1.9 Политика и процедура курса

Политика курса сводится к обязательному посещению бакалавриантом всех без исключения аудиторных и СРСП на которых рассматриваются последовательно все темы данного курса.

Пропуск любого из занятий влечет нарушение логической последовательности тем. Необходима также своевременная отчетность по всем видам контроля и отработка пропущенных занятий с представлением подготовленного материала тьютору для контроля.

2 Содержание активного раздаточного материала

2.1 Тематический план курса

	Наименование темы	Лекция	Практические занятия	СРСП	СРС
	1	2	4	5	6
1.	Назначение и классификация приспособлений.	1		3	3
2.	Порядок проектирования приспособлений.	2	2	3	3
3.	Элементы сборочно-сварочныхприспособлений.	2		3	3
4.	Винтовые зажимы.	2	2	3	3
5.	Эксцентриковые зажимы.	2		3	3
6.	Рычажные зажимы.	2	2	3	3
7.	Закрепляющие устройства с механизированным приводом	2		3	3
8.	Фиксирующие устройства. Специальные устройства приспособлений	2	2	3	3
9.	Вспомогательные детали, устройства и механизмы приспособлений.	2		3	3
10.	Поворотные столы.	2	2	3	3
11.	Вращатели.	2		3	3
12.	Универсально-сборные приспособления сварочного производства.	2	2	3	3
13.	Сборочно-сварочные стенды и кондукторы.	2		3	3
14.	Требования к приспособлениям для механизированных и автоматизированных линий.	2	3	3	3
15.	Приспособления в роботизированных производствах.	2		3	3
	Всего (часов)	30	15	45	45

2.2 Конспект лекционных занятий

Лекция 1 Назначение и классификация приспособлений

Сборочно-сварочными приспособлениями называются устрой­ства, используемые с целью повышения точности и качества со­бираемых и свариваемых сварных изделий, сокращения време­ни выполнения производственных операций при их сборке и сварке, облегчения условий труда при выполнении этих опера­ций и повышения безопасности работ.

С помощью сборочно-сварочных приспособлений произво­дятся: установка собираемых деталей соответственно заданно­му чертежом положению; надежное фиксирование их в этом положении; поворот обрабатываемого узла в наиболее удобное положение, для выполнения сборочно-сварочных и отделочных операций (зачистка швов от шлака и брызг и т. д.); создание «обратного прогиба» собираемых деталей с тем, чтобы избе­жать образования недопустимых деформаций; фор­мирование поверхности шва; подача к месту сварки и удаление флюса и т. д.

По назначению сборочно-сварочные приспособления могут быть универсальные и специальные, стационарные и перенос­ные, с ручным и механизированным приводом.

Универсальные приспособления чаще всего применяются в мелкосерийном и индивидуальном производствах, когда нерацио­нально изготовлять относительно дорогие специальные приспо­собления. В универсальных приспособлениях можно вести об­работку различных по размерам однотипных изделий. Преиму­ществами универсальных сборочно-сварочных приспособлений являются возможность их переналадки при смене выпускаемой продукции, относительная простота конструкции приспособле­ния, незначительные материальные и трудовые затраты на их изготовление, возможность использования приспособления до его полного износа. Недостатком - универсальных приспособле­ний является обеспечение менее производительной работы, чем при использовании специальных приспособлений.

Чаще всего с помощью универсальных приспособлений ре­шаются задачи по установке и закреплению собираемых дета­лей, по повороту или вращению свариваемого изделия.

Специальные приспособления применяются, как правило, в крупносерийном и массовом производствах, так как стоимость таких приспособлений практически всегда велика, а это при ма­лой программе может намного увеличить стоимость изготовляе­мых изделий. Специальные приспособления могут применяться и в мелкосерийном производстве, особенно в тех случаях, когда невозможно собрать узел с требуемой точностью по разметке или с помощью универсального приспособления либо сварить его в свободном состоянии без образования недопустимых по величине сварочных деформаций. Специальные приспособления позволяют обеспечить наивысшее качество работ и получить высокую производительность труда. В то же время их проекти­рование и изготовление сопряжено с большими затратами вре­мени, а также материальных и трудовых затрат.

Методика проектирования приспособлений

Широкая номенклатура самых различных по назначению сборочно-сварочных приспособлений, естественно, не позволяет рекомендовать единой методики их проектирования. Тем не ме­нее можно сформулировать ряд требований к конструкции приспособления, вытекающих из особенностей процессов сборки и сварки металлоконструкций.

Конструкции сборочно-сварочных приспособлений должны:

1) обеспечивать заданную точность сборки сварного из­делия;

2) обладать достаточной прочностью и жесткостью и не из­менять своих размеров в процессе эксплуатации, транспорти­ровки и наладки;

3) обеспечивать свободный и удобный доступ к местам уста­новки собираемых или свариваемых деталей, к участкам их прихватки, а также к рычагам и рукояткам управления фикси­рующих и крепежных устройств;

4) допускать наиболее удобную установку собираемых де­талей, быстрый и удобный 'съем сваренного изделия;

5) обеспечивать наиболее рациональный порядок сборки и сварки изделия при минимальном числе кантовок;

6) препятствовать образованию при сварке недопустимых по величине остаточных деформаций;

7) допускать возможность перемещения деталей при увели­чении их размеров в результате нагрева при сварке;

8) иметь минимальное число крепежных устройств, при обес­печении надежного закрепления обрабатываемого изделия;

9) обеспечивать наиболее рациональную с экономической точки зрения степень применения механизированных зажимов;

10) обеспечивать условия безопасности работы;

11) не допускать забрызгивания установочных баз и резьбо­вых соединений;

12) обеспечивать возможность периодической проверки точ­ности и осуществления ремонта.

Основные исходные данные для проектирования приспособлений

Перед конструктором, создающим приспособление, ставится задача разработать экономичное и удобное приспособление, от качества решения которой зависит очень многое. Хорошо спро­ектированное и изготовленное с заданной точностью приспособ­ление позволяет рабочему даже низкой квалификации изготов­лять сложные изделия при высоком качестве работ.

Проектирование сборочно-сварочных приспособлений, как у любой другой оснастки, следует начинать с экономического обоснования целесообразности его применения.

Полный расчет (предварительный) оценки экономической целесообразности применения приспособления проводить не­сколько сложно, и поэтому такой экономический анализ на предприятиях проводится далеко не всегда. Тем не менее эко­номически анализировать целесообразность разработки приспо­собления совершенно необходимо. В подавляющем большинстве случаев на практике вполне достаточно, чтобы технолог или конструктор, определяя целесообразность разработки приспо­собления, правильно оценивал и учитывал основные факторы, от которых зависит рациональность его применения.

Основными факторами являются масштаб производства (производственная программа), сложность и точность собирае­мого или свариваемого изделия, технология изготовления из­делия.

Масштаб производства - главный фактор, влияющий на эф­фективность применения приспособления, по которому опреде­ляют рациональную и допустимую его сложность. Вполне по­нятно, что чем больше изделий будет выпущено с помощью приспособления при прочих неизменных условиях, тем меньшая доля его стоимости будет приплюсовываться к себестоимости изделия и тем эффективнее скажется на результатах труда применение той или иной технологической оснастки.

Приспособление будет экономически эффективным лишь тогда, когда затраты на его проектирование и изготовление бу­дут меньше, чем прямые выгоды от его применения, получае­мые, в первую очередь, за счет снижения стоимости работ и повышения производительности труда в течение определенного срока, называемого амортизационным периодом. Этот период колеблется в очень широких пределах от 1—2 месяцев до 7…8 лет (для специальных, крупных дорогостоящих приспособлений) типа сборочных стендов. Обычный средний срок амортизации приспособлений составляет 2 года.

Приблизительная оценка целесообразности применения при­способления может определяться по соотношению:

,

где А — затраты на проектирование приспособления;

В — стоимость изготовления приспособления;

п — принятый срок амортизации, лет;

Е_года — экономия от применения приспособления (из рас­чета на годовую программу выпуска изделия).

Эта формула определения технико-экономической целесообразности применения сборочно-сварочных приспособлений вполне применима для це­лей практики, хотя и является приближенной.

Причем совершенно естественно, что при большой программе затраты на создание приспособления будут возмещены очень скоро, еще до полного его износа. Наоборот, при малой про­грамме износ приспособления может наступить раньше, чем окупятся затраты на его изготовление.

Сложность и точность обрабатываемого изделия. Целесооб­разность применения приспособления определяется не только чисто экономическими факторами. Определенное и немаловаж­ное значение имеют и конструктивные особенности обрабаты­ваемого изделия. Зачастую собрать и сварить изделие без при­способления совершенно невозможно, особенно при изготовле­нии сварного изделия с окончательными размерами (без после­дующей механической обработки), когда требования к точности изготовляемого узла весьма высоки. В таких случаях, хотя про­грамма и мала для возмещения затрат на приспособление, их применение технически оправдано и совершенно необходимо.

Сложностью изготовления и точностью обрабатываемого из­делия определяют и допустимую сложность приспособления. При невысокой требуемой точности изделия чаще допустимо применение простых съемных, переналаживаемых или времен­ных упоров и фиксаторов; если же требования к точности изде­лия высокие, следует в приспособлениях предусматривать уста­новку постоянных, жестких упоров и фиксаторов.

При проектировании также необходимо учитывать положе­ние и протяженность сварных швов, вес собираемых деталей и готового узла и другие факторы.

Технология изготовления изделия также, принимается во внимание при определении целесообразности создания приспо­собления.

Хорошо известно, что при ручной дуговой сварке допуска­ются большие зазоры в свариваемых соединениях, чем при автоматической сварке под флюсом. Это обстоятельство сле­дует учитывать при проектировании приспособления.

При дуговой сварке очень тонкого листового металла при использовании приспособлений с большим количеством массивных прижимов из хорошо проводящих тепло материалов можно практически избежать деформации сваривае­мого узла. При выполнении сварки тонкого металла без приспособления узел сильно коробится и устранить это коробление не всегда возможно.

Рисунок 1 – Приспособление с большим количеством массивных прижимов (клавишного типа) для сварки тонкого металла

При автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом в приспособления иногда встраиваются флюсоудерживающие устройства, а при сварке в защитных газах активных металлов — устройства для защиты обратной стороны шва от окисления и т.д.

Перечень примеров, когда особенности того или иного спо­соба сварки следует учитывать при проектировании приспособ­ления, можно продолжить, но и отмеченного достаточно, чтобы понять важность учета особенностей технологического процесса сварки в конструкции приспособления.

На целесообразность применения и конструкцию приспособ­ления также значительно влияет технология изготовления заго­товок, от которой зависят в первую очередь точность собирае­мого узла и технология сборки.

Литература

6осн. [3-8].

Контрольные вопросы

1. Какие устройства называются сборочно-сварочными приспособлениями?

2. Какие операции производятся с помощью сборочно-сварочных приспособлений?

3. В чем заключаются преимущества и недостатки универсальных приспособлений?

4. В каких приспособлениях могут применяться специальные приспособления?

5. Перечислите основные требования, предъявляемые к конструкции сборочно-сварочных приспособлений?

6. Какие факторы должен учитывать конструктор, определяя целесообразность разработки приспособления?

Лекция 2 Порядок проектирования приспособлений

Прежде всего технолог и конструктор должны решить воп­рос: возможно ли в одной конструкции сочетать сборочное и сварочное приспособления, т. е. возможно ли вести сварку в сборочном приспособлении без нарушения взаимного располо­жения его базовых .поверхностей (без потери точности приспо­собления) и как скажется на организации труда сборщиков и сварщиков такое объединение функций приспособления. Если согласно проведенному анализу это окажется целесообразным, то следует этому решению отдать предпочтение как наиболее рациональному.

Выбор типа приспособления зависит от многих факторов: от конфигурации и размеров деталей, характера их сопряжения, от размера изделия и технологии сварки.

Так, при изготовлении объемных (корпусных) конструкций с различно расположенными в пространстве швами рациональ­нее проектировать поворотные приспособления, хотя они и бо­лее сложны; их применение позволяет намного облегчить труд и выполнять сварку в нижнем положении и в положении «в ло­дочку», что допускает наложение шва с большими скоростями на максимальных режимах сварочного тока. При сварке в нижнем положении выше и качество соединения.

При изготовлении плоскостных конструкций (длинные стро­пильные фермы и т. п.) устройство поворотных приспособлений затруднено и оправдывается лишь в условиях серийного произ­водства. В этом случае следует проектировать неповоротные облегченные приспособления — шаблоны.

При изготовлении простых по форме и небольших по разме­рам сварных узлов целесообразно проектировать многоместные приспособления.

Проектирование приспособлений ведется в несколько эта­пов:

1) определение рационального порядка сборки и сварки эле­ментов изделия (выполняется технологом, а конструктором про­изводится дополнительная проверка возможности выполнения намеченного порядка при заданных требованиях);

2) выбор базовых поверхностей и деталей (выбор баз);

3) разработка принципиальной схемы приспособления,

4) выбор типа фиксирующих и крепежных устройств;

5) разработка конструкции приспособления;

6) проверка экономичности применения спроектированного приспособления.

Рациональный порядок сборки элементов изделия предпо­лагает обеспечение заданной точности и производительности работ, создание наилучших условий для удобного их выполне­ния, возможность проверки разме­ров и исправления допущенных от­клонений от чертежа на любой стадии сборки.

Рациональный порядок сварки изделия предполагает обеспечение при наименьшем числе кантовок наибольшего удобства сварки всех швов при получении минимальных сварочных деформаций, причем сварка подавляющего числа швов должна проводиться в нижнем положении.

Выбор базовых поверхностей для каждой из добираемых деталей осуществляется по сбороч­ному чертежу. При этом за базовую принимают такую деталь, фиксирование относительно поверхности которой, производится достаточно легко и надежно. Выбор базовых поверхностей должен согласовываться с процессами получения заготовок-деталей свариваемого узла и дальнейшими процессами по механической обработке и окончательной сборке изделия.

Затем выбирается способ фиксирования собираемых деталей в пространстве и определяется расположение установочных моментов приспособления. При этом исходят из следующего; полное (жесткое) фиксирование плоской заготовки можно достигнуть, если лишить заготовку всех шести степеней свобо­ды, т. е. зафиксировать ее в шести точках (рисунок 2). В этом слу­чае заготовка, находящаяся в контакте с установочными эле­ментами приспособления, расположенными по правилу шести точек, три из которых должны располагаться на установочной поверхности, займет относительно приспособления одно един­ственное положение. При этом необходимо, чтобы центр тяже­сти заготовки находился внутри трех точек, расположенных на установочной поверхности.

На практике точечные контакты нередко частично или пол­ностью заменяются линейными, однако и в этом случае для пол­ной ориентации детали относительно установочных баз приспособления также должно сохраниться правило шести точек.

Возможно также неполное фиксирование детали, когда у нее остается одна или больше степеней свободы. Например, если надо закрепить деталь в вертикальной плоскости, то для этого достаточно установить ее одной из прямолинейных кромок на плоскость (или на две точки) и поджать поверхность такой де­тали к трем точкам. Другим примером неполной фиксации де­тали может служить установка фланца на трубу (фланец может проворачиваться на трубе). В таких и аналогичных случаях фиксирование заготовок ведут по охватываемым или охватывающим поверхностям базы.

Рисунок 2 – Схема жесткого фиксирования плоской заготовки по правилу шести точек

Разработка принципиальной схемы приспособления включает в себя все элементы эскизного проектирования. Следовательно, при разработке принципиальной схемы производится выбор до­пустимой и рациональной сложности приспособления, его точ­ности, схемы размещения фиксирующих и крепежных устройств, предварительный анализ приспособления на прочность и т. д. Принципиальная схема разрабатывается лишь для сложных и дорогих приспособлений, т. е. лишь тогда, когда требуется ана­лиз различных вариантов их конструкций для выбора наиболее рационального. Для простых приспособлений, особенно если их создает опытный конструктор, эскизное и окончательное проек­тирование выполняются одновременно.

Выбор типа фиксирующих и закрепляющих устройств приспо­собления ведут, исходя из формы и размеров собираемых дета­лей и требуемых для их надежного закрепления усилий зажа­тия. Причем при выборе типа привода крепежных устройств (ручной, электрический, пневматический, гидравлический, пневмо-гидравлический, магнитный) в первую очередь удовлетворя­ют требования техники безопасности при производстве сбороч­ных и сварочных работ. Учитывают также технико-экономиче­ские особенности различных приводов, а также местные усло­вия в цехе, где будет использоваться приспособление.

В качестве фиксирующих элементов в сборочно-сварочных приспособлениях используют плоские, круглые и фигурные упо­ры, фиксирующие пальцы, конические призмы либо их сочета­ния. В ряде случаев, когда по условиям сборки для облегче­ния последующего съема готового изделия с приспособления применение жестко установленных фиксирующих элементов не­допустимо, широко используются различные шаблоны-упоры.

Окончательное проектирование сборочно-сварочных приспо­соблений ведется на основе тех же общепринятых приемов, что и проектирование приспособлений для механической обработки. Отличным является лишь необходимость учета ряда специфи­ческих требований, перечисленных выше (в разделе «Методика проектирования приспособлений»). Необходимо учитывать при проектировании также возможность крепления отдельных эле­ментов приспособления к различным конструкциям производст­венных помещений (колонны, стены и т. д.), наличие в цехе транспортных средств и возможность их использования для перемещения приспособлений, наличие в цехе сети сжатого воз­духа.

Проверка экономичности применения спроектированного при­способления может вестись на основе анализа разности между количеством труда, сэкономленного в результате применения приспособления, и количеством труда, затраченного на его раз­работку и изготовление; при этом также учитывается стоимость израсходованных на приспособление материалов. Такой анализ позволяет не только решить вопрос, оправдано ли на данной кон­кретной операции применение разработанной конструкции при­способления, но и выбрать наиболее рациональный вариант при­способления. Проведенный анализ подскажет, не следует ли про­стое дешевое приспособление заменить более сложным и более дорогим с тем, чтобы получить значительно большую экономию труда.

Максимальную допустимую стоимость приспособления можно подсчитать по следующей формуле

где Р - процент цеховых накладных расходов на заработную плату;

е - экономия заработной платы на одном узле, достигае­мая при применении приспособлении;

N - годовая программа собираемых узлов;

К - коэффициент амортизационных расходов,

i - срок амортизации приспособления в годах;

g - процент накладных расходов, связанных с наладкой, хранением и ремонтом приспособ­ления.

Из приведенной формулы видно, что максимальная допусти­мая стоимость приспособления зависит не только от числа из­готовляемых с его помощью узлов, но также и от амортизаци­онного срока. Конструктор должен правильно учитывать влия­ние срока амортизации на эффективность приспособления. С этой целью он должен предусматривать изготовление быст­роизнашивающихся деталей приспособления из достаточно прочных материалов с применением термической обработки и упрочнения.

Конструктор должен также проектировать приспособление таким образом, чтобы обеспечивалась возможность периодиче­ской проверки его точности, смены изнашиваемых деталей и производства текущего ремонта.

Литература

6осн.[8-11].

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит выбор типа приспособления?

2. Каков порядок проектирования приспособлений?

3. Какое количество точек должно быть использовано для жесткого фиксирования плоской заготовки?

4. Какие аспекты должны учитываться при расчете экономической целесообразности изготовления приспособления

Лекция 3 Элементы сборочно-сварочныхприспособлений

Практически любое сборочно-сварочное приспособление как сложное, так и простое, состоит из элементов общего назначения, которыми являются закрепляющие и фиксирующие устройства, а иногда и специальные устройства для формирования обратной стороны шва.

Закрепляющие устройства

К закрепляющим устройствам сборочно-сварочных приспо­соблений предъявляются следующие требования:

• надежность закрепления устанавливаемых в приспособлении деталей свариваемого узла;

• быстрота действия;

• возможность закрепления устанавливаемой детали без сдви­га ее относительно установочных баз;

• небольшие габариты;

• удобное расположение на приспособлении, при котором ра­бочий не должен производить лишние движения и работать при неудобном положении тела;

• надежная работа при невысоких первичных (приводных) усилиях рабочего (таблица 1);

• безопасность в работе.

Таблица 1– Предельно допустимые рабочие усилия, Н

Направление усилий	На правую руку		На левую руку
	Условия приложения усилия
	часто	редко	часто	редко
Вверх Вниз В сторону	50 50 40	80 80 60	40 40 30	60 60 40

Во всех случаях расчет зажимного усилия ведут на основе анализа места его приложения, направления действия сил усадки, сдвигающих заготовку при сварке, и веса собираемых деталей, т. е. путем решения задачи па статическое равновесие внешних сил.

Применяемые в сборочно-сварочных приспособлениях за­крепляющие устройства можно разделить на устройства с руч­ным приводом: клиновые, пружинные, винтовые, эксцентрико­вые, рычажные и с механизированным приводом: электромеха­нические, пневматические, пневмогидравлические, магнитные.

а) Закрепляющие устройства с ручным приводом

Клиновые прижимы — наиболее простые элементы узлов крепления, используемые в приспособлениях. Они весьма широ­ко применяются при сборке: полотнищ и карт из листового ма­териала, при поджиме и стяжке массивных заготовок как само­стоятельно, так и в сочетании с другими видами креплений.

Схема действия клинового прижима показана на рисунке 3.

Под действием силы Р рабо­чего усилия клин перемещается на величину l, возникает сила N - реакция упора, которая но правилу многоугольника раскла­дывается на силу Q, поджимаю­щую заготовку, и силу G, направ­ленную противоположно силе трения.

Рисунок 3 – Схема действия клинового прижима.

Конструкция клина должна быть такой, чтобы угол подъема γ был на 20—30% меньше угла трения пары: клин - деталь (угол тренияопределяется из соотношениягдеf– коэффициент трения (для стали 0,15…0,18). Если клин служит временным подсобным средством для закрепления деталей угол .

Клиновые прижимы не следует применять в массовом и се­рийном производствах, так как работа с ними неудобна и тя­жела и часто требует установки временных упоров (с помощью сварки или болтового соединения). Получить высокую произ­водительность труда при применении клиновых прижимов за­труднительно.

На рисунке 4 показаны некоторые клиновые прижимы, приме­няемые в сварочном производстве.

Рисунок 4 – Примеры применения клиновых прижимов

Пружинные зажимы (рисунок 5), как правило, применяются при простейших работах по сборке тонколистовых конструкций. Они просты, однако, трудности регулирования усилия зажима и ма­лая его величина ограничивающих их применение.

Расчет пружинных зажимов ведется по известным формулам расчета плоских и витых пружин (по величине усилия сжатия подбирают сечение и размеры пружины).

Рисунок 5 – Примеры применения пружинных зажимов

Литература

6осн.[12-13].

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к закрепляющим устройствам?

2. В каких случаях могут применяться клиновые прижимы?

3. Каким должен быть угол подъема клинового прижима?

4. В чем заключаются особенности применения пружинных зажимов?