Технология сборки и ее этапы. Метод групповой взаимозаменяемости. Описание технологического процесса сборки
1.4. Технологические процессы сборки
Сборка - образование соединений составных частей изделия. Соединения могут быть разъемными и неразъемными (соединение свинчиванием, запрессовыванием, сваркой, склеиванием и пр.).
Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20...30) % в массовом и до (30...40) % в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем - технология изготовления деталей.
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет различные организационные формы (поточную и непоточную, стационарную и подвижную, узловую и общую).
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащую действия по установке и образованию соединений, составных частей изделия.
Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:
В зависимости от объема выпуска (заданной программы) устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм;
Осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки конструкции на технологичность;
Производятся размерный анализ конструкций, расчет размерных цепей и разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);
Определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных операций;
Устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются технологические схемы узловой и общей сборки;
Разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные, экономичные и технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;
Разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий инструмент, монтажное и контрольное оборудование);
Производятся техническое нормирование сборочных работ и определение экономических показателей;
Разрабатывается планировка, оборудование рабочих мест и оформляется техническая документация на сборку.
Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих эффективность технологических процессов сборки, является анализ технологичности конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности сборочной единицы разбиты на 3 группы:
1) требования к составу сборочной единицы;
2) требования к конструкции соединения составных частей;
3) требования к точности и методу сборки. Требования к составу сборочной единицы:
Сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с учетом принципа агрегатирования;
Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей;
Сборка изделия не должна обусловливать применение сложного технологического оснащения;
Виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;
В конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20 кг, должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования;
Конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения остальных составных частей;
Компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку при неизменном базировании составных частей;
В конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и измерительных;
Компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;
Компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и техническому обслуживанию;
Компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.
Требования к конструкции соединений составных частей:
Количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае должно быть наименьшим;
Места соединений составных частей должны быть доступны для механизации сборочных работ и контроля качества соединений;
Соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной обработки сопрягаемых поверхностей;
Конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной обработки в процессе сборки.
Требования к точности и методу сборки:
Точность расположения составных частей должна быть обоснована и взаимосвязана с точностью изготовления составных частей;
Выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производства должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;
Расчет размерных цепей следует производить, используя методы максимума-минимума - метод полной взаимозаменяемости, или, основанный на теории вероятностей, метод неполной взаимозаменяемости.
В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.
В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется применять метод неполной взаимозаменяемости.
В зависимости от типа производства используются также другие методы достижения точности замыкающего звена: метод групповой взаимозаменяемости; метод регулирования; метод пригонки.
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ную взаимозаменяемость. Недостаток метода - уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности, которых другими методами потребует больших затрат.
Рис. 1.5. Размерная цепь для межосевого расстояния цилиндрической зубчатой передачи
Рис. 1.6. Размерная цепь для половины бокового зазора цилиндрической зубчатой передачи
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.
Метод регулирования имеет преимущество перед методом пригонки, так как не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.
Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных соединений с применением компенсирующего материала (например, пластмассовой прослойки).
Особое внимание следует уделять при сборке размерным цепям, составляющими звеньями которых являются разные геометрические параметры, так как решение этих цепей проверяет на совместимость допуски, установленные на основе различных нормативных источников.
На рис. 1.5 показана параллельно-звеньевая размерная цепь, замыкающим звеном ∆А которой является монтажное межосевое расстояние зубчатой передачи с отклонениями, нормируемыми стандартом, а составляющими звеньями являются: А1 - расстояние между осями гнезд корпуса (отклонения определяются из расчета данной Цепи); A1 иA3 - отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей подшипниковых втулок;A4 иA5 - смещения осей базовых шеек валов на половину зазора под воздействием распорной силы (зазоры определяются расчетом и выбором посадок); А6 и А7 - отклонения от соосности мест посадки шестерен по отношению к базовым шейкам валов (определяется с учетом допустимого радиального биения шестерен).
На рис. 1.6 показана плоская размерная цепь, замыкающим звеном которой является половина минимального бокового зазора цилиндрической передачи Б∆ = 0,5·J min а составляющими звеньями: Б1 и Б2 - смещения исходного контураE hs для обоих колес (по виду сопряжения и нормам плавности); Б3 и Б4 - половины отклонений шага зацепленияf pb для обоих колес (по нормам плавности передачи); Б5 и Б6 - половины погрешности направления зубаF β для обоих колес (по нормам контакта); Б7 и Б8 - половины допусков соответственно на перекосf y , и отклонения от параллельностиf x осей колес в передаче (по нормам точности контакта); Б9 - нижнее отклонение межосевого расстоянияf a передачи (по нормам вида сопряжения). В результате расчета этой цепи гарантированный боковой зазор
где K j - компенсационный зазор, компенсирующий погрешность изготовления зубчатых колес и сборки передачи, уменьшающий боковой зазор
Для разработки последовательности сборочных операций необходимо провести расчленение собираемого изделия на составные части. При этом учитывают следующие требования:
Сборочную единицу не следует расчленять в процессе сборки, транспортировки и монтажа;
Сборочным операциям предшествуют подготовительные и пригоночные работы, которые выделяют в самостоятельные операции;
Габаритные размеры сборочных единиц устанавливают с учетом наличия подъемно-транспортных средств;
Сборочная единица должна состоять из небольшого числа деталей и сопряжений для упрощения организации сборочных работ;
Сокращать число деталей, подаваемых непосредственно на сборку, за исключением базовой детали и крепежа;
Изделие следует расчленять так, чтобы его конструкция позволяла осуществлять сборку с наибольшим числом сборочных единиц.
Последовательность сборки (сборочных операций) разрабатывают, соблюдая следующие требования:
Рис. 1.7. Сборочная единица (вал с червячным колесом)
Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;
Для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;
После операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусмотреть контрольные операции;
Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинают с наиболее сложной и ответственной цепи;
В каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено;
При наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.
Для определения последовательности
сборки изделия и его составляющих частей разрабатывают технологические схемы сборки. На рис. 1.7 показана сборочная единица (вал с червячным колесом), а на рис. 1.8 - технологическая схема его сборки.
Технологические схемы, являясь первым этапом разработки технологического процесса, в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. Технологические схемы сборки составляют на основе сборочных чертежей изделия.
На технологических схемах каждая деталь или сборочная единица обозначается прямоугольником, разделенным на три части. В верхней части прямоугольника указывают наименование детали или сборочной единицы, в левой нижней части - номер, присвоенный детали или сборочной единице на сборочных чертежах изделия, в правой нижней части - число собираемых элементов. Сборочные единицы обозначают буквами «Сб» (сборка). Базовыми называются детали или сборочные единицы, с которых начинается сборка. Каждой сборочной единице присваивается номер ее базовой детали. Например, «СБ4» - сборочная единица с базовой деталью 4 (ступица колеса).
Технологическую схему сборки строят в следующей последовательности.
В левой части схемы (рис. 1.8) указывают базовую деталь или базовую сборочную единицу. В правой части схемы указывают собираемое изделие в сборе. Эти два прямоугольника соединяют горизонтальной линией. Выше этой линии прямоугольниками обозначают все детали, входящие непосредственно в изделие, в порядке, соответствующем последовательности сборки. Ниже этой линии прямоугольниками обозначают сборочные единицы, непосредственно входящие в изделие.
Рис. 1.8. Технологическая схема сборки сборочной единицы
Схемы сборки сборочных единиц могут строиться как отдельно (по приведенному выше правилу), так и непосредственно на общей схеме, развивая ее в нижней части схемы (под линией).
Технологические схемы сборки сопровождаются подписями, если они не очевидны из самой схемы, например, «Запрессовать», «Сварить», «Проверить на биение» и т. д.
Технологические схемы сборки одного и того же изделия многовариантные. Оптимальный вариант выбирают из условия обеспечения заданного качества сборки, экономичности и производительности процесса при заданном масштабе выпуска изделий. Составление технологических схем целесообразно при проектировании сборочных процессов для любого типа производства. Технологические схемы упрощают разработку сборочных процессов и облегчают оценку изделия на технологичность.
Технологические процессы сборки типовых сборочных единиц, сборки неподвижных разъемных соединений (резьбовых, шпоночных, шлицевых и т. п.), сборки неразъемных соединений (пластическим деформированием, сваркой, пайкой, склеиванием), сборки различных передач машин и механизмов (зубчатые, цепные и др.) описаны в соответствующей справочной литературе.
Основные виды столярных соединений. Столярные изделия состоят из отдельных деталей. Деталью называют простейшую составную часть столярного изделия. Размеры и формы детали задаются чертежом изделия. Детали могут быть цельными и составными.
Цельные детали изготовляют из массивной древесины, а составные склеивают из листов шпона, некондиционных обрезков столярных заготовок или вырезают из фанеры, столярной, древесноволокнистой или древесностружечной плиты.
Детали собирают в сборочные единицы. Основными сборочными единицами являются щиты, рамки и коробки.
Сборочные единицы собираются в группы, а группы - в изделия. Группой является оконная створка с форточкой, тумба письменного стола.
При сборке столярных изделий применяют неподвижные и подвижные, разъемные и неразъемные соединения.
Неподвижные и неразъемные соединения осуществляются с помощью столярных вязок на клею, а также путем соединения гвоздями, металлическими шпильками или скрепками и деревянными нагелями.
Подвижные и разъемные соединения крепят шурупами, болтами, специальными металлическими или пластмассовыми креплениями.
Имеются следующие типы столярных соединений (ГОСТ 9330-76):
- шиповое соединение брусков под углом;
- шиповое соединение щитов под углом;
- сращивание брусков или соединение брусков торцами по длине;
- сплачивание щитов или соединение делянок продольными
кромками.
При сборке соединяемые бруски и щиты должны иметь правильную геометрическую форму, точные в пределах допуска габаритные размеры, быть гладко выстроганы.
Соединения брусков под углом могут быть концевыми или серединными. Элементами соединения брусков под углом являются шип, гнездо, проушина, шкант и т.д. Шипом называется концевая часть бруска, обработанная на станке, которая входит в соответствующее отверстие (гнездо или проушину) другого бруска, сопрягаемого с первым. У шипа (рис. 4.7) различают боковые грани 2, заплечики 3 и вершину 1.
Концевые шиповые соединения брусков под углом имеют следующие виды: на шип открытый несквозной (см. рис. 4.7, а) и сквозной (см. рис. 4.7, 6 ), который может быть одинарным, двойным или тройным; на шип с полупотемком (часть шипа снимается не на полную длину) несквозной (см. рис. 4.7, в) и сквозной (см. рис. 4.7, г); на шип с потемком (укороченный) несквозной (см. рис. 4.7, д) и сквозной (см. рис. 4.7, е); на круглый вставной шип - шкант (см. рис. 4.7, ж) на «ус» со вставным шипом несквозным (см. рис. 4.7, з) или сквозным (см. рис. 4.7, и).
Серединные шиповые соединения брусков под углом могут выполняться на прямой шип несквозной и сквозной, в паз и гребень, в «ласточкин хвост» и на круглый вставной шип (шкант).
Угловое ящичное соединение может быть концевое, когда конец одного щита соединяют с концом другого, и серединное, когда конец одного щита соединяют с серединой другого.
Концевое ящичное соединение под углом может быть осуществлено на прямой открытый шип, на круглый вставной шип.
Рис. 4.7.
А - шип: 7 - вершина шипа; 2 - боковая грань; 3 - заплечик; Б - гнездо; В - проушина; а - открытый несквозной шип; б - открытый сквозной шип; в - с полу-потемком несквозной шип; г - с полупотемком сквозной шип; б - с потемком несквозной шип; е - с потемком сквозной шип; ж - круглый вставной шип (шкант); з - на «ус» со вставным несквозным шипом; и - на «ус» со вставным сквозным шипом
Серединное ящичное соединение под углом может быть в паз и гребень, на шип «ласточкин хвост», на круглый вставной шип (шкант).
Соединение брусков торцами по длине может быть выполнено тремя способами: соединением на зубчатый шип (рис. 4.8, а), на «ус» (рис. 4.8, б) и впритык (рис. 4.8, в). Зубчатое соединение выполняют по ширине детали и толщине.
Рис. 4.8. Соединение брусков по длине: а - на зубчатый шип; 6 - на «ус»; в - впритык
Соединение делянок продольными кромками (сплачивание щитов) может производиться на гладкую фугу, в паз и гребень, на рейку и в четверть.
Общая сборка сборочных единиц в изделия. Перед сборкой сборочные единицы и детали комплектуют. Сборка может быть последовательно-расчлененной и параллельно-расчлененной.
Последовательно-расчлененная сборка представляет собой порядок работы, когда все изделие собирают из деталей последовательно, начиная от каркаса. При этом никакие промежуточные сборочные единицы не собирают.
Параллельно-расчлененная сборка характерна тем, что вначале детали собирают в отдельные сборочные единицы, а затем уже из них собирают все изделие.
Технологический процесс сборки изделия разделяется на следующие операции: сборка каркаса или корпуса изделия; постановка и закрепление неподвижных сборочных единиц или деталей, усиливающих основную конструкцию; установка подвижных частей изделия, закрепляемых в направляющих или на шарнирах; крепление второстепенных деталей (раскладок, штапиков).
Каркас или корпус изделия собирают из основных сборочных единиц и деталей, несущих главную нагрузку. Общую сборку производят с помощью шиповых соединений, клея, болтов, винтов, металлических скреп и различного рода стяжек.
Общая сборка, как и сборка сборочных единиц, требует обжима собираемого изделия и фиксации собираемых частей в определенном положении в момент соединения. Для этой цели применяют сборочные станки (ваймы, стапеля) и различные приспособления.
Возможны случаи, когда общая сборка изделий не производится на предприятии. При соблюдении всех технических и технологических требований производства некоторые изделия, например корпусную мебель разборной конструкции, можно выпускать комплектами отдельных сборочных единиц и деталей и собирать в магазине или у потребителя. На предприятии производят контрольную сборку части комплектов из каждой партии изделий.
Организация общей сборки. Различают стапельную и конвейерную сборку изделий. При стапельной сборке изделия собирают от начала до конца на одном рабочем месте на сборочном станке или приспособлении, при конвейерной сборке - на ряде рабочих мест, расположенных последовательно одно за другим.
За каждым рабочим местом закрепляется определенная сборочная операция. Для перемещения собираемого изделия при конвейерной сборке применяют специальные конвейеры, которые могут быть распределительными и рабочими.
Распределительный конвейер предназначен для транспортирования собираемых элементов изделия. Рабочие места и сборочные станки располагаются последовательно вдоль конвейера с одной или двух сторон.
Рабочий конвейер - это такой вид поточного производства, при котором сборка изделий производится на самом транспортном устройстве без съема с него изделий.
Сборка на рабочем конвейере является более совершенным процессом по сравнению со сборкой на распределительном конвейере. Работа на рабочем конвейере протекает по единому ритму, т.е. каждая отдельная операция выполняется за одно и то же время.
Рабочие сборочные конвейеры имеют пульсирующее или периодическое движение. На время выполнения операции конвейер останавливается, по окончании операции он продвигается на длину рабочего места.
Сборка деталей и сборочные единицы. Детали в сборочные единицы собирают с помощью столярных соединений и клея. Последовательность сборки деталей такая:
- нанесение клея на сопрягаемые поверхности;
- предварительная сборка путем вставки шипов в гнезда и проушины;
- обжатие сборочной единицы для плотного соединения всех деталей;
- выдержка до отверждения клея.
Если собираемая сборочная единица должна иметь дополнительно крепление в виде винтов, металлических скреп, болтов, то их ставят после обжатия сборочной единицы.
Клей наносят на обе склеиваемые поверхности. В шиповом соединении намазывают клеем шипы и проушины. Обычно эта операция выполняется вручную путем окунания шипов в ванну с клеем, в проушины гнезда клей можно впрыскивать форсунками.
Предварительная сборка может отсутствовать, если обжатие сборочных единиц осуществляется в сборочных станках с многосторонним действием. Качественную и точную массовую сборку сборочных единиц можно обеспечить только при условии точного изготовления деталей на станках.
Детали должны быть взаимозаменяемыми. Для этого их изготовляют по системе допусков и посадок. Если это условие не соблюдено, то сборка потребует дополнительной ручной подгонки деталей. Операция подгонки часто оказывается более трудоемкой, чем весь процесс сборки сборочной единицы.
Оборудование для сборочных работ. Сборочные единицы для плотного соединения всех деталей обжимают на сборочных станках. Сборочные станки состоят из приспособления для фиксации собираемых деталей и обжимного механизма, приводимого в действие электродвигателем, сжатым воздухом или вручную.
Наибольшее распространение в столярно-мебельном производстве получили сборочные станки с пневматическим обжимным механизмом. В зависимости от конструкции сборочные единицы требуют обжатия в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях или в двух направлениях по диагонали (при сборке рамок соединениями на «ус»).
Станок, изображенный на рис. 4.9, а , обжимает рамку или коробку только в одном направлении, поэтому на нем собирают простые рамки и коробки без продольных средников. Второй
станок (рис. 4.9, б) обжимает рамку с двух сторон: на этом станке можно собирать сложные рамки и коробки с продольными средниками.
Рис. 4.9. Схемы сборочных станков:
а - с односторонним обжимом; б - с двусторонним обжимом; 7 - неподвижный упор; 2 - продольные бруски рамки; 3 - поперечные бруски; 4 - подвижный упор; 5 - направляющие; 6,8 - пневмоцилиндры; 7 - продольный средник
На станках работают следующим образом. Детали кладут на платформу станка в определенном порядке. При этом сопрягаемые поверхности располагают одну напротив другой на некотором расстоянии. Включают привод пневмоцилиндра, и рамка обжимается.
На станке с двусторонним обжимом цилиндры включаются поочередно. Вначале включают цилиндр 8 для соединения продольного средника 7 с поперечным, а затем пневмоцилиндры б для обжима всей рамки.
Точность изготовления сборочных единиц. Собранные единицы должны удовлетворять следующим основным техническим требованиям:
- размеры должны соответствовать заданным по чертежу;
- они должны иметь правильную геометрическую форму, без перекосов;
- шиповые соединения должны быть плотными и прочными.
Выполнение этих требований зависит от точности изготовления собираемых деталей, от положения фиксаторов и направляющих в сборочном станке и от давления прижима.
Точность размеров собранной единицы определяется точностью размеров деталей. Величина возможных отклонений для разных измерений будет различной. Внутренние размеры рамки будут иметь меньшие отклонения, чем наружные.
Объясняется это тем, что отклонения внутренних размеров рамки определяются только отклонением в расстоянии между заплечиками шипов на брусках, в то время как отклонения наружного размера рамки складываются из отклонений внутреннего размера и отклонений ширины продольных брусков рамки.
Размеры собранных единиц могут колебаться также от неравномерного обжима или от неравномерностей усадки древесины ввиду разной твердости. Отклонения от правильной формы (перекосы) могут быть следствием неточной обработки деталей или неравномерного обжима сборочной единицы в разных частях.
Когда к точности внутренних размеров рамки или коробки предъявляются жесткие требования, при обжиме рамки необходимо в ее просвет вставлять жесткий металлический шаблон, который будет служить своего рода калибром. Для контроля формы сборочных единиц пользуются шаблонами и угольниками.
Выдержка сборочных единиц после сборки. Сборочные единицы, собранные на клею, перед последующей обработкой должны пройти выдержку для отверждения клеевых швов. Если сборочные единицы направить сразу после сборки на дальнейшую обработку, клеевой шов может разрушиться, сборочная единица потеряет прочность и форму.
Продолжительность выдержки зависит от вида клея, температурных условий, конструкции сборочной единицы и характера последующей обработки. Время выдержки без подогрева для сборочных единиц, собранных шиповыми соединениями, должно составлять 24 ч.
Продолжительность выдержки можно сократить (до 30-45 мин), если сборочные единицы подогревать, особенно при склеивании смоляными клеями, для чего их помещают в камеры с подогретым воздухом (65-70°С).
Самым эффективным методом подогрева является подогрев токами высокой частоты. Время выдержки может быть доведено до 1-2 мин.
Технология сборки машин.Точность при сборке.
Сборка машин
Сборкаявляется
завершающим
этапом
производственного процесса в машиностроении.
Трудоемкость механосборочного производства
составляет до 65-75 % общей трудоемкости
изготовления изделий, в том числе затраты
непосредственно на сборку составляют 25-35%.
В условиях единичного и мелкосерийного
производства трудоемкость сборочных работ
выше, так как выполняется большой объем
пригоночных работ.
Сборка машин
Качествоготовой
машины,
ее
эксплуатационные характеристики в большей
степени определяется качеством сборочного
производства и зависят от технологии сборки.
Процесс
изготовления
машины
может
гарантировать достижение всех требуемых ее
эксплуатационных показателей, а также ее
надежности и долговечности при эксплуатации
лишь
при
условии
высококачественного
проведения всех этапов сборки машины.
Сборка машин
В процессе сборки вполне доброкачественных изделий по разнымпричинам могут возникать погрешности взаимного расположения
деталей, существенно снижающие точность и другие качества
собираемого изделия.
Причины возникновения погрешностей:
ошибки, допускаемые рабочими при ориентации и фиксации
установленного положения собираемых деталей;
погрешности установки калибров и измерительных средств,
применяемых при сборке;
погрешности регулирования, пригонки и контроля точности
положения детали в машине;
образование задиров на сопрягаемых поверхностях деталей;
упругие деформации сопрягаемых деталей при их установке и
фиксации;
пластические деформации поверхностей сопряжений, нарушающие
их точность и плотность соединений.
Классификация видов сборки
Сборка – это образование разъемных и неразъемныхсоединений составных частей заготовки или изделия
По объему сборка подразделяется на:
общую – объектом которой является изделие в
целом;
узловую - объектом которой является составная
часть изделия, т.е. сборочная единица или узел.
Классификация видов сборки
По стадиям процесса:Предварительная сборка, т. е. сборка заготовок,
составных частей или изделия в целом, которые в
последующем подлежат разборке.
Промежуточная сборка, т. е. сборка заготовок,
выполняемая для дальнейшей их совместной
обработки.
Сборка под сварку, т. е. сборка заготовок для их
последующей сварки.
Окончательная сборка, т. е. сборка изделия или его
составной части, после которой не предусмотрена
его последующая разборки при изготовлении.
Классификация видов сборки
По методу образования соединений:слесарную сборку, т. е. сборку изделия или его составной
частей при помощи слесарно-сборочных операций;
монтаж, т. е. установку изделия или его составных частей на
месте использования (например, монтаж станка с ЧПУ на
предприятии потребителе;
электромонтаж, т. е. монтаж электроизделий или их составных
частей, имеющих токоведущие элементы;
сварку, пайку, клепку и склеивание.
Необходимо отметить, что значительно усовершенствованный
за последние годы процесс создания неразъемных соединений
склеиванием обеспечивает высокую прочность соединений.
Проектирование ТП сборки
Исходными данными для проектированияпроцессов сборки машины являются:
сборочный чертеж (со всеми видами, разрезами и
сечениями), который определяет конструкцию машины;
технические условия приемки машины;
рабочие чертежи деталей, входящих в машину;
каталоги и справочники по сборочному оборудованию и
технологической оснастке;
объем выпуска машины и срок ее выпуска.
Разработку технологического процесса сборки машины
выполняют в определенной последовательности по
следующим этапам:
Ознакомление со служебным назначения машины;
Анализ технических требований на ее изготовление;
Ознакомление с объемом выпуска и величиной серии;
Ознакомление с рабочими чертежами и проведение
размерного анализа;
Проработка изделия на технологичность;
Выбор методов достижения точности сборки узла или
машины;
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТП СБОРКИ
Составление схемы сборки;Разработка технологии сборки;
Выбор вида и организационной формы
технологического процесса сборки;
Определение трудоемкости сборки;
Составление технических заданий на
проектирование сборочного оборудования и
технологической оснастки.
Анализ служебного назначения машины
Каждая создаваемая машина предназначена длявыполнения определенного процесса или определенной
задачи, при выполнении которой достигается
определенный результат.
Формулировка служебного назначения машины должна
включать также описание условий, при которых машина
будет работать, выполняя свое служебное назначение.
Эти условия обычно вытекают из характера процесса,
выполняемого машиной.
Анализ технических требований
При выявлении несоответствий проводятсясогласования с разработчиками конструкции, в
результате чего в конструкторскую документацию
вносится необходимая коррекция.
Объем выпуска и величина серии
Ознакомление с этими данными позволяетвыполнить расчеты по программе выпуска, т.е.
определить тип производства:
В соответствии с ГОСТ тип производства
определяется по Кз.о.:
Кз.о=1 – массовое производство
1 < Кз.о < 10 - крупносерийное
10 < Кз.о < 20 - серийное
20 < Кз.о < 40 - мелкосерийное
Ознакомление с рабочими чертежами и проведение размерного анализа
Выявление и расчёт конструкторских итехнологических размерных цепей.
Методы достижения точности замыкающего звена, применяемые при сборке
Метод полной взаимозаменяемостиМетод, при котором требуемая точность
замыкающего звена размерной цепи достигается у
всех объектов путем включения в нее составляющих
звеньев без выбора, подбора или изменения их
значений.
Использование экономично и условиях достижения
высокой точности при малом числе звеньев
размерной цепи и при достаточно большом числе
изделий, подлежащих сборкеПри достижении точности по методу полной
взаимозаменяемости средний допуск
рассчитывают по формуле:
TA ср TA / m 1
Метод неполной взаимозаменяемости
размерной цепи достигается у заранее обусловленной части
объектов путем включения в нее составляющих звеньев без
выбора, подбора или изменения их значений
Использование целесообразно для достижения точности в
многозвенных размерных цепях;
допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в
предыдущем методе, что повышает экономичность получения
сборочных единиц;
у части изделий погрешность замыкающего звена может быть
за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный
риск несобираемости.При методе неполной взаимозаменяемости
средний допуск рассчитывают по формуле
Т A ср
ТA
t (m 1)
2
Переход на метод неполной взаимозаменяемости
позволяет значительно расширить значение средних
допусков по сравнению с методом полной
взаимозаменяемости
Метод групповой взаимозаменяемости
звена размерной цепи достигается путем включения в
размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих
к одной из групп, на которые они предварительно
рассортированы
Применяется для достижения наиболее высокой
точности замыкающих звеньев малозвенных размерных
цепей.
Требует четкой организации сортировки деталей на
размерные группы, их маркировки, хранения и
транспортирования в специальной таре
Метод пригонки
Метод, при котором требуемая точность замыкающегозвена размерной цепи достигается изменением размера
компенсирующего звена путем удаления с компенсатора
определенного слоя материала.
Используется при сборке изделий с большим числом
звеньев; детали могут быть изготовлены с экономичными
допусками, но требуются дополнительные затраты на
пригонку компенсатора;
экономичность в значительной мере зависит от
правильного выбора компенсирующего звена, которое не
должно принадлежать нескольким связанным размерным
цепям.
Метод пригонки
Сборка с применением пригонки (компенсатор, т.е. прокладнаяшайба 1, шлифуется, подрезается по толщине «по месту» для
компенсации погрешности)
Метод регулирования
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звенаразмерной цепи достигается изменением размера или
положения компенсирующего звена без удаления материала с
компенсатора
Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена
размерной цепи достигается применением компенсирующего
материала, вводимого в зазор между сопрягаемыми
поверхностями деталей после их установки в требуемом
положении.
Использование наиболее целесообразно для соединений и
узлов, базирующихся по плоскостям (привалочные поверхности
станин, рам, корпусов, подшипников, траверс и т. п.);
в ремонтной практике для восстановления работоспособности
сборочных единиц, для изготовления оснастки.
Сборка с компенсирующими материалами
Сборка корпусов подшипников с применением твердеющейпластмассовой прослойки, компенсирующей колебание
положения центров отверстий по высоте
ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ СБОРКИ
По перемещению собираемого изделия сборкаподразделяется на стационарную и подвижную,
По организации производства - на непоточную, групповую и
поточную.
характеризуется тем, что
весь процесс сборки и его сборочных единиц выполняется на
одной сборочной позиции: стенде, станке, рабочем месте, на
полу цеха.
Все детали, сборочные единицы (узлы) и комплектующие
изделия поступают на эту позицию.
Схема opганизационных форм сборки
Непоточная стационарная сборка
выполняется без расчленения сборочных работ, когда всясборка изделия производится одной бригадой рабочих
последовательно.
Применяется концентрированный технологический процесс
сборки, состоящий из небольшого числа сложных операций.
Достоинства:
сохранение неизменного положения основной базовой детали,
что способствует достижению высокой точности собираемого
изделия;
использование универсальных транспортных средств,
приспособлений и инструментов, что сокращает
продолжительность и стоимость технической подготовки
производства.
Непоточная стационарная сборка
Недостатки:длительность общего цикла сборки, выполняемой
последовательно;
потребность в высококвалифицированных рабочих, способных
выполнять любую сборочную операцию;
увеличение потребности в больших сборочных стендах и
высоких помещениях сборочных цехов, так как каждая машина,
собираемая на стенде от начала до конца, длительное время
занимает монтажный стенд.
Областью применения - единичное и мелкосерийное
производство тяжелого и энергетического машиностроения,
экспериментальные и ремонтные цехи (сборка крупных
дизелей, прокатных станов, крупных турбин и т. п.).
Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ
Предполагает дифференциацию процесса на узловую и общуюсборку.
Сборка каждой сборочной единицы и общая сборка
выполняются в одно и то же время разными бригадами и
многими сборщиками.
Собираемая машина остается неподвижной на одном стенде. В
результате такой организации длительность процесса сборки
значительно сокращается.
Сборка с расчленением на узловую и общую сборку
ПреимуществаЗначительное сокращение длительности общего цикла сборки.
Сокращение трудоемкости выполнения отдельных сборочных
операций за счет:
а) специализации рабочих мест сборки узлов и их оборудования;
б) специализации рабочих-сборщиков;
в) лучшей организации труда.
Снижение потребности в дефицитной рабочей силе сборщиков
высокой квалификации.
Более рациональное использование помещения и оборудования
сборочных цехов.
Уменьшение размеров высоких помещений сборочных участков.
Сокращение себестоимости сборки.
Непоточная подвижная сборка
Характеризуется последовательным перемещениемсобираемого изделия от одной позиции к другой.
Перемещение собираемого объекта от одной рабочей позиции к
другой может быть свободным или принудительным.
Технологический процесс сборки при этом разбивается на
отдельные операции, выполняемые одним рабочим или
небольшим их числом.
Непоточная подвижная сборка находит экономичное
применение при переходе от сборки единичных изделий к их
серийному изготовлению.
Поточная сборка
Поточная сборка характеризуется тем, что при построениитехнологического процесса сборки отдельные операции
процесса выполняются за одинаковый промежуток времени -
такт, или за промежуток времени, кратный такту.
Поточная сборка может быть организована со свободным или
с принудительны ритмом.
В первом случае рабочий передает собираемое изделие на
соседнюю операцию по мере выполнения собственной работы.
Во втором случае, при работе с принудительно-регулируемом
ритмом, момент передачи выполненной работы на следующую
операцию определяется сигналом (световым или звуковым) или
скоростью непрерывно или периодически движущегося
конвейера.
Такт выпуска поточной сборки
Для организации поточной сборки рассчитывают тактвыпуска изделия:
60 F
T
N
где
F - годовой фонд времени в часах,
N - программа выпуска (штук в год),
η - коэффициент использования годового фонда времени.
Поточная сборка
Главным условием организации поточной сборки являетсяобеспечение взаимозаменяемости собираемых узлов и
отдельных деталей, входящих в поточную сборку.
В случае необходимости использования пригоночных работ
они должны осуществляться за пределами потока на операциях
предварительной сборки.
Ответственным и сложим вопросом организации поточной
сборки является проблема операционного контроля качества
сборки и обеспечение исправления обнаруженных при контроле
дефектов без нарушения установленного ритма сборки.
Конструкция собираемого на потоке изделия должна быть
хорошо отработана на технологичность.
Поточная сборка является рентабельной при достаточно
большом объеме выпуска собираемых изделий.
Поточная стационарная сборка
Поточная стационарная сборка является одной из формпоточной сборки, требующей наименьших затрат на ее
организацию.
Она применяется при сборке крупных и громоздких, т. е.
неудобных для транспортирования изделий (например, при
сборке самолетов и т.п. изделий).
При этом виде сборки все собираемые объекты остаются на
рабочих позициях в течение всего процесса сборки.
Рабочие или бригады по сигналу все одновременно переходят
от одних собираемых объектов к следующим через периоды
времени, равные такту.
Каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закрепленную
за ним (бригадой) одну и ту же операцию на каждом из
собираемых объектов.
Поточная подвижная сборка
Поточная подвижная сборка становится экономическицелесообразной в тех случаях, когда выпуск машин и их
сборочных единиц значительно возрастает.
Данный вид сборки может быть осуществлен с непрерывно или
периодически перемещающимися собираемыми объектами.
Преимуществами поточной подвижной сборки являются
выполнение работы с требуемым тактом и возможность почти
полного совмещения времени, затрачиваемого на
транспортирование объектов, со временем их сборки.
Нормирование сборочного производства
Нормирование сборочного производства основано нарасчете штучного времени на сборочные операции:
Тшт= tоп (1+ (α+β+γ)/100), мин
где
α, β, γ – коэффициенты, характеризующие элементы
вспомогательного времени (на организационное, техническое
обслуживание рабочего места и время на перерывы рабочих).
Приняты «Общемашиностроительные нормативы
времени tоп на слесарно-сборочные работы» в
зависимости от типа производства.
Технологические процессы сборки
ТП сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащий действия по установке и образованию соединений составных частей изделий. ТП изготовления деталей в большинстве случаев подчинен технологии сборки машин, т.е. сначала разрабатывается ТП сборки машины, а затем – ТП изготовления деталей.
Различают следующие виды соединений:
- неподвижные разъемные (резьбовые, шпоночные, шлицевые, конические и др.);
- неподвижные неразъемные (соединения с посадками гарантированного натяга, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием);
- подвижные разъемные (соединения с подвижной посадкой);
- подвижные неразъемные (подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны).
Сборка может иметь различные организационные формы в зависимости от условий, типа и организации производства (рис. 1.2) .
Сборка подразделяется:
По перемещению собираемого изделия – на стационарную и неподвижную;
По организации производства – на непоточную и поточную.
Непоточная стационарная сборка - сборка, выполняемая на одном рабочем месте.
Непоточная подвижная сборка – сборка, выполняемая на нескольких рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому.
Поточная стационарная сборка отличается тем, что собираемые изделия остаются на рабочих местах, а рабочие переходят от одних собираемых изделий к следующим через периоды времени, равные такту.
Поточная подвижная сборка – сборка, выполняемая при перемещении собираемого изделия от одного рабочего места к другому.
Общие требования к технологичности сборочных конструкций:
1. Следует предусматривать разделение изделия на самостоятельные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и сократить производственный цикл сборки;
2. Сборочные единицы должны состоять из стандартных и унифицированных частей, что приводит к увеличению серийности и снижению трудоемкости их изготовления;
3. В конструкции сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки;
4. Предусматривает простоту замены быстроизнашиваемых частей;
5. Конструкция должна обеспечивать удобные сборочные работы с применением целесообразных средств технического оснащения, среств механизации и автоматизации, исключать
сложные сборочные приспособления. Базовая деталь должна иметь технологическую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого изделия;
6. Минимальное число поверхностей и мест соединений составных частей;
7. Конструкция составных частей должна исключать дополнительную обработку и сокращать пригоночные работы;
8. Уменьшать количество деталей и составных частей и стремиться к их взаимозаменяемости;
9. Нормализация крепежных и других деталей для сокращения номенклатуры сборочных инструментов;
10. Возможность захвата сборочных единиц грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки на собираемое изделие;
11. Для соблюдения принципа взаимозаменяемости избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски. Если сократить число звеньев невозможно, то в конструкции изделия предусмотреть компенсатор.
12. Для сокращения цикла сборки предусмотреть возможность одновременного и независимого друг от друга присоединения сборочных единиц к базовой детали изделия;
13. В тех случаях, когда по условиям сборки важно обеспечить определенное и единственно возможное относительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо предусмотреть установочные метки, контрольные штифты или несимметричное размещение крепежных деталей для исключения субъективных ошибок при сборке или ремонте;
14. Предусмотреть возможность механизации и автоматизации сборочных работ.
Достижение заданной точности сборки заключается в обеспечении размера замыкающего звена размерной цепи, не выходящего за пределы допуска.
В зависимости от типа производства различают пять методов достижения точности замыкающего звена при сборке:
Полной взаимозаменяемости;
Неполной взаимозаменяемости;
Групповой взаимозаменяемости;
Регулирования;
Пригонки.
Характеристики данных методов приведены в табл. 1.2 .
Таблица 1.2. Методы достижения точности
замыкающего звена
| Метод | Сущность метода | Область применения |
| Полной взаимозаменяемости | Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений | Использование экономично в условиях достижения высокой точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно большом числе изделий подлежащих сборке |
| Непол-ной взаимозаменяемости | Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений | Использование целесообразно для достижения точности в многозвенных размерных цепях; допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц; у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный риск несобираемости |
| Групповой взаимозаменяемости | Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих одной из групп, на которые они предварительно рассортированы | Применяется для достижения наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хранения и транспортирования в специальной таре |
| Пригонки | Метод, при котором точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала | Используется при сборке изделий с большим числом звеньев, детали могут быть изготовлены с экономичными допусками, но требуются дополнительные затраты на пригонку компенсатора; экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким связанным размерным цепям |
| Регулирования | Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора | Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала; обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации машины |
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100% взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющиеразмерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки почти недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготавливают по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатком данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.
Метод пригонки трудоемок и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.
Метод регулировки имеет преимущество перед методом пригонки, т.к. не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.
Последовательность сборки разрабатывают, соблюдая следующие требования:
Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;
Для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;
После операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусматривать контрольные операции;
Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинать с наиболее сложной и ответственной цепи;
В каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено;
При наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.
Для определения последовательности сборки изделия определяют технологические схемы сборки (рис. 1.3).
Вопросы для самопроверки
1. Что включает в себя техническая подготовка производства?
2. Назовите стадии жизненного цикла продукции.
3. Для чего разрабатывается график подготовки производства?
4. Что включает в себя ТПП?
5. Какая продукция подлежит обязательной сертификации?
6, Дайте определение сертификации системы качества предприятия-изготовителя.
7. Назовите виды ТКИ.
8. Какие факторы являются главными, определяющими требования к ТКИ?
9. Каким показателем при оценке ТКИ является материалоемкость изделия?
10. Какова цель отработки конструкции изделия на технологичность?
11. Назовите основные требования к ТКИ.
12. Какие основные технологические признаки присущи единичному производству?
13. Как определить количество деталей в партии?
14. Чему равен коэффициент закрепления операций в массовом производстве?
Рис. 1.3. Технологические схемы сборки:
а – общей, б – узловой, в – обозначение составной части
15. Чем групповая форма организации производства отличается от поточной?
16. Как называется интервал времени, через который производится выпуск изделий?
17. Что является высшей формой развития автоматизированного производства? 18. Дайте определения производственному и технологическому процессам.
19. Чем «установ» отличается от «позиции»?
20. Как называется законченное действие рабочего?
21. Приведите основные характеристики ТП.
22. Назовите основные принципы технологического проектирования.
23. Дайте характеристику принципа технологичности конструкции.
24. Какие виды соединений применяются в машиностроении?
25. Чем поточная стационарная сборка отличается от непоточной подвижной сборки??
26. Каковы требования к технологичности сборочных конструкций?
27. Назовите и дайте характеристику методам достижения точности замыкающего звена при сборке.
28. Что определяет технологическая схема сборки?
ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Любая машина состоит из отдельных частей. Простейшей из них является деталь, т. е. изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций, называется сборочной единицей. Таким образом, технологический процесс соединения, установки и фиксации деталей в сборочных единицах называется сборкой.
Сборка является заключительной стадией всего технологического процесса изготовления сложного изделия. От качества сборки зависят эксплуатационные показатели изделия, его надежность, работоспособность и долговечность. В ряде случаев сборка является наиболее трудоемким процессом: для многих машин, приборов, аппаратов трудоемкость сборки составляет от 40 до 60 % от общей трудоемкости изготовления. При разработке процессов производства изделий составляют технологические схемы сборки, определяющие базовые (с которых начинают сборку) детали, базовые сборочные единицы и последовательность сборки и комплектования деталей и сборочных единиц, имеющих для удобства сборки условные обозначения (индексы). На технологических схемах сборки условно изображают последовательность процесса с указанием индексов используемых деталей и сборочных единиц.
На этапе сборки получают разъемные или неразъемные соединения деталей.
Разъемные соединения позволяют собирать или разбирать изделия без разрушения деталей (резьбовые, шпоночные, шлицевые и др. соединения). Неразъемные соединения применяются для таких изделий (узлов), которые не нужно разбирать при контроле и ремонте.
Основные технологии неразъемных соединений
К неразъемным технологиям относятся: заклепочные соединения, сварка, пайка, склеивание и их комбинации.
заклепочные соединения – клепка – рабочий процесс, при котором происходит соединение двух или нескольких деталей посредством деформирования (расклепывания стержней) заклепок, вставленных в просверленные в деталях отверстия.
Заклепочные соединения широко применяются в производстве летательных аппаратов (от 25 до 40 % массы всех соединений), автомобилей и других машиностроительных изделий.
Недостатки заклепочных соединений: низкая производительность; высокая трудоемкость и материалоемкость; отсутствие постоянства показателей прочности; неравномерность распределения нагрузки по отдельным заклепкам в направлении действия усилия; трудность контроля.
Достоинства: высокая прочность при вибрационных нагрузках.
Заклепки изготовляются из алюминиевых сплавов, низкоуглеродистых сталей, латуни, меди, титановых сплавов.
Процесс соединения деталей заклепками состоит из следующих основных операций: сверление или пробивание отверстия под заклепку; зенкования или штамповки гнезда под закладную головку заклепки при потайной клепке; установки заклепки в отверстие; собственно клепка; контроль качества соединения.
По степени механизации клепочных работ различают клепку: ручную, механизированную (пневматическими молотками или переносными прессами); машинную (клепка на стационарном прессовом оборудовании); автоматическую, выполняемую на специальных клепочных автоматах.
сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частицами при их нагревании и (или) пластическим деформированием.
Для возникновения межатомных связей необходимо свариваемые поверхности сблизить на расстояние, соизмеримое с атомным радиусом (расстояние между центрами атомов составляет 0,2…0,5 нм), чтобы начали действовать силы межатомного сцепления. В реальных условиях такому сближению поверхностей препятствуют микронеровности, окисные и органические пленки, адсорбированные газы, а также отсутствие необходимой ориентации кристаллических решеток зерен, выходящих на эти поверхности.
Для получения качественного соединения необходимо устранить причины, препятствующие сближению контактируемых поверхностей, и сообщить поверхностным атомам энергию активации для перевода их в активное состояние.
Энергию активации передают в виде теплоты (термическая активация) или в виде упругопластической деформации (механическая активация). В соответствии с этим образование связей между атомами свариваемых поверхностей происходит в жидкой или твердой фазах, а все способы сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием .
Сварка плавлением происходит в две стадии. На первой стадии происходит разогрев кромок до их оплавления. При этом разрушается кристаллическая решетка и образуется жидкая металлическая ванна, общая для двух свариваемых заготовок, называемая сварочной ванной. Поверхностные пленки разрушаются или всплывают на поверхность сварочной ванны. Жидкий металл смачивает оплавленные поверхности, что обеспечивает возникновение межатомных связей между соприкасающимися атомами жидкой и твердой фаз. На второй стадии при охлаждении происходит кристаллизация с образованием межатомных связей.
При сварке давлением сближение поверхностных атомов достигается за счет совместной пластической деформации в зоне соединения. Необходимо кратковременное механическое воздействие на заготовки для их сжатия и сближения атомов до возникновения межатомных сил связи. Очистка поверхности от пленок, а также сближение атомов достигается путем совместной пластической деформации в зоне соединения. Неровности снимаются, поверхностные пленки раздробляются. Заготовки контактируют по чистым поверхностям. Сварка давлением возможна лишь при том условии, что материал способен воспринимать значительные местные пластические деформации без разрушения. Часто для повышения пластичности материала места соединения нагревают.
Как при сварке плавлением, так и при сварке давлением в зоне соединения возникает тот тип связи между атомами, которой имеет место внутри свариваемых материалов. В обоих случаях в зону, где происходит образование соединения, вводится энергия.
В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический.
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.
К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.
К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и другие.
По техническим признакам виды сварки подразделяются по: способу защиты металла в зоне сварки (на воздухе, в вакууме, под флюсом, в защитных газах), непрерывности процесса (непрерывные и прерывистые), по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная и автоматическая).
Сейчас известно более 70 технологических процессов сварки. Одни процессы применяются широко, другие – ограниченно, но сварка в целом является наиболее важным способом получения неразъемных соединений. Она применяется почти во всех областях техники. Сваривают не только металлы, но также стекло, некоторые виды керамики и пластмасс и разнородные материалы. Сварка осуществляется на земле, под водой и в космосе. Современные авиация, строительство, электроника уже просто немыслимы без сварки. В судостроении, например, использование сварки вместо клепки позволило сократить цикл строительства судов в 5…10 раз и на 20…25 % снизить их металлоемкость. В строительстве предварительная подготовка крупных сварных блоков и их последующая сборка и сварка на монтаже в 2…3 раза и более ускоряет сооружение мостов, крупных резервуаров, цементных печей, нефтеперерабатывающих установок, доменных печей. Сейчас практически все строительные металлоконструкции – сварные. Применение сварки позволяет более эффективно использовать прокат, поковки и отливки в конструкциях. Поэтому на изготовление сварных конструкций расходуется около половины выплавляемой стали, в обозримом будущем роль сварки не уменьшится.
Несмотря на успехи в разработке новых способов сварки, доминирующее положение в производстве уже около полувека занимает дуговая сварка. На нее приходится более 60 % всего объема сварочных работ. Пока еще нет другого способа, который по своей универсальности и простоте мог бы конкурировать с дуговой сваркой.
Ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием является одним из самых распространенных способов сварки. Ее широко применяют для соединения заготовок малых и средних толщин (до 30 мм) короткими швами.
Ручную сварку начинают зажиганием дуги путем прикосновения конца электрода к свариваемому изделию и быстрого отвода на расстояние в несколько миллиметров. На дуге возникает напряжение 20...25 В, зависящее от длины дуги и марки электрода.
На рис.10 показана схема ручной дуговой сварки. Электрическая дуга горит между металлическим стержнем электрода 1 и свариваемой заготовкой 7. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл в виде отдельных капель 8 переносится в сварочную ванну 4, образовавшуюся в результате плавления кромок заготовок. Вместе со стержнем плавится электродное покрытие 2, образуя газовую защитную атмосферу 3 вокруг дуги (температура, которой 4000…6000 С) и жидкий шлак, покрывающий поверхность металлической сварочной ванны и капли жидкого металла. По мере движения дуги происходит затвердевание сварочной ванны и образование сварного шва 6. Затвердевший шлак образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 5.
пайка - процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания сопрягаемых поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Проникновение жидкого припоя в зазор между соединяемыми поверхностями происходит за счет капиллярных явлений, для протекания которых необходимы определенные условия. Для обеспечения растекания припоя по поверхности заготовок и хорошего смачивания заготовки нагревают, а также обрабатывают флюсами, которые растворяют и удаляют с поверхности оксиды, уменьшают поверхностное натяжение.
Пайка стала очень быстро развиваться в последнее время в связи с развитием авиа- и ракетостроения, атомной техники, двигателестроения и электроники. По прочности паяное соединение уступает сварному. Однако во многих случаях пайка имеет преимущества перед сваркой. Она экономичнее сварки, не вызывает существенных изменений химического состава и механических свойств деталей. Разработка новых припоев и методов пайки позволила создавать паяные соединения иногда даже более прочные и надежные, чем сварные. Остаточные деформации при пайке меньше, чем при сварке, что обеспечивает большую точность конструкции. С помощью пайки можно соединить разнородные металлы, а также металлы со стеклом, керамикой, графитом и другими неметаллическими материалами, что трудно или невозможно сделать сваркой. Кроме того, при пайке можно за один прием получить много соединений, что очень удобно при изготовлении сложных узлов и при массовом производстве. Все это делает пайку весьма перспективным процессом, область применения которого в последние годы быстро расширяется со все возрастающей скоростью.
Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. За счет изменения химического состава можно получать припои с разной температурой плавления. Все припои по температуре плавления подразделяются на особо легкоплавкие (Тпл. < 145 С), легкоплавкие (Тпл = 145…450 С), среднеплавкие (Тпл = 450…1100 С) и тугоплавкие (Тпл > 1050 С).
Особо легкоплавкие и легкоплавкие припои изготовляют на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. Их применяют для образования соединений, не требующих высокой прочности. Широко известны оловянно-свинцовые припои ПОС - 61, ПОС - 40 с содержанием олова 61 и 40 % соответственно.
Среднеплавкие и высокоплавкие припои содержат медь, цинк, никель, а также благородные металлы – серебро, золото, платину.
Припои изготовляют в виде прутков и проволок, а также отдельными порциями определенной массы и формы, которые укладывают в место соединения.
Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, чугуны. При этом необходимо правильно выбрать соответствующий припой и флюс. Флюс не должен химически взаимодействовать с припоем, температура его плавления должна быть ниже температуры плавления припоя, он должен растворять и удалять окисные пленки, уменьшать поверхностное натяжение, улучшать смачиваемость и растекаемость расплавленного припоя. Применяют твердые, пастообразные и жидкие флюсы. Наибольшее применение в качестве флюсов находят бура
Nа В О, борная кислота Н ВО, хлористый цинк ZпСI , фтористый калий КF.
Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. При пайке в печах заранее собирают соединяемый узел, закладывают в него припой и наносят флюс, а затем помещают в печь. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками.
Пайку погружением выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. На паяемую поверхность наносят флюс, припой размещают между поверхностями заготовок, заготовки скрепляют и погружают в ванну. Соленая ванна предохраняет место пайки от окисления.
Нагрев заготовок можно осуществлять токами высокой частоты, газовым пламенем, плазменной горелкой, кварцевой лампой, паяльником. Припой можно размещать заранее у места пайки или вводить его в процессе пайки вручную.
склеивание – технологический процесс соединения деталей с помощью клея или растворителя, образующих прочную клеевую пленку, выдерживающую внешние нагрузки на деталь.
Прочность клеевого соединения характеризуется силами адгезии и когезии. Адгезия характеризуется силами сцепления между клеем и склеиваемым материалом. Когезия – свойство частиц клея соединяться между собой молекулярными или межатомными силами.
В последние годы разработаны различные клеевые композиции, обеспечивающие высокую прочность, надежность и долговечность клеевых соединений. Современные клеи склеивают практически все однородные и разнородные материалы: металлы, пластмассы, резину, древесину, керамику, композиционные материалы.
Клеями называют коллоидные растворы пленкообразующих полимеров, способных при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам (обладающие адгезией).
По природе происхождения клеи различают:
а) растительные – крахмал, декстрин, натуральный каучук, канифоль;
б) животные – казеиновый, столярный;
в) синтетические;
г) клеи на основе эфиров целлюлозы;
д) клеи на основе конденсационных смол;
е) клеи на основе полимеризационных смол.
По способу поставки клеи разделяют на жидкие, порошкообразные, растворяющиеся перед употреблением, пленочные.
По теплостойкости клеи характеризуются: 60…80 С, 100…130 С, 200…350 С, 700…1200 С.
В состав клея входят пленкообразующие вещества (синтетические смолы и каучуки), растворители (спирт, ацетон, бензин и др.), пластификаторы (каучук), наполнители (окись алюминия, кварцевая мука, графит).
Универсальные клеи БФ-2, БФ-4, БФ-6 – применяются для склеивания металлов, пластмасс, керамики и стекла.
Эпоксидные клеи состоят из эпоксидной смолы, пластификатора и отвердителя. Склеивают металлы с металлами и с пластическими массами.
Клеи бывают холодного и горячего отверждения.
Технологический процесс склеивания включает следующие основные операции: подготовка деталей (сборка); подготовка поверхности; нанесение клея; открытая выдержка; сборка (соединение) деталей; отверждение клея по заданному режиму, включающему подбор давления, температуры и времени отвердения; контроль качества склеивания (простукиванием, вихревыми токами, ультразвуковыми приборами и т. д.)
Подготовка поверхности имеет очень важное значение, от качества ее подготовки зависит прочность соединения. Подготовка поверхности включает следующие процессы: очистку от окислов и загрязнений, обезжирование, создание шероховатости для повышения сил адгезии. В некоторых случаях создают специальные покрытия с наличием шероховатости или пористости: анодирование, цинкование и т. д.
Клей наносится тонким слоем (чем тоньше слой, тем выше прочность соединения), не более 0,1…0,2 мм. Способы нанесения клея: кистью, штапелем, пульверизатором и т.д. Склеенные детали закрепляются в струбцинах или используются зажимы с применением давления 5…300 МПа.
К недостаткам технологии склеивания следует отнести: необходимость подогрева конструкции; недостаточную разработку технологии и зависимость прочности соединения от подготовки поверхности; ненадежность методов контроля качества клеевых соединений, недостаточная стабильность прочности клеевых соединений.
