Материал: Проектирование технологии сборки и испытаний изделий. Сай В.А., Кириллов О.Н

5.2. Сборка неразъёмных соединений

К неразъёмным соединениям относят соединения, выполняемые с гарантированным натягом, развальцовкой и отбортовкой, клёпкой, сваркой, пайкой, склеиванием.

5.2.1. Соединения с гарантированным натягом

Прочность и относительная неподвижность неразъёмных соединений деталей с натягом обеспечивается силами трения, которые зависят от давления, определяемого натягом (δ) .Сборка соединения с натягом может осуществляться под действием осевой силы, создаваемой прессом или с термовоздействием – с нагревом охватывающей или охлаждающей охватываемой детали. Применяют также гидропрессовую сборку, при которой деформация деталей соединения достигается подачей масла под высоким давлением через специальные канавки при одновременном действии осевой силы.

При сборке с натягом необходимо центрирование деталей. В процессе сборки к одной из двух деталей прикладывается осевая сила в H, которая растёт от 0 до некоторого максимального значения:

,

где ƒ_з – коэффициент трения при запрессовке;

- номинальный диаметр соединения;

- длина запрессовки, мм;

- давление на поверхности, МПа.

где - расчётное натяжение, мк.

и - модули упругости;

и - безразмерные коэффициенты.

Рис. 5.9

Вследствие натяга (рис. 5.9) на поверхности контакта возникает давление p, которое определяет характер деформации деталей. Эти деформации для обеих деталей могут быть упругими, либо упругими для одной и упругопластической для другой.

Обычно натяг определяет по номинальным размерам охватываемой и охватывающей деталей. Однако сминание микронеровностей во время запрессовки вызывают уменьшение натяга и ослабление посадки. Поэтому расчётный натяг ( ), определяют с учётом высоты микронеровностей Rz и Ra.

Под прочностью соединения с натягом понимают способность сопротивляться осевому сдвигу и повороту втулки относительно вала, когда они находятся под действием осевой нагрузки, вращающего и изгибающего момент, передаваемый соединением вращающего момента.

Прочность соединения и сила запрессовки зависит от скорости запрессовки и угла заходной фаски детали (наибольшая прочность достигается при V ≤ 3 мм/c). Давление p на поверхности контакта в собранном соединении можно контролировать ультразвуковым методом. Метод основан на том, что при увеличении давления (p) количество проходимой через соединение ультразвуковой энергии возрастают, а отражённая её часть уменьшается. Отражённые ультразвуковые колебания преобразуются в электрические сигналы, которые изображаются на экране.

5.2.2. Сборка с термовоздействием

Сборку с термовоздействием производят путём нагрева охватывающей или охлаждение охватываемой детали. Сборка с термическим воздействием повышает прочность соединения в 1,5 раз по сравнению со сборной механической запрессовкой. В этом случае микронеровности не сглаживаются, а заходят друг в друга, что повышает коэффициент трения и прочность сцепления.

Сборку с термовоздействием применяют для сборки тонкостенных деталей, бандажей колес, зубчатых венцов, диски турбин с валами и другие ответственные соединения.

Сборку с термическим воздействием проводят с общим и местным нагревом. Первой применяют для деталей небольших и средних размеров. Нагрев осуществляет в масляных (t_нагр.=180⁰C) или водяных ваннах, индукционными устройствами или газовым пламенем. Для крупных деталей применяют местный нагрев примыкающего к посадочному отверстию материала (газовым пламенем или электрическим нагревателем). Нагрев крупногабаритных деталей затруднён. Поэтому чаще применяют охлаждение охватываемой детали. Причём время охлаждения охватываемой детали (особенно тонкостенных) меньше времени нагрева охватывающей. Охлаждение осуществляется в жидком азоте (-198^oC) или в ванне денатурированного спирта вместе с сухим льдом (-78,5^oС). При автоматической сборке детали пропускают через конвейерную холодильную установку.

При запрессовке и сборке с тепловым воздействием применяют специальное приспособление для правильной установке сопрягаемых деталей, а на их поверхностях предусматривают направляющие фаски или цилиндрические пояски.

При сборке деталей с термовоздействием прочность соединения повышают применением покрытий посадочных поверхностей. Так, прочность может быть повышена в 2,5 – 3 раза при использовании гальванических покрытий (цинк-медь, кадмий-медь), нанесённых на сопрягаемые поверхности. Сборку соединений с нагревом осуществляется с нагревом охватывающей детали до t = 320 -350^oС, при котором сохраняются механические свойства материала.

Для нагрева различных деталей используют электрические печи сопротивление и универсальные индукционные нагреватели. В серийном и массовом производстве применяют специальные индукционные нагреватели, которые обеспечивают высшую скорость нагрева (V_наг>2-5^oС/c).

При сборке с тепловым воздействием необходимо знать температуру и время нагрева или охлаждения сопрягаемых деталей, а также наибольший натяг для данного соединения и гарантированный зазор, обеспечивающий свободную посадку при сборке (рекомендуется брать равным минимальному зазору посадки H7/д6).

5.2.3. Соединения, выполняемые развальцовкой

и отбортовкой

Развальцовка и отбортовка основаны на пластическом деформировании одной из сопрягаемых деталей, поэтому свойства материала имеют большое значение для получения качественного соединения. Развальцовкой и отбортовкой получают плотные и герметичные соединения, передающие осевую нагрузку и крутящий момент.

Рис. 5.10

Вальцовочные соединения выполняемой с помощью соединительного элемента (цапфы), форма которого позволяет обкатывать или раскатывать его вокруг оси вальцовкой. Вальцовочное соединение имеет много видов (рис. 5.10 а, б, в). Каждое вальцовочное соединение (рис. 5.11) до сборки характеризуется геометрическими параметрами цапфы: внешний диаметр D, d, толщина стены b, длинной цапфы L, длинной высоты цапфы l для формообразующей замыкающую головку, диаметром и формой отверстий пакета.

Вальцовочные соединения применяют: когда нагрев соединительных деталей невозможен; при сборке деталей из разрозненных материалов, сварка и пайка которых затруднительны; в конструкциях труб, работающих под действием вибрационных и ударных нагрузок, внутренних или внешних давле-

Рис. 5.11

ний и тепловых расширений.

При вальцевании распределение материала цапф регулируется изменением скорости осевого перемещения инструмента, частотой его вращения вокруг своей оси.

Применяется развальцовка, обжатие, отбортовка с помощью магнитно-импульсных устройств, взрывом. Для получения вальцовочных соединений применяют ручные, механические, пневматические, пневмогидравлические, гидравлические прессы прямого действия и специальные установки.

5.2.4. Сварные соединения

В зависимости от технических требований, предъявляемых к сварочным узлам, различают следующие схемы технологических процессов сборки сваркой

1 – заготовка элементов узла с их окончательной механической обработкой – сборка узла – сварка – правка узла;

2 – заготовка элементов узла с частичной (предварительной) механической обработкой – сборка узла – сварка - термическая обработка (при необходимости) – окончательная механическая обработка;

3 – заготовка элементов узла – сборка узла – сварка - механическая обработка.

В последней схеме механическая обработка может выполняться также на первом этапе в виде подготовки под сварку. Сборочные работы перед сваркой предусматривают правильное положение соединительных деталей и их временное скрепление. Это хорошо делается в специальных приспособлениях.

Технологические особенности сварки обеспечивают возможность ведения этого процесса (сварки) на поточных линиях механической обработки и сборки.

Прочность соединений, получаемых сваркой обычно ниже крепёжных, они значительно трудоёмки, но более технологичны. Сварку можно осуществлять дуговой, плазмой, электрическим сопротивлением, трением, токами радиочастоты, взрывом, применением больших пластичных деформаций, ультразвуком, лазером.

Применение новейших достижений науки и техники в области сварки позволяет решать вопросы, связанные с созданием неразъёмных соединений, практически всех применяемых в конструкциях машин, металлов и сплавов.

Наиболее распространенными в машиностроении способами сварки являются: контактная – точечная и шовная; дуговая – полуавтоматическая под слоем флюса, в среде защитных газов; электрошлаковая; ультразвуковая. В ряде производств осваивается новые виды сварки: электронным лучом; плазменно-квантовая; диффузионная.

В связи с широким применением в конструкциях машин пластических масс (полиэтилена, винипласта, полихлорвинила, органические стекла и т.д.) возникает необходимость сварки деталей из этих материалов. Используются тепловые виды сварки и сварку с нагревом ТВЧ.

Важными направлениями развития технологии сварки , выполняемой при сборке машин и механизмов являются:

- механизация и автоматизация процесса на основе широкого внедрения сборочно-сварочных установок, механизированных стендов, и приспособлений, шаблонов и кондукторов, кантователей;

- внедрение в производство приборов и устройств для автоматического контроля и одновремённой записи параметров процесса сварки;

- контроль сварочных соединений рентгено- телевизионным методом с применением интроскопии;

- внедрение импульсно-дуговой сварки в защитных газах с программами изменения процесса и др.

6. Автоматизация сборочных работ

6.1. Особенности автоматизации сборки

На сборочные работы в общей трудоёмкости изготовления машин и длительность общего цикла сборки делают особенно актуальной проблему автоматизации сборочных работ. Значение этой проблемы определяется не только решением задач повышения качества, экономичности её производства и повышение производства труда, но связано также с решением важной социальной задачи – уменьшения, а затем ликвидация утомительного физического ручного труда, достигающего в сборочных процессах 60-80%.

Опыт показывает, что при автоматизации сборки мелких и средних изделий стоимость сборки снижена на 55 – 65%. Автоматизация сборки экономически оправдывается, если затраты на её организацию окупаются за счёт заработной платы, высвобождаемых рабочих в течении 1,5 года. Автоматизация сборочных работ в отечественной промышленности получила сравнительное небольшое распространение. Это объясняется рядом специфических трудностей, важнейшими из которых являются:

1. Основная часть продукции машиностроения (75-80%) от общего выпуска, производится в условиях серийного и мелкосерийного производства. А опыт автоматизации сборочных работ показывает, что она купается только при достаточно большой программе выпуска.

2. В обычных условиях серийного машиностроения для обеспечения экономической эффективности автоматизации серии – должны создаваться дешевые, гибкие, быстропереналаживаемые сборочные автоматы, собираемые из унифицированных и типичных узлов и деталей. Конструкции таких автоматов созданы, однако их серийное производство не налажено в необходимом объёме.

3. Большинство сборочных операций по своему характеру и технологической сущности проще многих операций механической обработки. Однако, при автоматизации сборочных процессов часто возникает трудность, которые прежде всего связаны с подачей деталей (узлов), их точным направлением, ориентированием и фиксацией. Необходимость автоматического выполнения этого комплекса вспомогательного движения в условиях стеснённого рабочего пространства является причиной усложнения схем и конструкций сборочных автоматов и снижение их надёжности.

4. Конструкция изделий, собирающихся методами ручной сборки, во многих случаях оказывается непригодной для организации автоматической сборки. Возможность автоматизации сборки должно учитываться, начиная с первой стадии проектирования машин или механизмов. Например, так как экономическая эффективность автоматизации сборочных работ трудно обеспечить при малом числе сборочных позиций, желательно при конструировании создавать сборочные единицы (изделия или узлы) с числом деталей в пределах 4 -12.

5. При организации автоматической сборки изделия выпускающегося методами ручной сборки, требуется существенная переработка его конструкции в соответствии со специфическим требованиями технологичности, связанными с автоматизацией сборочных работ, а именно:

- базовая деталь должна быть устойчивой, с низко расположенным центром тяжести;

- необходимо уменьшить количество направлений, в ко-

торых устанавливаются детали при сборке узла (деталь должна устанавливаться в одном направлении);

- нужно создавать на деталях искусственные технологические базы, позволяющие облегчить их ориентирование и соединение, если с этой целью не могут быть использованы конструкторские базы;

- желательно объединить конструкции нескольких деталей в одну более сложную, что позволяет уменьшить количество сборочных операций, предварительно собираемых деталей симметричной и простой формы (это упрощает загруженность, ориентирует и фиксирует устройства сборочных автоматов, взаимозаменяемость и т.д.).

При автоматической сборке наибольшее применение находит метод полной взаимозаменяемости (для короткозвенных размерах цепей). Этот метод обеспечивает наиболее простую конструкцию сборочного оборудования с высокой производительностью и надёжностью его работы.