Технологические методы соединения болтовых высокоресурсных соединений

Ресурс конструкции – важнейший показатель ее качества. В наибольшей степени ресурс соединения определяется конструктивными и технологическими факторами (Рис. 2.20).

Рис. 4.20. Технологические факторы, влияющие на ресурс соединений.

Ряд эксплуатационных факторов также влияет на поддержание заложенного конструкторами и реализованного в процессе изготовления конструкции ресурса соединений. Однако эксплуатационные факторы не создают какого-то нового значения ресурса по сравнению с заложенными в конструкцию при ее изготовлении.

Под величиной осевого натяга понимают усилие сжатия пакета, перпендикулярное плоскости соединения при постановке заклепок и болтов. Это усилие зависит от усилия расклепывания заклепки и затяжки болтов, определяемое крутящим моментом М_кр на ключе. Усилие Р, передаваемое через заклепочное или болтовое соединение, может быть выражено:

Р=Р_z + Р_тр.,

где Р_z – усилие, передаваемое через ослабленное отверстием сечение листа; Р_тр – усилие трения, передаваемое по контактным поверхностям.

Усилие Р_z может быть определено по формуле:

Р_z = σ_в × F_z × γ,

где σ_в – предел прочности материала листа; F_z - площадь сечения листа по ослабленному месту; γ - коэффициент концентрации, учитывающий снижение прочности от наличия концентраторов напряжения;

γ=0,25…0,9

Величину Р_тр можно определить как

Р_тр. = Q × f × i,

где Q - нормальное к плоскости соединения усилие от затяжки болта; f - коэффициент трения для данной пары контактных поверхностей; i - число пар контактных поверхностей.

Приближенно усилие от затяжки можно определить:

Q =

где d_о - наружный диаметр резьбы.

Увеличение затяжки Q приводит к увеличению силы трения по контактным поверхностям, разгружает ослабленное сечение, уменьшает концентрацию напряжения. Все это приводит к движению ресурса, но так как его трудно рассчитать и сохранить величину М_кр затяжки во времени, получаемый прирост ресурса идет в запас прочности.

Пластичное упрочнение радиальным натягом поверхностного слоя отверстия образует большие сжимающие остаточные напряжения, уменьшающие концентрацию и амплитуду колебания напряжений по опасному сечению. Поэтому установка болтов и заклепок с большими натягами ведет к увеличению ресурса. Наибольшую усталостную прочность имеют клеевые, клееклепаные, клеесварные соединения.

Режимы выполнения технологических процессов существенно влияют на ресурс соединений. Поэтому для получения высокого ресурса необходимо строго выполнять режимы. При сверлении и обработке отверстий под заклепки и болты следует выдерживать заданные скорости, подачу и глубину резания. Большая шероховатость, риски от инструмента на поверхности стенки отверстия снижают сопротивление усталости конструкции. Параметры, определяющие протекание процессов сварки, пайки, склеивания (сила тока, время, давление, температура и др.) должны строго выдерживаться в заданных пределах.

Вид термообработки определяет структуру материала, его прочность, вязкость, пластичность. Крупнозернистая структура, высокая прочность, малая пластичность материала снижают сопротивление усталости конструкций. Кроме того, в высокопрочных малопластичных материалах трещина быстро развивается, образуется хрупкое разрушение, поэтому необходимо назначать такой вид термообработки, который бы одновременно обеспечивал требуемую прочность и необходимую пластичность материала.

От толщины и прочности защитных покрытий зависит стойкость материала к возникновению поверхностной коррозии, а также коррозии трения. Защитные покрытия следует выбирать таким образом, чтобы они не разрушались в заданный срок эксплуатации под воздействием переменных нагрузок и вредных факторов окружающей среды.

2. ГПС — это система, допускающая иерархическую организа­цию с комплексно-автоматизированным производственным про­цессом, работа всех компонентов которой (технологического оборудования, транспортных и складских средств, погрузочно -разгрузочных устройств, мест комплектации, средств измерения и контроля и т. п.) координируется как единое целое системой управления, обеспечивающей быстрое изменение программ фун­кционирования элементов при смене объектов производства.

При построении ГПС обычно рассматриваются две базовые альтернативные концепции. Согласно одной из них производс­тво реализуется на основе узкоспециализированного технологи­ческого оборудования, обладающего высокими показателями на­дежности и живучести и имеющего встроенные системы контроля и управления. Использование сравнительно недорогого узкоспе­циализированного оборудования, оснащенного системами конт­роля и управления, позволяет изменять конфигурацию ГАУ при изменениях номенклатуры выпускаемых изделий, осущестляя переход от одного вида оборудования к другому.

Иной способ организации ГПС связан с применением много­функционального универсального дорогостоящего оборудова­ния. В этом случае создаются ГАУ с многофункциональными пе­ренастраиваемыми материальными и информационными пото­ками. Надежность функционирования таких ГАУ может быть обеспечена за счет многофункциональности даже при отказах (технологического оборудования в отдельных режимах его ис­пользования).

Основное качество ГПС — это гибкость. Применительно к задачам управления под гибкостью понимают способность ГПС обеспечивать возможность сохранения показателей эффектив­ности функционирования производства при действии технологи­ческих и операционных возмущений.

Гибкая производственная система (ГПС) — отдельная единица технологического оборудования или совокупность таких единиц, а также систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме. Гибкая производственная система обладает свойством автоматизированной переналадки при выпуске изделий производственной номенклатуры в пределах технических возможностей технологического оборудования. По организационной структуре производства гибкие производственные системы подразделяются на пять уровней.

Первый уровень — гибкие производственные модули (ГПМ), являющиеся основой гибкого производства. Это ГПС, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления на базе микропроцессора микро- или мини-ЭВМ, а также средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая и имеющая возможность встраиваться в систему более высокого уровня. При модульной структуре производства в ГПС помимо обрабатывающей составляющей технологического оборудования входит ряд других гибких модулей:

- гибкий складской модуль (ГСМ) — совокупность оборудования, предназначенного для автоматизированной загрузки, хранения, выгрузки заготовок, изделий и т. д.;

- гибкий транспортный модуль (ГТМ) — совокупность оборудования, предназначенного для автоматизированной транспортировки заготовок, изделий и т. п.;

- гибкий контрольно-измерительный модуль (ГКМ) — предназначен для автоматизированного контроля качества выполняемых операций;

- гибкий вспомогательный модуль (ГВМ) — предназначен для автоматизированного выполнения вспомогательных операций;

- гибкий диагностический модуль (ГДМ) — производственная диагностика, а иногда и поиск неисправности ГПС.

Каждый из перечисленных модулей работает по программе автоматизированной системы управления гибким модулем.

Второй уровень — гибкая автоматизированная линия (ГАЛ). Это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления.

Третий уровень — гибкий автоматизированный участок (ГАУ). Это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных АСУ, функционирующая по технологическому маршруту и предусматривающая возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Четвертый уровень — гибкий автоматизированный цех (ГАЦ). Это гибкая производственная система в виде совокупности гибких автоматизированных линий или участков, предназначенная для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Пятый уровень — гибкий автоматизированный завод (ГАЗ). Это гибкая производственная система, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных цехов и предназначенная для выпуска готовых изделий. Гибкий автоматизированный завод может иметь в своем составе отдельно функционирующие неавтоматизированные участки и цехи.

По степени автоматизации ГПС подразделяются на гибкие производственные комплексы и гибкие автоматизированные производства. Гибкий производственный комплекс (ГПК) — это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления ГПС и автоматизированной транспортно-склад-ской системой (АТСС), автономно функционирующей в течение заданного времени и имеющей возможность встраиваться в систему более высокого уровня. Гибкое автоматизированное производство (ГАП) — гибкая производственная система, состоящая из одного или нескольких ГПК, объединенных АСУ производством и автоматизированной транспортно-складской системой, производящая автоматизированный переход на изготовление новых изделий при помощи системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).

БИЛЕТ 21

Сварка и её виды?????

Сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.

Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов, термопластов во всех областях производства и в медицине.

При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение,ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только в условиях промышленных предприятиях, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

Дуговая сварка покрытыми электродами - один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. При сварке покрытыми электродами покрытие расплавляется и образующиеся шлак и газы защищают расплавленный металл от воздуха. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенным на его поверхность покрытием (обмазкой). Покрытие электродов готовят из порошкообразной смеси различных компонентов. Его назначение - повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны, обеспечить защиту расплавленного металла от атмосферных газов и улучшить качество сварки. Покрытый электрод в зону сварки подается по мере его расплавления. Сварной шов образуется за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода. При сварке в защитных газах струя газа через сопло непрерывно подается в зону дуги. Газы изолируют расплавленный металл от воздуха. При этом используют как неплавящийся, так и плавящийся электроды. Процесс можно выполнять вручную, механизированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом изделий большой толщины применяют присадочную проволоку. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Наиболее распространены смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий или аргон + углекислый газ + кислород. В процессе сварки защитные газы, подаваемые в зону горения дуги через сопло сварочной горелки, оттесняют атмосферные газы от электрода и сварочной ванны. В плазменной сварке сварочным устройством является плазмотрон. Плазменной струей можно сваривать различные металлы, производить их резку и наплавлять на поверхность тугоплавкие покрытия. Процесс основан на пропускании под давлением потока газов через электрический разряд большой плотности. В результате получают высокотемпературный ионизированный газ с практически одинаковыми плотностями положительных и отрицательных зарядов, называемый плазмой. Температура плазменной струи достигает 30000 град. C. Плазменную сварку можно выполнять при изготовлении как тонкостенных изделий, так и деталей большой толщины из различных материалов. В качестве плазмообразующего газа чаще всего используют аргон, гелий или азот. Состав и расход плазмообразующего газа зависят от вида электрода и свариваемого материала. Электрошлаковой сваркой можно соединять металлические части большой толщины. Источником теплоты служит шлаковая ванна, образуемая при расплавлении флюса. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используют теплоту, выделяющуюся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). В начале процесса дугой расплавляют небольшое количество флюса. Затем электрод погружают в шлаковую ванну, горение дуги прекращает и ток начинает проходить через расплавленный шлак. Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. По мере формирования шва ползуны перемещаются в направлении сварки. Электрошлаковую сварку различают: - по виду электрода - проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; - по наличию колебаний электрода - без колебаний и с колебаниями электрода; - по числу электродов - одно-, двух- и многоэлектродную. Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей толщиной от 50 мм до нескольких метров. Электрошлаковый процесс используют также для переплавки отходов стали и получения отливок. Электронно-лучевая сварка ведется в условиях вакуума. Электронный луч глубоко проплавляет металл. В результате интенсивной бомбардировки места сварки быстродвижущимися электронами, излучаемыми нагретым вольфрамовым или металлокерамическим катодом, выделяется энергия, необходимая для нагрева и плавления металла. Ускорение движения электронов обусловлено постоянным высоким напряжением (до 100 кВ) между катодом и анодом (изделием). Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется в место соединения деталей. Электронно-лучевую сварку можно выполнять без колебаний и с колебаниями электронного луча, остросфокусированным или расфокусированным лучом. Электронным лучом сваривают тугоплавкие и химически активные металлы, выполняют узкие и глубокие швы на деталях большой толщины (до 70 мм и более).

2. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ГПС Гибкая производственная система - совокупность в разных сочетаниях технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) , роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени. Она обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры.

По организационной структуре ГПС имеют следующие уровни: - гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) - гибкий автоматизированный участок или гибкий производственный комплекс (ГАУ или ГПК) - гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) .

Гибкая автоматизированная линия - гибкая производственная система, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок - гибкая производственная система, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. Обе эти системы (ГАЛ и ГАУ) могут содержать отдельно функционирующие единицы технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех - гибкая автоматизированная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических линий, гибких автоматизированных участков, роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Предусмотрены также гибкие производственные комплексы (ГПК) , представляющие собой гибкую производственную систему, состоящую из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующую в течение заданного интервала времени и имеющую возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации.

В соответствии с ГОСТ 26228-85 в ГПС имеются следующие составные части.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) - единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, и имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.

В общем случае средства автоматизации ГПМ представляют собой накопители, спутники, устройства загрузки и выгрузки, устройства удаления отходов, устройства автоматизированного контроля, включая диагностирование, устройства переналадки и т.д. Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс при условии возможности его встраивания в систему более высокого уровня.

Средства обеспечения функционирования ГПС - совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

В ГПС входят также автоматизированная система управления производством (АСУП) , автоматизированная транспортно складская система (АТСС) , автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО) , система автоматизированного контроля (САК) , автоматизированная система удаления отходов (АСУО) и т.д.

Билет 22.

Механизация автоматизация?????

Одним из основных направлений повышения производительности труда, снижения трудоемкости и стоимости изготовления является автоматизация и механизация технологических процессов. Уровень и глубина автоматизации и механизации зависит от объема производства. Чем больше объем производства, тем более радикальные методы можно использовать в автоматизации и механизации, т.к. эффективная компенсация средств.

Размер партии изделий

10000

2000

50

25

Объемы ТПП

ЖАЛ

ГПМ

ГПС

ЧПУ

УС

Номенклатура линии

Рис. 3.11. Уровни автоматизации на производстве.

УС – универсальные станки.

ЧПУ – числовое программное управление. Оборудование с ЧПУ.

ГПС – гибкие производственные изделия.

ГПМ – гибкий производственный модуль.

ЖАЛ – жесткие автоматические линии.

Гибкость характеризуется временем перехода от изготовления одного изделия на другое. Чем меньше гибкость, тем лучше.

Техническая гибкость – способность производства адаптироваться к изменению номенклатуры изделия. Обеспечивается гибкостью составляющих компонентов производства:

• Предмет труда;

• Средства труда (инструменты, реактивы);

• Орудия труда – станки с ЧПУ, обрабатывающие центры с ЧПУ;

• Овеществление труда (рабочих).

Организационно-структурная гибкость – способность производственной системы адаптироваться к таким изменениям от заданного режима, как изменение плана производства, отсутствие заготовок, инструмента, выхода из строя элементов производства.

Адаптируемость к изменяемой номенклатуре деталей и изделий накладывает на сами изделия ограничения и требования:

1. Технологичность изделия;

2. Минимальное количество детали на сборке;

3. Высокая степень конструктивно-технологического подобия.

Все эти аспекты в определенной степени решаются с использованием унификации и стандартизации, а так же с использованием систем автоматизированного проектирования.

Рис. 3.12. Объемы производства при автоматизации

БИЛЕТ 23

1. Робототехника в качестве нового научно-технического направления появилась в результате крупнейшего прогресса в развитии механики и вычислительной техники. Любой промышленный робот манипулятор представляет собой уникальный класс машин, которые отвечают за выполнение функций информационных и рабочих машин.  Появление робототехники определено потребностями непрерывно развивающегося общества. Следует заметить, что их удовлетворение возможно исключительно на основе последующего увеличения производительности труда. Одним из наиболее важных резервов подобного роста в условиях дефицита рабочей силы считается автоматизация и комплексная механизация производства.  Значительные успехи автоматизирования машиностроения в крупносерийном и массовом производстве на базе применения автоматических неперепрограммируемых устройств предоставили возможность получить высочайшую производительность труда при относительной низкой себестоимости продукции. Но примерно 75 % сегодняшней продукции машиностроения производится средними и малыми сериями.  Другими словами, в таких условиях нельзя использовать стандартные средства автоматизации – достижение требуемой гибкости производства достигается благодаря применению ручного труда.  На сегодняшний день дифференциация производства на огромное количество простых операций, которые многократно повторяются, привела к утомительным, монотонным, трудовым действиям, реализуемыми на конвейере людьми. Труд, который лишен творческого содержания, опасный для жизни и монотонный, обязан быть уделом роботов. На текущий момент всевозможные сборочные роботы получили максимальное распространение в промышленности. Именно поэтому их достаточно часто называют промышленными. Эксперты заявляют, что уже накоплен значительный опыт эксплуатации таких машин, предоставляющий возможность отметить следующие их преимущества.  Во-первых, увеличение безопасности труда, что считается одним из первоочередных предназначений роботов. Не для кого не секрет, что подавляющее количество несчастных случаев на производстве приходится на всевозможные травмы рук, к примеру, во время загрузочно-разгрузочных операций.  Использование промышленных роботов манипуляторов поможет улучшить условия труда, который является потенциально опасным для человеческого здоровья: при наличии вредных химических веществ, радиоактивных материалов, в литейных цехах, при переработке асбеста, хлопка и т.д.  Процедура эксплуатации роботов предусматривает интенсификацию рабочего процесса, увеличение производительности труда, стабилизацию ее на протяжении целой смены, повышение коэффициента сменности главного технологического оборудования, что приведет к высоким показателям производства. Другими словами, будет изменяться в положительную сторону качество продукции.  Так, к примеру, повысится в разы качество сварных швов, что объясняется строгим соблюдением режима. Уменьшаются потери от брака, который связан с ошибками оператора. Не стоит забывать и о том, что имеется возможность экономии материалов.  Допустим, во время окраски автомобиля рабочими лишь 35 % краски поступает непосредственно на транспортное средство, остальная распыляется вентиляцией на рабочем месте. С использованием роботов формируются принципиально новые технологические процессы и производства, максимально снижающие отрицательные воздействия на человека.  Но эффективность использования роботов манипуляторов проявляется лишь в том случае, если предусмотрена его грамотная организация с внешней средой и обслуживаемым оборудованием. Главной задачей робототехники является не просто создание роботов, но и организация полностью автоматизированного производства. Следует отметить тот факт, что внедрение роботов в любое современное производство неизменно связано с разнообразными трудностями. Для начала стоит сказать, что роботы еще крайне дороги и не всегда максимально эффективны.  К примеру, сварочные роботы не всегда могут полностью заменить рабочих, обслуживающих технологическое оборудование или совершающих технологическую операцию, а может исключительно освободить его от монотонной работы, поменяв её содержание и характер.  Главными факторами экономической эффективности подобных устройств, которые учитываются при их расчете, считаются как социальные, так и производственные. Эта особенность является характерной для роботов и отличает их от прочих вариантов инновационной техники, благодаря чему создана уникальные межотраслевые методы оценки экономической эффективности при их разработке, эксплуатации и хранении.

БИЛЕТ 24