборки и сварки.

Также рекомендовано заменить кассеты со сварочной проволокой на упаковки сварочной проволоки "Ариадна" 250 кг. Рисунок 1.12. Сварочная упаковка "Ариадна" позволяет вести постоянный и более надежный процесс сварки, что в свою очередь позволяет снизить время на изготовление изделия.

Технологические преимущества использования упаковки "Ариадна":

Повышение производительности труда сварщика за счет исключения потери времени на загрузку размоточного устройства кассетами проволоки на 25%

Возможность ведения длинномерных сварных швов

Повышение качества длинномерных швов

Снижение потребности в техническом обслуживании подающего механизма сварочного аппарата

Снижение потерь сварочной проволоки на заправочных концах в 13 раз

Снижение физической нагрузки сварщика на установку кассет и заправки проволоки в сварочную головку

Снижение расхода наконечников

Обеспечение стабильной работы сварочного оборудования

Снижение времени простоя сварочного оборудования из-за установки кассет и заправки сварочной проволоки в подающий механизм

Обеспечение защиты проволоки от промышленной пыли в условиях эксплуатации

Удобство использования за счет возможности расположения упаковки "Ариадна" на расстоянии до 12 м от сварочного аппарата

Возможность использования в производственных труднодоступных местах сварки за счет дополнительного подающего устройства

Хорошее перемещение по цеху с помощью тележки или траверсы при использовании мостовых кранов

Экономическая эфективность использования упаковки "Ариадна":

Повышение производительности труда на 25% за счет сокращения потери времени на перезарядку кассет

Невозможность воровства проволоки благодаря большому весу и объему упаковки

Снижение размера отходов за счет непрерывного использования проволоки

Снижение стоимости сварочной проволоки за счет возможности многоразового использования упаковки

Вид поставки: "Ариадна-500" и "Ариадна-600".

Намотка: упорядоченная, послойная.

Масса: 250-300 кг.

Установка "Ариадна" компактна, изготовлена из экологически чистого сырья.



2. Технологический процесс заготовки, сборки и сварки

2.1 Выбор материала изделия. Обоснование катетов сварных швов

Материал изделия для изготовления сварной конструкции, необходимо выбирать в зависимости от свойств, требуемых для условий эксплуатации, а также сварочных свойств, зависящих 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.

При сварке из-за теплового воздействия в зоне соединения механические и эксплуатационные свойства металла могут значительно отличаться от аналогичных свойств основного металла. Поэтому необходимо выбирать материалы с хорошей свариваемостью. Один из важнейших вопросов проектирования - правильность выбора материала, поскольку он оказывает непосредственное влияние на технические характеристики, массу и экономичность изготовления конструкции.

В качестве материала для изготовления передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 используется конструкционная низколегированная сталь марки 09Г2С.

Чаще всего прокат из данной марки стали используется для строительных конструкций благодаря высокой механической прочности. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей. Применяя закалку и отпуск изготавливают качественную трубопроводную арматуру.

Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 С. Так как углерода в стали мало, то сварка ее довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести также, что она не склонна к отпускной хрупкости и ее вязкость не снижается после отпуска.

Вышеприведенными свойствами объясняется удобство использования 09Г2С от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже варятся и меняют свойства после термообработки.

Химический состав по ГОСТ 19281-89 и механические свойства стали 09Г2С приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 09Г2С

Содержание элементов, %
C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu
до 0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	до 0,3	до 0,04	до 0,035	до 0,3	до 0,008	до 0,3

Таблица 2.2 - Механические свойства стали 09Г2С

Предел кратковременной прочности , МПа	Предел текучести для остаточной деформации , МПа	Относительное удлинение при разрыве , %	Ударная вязкость KCU при 20?,Дж/см2
380-490	345	21	64

Для оценки свариваемости стали производят расчет эквивалентного значения углерода для низколегированных сталей и эквивалентного значения хрома и никеля для высоколегированных сталей. Т.к. сталь 09Г2С относится к низколегированным, произведем расчет эквивалентного значения углерода.



(2.1)

где , , , , , и - массовые доли углерода, марганца, хрома, ванадия, молибдена, никеля и меди в %.

Стали, у которых , считаются не склонными к образованию холодных трещин при сварке.

Сталь 09Г2С является хорошо свариваемой т.к. Сэкв<0,45%. В связи с этим при сварке не потребуется дополнительный подогрев и последующая термообработка.

В дипломном проекте будет произведена проверка прочности сварных швов.

Методы расчета сварных соединений тесно связаны с технологией сварки, причем для многих видов соединений расчет носит весьма условный характер. Однако методику расчета сварных соединений нельзя еще считать установившейся.

Прочность сварного соединения характеризуется величиной напряжений, возникающих в нем под влиянием действующих усилий. Чтобы соединение было прочным, фактические напряжения в нем при работе должны быть в несколько раз ниже тех, при которых металл шва разрушается.

Величина допускаемых напряжений регламентируется соответствующими нормами, принятыми для тех или иных конструкций, в зависимости от их назначения применяемого металла, условий работы и пр. Допускаемое напряжение всегда ниже предела упругости данного материала. Отношение предела прочности к допускаемому напряжению называется запасом прочности.

Передняя рама фронтального погрузчика МоАЗ 40484 в процессе эксплуатации воспринимает определенные нагрузки, действующие на нее. При расчете сварных швов учитывался запас прочности по каждому шву, в связи с тем, что в данном дипломном проекте не производилось модернизации конструкции и сварные швы принимались согласно конструкторской документации.

При неизвестных усилиях растяжения или сжатия, действующих на свариваемые детали, катет шва принимается конструктивно.

Производим расчет массы наплавленного металла для каждого шва в изделии по формуле:

(2.4)

где Fнм - площадь наплавленного металла, м2 ;

г - плотность стали, = 7800 кг/м3 ;

Lшва - длина шва, м.

Площадь наплавленного металла для угловых швов определяется по формуле:

(2.5)

где k- катет шва, мм;

а - коэффициент, учитывающий форму шва (для выпуклых швов а = 1,2; для вогнутых а = 0,9);

б - угол, под которым свариваются детали.

Результаты расчета по каждому сварному шву передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 заносим в таблицу 2.3.



Таблица 2.3 - Сводная таблица

Номер шва	Обозначение	Длина шва Lшва, м	Площадь наплавленного металла Fнм, мм2	Масса наплавленного металла Мнм, кг
1	ГОСТ 14771-76-Т1-ИП-П-?10	22,812	60	10,67
2	ГОСТ 14771-76-Н1-ИП-П-?6	5,77	21,6	0,97
3	ГОСТ 14771-76-Т1-ИП-П-?4	2,61	9,6	0,195
4	ГОСТ 14771-76-У4-ИП-П-?8	0,814	38,4	0,243
5	ГОСТ 14771-76-У1-ИП-П-?4	1,14	9,6	0,085
Итого масса наплавленного металла на сварную конструкцию	13,163

2.2 Технология и оборудование заготовительных операций

Заготовительное производство в технологической цепочке изготовления продукции занимает важное место, поскольку решает вопросы повышения коэффициента использования материалов, уменьшения трудоемкости, энергоемкости, снижения расходов на инструмент. Решение задачи максимального приближения геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали стало одной из главных тенденций технического прогресса в заготовительном производстве.

Важнейший этап построения технологического процесса изготовления изделия - правильный выбор заготовки. Вид заготовки и способ ее получения оказывает существенное влияние на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность обработки. Исходя из необходимости максимального приближения формы и размеров заготовки к параметрам готовой детали, следует применять прогрессивные методы и средства получения заготовок. Прогрессивные виды получения заготовок обеспечивают снижение затрат на механическую обработку и повышают качество конечной продукции. Заготовки с искажениями формы, неточными размерами, заусенцами, прожогами не всегда способны удовлетворить современное металлообрабатывающее производство, поэтому получение качественных заготовок с плоскими, гладкими, с минимальной шероховатостью торцами, правильной геометрической формы и стабильными размерами является одной из основных проблем при внедрении прогрессивных технологических процессов.

При производстве передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 используют такие заготовительные операции как правка металла, очистка, резка и гибка.

Первая операция при изготовлении изделия - правка.

Правка назначается с целью устранения волнистости, выпучин в листах и отклонений от правильной формы. Правку металла целесообразно производить в холодном состоянии. Листовой металл правят на мощных вальцовых станках (рисунок 2.1), обеспечивающих плавность приложения нагрузок.

Рисунок 2.1- Правка металла на вальцовом станке

На заводе изготовителе для правки используется машина листоправильная девятивалковая МЛЧ 1725 (рисунок 2.2). Машины листоправильные девятивалковые предназначены для правки листового материала в холодном состоянии. На машинах допускается правка конических обечаек из листового материала при их комплектовании соответствующим приспособлением. С целью расширения технологических возможностей, машины комплектуются инструментом для правки уголоков, полос, квадратов, труб, швеллеров.



Рисунок 2.2 - Машина листоправильная девятивалковая МЛЧ 1725

Технические характеристики машины представлены в таблице 2.4

Таблица 2.4 - Технические характеристики машины листоправильной девятивалковой.

Модель машины	Диаметр верхнего валка, мм	Максимальная ширина листа при правке, мм	Мощность привода квт	Габариты, мм	Масса, кг
МЛЧ 1725	250	1700	22	3150х3240х1750	15800

Правка профильного проката осуществляется на углоправильном стане (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3- Правка профильного проката

Вторая операция - очистка металла от налета, ржавчины, пыли, грязи, масла и других загрязнений, препятствующих качественному протеканию процесса сварки и формирования шва.

Очистка поверхностей в зоне сварки выполняется с помощью металлической щетки, напильника или шлифовального круга.

Третья операция - резка заготовок.

Для резки деталей передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 толщиной 6-25 мм целесообразно применить плазменную резку.

На заводе-изготовителе резка осуществляется на машине для плазменной резки ESAB EAGLE 2500 (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Машина для плазменной резки ESAB EAGLE 2500

Машина EAGLE™ является результатом многолетнего опыта и инновационных разработок в области плазмы компании ESAB. Все компоненты и функции EAGLE™ целенаправленно рассчитаны на то, чтобы полностью использовать потенциал плазменной резки.

EAGLE™ дает выдающиеся результаты резки в отношении точности резки, производительности и качества в диапазоне значений толщины резки от 0,75 до 30 мм (в зависимости от мощности источника питания).

Специальные системы привода и управления обеспечивают впечатляющее ускорение подачи до 35000 мм/мин.

Такая исключительная динамика EAGLE™ обеспечивается за счет бесперебойного, оптимально согласованного взаимодействия интегрированных компонентов, таких как плазменный резак и источник питания, система управления VISION™ и программное обеспечение COLUMBUS™.

Кроме того, машина EAGLE™ оснащена инновационной системой регулировки высоты резака, которая обеспечивает очень точные, постоянные и воспроизводимые результаты резки.

Технические характеристики представлены в таблице 2.5

Таблица 2.5 - Технические характеристики машины плазменной резки ESAB EAGLE™ 2500

По сравнению с другими способами механизированная сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ: высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и сплавах различной толщины; возможность сварки в различных пространственных положениях; необходимость сварки швов короткими участками; возможность визуального наблюдения за образованием шва; улучшенное формирование швов; отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

Применение ручной дуговой сварки не целесообразно, из-за низкого КПД и производительности по сравнению с другими технологиями сварки (дополнительное время на замену электрода, зачистка сварных швов от шлака); хуже формирование сварного шва (в сравнении с механизированной и автоматической сваркой); качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика; вредные условия процесса сварки[6].

В базовом варианте на заводе-изготовителе применяется механизированная сварка в среде углекислого газа.

Рекомендуется применить сварку в смеси Ar+СО2.

Применение смеси приведет к:

- увеличению количества наплавленного металла за единицу времени;

- увеличению глубины провара шва; снижению потерь электродного металла на разбрызгивание;

- снижению количества прилипания брызг (набрызгивания) в районе сварного шва и, следовательно, уменьшение трудоёмкости их удаления;

- повышению стабильности процесса сварки;

- улучшению качества сварного шва: снижению пористости и неметаллических включений;

- уменьшению зоны термического влияния, вследствие этого - уменьшению коробления конструкции;

- экономии средств;

- улучшению условий труда (значительно меньшее количество дыма, сварных аэрозолей сохраняют здоровье сварщика и позволяют ему длительное время работать с большим вниманием).

2.3 Расчет параметров режима сварки

В проектируемом варианте при производстве передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 используется механизированная сварка.

Режимы сварки плавящимся проволочным электродом в смеси Ar+СО2 устанавливают в зависимости от марки и диаметра проволоки и характера выполняемых сварных швов. Режимы сварки выбирают в пределах, рекомендованных паспортом проволоки.

Параметрами режима сварки являются:

- диаметр проволоки;

- сила сварочного тока ;

- род и полярность сварочного тока

- напряжение на дуге ;

- скорость подачи сварочной проволоки ;

- вылет электродной проволоки;

- скорость сварки .

Диаметр проволоки выбирается в зависимости от толщины металла, катета шва и от качества сборки.

Величину сварочного тока для сварки в нижнем положении выбираем в зависимости от диаметра электродной проволоки.

Скорость сварки в зависимости от толщины свариваемого металла, качества подготовки свариваемых изделий и площади поперечного сечения шва устанавливается технологическим процессом. Расход газов в зависимости от положения сварки в пространстве, от движения окружающего воздуха колеблется от 5 до 20 дм3/мин.

Первоначально задаемся диаметром проволоки . Его значение зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки: dп=1,6 мм.

Рассчитаем параметры режима шва №1, выполняемого по ГОСТ 14771-76.

Определяем величину сварочного тока, которая зависит от требуемой глубины проплавления , от толщины металл и условий сварки. Для угловых швов глубину проплавления принимают:

(2.8)



Величину сварочного тока определяем по формуле:

, (2.9)

где Кп - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки (Кп =1,75).

Принимаем сварочный ток Iсв = 210 А.

Напряжение на дуге устанавливаем в зависимости от способа сварки, а также от марки и диаметра проволоки. Для сварки в защитных газах напряжение определяется по формуле:

(2.10)

Принимаем U = 29 В.

Скорость сварки вычисляем по формуле:

, (2.11)

где - коэффициент наплавки,бн=(12-14) г/Ачас;

- плотность металла, г=7,8 г/см3;

Fн- площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, из (2.1) Fн= 0,15см2.

Скорость подачи сварочной проволоки определяем по формуле:

, (2.12)

где - площадь сечения проволоки, см2.

(2.13)

Таблица 2.6 - Режимы сварки для всех швов изделия

№ шва	Обозначение	Сила сварочного тока I св ,А	Напряжение на дуге U ,В	Скорость сварки vсв, м/ч	Скорость подачи проволоки Vпод.пр, м/ч
1	ГОСТ 14771-76-Т1-ИП-П-?4	200…220	28…31	32…34	155…165
2	ГОСТ 14771-76-У1-ИП-П-?4	200…220	28…31	32…34	155…165
3	ГОСТ 14771-76-У4-ИП-П-?8	330…350	32…35	12…14	255…265
4	ГОСТ 14771-76-Т1-ИП-П-?10	400…420	35…38	10…12	310…320
5	ГОСТ 14771-76-Н1-ИП-П-?6	260…280	30…33	18…20	310…320

2.4 Выбор сварочных материалов

Сварочную проволоку выбирают в соответствии с химическим составом основного металла. Химический состав основного металла и металла шва должны быть идентичными, а механические свойства должны быть у наплавленного металла не ниже нижнего предела механических свойств основного металла.

Для получения качественного сварного шва необходимо применять только регламентированные сварочные материалы.

В базовом варианте используется проволока сварочная диаметром 1,6 мм, марки Св-08ГС, поставляемая по ГОСТ 2246-70 (СТБ EN 440-2002) предназначенная для сварки и наплавки. Марганец и кремний, входящий в состав проволоки, компенсируют выгорание легирующих элементов при сварке и обеспечивают расплавление металла шва, кроме того, марганец связывает серу и фосфор и выводит из сварочной ванны, а также повышает устойчивость шва против образования трещин. Такая проволока, как и многие другие, должна поставляться или с омеднённой поверхностью, или с неомеднённой поверхностью, но с удалением следов мыльной смазки. Поверхность проволоки должна быть чистой, гладкой, без окалины, ржавчины масла и других загрязнений.

Проволока должна быть принята техническим контролем предприятия - изготовителя. Изготовитель должен гарантировать соответствие поставляемой проволоки требованиям ГОСТ 2246-70 (СТБ EN 440-2002). Вид поверхности поставляемой проволоки устанавливается изготовителем, если в заказе не оговорена поставка проволоки с омеднённой поверхностью. Сварочная проволока поставляется заказчику в катушках или в бухтах. Проволока должна состоять из одного отрезка, свернутого не перепутанными рядами.

Химический состав и механические свойства проволоки Св-08ГС представлены в таблицах таблице 2.7 и 2.8.

Таблица 2.7 -- Химический состав проволоки Св-08ГС

Марка проволоки	ГОСТ	Содержание элементов, %
		C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
Св08ГС	2246-70	0,05-0,1	0,6-0,85	1,4-1,7	0,2	0,25	0,015	0,013



Таблица 2.8 -- Механические свойства наплавленного металла

Временное сопротивление разрыва , МПа	Относительное Удлинение , %	Ударная вязкость KCU Дж/см2	Условный предел текучести у0,2, МПа
550	30	65	450

Как видно из таблицы 2.8 механические свойства наплавленного металла становятся выше механических свойств основного, что является немаловажным.

Экономически данная проволока также является выгодной, т.к. ее стоимость одна из самых недорогих.

Расчет расхода сварочной проволоки для сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 осуществляется по формуле:

Gпр = Мнм(1 + /100), (2.14)

где - коэффициент потерь, %;

МНМ -масса наплавленного металл, кг.

При сварке в СО2 = 15%, а в смеси Ar + CО2 = 5%. Данные по массе наплавленного металла берем из таблицы 2.3:

Gпров. = 13,163(1 + 15/100) = 15,14 кг - (базовый вариант);

Gпров. = 13,163(1 + 5/100) = 13,82 кг - (проектируемый вариант);

Определяем количество требуемой проволоки для изготовления партии по формуле:

Мпарт = Gпров. Гпр , (2.15)

где Гпр- годовая программа выпуска, шт.

Мпарт = 15,14800= 12112 кг - базовый вариант

Мпарт = 13,82800= 11056 кг - проектируемый вариант

Итого экономия сварочной проволоки для изготовления партии:

Мпарт. экономия=12112 - 11056=1056 кг

Рассчитываем расход газа на одно изделие по формуле:

Gгаз = Мпрq уд , (2.16)

где q уд - удельный расход (15-18 л/мин)

Gгаз = 1105615 = 165840 л

2.5 Выбор сварочного оборудования

Выбор сварочного оборудования производим исходя из условий обеспечения оптимального процесса сварки проволокой диаметра 1,6 мм марки Св-08ГС в Ar + СО2, с целью получения высокого качества сварного соединения и высокой производительности процесса сварки.

Основными условиями выбора служат:

- техническая характеристика сварочного оборудования, отвечающая принятой технологии;

- наименьшие габариты и вес;

- наибольшее КПД и наименьшее потребление энергии.

При выполнении сварочных работ вне применяем сварочный полуавтомат NEBULA 500. Данный полуавтомат является легким инверторным источником сварочного тока с электронным управлением для сварки, с высокой производительностью и высоким качеством сварки, а также идеально подходит для выполнения прихваток и сварочных работ при изготовлении передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484.

Технические характеристики сварочных полуавтоматов представлены в разделе 1.



2.6 Разработка маршрутной и операционной технологии сборки и сварки

Разработка маршрутной технологии подразумевает расчленение конструкции на узлы, которые будут собираться и свариваться на отдельных приспособлениях, определение этих приспособлений, ориентировочная их расстановка на участке.

Техпроцесс сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 разработан с учётом особенностей производства, данной программы, применяемого заготовительного и сварочного оборудования и материалов, необходимого количества рабочих и рабочих мест. Технологический процесс является основополагающим документом для определения трудоёмкости выполняемых работ. Технологический процесс разрабатывается и оформляется в операционных картах согласно ГОСТ 1406-74.

Операционная карта является документом специального назначения и предназначена для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах.

В основе маршрутной технологии сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 лежат следующие принципы:

1) исключение возвратных движений, создающих встречные потоки;

2) выбор кратчайших путей доставки деталей к месту труда.

Для сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484, принимаем следующую последовательность операций:

1) Зачистка деталей;

2) Сборка передней рамы погрузчика;

3) Сварка передней рамы погрузчика;

4) Зачистка сварных швов передней рамы погрузчика;

5) Контроль.

Техпроцесс обязан обеспечивать:

- качественное изготовление изделий в соответствии с требованиями документации;

- рациональное использование материальных и трудовых ресурсов;

- необходимую производительность;

- минимальную себестоимость.

Для правильного построения техпроцесса необходимы исходные данные:

- конструкторская документация;

- программа выпуска изделия;

- нормативы технологических режимов;

- нормативы расходов материалов.

Правила разработки техпроцесса состоят из комплекса взаимосвязанных в определенной последовательности действий технолога, регламентируемых ГОСТ 14.301-83.

Эта последовательность включает:

- подбор и изучение исходных данных;

- выбор вида производства;

- составление технологического вида обработки;

- расчет производительности;

- разработка технологических операций;

- нормирование технологического процесса.

Общее время на выполнение сварочной операции состоит из нескольких компонентов и определяется по формуле:

(2.17)

где основное время;

подготовительно-заключительное время;

вспомогательное время;

время на обслуживание рабочего места;

время перерывов на отдых и личные надобности.

Определение оперативного времени:

Топ=То+Тв (2.18)

Тв=Твизд+Твшов, (2.19)

где Твизд-вспомогательное время, связанное с изделием;

Твшов-вспомогательное время, связанное со швом.

Основное время - это время на непосредственное выполнение сварочной операции. Оно определяется по формуле:

(2.20)

где ММН - масса наплавленного металла, г (из таблицы 2.3)

Расчет вспомогательного времени, связанного со швом

Вспомогательное время, связанное со швом, включает в себя время на очистку свариваемых кромок ; очистку швов от шлака ; очистку швов от брызг ; время на осмотр шва; на смену электрода (кассеты); время на клеймение швов :

(2.21)

Время зачистки кромок вычисляют по формуле:

, (2.22)

где n-количество проходов.

Время на очистку швов от шлака вычисляют по формуле:

(2.23)

Время на очистку швов от брызг:

Время на осмотр шва вычисляют по формуле:

, (2.24)

Масса упоковки

Вес проволоки на изделие 13,82кг

- на выполнение угловых швов 13,82 кг

Вес проволоки



,

Nп -число изделий в партии (800шт)

Время на смену электрода (кассеты):

, (2.25)

где tуст-время на установку(2 мин)

Время на клеймение швов, определяем по формуле:

, (2.26)

где -время на установку одного знака(0,03 мин);

-количество знаков;

-количество швов.

Расчет вспомогательного времени, связанного с изделием.

Вспомогательное время, связанное с изделием включает в себя: время на установку первой детали ; время, на установку последующих деталей ; время на крепление/открепление ; время на прихватку ; время на \установку и поворот ; время на перемещение сварщика .

(2.27)



Определяем массу изделий:

G = 2275кг

Время на установку первой детали принимаем равной

Время на установку последующих деталей:

Время на крепление/открепление деталей:

(2.28)

Время на прихватки, определяем по формуле:

(2.29)

Время на поворот, определяем по формуле:

Время на перемещение сварщика

Вспомогательное время:

Основное время, определяем по формуле:



, (2.30)

где Кпс-коэффициент, зависящий от положения сварки (нижнее Кпс=1)

Определяем оперативное время по формуле:

Топ=То+Тв (2.31)

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, уборку флюса, инструмента и т. д.

(2.32)

Время перерывов на отдых и личные надобности

(2.33)

Подготовительно-заключительное время включает в себя такие операции, как получение производственного задания, инструктаж, получение и сдача инструмента, осмотр и подготовка оборудования к работе и т.д.

Подготовительно-заключительное время рассчитывается по формуле:

; (2.34)

Общее время на выполнение сварочной операции



3. "Конструирование технологического оборудования"

3.1 Разработка теоретической схемы базирования

Базирование - определение положения деталей сборочной единицы, относительно друг друга, либо сборочной единицы (изделия) относительно приспособления, рабочего инструмента, технологического сварочного оборудования.

Основные положения теории базирования, определены ГОСТ 21495, который применяется при разработке схем базирования сварных узлов.

Правильное назначение и рациональный выбор базирующих поверхностей в значительной степени предопределяет точность выполнения заданных размеров, конструкцию приспособлений и оборудования, производительность и экономичность процесса изготовления.

При изготовлении сварных конструкций высокого качества требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, то есть их правильная взаимная установка и закрепление. Положение деталей во время сборки определяется установочными элементами приспособления или другими смежными деталями. Детали закрепляют зажимными элементами сборочных приспособлений. Размещение собираемых деталей в приспособлении осуществляется по правилам базирования. Положение любого твердого тела в пространстве определяется шестью степенями свободы - перемещением вдоль трех взаимно перпендикулярных осей и вращением вокруг них.

В соответствии с положением теории базирования руководствуются известным правилом шести точек, из которого следует, что для полной ориентации детали в приспособлении или механизме необходимо и достаточно шесть удерживающих жестких двусторонних связей.

При конструировании приспособлений или механизмов необходимо обеспечить, кроме шести опорных точек, плотное и непрерывное соприкосновение соответствующих поверхностей деталей с опорными точками при помощи прижимов, которые и образуют двусторонние удерживающие связи.

Технологические базы подразделяются на установочные и измерительные. Поверхности, линии и точки заготовки, ориентирующие ее при установке для обработки на станке, называются установочными базами. Установочные базы делятся на опорные и проверочные.

Опорными установочными базами называются поверхности детали, при контакте которых с установочными элементами приспособления обеспечивается определенная ориентировка детали, необходимая для достижения заданного положения поверхностей.

Опорные установочные базы бывают основные и вспомогательные.

Основными опорными установочными базами называются поверхности, по которым ориентируется положение детали в собранном узле относительно других деталей.

Если поверхности обрабатываются специально для установки на них детали, то они называются вспомогательными установочными базами.

Сборочными базами называются поверхности или совокупность поверхностей, линий, точек, определяющие положение деталей в собранном узле относительно других деталей.

Конструктивными базами называются совокупность поверхностей, линий, точек, от которых конструктором задаются размеры и положение других деталей.

Конструктивные базы могут быть реальными, если они представляют собой поверхность, или геометрическими, если в качестве базы используется осевая геометрическая линия.

Передняя рама фронтального погрузчика МоАЗ 40484 изготавливается на специализированном сборочно-сварочном приспособлении, которое позволяет придать детали неподвижное положение и при этом обеспечить заданные размеры.



3.2 Разработка принципиальной схемы приспособления

Проектирование приспособления начинается с разработки принципиальной схемы приспособления. Принципиальная схема приспособления представляет собой чертеж сварного соединения, на котором в виде условных обозначений указаны места и способы фиксирования и закрепления деталей. Детали механизма приспособления изображаются условно.

Принципиальная схема сборочно-сварочного приспособления представляет собой чертеж сварного изделия, на котором в виде условных обозначений указаны места, способы фиксирования и закрепления всех деталей, а также способы и устройства для установки, поворота, подъема, съема деталей и изделий и другие механизмы. На схеме указываются те размеры, которые конструктор обязан строго соблюдать при проектировании приспособления с особой точностью].

Сварочные приспособления проектируются в основном по методам, аналогичным методам проектирования приспособлений для механической обработки, однако от последних они отличаются способами фиксирования и закрепления деталей и изделий. В соответствии с разработанной принципиальной схемой делается эскизная компоновка приспособления. При этом размеры деталей приспособления и их форма задаются интуитивно без расчета. Уже при эскизной компоновке разрабатываются наиболее технологичные детали и механизмы приспособления, что снижает трудоемкость и себестоимость изготовления последнего приспособления. Необходимы простота форм, минимальное применение деталей с чисто обработанными поверхностями, максимальное использование нормализованных деталей, унифицированных типовых механизмов, сокращение количества используемых диаметров, длин, посадок, резьб и т. д., компактность и наименьшая масса приспособления. Чертежи приспособления чаще всего выполняются в две стадии. Стадия технического проекта. Вычерчиваются сборочные чертежи общих видов без излишних подробностей. Они должны давать полную ясность конструкции приспособления.

Вид передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484, принципиальная схема базирования, схема приспособления представлены на рисунках 3.1, 3.2 и 3.3 соответственно.

По ГОСТ 3.1107-81 установлены условные графические обозначения опор и установочных устройств, которые применяются в проектировании данного приспособления.

По ГОСТ 3.1107-81 установлены условные графические обозначения опор и установочных устройств, которые применяются в проектировании данного приспособления (таблица 3.1)

Таблица 3.1 - Условные графические обозначения опор и установочных устройств



Рисунок 3.1 - Вид передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема базирования

Рисунок 3.3 - Схема сборочно-сварочного приспособления



3.3 Выбор и обоснование установочных элементов и прижимных устройств

Сборочно-сварочное оборудование служит для фиксации и закрепления деталей собираемого сварного узла в заданном положении. В большинстве случаев сборочно-сварочное оборудование является специализированным. Однако узлы сборочного оборудования (установочные и закрепляющие элементы, поворотные устройства) имеют универсальное значение и используют в различном сборочном оборудовании.

Установочные элементы обеспечивают правильную установку деталей сварного узла в сборочном приспособлении. Все установочные элементы разделяют на неподвижные, съемные и подвижные элементы. Съемные и подвижные элементы используют в случаях, когда применение постоянных затрудняет установку и съем изделия.

По назначению установочные элементы разделяют на упоры, опоры, призмы и фиксаторы. Упоры предназначены для фиксации деталей по базовым поверхностям. Упоры, расположенные в горизонтальной плоскости, называются опорами. Фиксаторы используют для фиксации деталей по отверстиям. Призмы применяют для фиксации цилиндрических деталей. Для быстрого отвода в исходное положение фиксаторы и упоры оснащают пневмоприводом.

Закрепляющими элементами, предназначенными для закрепления деталей свариваемого изделия в процессе сборки и сварки после их установки в приспособление, являются прижимы. Прижимы могут быть ручными и механизированными. Механизированные прижимы обеспечивают большие прижимные усилия, сокращение трудоемкости сборочных операций, повышение уровни механизации и облегчение условий труда. Пневматические приводы в виде поршневых цилиндров получили наибольшее распространение в практике сварочного производства.

Основным недостатком данных приводов является то, что в пневмоцилиндрах рабочим агентом служит воздух, обладающий очень высокой упругостью и сжимаемостью. Сжатый воздух вследствие своей упругости работает в пневмоцилиндре как пружина. Поэтому при большом ходе поршня и переменной нагрузке штока пневмоцилидры работают с ударами и рывками, даже при наличии демпфирующих устройств.

Такая неравномерная работа цилиндров с ускоренным движением поршня создает добавочную динамическую нагрузку на все связанные с цилиндром механизмы и опорные конструкции. Однако этот недостаток не относится к механизмам с коротким ходом рабочих органов. Благодаря малому пути движения рабочих органов, в кондукторе не могут образоваться сколько-нибудь значительные инерционные усилия, способные создать неблагоприятную динамическую нагрузку на механизмы.

Разработанное приспособление для сборки и сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484 представляет собой двухстоечный кантователь, который состоит из двух основных стоек, прижимных и поворотных устройств. Прижимные устройства предназначены для фиксации деталей в требуемом рабочему положении, поворотные устройство обеспечивают кантовку изделия для обеспечения удобства процесса сварки. Непосредственно в месте сварки равномерно по ширине листов расположены пневматические прижимы, закрепляющие листы и препятствующие деформации в процессе термодеформационного цикла сварки.

Приспособление позволяет обеспечить жесткое закрепление деталей, что уменьшает количество возникающих при сварке внутренних напряжений, а, следовательно, и пластических деформаций.

3.4 Расчет силовых элементов сборочно-сварочных приспособлений

Исходя из схемы базирования и фиксации, учитывая габаритные размеры деталей и требование обеспечения свободного доступа к местам сварки, выбираем установочные и зажимные элементы.

Прижимные устройства выбираются такими, чтобы:

- при прижиме не нарушалось заданное положение детали;

- приложение силы прижима было как можно ближе к месту сварки;

- точка приложения силы прижима находилась в зоне, образованной условными линиями, соединяющими опорные точки детали в приспособлении;

- прижимы не вызывали деформации деталей;

- закрепление и открепление детали производилось с минимальной затратой сил и времени рабочего.

В данном дипломном проекте в приспособлении применяются пневматические зажимные устройства.

Приведём расчет пневматического прижима, установленного в приспособлении для сборки-сварки передней рамы фронтального погрузчика МоАЗ 40484.

Силовой пневматический привод состоит из пневмодвигателя, пневматической аппаратуры и воздухопроводов. В качестве пневмодвигателей используют поршневые пневмоцилиндры и мембранные камеры. Пневмоприжимы отличаются быстротой действия, имеют постоянную силу зажима (но допускают возможность регулирования), просты по конструкции и в эксплуатации, предусматривают дистанционное управление.

Усилие создаваемое пневмоцилиндром:

, (3.1)

где - усилие прижатия;

- плечо рычага прижима, ;

- плечо рычага у пневмоцилиндра, .

Зная усилие, создаваемое пневмоцилиндром можно определить диаметр поршня и внутренний диаметр цилиндра.

Площадь поршня пневмоцилиндра:

(3.2)

где - усилие пневмоцилиндра, Н;

- давление пневмосети, .

Тогда

(3.3)

, (3.4)

Диаметр поршня пневмоцилиндра

Требуемый диаметр поршня пневмоцилиндра равен 90 мм.

Аналогичным образом рассчитываем конструктивные размеры всех пневмоцилиндров. Принимая в расчет количество цилиндров, необходимо разделить на них усилие прижатия и включить в цепь пневморедуктор, для экономии энергозатрат на сжатый воздух.



4. "Обеспечение качества выпускаемой продукции"

4.1 Структура системы обеспечения качества на предприятии

На заводе изготовителе "МоАЗ" система обеспечения качества продукции представлена отделом технического контроля, отделом стандартизации и сертификации и лабораторией исследовательского контроля.

Отдел технического контроля (ОТК) предприятия является самостоятельным структурным подразделением предприятия и подчиняется заместителю директора по качеству на производстве. При проектировании и производстве конструкции руководствуются требованиями, изложенными в СТБ ISO 3834-2010. Основной задачей ОТК является: предотвращение выпуска продукции, не соответствующей требованиям стандартов и технических условий, утвержденным образцам (эталонам), проектно-конструкторской и технологической документации, условиям поставки и договоров, или некомплектной продукции, а также укрепление производственной дисциплины и повышение ответственности всех звеньев производства за качество выпускаемой продукции.

Основными функциями являются:

- контроль качества и комплектности, изготавливаемых предприятием деталей, узлов и готовых изделий;

- соответствие стандартам, техническим условиям, нормам, эталонам и чертежам;

- клеймение принятой и забракованной продукции;

- оформление в установленном порядке документации на принятую и забракованную продукцию;

- анализ и технический учет брака и дефектов продукции предприятия;

- участие в разработке и контроль осуществляемых мероприятий, направленных на предупреждение возникновения брака и устранение дефектов;

- выявление лиц, виновных в изготовлении недоброкачественных изделий;

- контроль качества поступающих на завод для изготовления изделий основного производства сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий с заводов-поставщиков;

- составление актов на недоброкачественное сырье, материалы, полуфабрикаты и готовые изделия для предъявления претензий поставщикам;

- контроль комплектования, упаковки и консервации готовой продукции.

- контроль своевременной подготовки и проведения мероприятий, связанных с введением новых стандартов, технических условий и норм;

- контроль наличия товарного знака (марки предприятия) на готовых изделиях;

- систематический контроль состояния контрольно-измерительных средств на предприятии, а также своевременное представление их для государственной проверки;

- контроль качества изготовления изделий и инспектирование состояния находящихся в эксплуатации на предприятии инструмента и производственной оснастки;

- инспекторский контроль соблюдения условий хранения на складах и в цехах предприятия комплектующих изделий, сырья, материалов и готовой продукции;

- осуществление учета показателей качества выпускаемой продукции по всем подразделениям производства;

- организация и внедрение прогрессивных методов контроля и оценки качества продукции;

- проведение не предусмотренных утвержденным технологическим процессом выборочных проверок качества готовой продукции, сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий; качества выполнения отдельных технологических операций и переходов; качества и состояния технологического оборудования и инструмента, условий производства, хранения и транспортировки продукции;