Технологичность сварных конструкций и ее отработка

Технологичность сварных конструкций и ее отработка

Технические преимущества сварных конструкций по сравнению с конструкциями, изготовленными с использованием других методов получения неразъемных соединений, обеспечили им широкое распространение в различных отраслях машиностроения. Однако они обладают и рядом отрицательных особенностей, которые необходимо учитывать как при проектировании, так и при производстве. Надо отметить существенное воздействие технологии обработки на исходные свойства материала, наличие в них напряженного состояния и деформации, связанных со сваркой, неоднородность свойств материала в зоне сварных соединении и др. Эти особенности оказывают существенное влияние на характер распределения напряжений в сварных конструкциях в зависимости от прикладываемых нагружений и сопротивляемость их эксплуатационным воздействиям, в конечном счете влияя на надежность и долговечность изделии.

В настоящее время при конструировании изделий все больше внимания уделяют вопросам технологичности. Начиная со стадии эскизного проектирования и изготовления опытных образцов, изделия подвергают тщательной технологической отработке. При решении вопроса о серийном изготовлении новой конструкции учитывается заключение о ее технологичности, т. е. насколько она позволяет применять наиболее прогрессивные формы и способы производства. Технологическая отработка конструкций в процессе их проектирования дает возможность не только своевременно решить вопросы повышения технологичности, она позволяет также заблаговременно определить те требования, которые новое изделие предъявляет к серийному производству.

Прогрессивность сварных конструкций характеризуется возможностью уменьшения их металлоемкости при обеспечении требуемых эксплуатационных качеств, более полным использованием свойств материалов. В связи с этим в теории и практике отечественного проектирования сварных металлоконструкций логически объединяются два направления: поиск путей проектирования конструкций с минимальной массой и меньшей металлоемкостью, внедрение и использование наиболее прогрессивных технологических процессов. Эти две главные линии во многом определяют развитие сварочного производства. Создание наиболее экономичных сварных конструкций требует комплексного конструктивно-технологического проектирования, при котором вопросы конструкторского плана решаются одновременно с вопросами технологии и трудоемкости, а обеспечение высокой работоспособности конструкций достигается конструктивными и технологическими мерами. Проектирование невозможно без учета особенностей технологии, а в современной практике проектно-конструкторских работ одним из важнейших моментов становится соблюдение принципов технологичности конструкций. Нельзя эффективно использовать передовую технологию, когда конструкция разработана без учета технологичности.

Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление при обязательном соблюдении необходимых условий прочности, устойчивости, выносливости и других эксплуатационных качеств, т.е. в которой соблюдается соответствие прогрессивных конструктивных решений передовым технологическим возможностям производства. Отсюда понятие «технологичность конструкции» представляется как довольно сложная характеристика (свойство), определяемая комплексом прогрессивных конструктивных и технологических решений, позволяющих при обеспечении всех необходимых эксплуатационных качеств изделия добиться в процессе изготовления высоких производственных показателей - снижения металлоемкости, быстрого освоения в производстве, минимальной трудоемкости и себестоимости.

Отработка технологичности конструкции является непрерывным процессом, начинающимся с эскизного проекта изделия и продолжающимся на всех стадиях проектирования и изготовления как его опытных образцов, так и серийной продукции. Содержание работ по отработке технологичности конструкций зависит от стадии разработки технической документации. Основные принципиальные положения, определяющие направленность отработки технологичности конструкций, закладываются уже в период разработки эскизного и технического проектов изделия. Установлено, что на этом этапе достигается до 70% и более общего уровня технологичности конструкции. Отработка при этом идет за счет выбора наиболее оптимальных конструктивных решений, расчленения конструкции на основные сборочные единицы, разработки оптимальных схем сборки и сварки, обоснованного назначения точности изготовления и технологических мер ее достижения, выбора материала и важнейших методов обработки и т.п. Таким образом, принципиальные вопросы изготовления сварной конструкции решаются уже на первом этапе ее проектирования Второй этап технологической отработки совпадает с разработкой рабочего проекта и изготовлением опытных образцов. При этом отрабатывается до 20 - 25% всего эффекта технологичности. На этапе рабочего проектирования производится детальная технологическая проработка принятого ранее варианта конструкции. Производится выбор рациональных заготовок и способов их получения, определяются меры по обеспечению требований технологичности при обработке различными способами, выбираются конструктивные и технологические базы, обеспечивается удобство подходов к местам соединений, нормализация материалов, полуфабрикатов, параметров соединений и т.д. Детально прорабатывается конструктивное оформление всех сварных соединении с указанием характера обработки кромок, допусков на размеры и припусков на обработку после сварки. Для достижения точности и сохранения размеров конструкций после сварки предусматривают технологические мероприятия по предотвращению и устранению сварочных напряжений и деформаций. Эти вопросы также прорабатываются на стадии рабочего проектирования как с целью обоснования выбора величин допусков на размеры заготовок, припусков на последующую механическую обработку сварного изделия, так и с целью определении рациональности применения операций термообработки. По окончании рабочего проектирования и изготовления опытных образцов должна завершаться и отработка технологичности конструкций. На дальнейших этапах создания и освоения выпуска изделий отработка технологичности, как правило. не превышает 5-10% от общего уровня.

При создании конструкций и отработке их технологичности необходимо учитывать ряд общих условии:

1 Технологичность конструкций в значительной степени зависит от масштаба выпуска и вида производства. Конструкция, технологичная для одного масштаба выпуска, может оказаться нетехнологичной для другого.

2. Технологичность отдельных элементов конструкции должна рассматриваться и увязываться с технологичностью изделия в целом. Повышение технологичности отдельных элементов может вызвать изменения, которые в итоге ухудшают обработку всей конструкции или приведут к снижению ее характеристик.

3. Отработку технологичности конструкций необходимо рассматривать как комплексную задачу, учитывающую требования ко всем стадиям производственного процесса, начиная от изготовления деталей и кончая сборкой, сваркой и испытанием готовых изделий.

4. При отработке технологичности конструкций необходимо исходить в первую очередь из учета передового опыта и наиболее высокого технического уровня, достигнутого в данной отрасли производства. При этом необходимо учитывать и специфику данного предприятия-изготовителя, его технико-организационные особенности, оснащенность, освоенность различных процессов и оборудования и т.п.

Технологическая отработка сварных конструкции предусматривает обеспечение выполнения требований технологичности, предъявляемых к выбору и назначению характера конструкции и металла для ее изготовления, способов сварки и характеристик сварных соединении, точности изготовления и способов устранения или уменьшения деформаций и сварочных напряжений. В связи с этим можно наметить ряд вопросов, требующих в первую очередь решения при создании технологичных сварных конструкции:

1 Выбор и применение наиболее современных методик расчета и проектирования сварных конструкций, в наибольшей мере учитывающих их особенности и воздействие технологических факторов. Поэтому при создании новых изделий необходимо исходить из принципов конструктивно-технологического проектирования с применением уточненных методик расчетов прочности и устойчивости элементов, а также расчетных методов оценки точности и технологичности сварных конструкций.

2. Выбор оптимальных вариантов расчленения конструкции на сборочные единицы и назначение схем собираемости их, от которых во многом зависят упрощение технологического процесса, расширение фронта работ и эффективное использование средств механизации и автоматизации.

3. Правильный выбор материала - один из важнейших вопросов проектирования и технологической отработки, поскольку оказывает непосредственное влияние на технические характеристики, массу и экономичность конструкций. При этом необходимо учитывать, что в сочетании с требованиями, предъявляемыми условиями эксплуатации, требование высокой свариваемости определяет практическую пригодность материала для сварных конструкции. Свойства материала должны удовлетворять требованиям эксплуатации, обеспечивать необходимую свариваемость, технологическую обрабатываемость и экономическую целесообразность.

4. Важной задачей является правильный выбор способа получения соединений в соответствии с назначением, формой и размерами конструкций. Назначение способа сварки в значительной степени определяется свариваемостью, конструктивным оформлением изготовляемых узлов, степенью их ответственности и производительностью процесса. К тому же необходимо учитывать определенный тип соединений, присадочный материал, приемы и обеспечение удобства выполнения сборочно-сварочных операций. Эти условия предопределяют механические свойства соединений и значения допускаемых напряжений, необходимых для прочностных расчетов конструкций. Поэтому назначение способа сварки производится уже на первой стадии разработки изделия. Оптимальность этого выбора в значительной степени зависит от правильности учета состояния сварочного производства и тенденций его развития.

5. Правильное назначение типа и параметров сварных соединений в зависимости от особенностей конструкции и характера испытываемых нагружений - один из важных вопросов технологичности. Качество сварных соединений и трудоемкость их выполнения в значительной степени зависят от проектных решений, определяющих тип присадочного материала, сечение швов и расчетный объем наплавленного металла, положение сварных швов в пространстве при выполнении сварочных работ, доступность и удобство выполнения сварки и т.п. Поэтому при выборе типа конструкции сварных соединений намечаемые конструктивные решения необходимо оценивать не только с позиций прочности, но и с позиций технологичности. При назначении сварных соединений нужно учитывать возможность выполнения их с максимальным использованием автоматизированных способов сварки, число и размеры сварных швов должны быть минимальными и строго обоснованы расчетами и техническими условиями. В конструкциях необходимо использовать наиболее работоспособные и удобно выполнимые типы соединений, стремиться к сокращению их числа и уменьшению сечений. Расположение соединений в конструкциях должно уменьшать или предотвращать появление сварочных деформаций, а параметры соединений должны быть максимально унифицированы, форма швов простая, хорошо поддающаяся описанию и выполнению автоматической сваркой. Исключительно важным требованием является сокращение объема расплавляемого, а особенно наплавляемого металла. На этапе проектирования завышение объема может быть вызвано несовершенством используемых методик и норм расчета, стандартов и других руководящих материалов, регламентирующих параметры сварных соединении и швов; несоблюдением в проектировании принципа минимизации наплавленного металла в конструкции; недостаточным использованием прогрессивных конструктивных решений, требующих минимальных протяженности швов и объема наплавленного металла; ограниченностью применения в конструкциях материалов с улучшенными свойствами; недостаточным использованием сварочных процессов, обеспечивающих более высокие механические характеристики соединений.

При изготовлении сварных конструкций перерасходу наплавленного металла способствует отклонения от строгого соблюдения предписаний технической документации и инструкций в отношении точности и качества выполнения заготовительных, сборочных и сварочных работ, несовершенство принятых в технологическом процессе методов и оборудования обработки, недостаточная точность заготовок, обуславливающая необходимость назначения излишних припусков и проведения ручных работ по подгонке элементов.

Комплексное решение вопросов прочности, точности, технологичности и экономичности позволяет создавать наиболее рациональные сварные конструкции с наименьшими затратами материалов. времени и труда на их изготовление.