Разработка технологии и оборудования точечной сварки двери автомобиля

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) Бюджетного образовательного учреждения  высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Специальность – оборудование и технология сварочного производства

Кафедра – сварочного производства

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Теория и оборудование сварки давлением»

Разработка технологии и оборудования точечной сварки двери автомобиля

 

 

Выполнил:

Студент гр. 10690                                           _____________                                   А.В. Короп

                                                                                   подпись                                        И.О.Фамилия

 

 

Руководитель:

Старший преподаватель                             _____________                               Д.П. Ильященко

должность, уч. степень, звание                                     подпись                                             И.О.Фамилия

 

 

___________

дата

 

 

Юрга 2014 
Задание

 

Рассчитать параметры режима точечной контактной сварки изделия из двух листов стали 09Г2С толщиной 1,2 мм. Спроектировать сборочно - сварочное приспособление. Изделие представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Дверь автомобиля.

 

Реферат

 

Курсовая работа состоит из 22 страниц, 5 рисунков, 4 таблиц, 6 источников, 6 приложений, 2 листа графического материала.

Ключевые слова: контактная сварка, режим сварки, сила сварочного тока, машина для точечной сварки, производительность, приспособление сборочно - сварочное.

Объектом исследования является изготовление двери автомобиля из стали 09Г2С толщиной 1,2 мм при помощи точечной сварки.

Цель работы - разработка технологии и проектирование оснастки для изготовления автомобильной двери.

В процессе работы рассчитаны режимы сварки, подобрано сварочное оборудование и спроектировано сборочно - сварочное.

В результате проведенной работы разработать технологический процесс, приведенный в приложении.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2007 и COMPAS V12 - 3D и  представлен на диске (в конверте в конце к.р.).

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...5

1. Оценка технологичности разрабатываемой конструкции.…………………..7

2. Расчет режимов сварки и выбор  оборудования………………………………8

2.1. Расчет режимов точечной сварки……….…………………………..………8

2.2 Выбор сварочного оборудования………………………………………..….12

3 Проектирование технологической  оснастки…………………………..……..15

3.1 Общие требования, предъявляемые  к приспособлениям……....................15

3.2 Описание сборочно  – сварочного приспособления………………………16

4. Проектирование  технологического процесса……………………………….17

5. Определение норм и годовой  производительности………………….……..19

5.1. Расчет  норм времени……………………………………………………….19

5.2. Определение  производительности машины…………………...……..…...20

Заключение…………………………………………………………………….....21

Источники………………………………………………………………………..22

 

Введение

 

Контактная сварка - термомеханический процесс образования неразъемного соединения металлов вследствие сцепления их атомов, при котором локальный нагрев свариваемых деталей протекающим электрическим током в зоне соединения сопровождается пластической деформацией, развивающейся под действием сжимающего усилия.

Точечная сварка - способ соединения с расплавлением током сжатого участка между деталями и образованием ядра с перемешанным и закристаллизовавшимся металлом. [1]

Режим сварки данного соединения (марка металла, сочетание толщин и форма деталей) определяется совокупностью параметров, из которых основными являются, величина IСВ и длительность tСВ сварочного тока, усилие электродов FCB и форма (размеры) рабочей поверхности электродов RЭД, dЭЛ.

Достоинства контактной сварки:

• высокая производительность;
• возможность уменьшения остаточных деформаций;
• не требует применения присадочных материалов и флюсов;
• отсутствует необходимость в специальных вентиляционных устройствах;
• высокий уровень механизации и автоматизации.

К недостаткам данного вида сварки относится:

• необходимость специального подвода охлаждающей жидкости и сжатого воздуха;
• ограниченная мобильность сварочной машины и т. п.

Для процессов точечной сварки характерно весьма малое время сварки при больших сварочных токах и усилиях, обеспечивающих локальное оплавление металла. Необходимым условием формирования соединения является образование зоны расплавления заданных размеров, что обеспечивает важнейшие эксплуатационные свойства, прочность и герметичность соединения. Размеры ядра и шва регламентирует ГОСТ 15878-59 (Контактная сварка. Соединения сварные. Конструктивные элементы и размеры).

Высокое качество сварных соединений обеспечивается совокупностью всех конструктивных и технологических решений, начиная от эскизного проектирования деталей и кончая контролем технологического процесса. Образование сварного соединения состоит из трех этапов. Первый этап начинается с момента сжатия деталей силой Fсв, что вызывает пластическую деформацию микрорельефа в контактах электрод - деталь и деталь - деталь. Последующее включение тока I и нагрев металла облегчают процессы выравнивания микрорельефа, разрушение поверхностей пленок и формирование электрического контакта.

Второй этап характеризуется расплавлением металла и образованием ядра. По мере прохождения тока ядро растет до максимальных размеров - по высоте и диаметру. При этом происходит перемешивание металла, удаление поверхностных пленок и образование металлических связей в жидкой фазе. Ядро возникает в зоне, где достигается наибольшая плотность тока и в меньшей мере влияет теплообмен с электродами. С появлением расплавленного ядра появляется опасность разбрызгивания, вследствие теплопроводности нагревается шовная зона, изменяется выходная структура металла, наблюдается массоперенос в контакте электрод - деталь (сопутствующие процессы).

Третий этап начинается после выключения сварочного тока - происходит интенсивная кристаллизация ядра, которая оканчивает создание неразъемного соединения деталей в месте соприкосновения.

 

1. Оценка технологичности разрабатываемой конструкции

 

Главной характеристикой изготовляемого изделия является его технологичность. Технологичность - совокупность свойств изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Сварное изделие изготовлено из стали 09Г2С - это низкоуглеродистая качественная конструкционная сталь (по ГОСТ 1050 - 80). Химический состав стали 09Г2С представлен в таблице 1.

Таблица 1. – Химический состав стали 09Г2С по ГОСТ 1050 - 80. [2]

C	Si	N	Ni	As	Mn	S	P	Cr	Cu
0,05 - 0,12	0,17 - 0,37	0,25	-	0,08	0,35 - 0,65	0,04	до 0,035	0,1	0,25

Углеродистые стали имеют среднее удельное электросопротивление, малую склонность к горячим трещинам. Вообще, по сравнению с металлами других групп углеродистые стали обладают хорошей свариваемостью, как на мягких, так и на жестких режимах, образуя соединения с развитой литой зоной. На основе этого выбираем циклограмму процесса сварки, представленную на рисунке 2. [1]. Масса сборочного изделия определяется как сумма масс отдельных деталей:

М = V · γ,                                                  (1.1)

где V - объем, γ - плотность стали 09Г2С, γ = 7800 кг/м3.

М = 0,0027558 ∙ 7800 = 21,5 кг.

Так как поверхности свариваемых деталей имеют ровную поверхность и на них не наносятся герметик или клей, то предварительное обжатие не требуется.

Рисунок 2. - Циклограмма режима сварки

Типовой технологический процесс производства состоит из ряда основных операций: изготовление деталей; подготовка свариваемой поверхности; сборка; прихватка; сварка; правка и механическая обработка; антикоррозионная защита, контроль. [1] Изготавливаемое изделие состоит из двух рельефных листов 1 и 2. Сварку швов производим на стационарной точечной машине.

 

2. Расчет режимов сварки и выбор оборудования

2.1. Расчет режимов точечной сварки

 

В данном курсовом проекте рассчитываются параметры точечной сварки деталей толщиной S1 =1,2 мм и S2 = 1,2 мм из сталей 09Г2С. Конструктивные элементы соединений представлены на рисунке 3. Расчет параметров режима точечной сварки [3]: Диаметр электрода определяется по формуле:

dЭ = 2·δ+0,003 = 2 · 0,0012 + 0,003 = 0,0054 м.                       (2.1)

На основе предыдущего расчета примем стандартное значение электрода, dЭ =0,005 м. Время сварки рассчитывается по формуле (выбираем жесткий режим):

tСВ = (150…300)·δ = (150…300)·0,0012 = 0,36 с.                   (2.2)

Рассчитаем сварочное усилие:

FСВ = (1000…2500)·δ = (1000…2500)·0,0012 = 2,4 кН.         (2.3)

Сравнив полученное значение с экспериментальным принимаем FСВ = 3 кН.

Рисунок 3. Конструктивные элементы соединений при точечной сварке: D – диаметр ядра; tш – шаг между точками – расстояние между центрами точек;

U – величина нахлестки.

Для сварки низколегированной стали выбираем плоскую рабочую поверхность электрода [1].

Рассчитаем величину сварочного тока:

,                                                   (2.4)

где Q – общее количество теплоты, выделенное при точечной сварке, равное:

Q = Q1+Q2+Q3,                                                        (2.5)

где Q1 – теплота, расходуемая на нагрев столбика металла диаметром dЭ, зажатого между электродами:

,                                            (2.6)

где с1 – средняя удельная теплоемкость свариваемого металла в диапазоне температур от 0 до ТПЛ, с1 = 710 Дж/кг·градус [2];

γ – плотность металла для стали 09Г2С, γ = 7800 кг/м3 [3];

- температура нагрева свариваемого  металла, определяется по формуле

,                                               (2.7)

где, ТПЛ – температура плавления для стали 09Г2С, ТПЛ = 1530 ºС [3]:

,

Q1 = (π·(0,005)2)/4·2·0.0012·710·7800·1730 = 526 Дж.,

где Q2 – теплота, расходуемая на нагрев деталей вне центрального столбика:

,                     (2.8)

где, k1 – коэффициент, учитывающий неравномерный нагрев кольца металла окружающего центральный столбик [3], k1 = 0,8;

с2 – средняя удельная теплоемкость свариваемого металла при 20 ºС;

с2 = 452 Дж/кг·ºС;

x1 – ширина нагретого кольца равная:

,                                                       (2.9)

где а1 – коэффициент температуропроводности свариваемого металла при 20 °С для стали 09Г2С, а1 =16·10-6 м2/с,

x1 = 4 · = 9,6·10-3 м;

Q2 = 0,8·π·9,6·10-3 · (5,4·10-3+ 9,6·10-3)·2·0.0012·452·7800·432,5 = 2068 Дж.,

Теплота, идущая на нагрев электрода:

,                                (2.10)

где, k2 – коэффициент учитывающий форму электрода, k2 = 1;

x2 – глубина интенсивного прогрева электродов, равная:

,     (2.11)

где аЭ - коэффициент температуропроводимости материала электрода при 200С для меди [1], аЭ = 24,3·10-6 м2/с,

x2 = 4·(24·10-6 ·0,36) 0.5 = 11,8·10-3;

сЭ – удельная теплоемкость материала электрода при 200 С для меди [3],

сЭ = 420 Дж/кг·градус

γЭ – плотность материала электрода из меди, γ = 8230 кг/м3[3];

Q3 = 2·1·(π·(0,005)2)/4·11,8·10-3·8230·420·216,25 = 402,8 Дж.,

QЭЭ = 526 + 2068 + 403 = 2997 Дж.;

Rдкон – суммарное сопротивление деталей в конце нагрева:

,                                                   (2.12)

где, А – коэффициент учитывающий прохождение тока через значительно большее сечение, чем условно выбранный центральный столбик металла [3],

А = 0,9 [3,граф. 3];

ρt – удельное электрическое сопротивление для стали 09Г2С при 0,8 ТПЛ определяется по графику [3],

ρt = 1,4·10-6 мкОм·м

Rдкон = 2 · 0,9 · 1,4 · 10-6 · = 132 · 10-6 Ом;

m – коэффициент  учитывающий изменение сопротивления  деталей в процессе сварки  принимаем для стали 09Г2С m = 1,25 [3];

IСВ = = 7,1 кА.

Минимальная величина нахлестки U определяется в зависимости от толщины свариваемого металла, мм. [3];

U = δ2 + 8 = 1,22 + 8 = 9,44 мм                                     (2.13)

Примем U = 10 мм

Минимальный шаг точки определяется в зависимости от толщины свариваемого металла, мм. [3];

tш = 14 + δ2 = 14 + 1,22 = 15,44 мм.                                (2.14)

Сравнивая с ГОСТом и учитывая конструктивные особенности изделия принимаем стандартное значение tш = 20 мм.