Пример решения технологической задачи по изготовлению сварной заготовки ступицы

1. Выбор марки материала элементов сварной заготовки

Анализ исходных данных и эскиза проектируемой детали (рис.1)

показал, что для сварной заготовки целесообразно использовать поковку и профиль в виде толстостенной трубы, изготовленных из низкоуглеродистой стали. Поскольку технологический процесс изготовления заготовки предполагает применение сварки плавлением, объемной штамповки и обработки резанием, то целесообразно использовать сталь 20,обладающую оптимальным сочетанием комплекса свойств: механических и технологических (хорошей свариваемостью, деформируемостью и обрабатываемость режущим инструментом).

2. Выбор вида (способа) сварки плавлением

Выбор вида (способа) сварки осуществляют на основе конструкторско-технологических признаков проектируемой детали и данных, приведенных в табл.4.1 и Приложении 1. На основе анализа установлено, что автоматическая дуговая сварка в атмосфере СО₂ плавящимся электродом является рациональным способом соединения центральной части ступицы (фланца) с кольцом.

3. Выбор типа сварного соединения и вида швов

Тип сварного соединения определяется с учетом формы и взаимного расположения свариваемых элементов. Вид сварного шва выбирается в зависимости от типа соединения.

В соответствии с данными, приведенными в табл.4.2 и 4.3, для проектируемой заготовки ступицы целесообразно применить тавровое соединение без разделки кромок. Вид сварного шва – угловой с нормальным профилем.

4. Выбор пространственного положения при сварке

При сварке плавлением оптимальным для формирования сварного шва является нижнее пространственное положение.

Кроме того, при выборе расположения сварного соединения следует учитывать, что условия формирования стыковых и угловых швов в нижнем пространственном положении отличаются.

Формирование стыкового шва происходит в благоприятных условиях. Формирование углового шва - в более сложных. Наилучшие результаты при сварке угловых швов обеспечиваются при сварке наклонным электродом и сварке в симметричную «лодочку». Принимаем - пространственное положение при сварке нижнее с наклоном электрода.

При сварке угловых швов без разделки кромок прочность сварного соединения обеспечивается назначением размера катета углового сварного

шва в зависимости от толщины свариваемых элементов.

Размер катет угловых швов определяем по табл. 4.4.

Таблица 4.4

Размера катета углового сварного шва

Толщина свариваемых элементов S,мм	Рекомендуемый размер катета шва К, мм
3≤S<4 4≤S<5 5≤S<7 7≤S<11 11≤S<22 22≤S<40 S≥40

Если толщина свариваемых элементов неодинакова, то катет выбирают по наименьшей толщине. В нашем случае толщина трубы (см.рис.4.1) S₁ = 20мм, а толщина привариваемого к ней фланца S =15мм. Значение размера катета принимаем исходя из толщины фланца15мм. Из рис.4.1 видно, что фланец приварен к трубе двумя угловыми швами, поэтому катет шва без разделки кромок определяем исходя из толщины 7,5мм. В данном примере он определяется по табл.4.4 - К=6мм.

Рис.4.1. Поперечное сечение таврового соединения без разделки кромок и зазора, выполненного двусторонним швом наклонным электродом

4. Определение массы наплавленных швов

Массу наплавленного металла угловых швов таврового соединения (Приложение 2) определяем как:

М_ш= 2×F₁ × L_ш ×ρ,

где : F₁ – площадь поперечного сечения шва, F₁₌0,5х0,6²=0,18 см²;

L_ш - длина углового шва сварного соединения кольца с фланцем диаметром D=16,5см, L_ш =πхD,=3,14х16,5=51,81 см (рис.1);

ρ – плотность стали, 7,8 г/см³.

Тогда:

М_ш= 2х0,18×51,81х7,8=145,48г.

4. Выбор формы и размеров свариваемых элементов

Сварная заготовка ступицы образуется в результате соединения фланца и кольца. Фланец изготовляется горячей объемной штамповкой открытом штампе по аналогии с технологическим процессом изготовления штампованной поковки ступицы, рассмотренной в главе 2. Эскиз поковки фланца приведен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Эскиз поковки фланца

Второй элемент сварной заготовки изготавливается механической обработкой резанием толстостенной трубы размером 219×28 мм (ГОСТ 8732 - 78), эскиз которого приведен на рис.4.3.

Рис. 4.3. Эскиз кольца

Перед началом сборочно – сварочных мероприятий поковку подвергают обработке резанием – растачивают отверстие до диаметра 50 мм (поверхность Д) и наружную цилиндрическую поверхность диаметром 165 мм (рис.1).

Для обеспечения требуемых размеров и формы конструкции

сборку и сварку элементов осуществляют в приспособлении (рис. 4.4). Эскиз сварной заготовки ступицы приведен на рис. 4.5.

Рис. 4.4. Эскиз заготовки в сборочно – сварочном приспособлении

Рис. 4.5. Эскиз сварной заготовки ступицы

5. Анализ технологичности сварной заготовки

При сварке под технологичностью понимают выбор способов сварки, позволяющих получать качественные сварные соединения с минимальными затратами труда, средств, материалов и времени их изготовления.

Технологичные сварные заготовки должны отвечать основным требованиям, приведенным в табл.4.5.

Анализ технологичности сварной заготовки Таблица 4.5

№	Признаки технологичности	Способ изготовления
Сварка	ОР
	Исходная заготовка в виде сортового проката	+
	Хорошая свариваемость материала заготовки	+
	Максимальная весовая точность заготовки (mд / mз).	0.532 -
	Низкий уровень напряжений в заготовке.	-
	Унификация размеров и форм обрабатываемых элементов заготовки для сокращения номенклатуры используемого инструмента.	+
	Геометрическая форма и соотношение размеров заготовки, обеспечивающие возможность использования высокопроизводительной сварки.	+
	Обеспечение фиксации взаимного расположения свариваемых заготовок	+
	Симметричное расположение швов относительно центра тяжести сварного соединения	+
	Непрерывные сварные швы	+
	Отсутствие пересечения сварных швов	+
	Отдаленность обработанных поверхностей от зон сварки	-
	Применение прямолинейных и кольцевых швов	+
	Геометрическая форма обрабатываемых поверхностей, обеспечивающая равномерную и безударную работу режущего инструмента.	+
	Четкое разделение поверхностей заготовки, обрабатываемых на различных технологических операциях, разным инструментом и с различной степенью точности.	+
	Расположение обрабатываемых поверхностей на одном уровне	+	+
	Возможность механической обработки поковки и трубы за один установ на станке	-	-
	Минимальная шероховатость	-	-
	Минимальная длина обрабатываемых поверхностей отливки	+	-
	Минимальная величина дефектного слоя на поверхности заготовки	-	+
	Низкий уровень внутренних напряжений в заготовке	+	+
	Равномерная высокая жесткость конструкции	+	+
	Возможность контроля качества	+	+
	Максимальный коэффициент использования металла	0.532	0.31

5. Вывод

Анализ технологичности сварной заготовки показал, что коэффициент использования материала при изготовлении этого вида заготовки ниже, чем при получении отливки и поковки проектируемой детали. Кроме того, в процессе механической обработки резанием на поверхности А срезается один из кольцевых швов, в результате чего существенно снижается прочность сварного соединения.