Процессы и операции формообразования

1. Виды сборочных соединений.

Совокупность действий сборщика по установке и соединению в заданной последовательности отдельных  деталей и узлов для получения  готового изделия или части его  называется сборкой или сборочным  процессом.

Сборка является последним этапом изготовления изделия. Ее трудоемкость составляет 30—70% общей трудоемкости изготовления изделия.

В процессе сборки из отдельных  деталей собирают сборочные единицы. Отдельные сборочные единицы  могут участвовать в создании новых сборочных единиц, которые будут называться сборочными единицами второго или последующего высшего порядка. Например, сборочная единица второго порядка может в свою очередь входить в сборочную единицу третьего порядка и т. д.

Простейшей сборочной  единицей является узел, состоящий из двух или нескольких деталей, соединенных между собой. Чтобы облегчить разработку технологического процесса сборки, принято сложные узлы именовать подгруппами и группами. Количество подгрупп (или групп), используемых при сборке изделия, определяется его сложностью.

Сборочная операция —  часть технологического процесса сборки, выполняемая над одним узлом  или изделием на одном рабочем  месте одним рабочим или группой  производственно связанных между  собой рабочих. Часть сборочной  операции, выполняемая над одним определенным соединением с помощью одного инструмента, называется переходом.

Переход подразделяется на приемы и движения. Отдельное  действие рабочего в процессе сборки узла или изделия называется приемом, а отдельная неделимая часть  приема называется движением. Приемы и движения технологической документацией не регламентируются, а выполняются каждым рабочим по-своему, в зависимости от опыта и квалификации.

Все возможные виды соединений могут быть разделены на неподвижные  и подвижные. Неподвижные соединения обеспечивают постоянство взаимного расположения соединяемых элементов конструкции, подвижные- перемещение одного элемента конструкции по отношению к другому в заданных пределах. Эти две группы соединений, в свою очередь, разделяются на разъемные и неразъемные. Неразъемные соединения не рассчитаны на разборку частей конструкции и не могут быть разобраны без разрушения хотя бы одной из соединенных деталей. Разъемные соединения могут быть разобраны без разрушения соединенных деталей.

Таким образом, все соединения, применяемые в сборке, можно разделить на следующие группы: неподвижные неразъемные; неподвижные разъемные; подвижные разъемные; подвижные неразъемные.

Неподвижные неразъемные  соединения выполняют сваркой, пайкой, клепкой, посадками в натяг, склеиванием, заливкой металлом, запрессовкой пластмассой.

Неподвижные разъемные  соединения выполняют винтами, болтами, шпильками, штифтами, шплинтами и  прессовыми посадками.

Подвижные разъемные  и неразъемные соединения обеспечивают посадками по цилиндрическим, коническим, сферическим, винтовым и плоским поверхностям и др.

Требования, предъявляемые  к сборочным соединениям, в основном определяются их функциональным назначением  и условиями эксплуатации.

Неразъемные соединения.

Неразъемным называют такое  соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей. Часто неразъемные соединения используют для получения деталей сложной формы и геометрии из простых дешевых элементов. К неразъемным относят сварные, паяные, заклепочные, клеевые и формовочные соединения.

Сварка.

Технологический процесс  образования неразъемного соединения деталей их плавлением или совместной деформацией называют сваркой. В  результате сварки возникают прочные  связи между атомами (молекулами) сваренных материалов, что обеспечивает высокую механическую прочность соединения. При сварке металл в месте соединения нагревают до эластичного или расплавленного состояния.

Различают термическую, термомеханическую и механическую сварки. Наиболее распространенными  видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термические); контактная и термокомпрессионная (термомеханические); трением, холодная и ультразвуковая (механические).

Контактная сварка разделяется  на шовную и точечную. В первом случае осуществляют сварку соединяемых поверхностей по линии, а во втором — отдельными сварными точками (точечная сварка листовых материалов небольшой толщины). Свариваемые листы вводят в промежуток между двумя медными электродами. При сжатии их в месте контакта с деталями выделяется наибольшее количество теплоты. Центральная часть точки контакта доводится до расплавления, образуя литое ядро. Давление, приложенное к электродам, уплотняет металл ядра и способствует получению прочного соединения (сварной точки).

Этим методом можно  сваривать листовые детали из конструкционных сталей, цветных металлов и их сплавов с широким диапазоном их толщины - от 3-5 мм до нескольких микрон.

При точечной сварке хорошие  результаты получаются при соединении двух деталей одинаковой толщины. Допускается сварка трех деталей.

Для крупногабаритных конструкций  из алюминиевых сплавов и нержавеющей  стали применяют аргонодуговую  сварку, а для изделий из малоуглеродистых сталей-электродуговую, которая является наиболее универсальной. Ее особенность состоит в том, что в процессе сплавления соединяемых элементов конструкции сильно прогреваются соседние части деталей и в месте соединения образуется заметный шов.

Электродуговой сваркой  успешно пользуются для соединения корпусов, кронштейнов, каркасов, рам  из конструкционных сталей всех марок, а также при создании миниатюрных сварных узлов в приборостроении (толщина соединяемых деталей может быть от 0,1 до нескольких миллиметров) и выполнении электромонтажных работ. Электродуговой сваркой можно соединять детали из следующих сочетаний металлов: медь + медь; медь + никель; ковар + железо; медь + малоуглеродистая сталь; ковар + ковар; алюминий + алюминий и т. п.

Сварной шов при электродуговой сварке получается плотным и газонепроницаемым. Поскольку оксидную пленку при дуговой сварке электродами удаляют флюсом, после сварки шов тщательно промывают от шлака во избежание коррозии.

Для дуговой сварки с  газовой защитой используют различные  газы и газовые смеси, создающие  инертную (аргонодуговая сварка), восстановительную или окислительную атмосферу. В производстве стальных конструкций наибольшее распространение получил метод механизированной сварки в среде углекислого газа, имеющий следующие преимущества: высокую производительность, низкую стоимость газовой защиты, простоту оборудования, возможность визуального наблюдения за формированием сварного шва при механизации процесса сварки коротких швов. Это особенно ценно для изделий радиоэлектронной и приборной промышленности.

Основными параметрами  сварки в среде углекислого газа являются: сила тока, напряжение дуги, скорость сварки, расход углекислого газа, диаметр присадочной проволоки, скорость подачи проволоки.

При сварке углекислый газ  необходимо пропускать через осушитель  и подогревать электрическим  нагревателем, так как влажность газа может стать причиной разбрызгивания металла и появления пор в сварных швах.

Для сварных соединений из тонколистовых сталей и соединений тонкостенных деталей из легких сплавов  применяют газовую сварку, основным преимуществом которой является исключение прожогов металла в момент сварки. В кислородно-газовых смесях используется ацетилен, природный газ, пропан-бутан, распыленный керосин или бензин. Осуществляемая кранами на горелке регулировка относительного расхода кислорода и горючего газа определяет структуру пламени. В нормальном пламени (отношение объемов кислорода к ацетилену 1,2:1) имеются три зоны — яркое ядро, средняя (восстановительная) зона и факел. В окислительном пламени ядро уменьшается и факел голубеет. При избытке горючего ядро увеличивается, пламя становится красным.

Структуру пламени выбирают с учетом свойств свариваемого металла, а режимы сварки —в зависимости  от толщины свариваемых деталей; диаметр сварочной проволоки  должен быть равным толщине металла.

Флюсы при газовой  сварке наносят на разогретую присадочную проволоку, к которой они прилипают при соприкосновении. В качестве флюсов используют буру, борную кислоту и их смеси с некоторыми добавками (например, хлоридами). При газовой сварке на сварном шве образуется тонкий слой шлака, который легко удаляется при постукивании и открывает сварной шов.

Электронно-лучевую (лазерную) сварку производят потоком электронов (частиц света) большой энергии. Этим способом обычно сваривают тугоплавкие  и сильно окисляющиеся металлы и  сплавы. Сварку производят в вакууме или в атмосфере аргона.

Холодная сварка, обеспечивающая соединение пластических металлов давлением, производится при комнатной температуре. Холодная сварка осуществляется благодаря  пластической деформации соединяемых  деталей в месте сварки, которая устраняет оксидную пленку и приводит к образованию металлической связи между атомами на чистых поверхностях деталей. Основным условием качественной сварки является отсутствие на контактирующих поверхностях жировых пленок и грязи, а основным параметром — необходимая деформация металла, которая снижается с уменьшением толщины деталей. Место соединения при сварке получается чистым и не требует дальнейшей механической обработки. Этот метод применяют для соединений деталей из достаточно пластичных металлов и их сплавов: алюминия, дюралюминия, сплавов меди, никеля, золота, серебра, ковара, цинка. Оборудованием для холодной сварки служат гидравлические, рычажные и эксцентриковые прессы.

При стыковой сварке соединяемые детали сжимают и в зоне контакта при прохождении электрического тока выделяется большое количество теплоты. Стыковой сваркой соединяют детали различных форм и сечений (круг, квадрат, труба, уголок и т.д.).

Термокомпрессионная сварка - это сварка под давлением с  местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода. Применяется для присоединения металлических проводников толщиной в десятки микрон к полупроводниковым кристаллам, к напыленным пленкам, т.е. при монтаже элементов микросхем.

При сварке трением нагрев в месте соединения осуществляется за счет теплоты, выделяемой в месте контакта прижатых друг к другу и вращающихся по отношению друг к другу деталей.

Ультразвуковая сварка основана на создании в месте соединения деталей переменных напряжений сдвига с частотой ультразвуковых генераторов, преобразующих колебания электрических величин в механические колебания. Ультразвуковая сварка позволяет сваривать металлы с различными, в том числе неметаллическими покрытиями, пластмассы.

В зависимости от выбранного вида сварки и требований, предъявляемых к соединению, применяют различные виды соединений. В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие виды сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые. Форму кромок и размеры поперечного сечения стыковых швов определяют в зависимости от толщины свариваемых деталей и способа сварки. Угловые швы в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника. В зависимости от расположения по отношению к направлению нагрузки сварные швы делят на лобовые - шов перпендикулярен направлению нагрузки, фланговые - шов параллелен направлению нагрузки, косые и комбинированные.

Достоинствами сварных  соединений являются высокая производительность, равнопрочность, герметичность, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм.

Недостатки сварных  соединений: появление остаточных напряжений в местах сварки за счет локального нагрева, что может привести к  деформации свариваемых деталей; недостаточная  вибрационная и ударная прочность; необходимость проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений; сложность контроля дефектов и качества соединения.

Сварные соединения обозначают прямой линией, оканчивающейся стрелкой, направленной к сварному шву. Линия  соединена с полкой, над которой указывают параметры сварного шва. Если лицевая сторона сварного шва не видна, обозначение параметров помещают под полкой. Свойства сварного соединения определяются свойствами материалов или их сочетаний, включая покрытия соединяемых деталей; видом и технологическими параметрами сварки; формой и размерами шва.

Свойство материалов образовывать сварные соединения, отвечающие требованиям конструкции и условиям эксплуатации, оценивается свариваемостью. Из материалов и их сплавов свариваются хорошо, без применения особых методов малоуглеродистые конструкционные и низколегированные стали (Ст0…Ст3, 08…25, 15Х, 15Г и др.), алюминий и его сплавы (Д1, Д16, АМц, АМг3, АЛ2, АЛ4), медь и ее сплавы (М3, ЛС59-1, Л63, БрАЖ9-4, БрОФ10-1, БрОЦ4-3 и др.); свариваются ограниченно только специальными методами или при определенных режимах сварки среднеуглеродистые стали (30 … 45, 30Г, 30ХГС и др.); свариваются плохо высокоуглеродистые и высоколегированные стали 65Г, У8, У10, чугуны.

Из неметаллических  материалов сварке подвергаются только термопластические пластмассы (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.), при этом кромки деталей разогреваются до пластического вязкотекучего состояния, а затем подвергаются сжатию. В качестве присадочного материала применяют пруток из той же пластмассы, что и свариваемые детали. Известны следующие способы сварки пластмасс: ультразвуком, токами высокой частоты, трением, газовыми теплоносителями и нагретыми инструментами.

Контроль качества сварных  соединений с целью выявления трещин, подрезов, прожогов, несоответствия размеров и формы шва, незаплавленных кратеров шва, поверхностной пористости осуществляют внешним осмотром, при котором пользуются лупой, шаблонами, щупами, эталонами сварных швов. При точечной сварке внешним осмотром могут быть обнаружены выплески металла, прожоги, вмятины от электродов, следы меди на поверхности шва, трещины, несоответствие диаметра сварной точки требованиям чертежа. С целью выявления внутренних дефектов сварных соединений применяют рентгеноконтроль, который позволяет выявить раковины, неметаллические включения, трещины и др.