Технологичность сварных конструкций

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Факультет «Машиностроительные технологии и оборудование»

Кафедра «Машины и автоматизация сварочного производства»

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Методические указания к практическим работам, курсовому

и дипломному проектированию

Ростов-на-Дону

УДК 621.791:658.53

Составитель: канд. техн. наук В.A. Софьянников

Технологичность сварных конструкций: Методические указания по практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию / Ростов н/Д, 2016. 13 с.

Раскрыта суть понятия «технологичность изделия» приведено основное содержание работ при отработке сварной металлоконструкции на технологичность. Представлены количественные и качественные показатели техноло­гичности сварных конструкций.

Научный редактор: к.т.н.. техн. наук, Д.В. Рогозин.

Рецензент: В.Ф. Лукьянов

© Донской Государственный Технический университет, 2016

1. Общие положения

Вопросы, связанные с минимизацией затрат при изготовлении изделий, играют ключевую роль при организации производственного процесса. При этом наиболее важными среди них являются: снижение трудовых, материаль­ных и энергетических затрат, сокращение сроков выпуска готовых изделий, улучшение условии труда. В области сварочного производства резервы поис­ка решения этих задач кроются в оптимальном проектировании металлокон­струкций, разработке передовых сварочных технологий, применении хорошо свариваемых материалов, рациональной организации производства.

В соответствии с ГОСТ 14.205-83 [2]: технологичность конструкции изделия (технологичность) - это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей ка­чества, объема выпуска и условий выполнения работ.

В зависимости от области проявления различают производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции изделия.

2. Отработка изделия на технологичность

Достижение высоких показателей технологичности изделия, полученно­го в качестве задания к проекту, осуществляется на основе взаимосвязанного решения конструкторских и технологических задач, направленных на повы­шение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт при сохранении необходимого качества изделия. Такая совокупность мероприятий называется отработкой изделия на технологичность.

Обработку изделия на технологичность, полученного в качестве задания к проекту, следует начинать с детального изучения исходных данных, определяющих вид изделия, объем выпуска и тип производства. Вид изделия определяет главные конструктивные и технологические признаки, обусловливающие основные требования к технологичности кон­струкции. Объем выпуска и тип производства определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологических процессов. Кроме этого, изучается перспективность данного изделия, степень его новизны, опыт данного предприятия и предприятий с аналогичным производство возможность применения новых оригинальных технологий.

С учетом этих данных выбираются критерии оценки технологичности конструкции изделия, методы их расчета и сравнительной оценки с базовыми или нормативными показателями. По принятым критериям выявляются и оцениваются свойства конструкции изделия с позиции экономии затрат по ее выпуску, ремонту и эксплуатации, сокращения сроков выпуска, улучшений условий труда в процессе производства. Анализ подобного рода носит название - анализ технологичности конструкции изделия. Принятые при этом критерии оценки технологичности называются - показателями технологичности.

На основе проведенного анализа делается заключение о целесообразности выпуска рассматриваемого изделия данными технологическими приемами. Если полученный уровень технологичности удовлетворяет требованиям, предъявляемым к выпуску аналогичных изделий, изделие считается пригодным для запуска в производство. В противном случае изыскиваются дополнительные мероприятия с целью повышения технологических качеств конструк­ции. Обычно такие мероприятия связанны с изменением конструктивного оформления изделия, корректировкой технологии его изготовления.

При отработке изделия на технологичность следует руководствоваться следующими принципами:

1. Необходимо соблюдать технологическую преемственность, заключающуюся в максимальном использовании технологии и оснастки, применявшихся при изготовлении ранее выпускавшейся продукции. Применение этого принципа основано на типизации технологических процессов и элементов его оснащения.

2. Предусматривать возможность применения комплексной механизации и автоматизации производства, в том числе в условиях малой серийности и частой смены изготавливаемых объектов. Данный принцип основывается на унификации и стандартизации элементов технологической оснастки, подбо­ре оборудования (специального в условиях крупносерийного и массового производства и универсального при мелкосерийном производстве), применении агрегатирования.

3. Осуществлять разбивку металлоконструкции на сборочные единицы, обеспечивающую параллельную организацию работ по их изготовлению.

4. Увязывать технологичность отдельных элементов с технологичностью изделия в целом.

3. Виды оценки и показатели технологичности

сварных конструкций

Оценка технологичности изделия предусматривает определение целого ряда показателей, характеризующих потенциальную возможность улучшения конструктивных, технологических и эксплуатационных свойств изделия. Классификация показателей технологичности представлена.

Оценка технологичности конструкции изделия может быть двух видов: качественной и количественной.

Качественная оценка - характеризует технологичность конструкции обобщенно на основе опыта исполнителя. Такая оценка допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего конструктивного решения и не требуется определение степени различия технологичности рассматриваемых вариантов. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования предшествует и определяет целесообразность количественной оценки. Обычно она проводится самим конструктором в процессе проектирования металлоконструкции.

Качественные оценки технологичности, как правило, не могут быть выражены точно числовыми значениями. В процессе проведения такой оценки оперируют понятиями: плохо, хорошо, лучше.

При проектировании сварных металлоконструкций пользуются следую­щими качественными показателями технологичности:

1. Простота конструкции. Оценивается количество сборочных единиц и деталей, входящих в изделие, подсчитывается количество сварных швов. Изделие считается технологичным, если на завершающей стадии его сборки и сварки оно состоит не более, чем из 5-7 сборочных единиц идеталей. В своюочередь, каждая из сборочных единиц, входящих в готовое изделие, также должна состоять из небольшого числа элементов и т. д. В случае несоблюдения этого требования необходимо разработать иную компоновку изделия и раз­бивку его на сборочные единицы.

2. Отсутствие необходимости (или необходимость) использования уникального специального оборудования для выполнения заготовительных операций. Использование подобного рода оборудования требует значительных материальных затрат и может быть оправдано только в условиях массового производства, рассчитанного на длительную перспективу. В условиях серийного и единичного производства применение нестандартного оборудования для заготовительных операций нецелесообразно.

3. Свариваемость материала конструкции. Оценивается технологическая прочность в процессе кристаллизации металла шва (склонность к образованию горячих трещин) и в процессе фазовых и структурных превращений в твердом состоянии (склонность к холодным трещинам). При этом используются как расчетные методы, например, расчет эквивалентного содержание углерода C_Э. гак и экспериментальные лабораторные испытания образцов сварных соединений. Если по результатам подобного рода исследований обнаруживается опасность возникновения в сварном соединении горячих или холодных трещин сварная конструкция признается нетехнологичной.

4. Необходимость проведения дополнительных мероприятий в процессе сварки по повышению технологической прочности сварных соединений конструкции. Если материл сварной конструкции относится к группе трудно свариваемых материалов или свариваемых ограниченно, разрабатывается комплекс специальных мероприятий по предотвращению возникновения 'холодных и горячих трещин. Среди таких мер наиболее трудоемкими являются предварительный и сопутствующий подогрев. Введение их в технологический процесс снижает общий уровень технологичности изделия.

5. Необходимость проведения после сварочной термообработки. Оценивается структура фазового состава шва. По результатам подобного анализа и справочным данным, с целью регулирования структуры металла сварных соединений_; принимается решение о необходимости поведения после сварочной термообработки изделия. С этих позиций наиболее технологичными следует считать изделия, позволяющие избежать подобной обработки

6. Удобство сборки. Под удобством сборки понимается обеспечение возможности быстрой установки комплекта деталей и съем изделия с приспособления, удобная фиксация деталей относительно друг друга, возможность использования простых зажимов и фиксаторов, доступность мест выполнения прихваток, обеспечение наиболее выгодного порядка сборки и правильного порядка наложения сварных швов, возможность механизации и автоматиза­ции процесса сборки и т.п.

7. Сложность сборочно-сварочной оснастки. С этих позиций конструк­ция изделия считается технологичной, если для ее сборки и сварки не требуется большое число кантовок: надежное и равномерное прижатие деталей может быть обеспечено малым количеством прижимов и фиксаторов; имеется воз­можность Установки прижимов для фиксации нескольких деталей одновременно; число прихваток и швов, выполняемых в вертикальном положении, было как можно меньше: применяемая оснастка была бы проста в работе и ремонте.

8. Протяженность и конфигурация сварных швов. Этот показатель влияет на длительность выполнения процесса сварки, утомляемость и удобство выполнения сварных швов, возможность автоматизации и механизации про­цесса сварки. Изделие считается наименее технологичным, если оно содержит протяженные криволинейные сварные швы.

9. Пространственная ориентация сварных швов и возможность сварки в нижнем положении. Этот показатель, главным образом, влияет на качество сварного соединения: требуемую квалификацию рабочих-сварщиков: выбор способов и видов сварки, в том числе, механизированных и автоматизированных.

10. Возможность механизации и автоматизации процесса сварки. Наиболее легко поддаются механизации и автоматизации, протяженные прямолинейные и кольцевые сварные швы. Короткие швы со сложной ориентацией могут быть выполнены сварочным роботом. Однако применение последнего наиболее рационально в условиях массового и крупносерийного производства. Механизация и автоматизация процесса сварки имеет важное значение в повышении общего уровня технологичности изделия.

11. Обзорность. Доступность для наблюдения мест стыковки свари­ваемых деталей определяет удобство выполнения сварных швов, возможность контроля качества сварки и, в целом, положительно влияет на технологичность изделия.

12. Доступность мест сварки.Данный показатель определяет возможность и удобство попадания сварочной головки в место стыка или электродов при контактной сварке, и т.п.

13. Необходимость переналадки оборудования. Подобная необходимое возникает при производстве изделии, имеющих сварные швы. выпол­няемые на разных режимах на одном рабочем месте. Потребность в переналадке оборудования снижает технологичность изделия и допускается только в условиях мелкосерийного и единичного производства.

14. Возможность возникновения сварочных деформаций и их величина Остаточные сварочные деформации вызывают необходимость правки свар­ной конструкции н тем самым удорожают ее производство.

15. Время сварки. Значительное время сварки снижает производительность труда при производстве сварных конструкций. Наилучшие показатели технологичности при производительных быстротекущих процессах.

И т.д., и т.п..

Качественная оценка технологичности, несмотря на ее кажущуюся простоту. позволяет сделать наиболее полный, глубокий и полный анализ техно­логических свойств конструкции. Именно такой анализ зачастую является единственно возможным при принятии конкретных решений при конструировании отдельных сборочных единиц и деталей.

Качественная оценка обязательна для всех стадий технологической под­готовки производства независимо от степени детализации изделия.

Количественная оценка технологичности конструкции выражается численными значениями системы показателей и характеризует сте­пень удовлетворения требований к технологичности конструкции. Количе­ственную оценку применяют для всего изделия в целом, либо. для достаточно сложных сборочных единиц, состоящих из большого количества узлов и деталей.

Различают базовые (исходные) показатели технологичности и достигнутые при разработке изделия

Состав базовых показателей технологичности, их оптимальные значения и предельные отклонения определяются для однотипных изделий отраслевыми стандартами и другими нормативными документами. При проектировании конструкции конкретного изделия оптимальные базовые показатели оговариваются ь техническом задании на разработку изделия и подлежат обязательному исполнению. Базовые показатели являются абсолютными показателями.

Показатели технологичности конструкции, достигнутые при разработке изделия, могут определяться как абсолютные, либо как показатели уровня технологичности. Показатели уровня технологичности конструкции (относительные показатели) представляют собой отношение значений показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей. Эти показатели должны вноситься в стандарты или технические условия на конкретное изделие.

Номенклатура количественных показателей технологичности устанавливается отраслевыми стандартами или стандартами предприятий.

Система количественных показателей, рекомендуемых в практических работах, курсовых и дипломных проектах, включает в себя:

· Трудоемкость изготовления изделия (общая трудоемкость) - суммар­ные затраты труда (в нормо-часах на конструкцию) для выполнения техноло­гических процессов изготовления изделия -

= + (1)

где Тцод - затраты времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства; Т_ИЭл - затраты времени на изготовление элементов, входящих в сварную конструкцию (на выполнение заготовительных работ, механическую и термическую обработку, кузнечно-штамповочные работы и т.д.); Т_сб.св - затраты времени на сборочно-сварочные работы; T_отд - затраты времени на правку, окраску и другие отделочные работы; N - объем партии изделий.

Допускается выполнять упрощенный расчет по формуле:

Т_и = Т_сб.св, (2)

где в качестве Тсб.св принимается оперативное время сборочно-сварочных операций - t_oп (расчет t_oп см., например, методические указания по техническому нормированию процессов сварки [3].

Если в процессе отработки изделия на технологичность вносимые изме­нения существенным образом влияют на величину Т_и.эл, но расчет Т_и осуществляется по формуле (2), параметр Ти.эл подлежит расчету как дополнитель­ный показатель, но оценивается самостоятельно от Т_и

· Уровень технологичности по трудоемкости - характеризует сокращение (увеличение) трудоемкости в результате внедренных мероприятий -

где Т_би - трудоемкость базового изделия (трудоемкость изделия, полученного в качестве задания к проекту, рассчитываемая по формуле (2).

· Стоимость сварочных материалов (проволока, газ, флюс и т.д.)

(4)

где С_св.м.- расход сварочных материалов (электродов, флюса, проволоки и т.д.),

. – стоимость сварочных материалов.

· Уровень технологичности по себестоимости - характеризует сокращение (увеличение) себестоимости изготовления сварной металлоконструкции в результате внедренных мероприятий -

(5)

где C_бт - себестоимость базового изделия (себестоимость изделия, полученного в качестве задания к проекту.

· Удельная трудоемкость изготовления изделия - отношение трудоемкости изготовления изделия к величине его полезного эффекта или к номинальному значению основного параметра

(6)

где Р - нормативное значение основной технической характеристики изделия /мощность, грузоподъемность, объем, вес, прочность, производительность и т.д.). В общем случае рекомендуется в качестве Р принимать чистый вес сварной конструкции G*,

· Коэффициент соотношения длины сварных швов и массы конструкции

, (7)

где Lсв - общая длина сварных швов, Gc.к. – масса конструкции.

· Коэффициент соотношения массы наплавленного металла и массы конструкции (относительный расход наплавленного металла) -

(8))

где Gн.м. - масса наплавленного металла прн выполнении сварных швов конструкции (чистая масса), . Gc.к. – масса конструкции.

· Коэффициенты механизации и автоматизации сварочных работ:

а) по протяженности сварных швов -

(9)

где Lсв.а..» - длина сварных швов, выполненных автоматической сваркой.

б) по массе наплавленного металла -

= (10)

где –масса наплавленного металла, наплавленного автоматической сваркой.

· Стоимость электрической энергии, расходуемой в процессе изготовления изделия

Показатели технологичности: трудоемкость изготовления изделия (Ти), уровень технологичности по трудоемкости (К_у.т), технологическая себестоимость изделия (Ст), уровень технологичности по себестоимости (K_ус) - являются основными показателями; все остальные приведенные критерии являются дополнительными.

4. Содержание разделов пояснительной записки

(отчёта по практическим занятиям),

отражающих вопросы технологичности изделия

Вопросы технологичности изготавливаемых изделий должны освящаться в нескольких разделах пояснительной записки, содержание которых и глубина проработки зависит от логической части, в которой они находятся (см. рис.1).

Рис1. Технологичность сварных конструкций

В части анализа исходных данных должен быть включен раздел “Анализ технологичности конструкции изделия”. В этом разделе необходимо проанализировать технологичность сварной металлоконструкции, полученной студентом в качестве задания к проекту. Анализ технологичности проводится по следующим направлениям:

· Технологичность свариваемых материалов.

• Технологичность с позиции операций заготовительного цикла
• Технологичность с позиции сборки.
• Технологичность с позиции сварки.
• Технологичность с позиции контроля качества сварки.

При этом преимущественно следует использовать соответствующие качественные показатели технологичности (см. раздел 3).

По каждому из аспектов технологичности делается вывод о рациональности соответствующих конструктивных форм и проектных решений. Элементы конструкции, признанные как нетехнологичные или, по крайней мере, та­кими, которые могут быть улучшены с позиции минимизации затрат на производство данной сварной конструкции, подлежат доработке. Даются рекомендации по усовершенствованию конструкции изделия и намечаются пути их реализации.

При выполнении практических и лабораторных работ следует придерживаться основных критериев, приведённых в разделе 3, отвечая на каждый по порядку и делая соответствующий вывод по необходимости.

В этой же части пояснительной записки для проектов, в задания которых входят изделия, изготавливаемые в условиях реального производства следует ввести раздел “Критический анализ базовой технологии изготовления изделия». В данном разделе описывается в повествовательной форме техноло­гический процесс изготовления сварного изделия, изученный в ходе конструк­торско-технологической или преддипломной практики. В описании следует указать наиболее узкие места в технологической цепи, описать недостатки су­ществующей технологии и в общем виде наметить пути их преодоления.

В части разработки основных технических решений, связанных с изготовлением сварной металлоконструкции, перед изложением основных технологических вопросов следует ввести раздел «Мероприятия по совершенствованию технологичности конструкции изделия». В разделе под­робно освещаются изменения, вносимые в конструкцию изделия и технологию его изготовления. При этом затрагиваются вопросы, не только связанные с уменьшением трудовых, энергетических и материальных затрат на изготовле­ние изделия, но и решения проблем, связанных с повышением качества свар­ной металлоконструкции, повышением ее работоспособности, улучшением условий труда рабочих основных сварочных специальностей.

В завершающей части пояснительной записки проекта, посвященной экономическим расчетам, обосновывающим преиму­щества разработанной технологии и конструкторских решений, после того, как проведены все необходимые расчеты, связанные с нормированием техно­логического процесса сборки и сварки и определением расхода материалов и электроэнергии, вводится раздел “Количественные показатели технологичности конструкции изделия'. В данном разделе производится расчет количественных показателей технологичности сварного изделия, предусмотренные в разделе 3 настоящих методических указаний. Результаты расчетов заносятся в сводные таблицы и на их основе делается окончательный вывод относительно результатов, достигнутых в данном проекте, связанных с повышением технологичности изделия.

Литература

1. ГОСТ 14.201-83. Единая подготовки производства. Общие правила отработки конструкции изделия на технологичность.

2. ГОСТ 14.205-83. (СТ СЭВ 2063-79) Единая система технологической подготовки производства. Технологичность конструкции изделий. Термины и определения.

3. Софьянников В.А., Техническое нормирование технологических процессов сварки: Метод, указания по курсовому и дипломному проектированию /Ростов н/Д, 2015. 29 с.

4. Софьянников В.А., Нормирование материалов и электроэнергии для электрической сварки плавлением и наплавки / Ростов н/Д, 2015, 28 с.

5. Ахумов А.В. Организация н планирование машиностроительного производства: Справочник. Л., Машиностроение, 1972. 218 с.

6. Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин. М., Машиностроение, 1973. 384 с.

7. Барташев Л.В. Организация и экономика технической подготовки производства. М., Машиностроение, 1972?. 172 с.

8. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Д. Экспертные оценки в принятии плановых решений. М., Экономика, Г976.157 с. _ч

9. Гитлевич А.Д., Животинскнй Л.А., Жмакин Д.Ф. Техническое нормирование в сварочных цехах. М., Машиностроение, 1962. 164 с.

10. Грузнов И.Н. Освоение выпуска новых изделий. М., Машиностроение. 1976. 131 с.

11. Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства. Киев. Техника, 1974.,415 с.

Технологичность сварных конструкций: Метод, указания к практическим (лабораторным) работам, курсовому и дипломному проектированию.

Титульный лист при выполнении практических (лабораторных) работ:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ