 |
Обоснование выбора материала изделия
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Сварка является одним из ведущих технологических процессов в современном машиностроении и других отраслях промышленности.
Сварные конструкции изготавливают из большого количества металлических материалов с большим разнообразием физико-химических и механических свойств, к подавляющему большинству сварных конструкций предъявляются требования механической прочности, жаропрочности и жаростойкости, коррозионной стойкости, герметичности и др.
Правильный выбор технологического процесса изготовления сварной конструкции в значительной степени определяет как её эксплуатационную надежность, так и затраты на изготовление.
Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции предусмотрена учебным планом по дисциплине «Производство сварных конструкций» в 8 семестре очного и в 9 семестре заочного обучения в рамках выполнения курсового проекта.
Индивидуальное задание на проект выдается студентам перед началом учебной производственной практики. В период практики студенты должны выполнить необходимую для проектирования подготовительную работу, которая включает в себя изучение конструкции изделия и технологического процесса его изготовления на базовом предприятии.
В процессе подготовительной проработки формулируются предложения по возможному изменению конструкции изделия с целью повышения его технологичности и модернизации технологического процесса базового предприятия применительно к условиям серийного производства.
Тематика и цель курсового проектирования
Задание на курсовой проект должно отражать производство реальных изделий, изготавливаемых на базовом предприятии, с использованием технологических способов получения неразъемных соединений методами сварки, пайки, наплавки, напыления и др.
|
|
|
Задание должно носить индивидуальный характер. Индивидуальность заданий определяется различием в конструкции и материале изделия, способах получения неразъемных соединений, используемом оборудовании. Целью проекта является технологическая проработка конструкции изделия, анализ его на технологичность, разработка и технико-экономическое сравнение нескольких вариантов технологического процесса изготовления изделия на стадии технико-экономического обоснования проекта, а также разработка модернизированной маршрутно-операционной технологии для лучшего из рассмотренных вариантов.
Курсовой проект должен носить творческий характер, содержать анализ вариантов и обоснованные предложения по выбору технологического процесса, оборудования и средств технологического оснащения.
Основной задачей курсового проекта является приобретение студентами практических навыков анализа технологичности конструкции изделия и разработка технологии его изготовления с выбором средств механизации и автоматизации производства. Наряду с этим, курсовой проект ставит целью закрепление теоретического материала лекционного курса, расширение круга знаний путем самостоятельной работы со специальной и справочной литературой, технически и литературно грамотного и убедительного обоснования принятых технических решений.
2. Объем и содержание курсового проекта
Курсовой проект представляется в составе чертежа изделия, являющегося объектом курсового проектирования, маршрутно-операционного технологического процесса на его изготовление, операционных карт на сварочную и контрольную операции плаката развернутого технического сравнения вариантов технологического процесса, плаката с итоговой таблицей экономического сравнения вариантов, расчетно-пояснительной записки.
|
|
|
Чертеж изделия должен включать все изменения, внесенные по результатам анализа на технологичность. Его оформление должно отвечать требованиям действующих стандартов ЕСКД. Требования к пояснительной записке и методические указания по выполнению проекта изложены ниже. Оформление пояснительной записки должно отвечать СТО-УГАТУ 016 – 2007.
2.1. Объем и содержание пояснительной записки
И плакатов
Пояснительная записка должна включать в указанной ниже последовательности:
титульный лист;
задание на курсовой проект;
содержание;
основную часть;
список литературы;
приложения.
Основная часть пояснительной записки должна содержать следующие разделы с ориентировочным объемом:
введение – 1 – 2 стр.;
описание изделия и условий его эксплуатации – 1 – 2 стр.;
анализ конструкции изделия на технологичность – 12 – 14 стр.;
разработка технологического процесса изготовления изделия с описанием предлагаемого варианта – 6 – 8 стр.;
выбор режимов обработки – 3 – 4 стр.;
выбор технологического оборудования – 2 – 3 стр.;
экономическое обоснование выбранного варианта технологического процесса изготовления изделия – 3 – 4 стр.;
заключение – 1 стр.
Приложения оформляются как продолжение пояснительной записки. Приложения должны включать спецификацию на чертеж изделия, маршрутно-операционное описание технологии его изготовления, распечатку экономического обоснования выбора рационального технологического процесса.
Требования к содержанию основной части пояснительной записки, технико-экономическому обоснованию и методические указания по их выполнению приведены ниже.
Методические указания по выполнению проекта
Во введении кратко освещается роль сварочных процессов в современном машиностроении и перспективы их развития, основные направления повышения производительности труда и снижения затрат в сварочном производстве, повышения качества, надежности и ресурса сварных конструкций, указывается цель курсового проектирования в соответствии с полученным заданием.
Описание изделия и условий его эксплуатации
|
|
|
Описание изделия дается на основе эскиза изделия, приводимого в пояснительной записке, и чертежа. Эскиз должен содержать все основные соединения и поверхности, получаемые или обрабатываемые с помощью того или иного способа сварки, пайки, наплавки, напыления.
Эскиз сопровождается подрисуночной подписью с перечнем основных деталей. В пояснительной записке указывается назначение и условия работы изделия: уровень и характер механических нагрузок, рабочая температура, среда, в которой работает изделие и отдельные его элементы, приводятся технические требования, предъявляемые к изделию, требования к неразъемным соединениям или покрытиям. Сведения по особенностям конструкции изделия и условиям его работы приводятся в /1, 2, 3/ и др.
Анализ конструкции изделия на технологичность
Общие сведения
Перед разработчиками новых изделий ставится задача не только обеспечения требуемого технического уровня изделия, но и максимально возможного снижения затрат трудовых, материальных и энергетических ресурсов на его проектирование, изготовление, техническое обслуживание и ремонт. Величина затрат характеризуется рядом свойств изделия, которые в совокупности представляют собой технологичность конструкции изделия (ТКИ).
Согласно ГОСТ 14.205-83 «Технологичность конструкции изделия есть совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ».
ТКИ выражает не функциональные свойства изделия, например: скорость, грузоподъемность, производительность, а взаимосвязь его конструктивных особенностей (материал деталей, их взаимное расположение, форма, размеры, состояние и т. д.) с технологией изготовления /4 – 7/.
Связь технологичности с другими свойствами конструкции реализуется в сферах ее проявления. В зависимости от области проявления различают технологичность производственную, эксплуатационную и ремонтную.
|
|
|
Производственная технологичность оценивается величиной затрат ресурсов и времени на техническую подготовку производства и процессы изготовления изделия, эксплуатационная – затратами на техническое обслуживание, текущий ремонт, хранение и утилизацию изделия, ремонтная – затратами на все виды ремонта, кроме текущего.
Единым критерием ТКИ является экономическая целесообразность изделия при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта.
Взаимосвязь конструкции изделия с технологией его изготовления обуславливает одну из наиболее сложных функций технологической подготовки производства – отработку конструкции изделия на технологичность. Отработка конструкции изделия на технологичность заключается в придании конструкции такого комплекса свойств, при котором достигается повышение производительности труда при минимизированных затратах всех видов ресурсов при производстве, эксплуатации и ремонте изделия.
В соответствии с требованиями ГОСТ – 14.205 отработка конструкции изделия на технологичность является обязательной и должна проводиться на всех стадиях разработки изделия: от подготовки технического задания на проектирование до выпуска рабочей документации, при технологической подготовке производства, в процессе производства изделий и их эксплуатации.
В практике работы, находят применение два метода оценки ТКИ – количественный и качественный. Количественная оценка основана на использовании инженерно-расчетных методов и проводится по конструктивно-технологическим признакам, которые существенно влияют на выполнение основных требований к ТКИ.
Необходимость количественной оценки ТКИ, а также номенклатура показателей и методика их определения устанавливаются в зависимости от вида изделия, типа производства и стадии разработки конструкторской документации отраслевыми стандартами или стандартами предприятия.
Количественная оценка ТКИ проводится с помощью системы показателей, которая включает базовые (исходные, плановые) показатели, показатели, достигнутые при разработке изделия, показатели уровня технологичности.
Состав показателей, их оптимальные значения и предельные отклонения устанавливаются отраслевыми стандартами. Оптимальные значения базовых показателей указываются в техническом задании на проектирование. При этом число показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки ТКИ.
Технико-экономические расчеты, выполняемые при количественной оценке ТКИ, как правило, представляют собой несложные математические задачи по известным формулам. Однако они выполняют свое назначение только в том случае, если будут проводиться на основе предшествующего им технико-экономического анализа. Такой анализ должен раскрыть экономическое содержание решаемой задачи, её значимость. Экономическое осмысливание решаемых задач выполняется при проведении качественной оценки ТКИ.
|
|
|
Качественная оценка ТКИ основана на инженерно-визуальных методах и проводится по отдельным конструктивным и технологическим признакам. Она, как правило, предшествует количественной, но вполне совместима с ней на всех стадиях отработки изделия на технологичность.
Инженерно-визуальный метод оценки ТКИ представляет собой совокупность приемов, с помощью которых разработчики визуально оценивают конструктивные и технологические признаки изделия.
Качественная оценка конструктивного исполнения изделия дается на основе анализа соответствия его основным требованиям к производственной, эксплуатационной и ремонтной ТКИ. При сравнении вариантов конструктивных исполнений изделия качественная оценка позволяет выбрать лучший вариант. Сравнение вариантов проводится на основе опыта разработчиков, анализа известных решений, литературных данных.
Качественные методы являются основой технологического контроля конструкторской документации на всех этапах её разработки. Сущность их сводится к сравнению (сопоставлению) контролируемого конструктивного решения с некоторым решением, принятым за эталон. На основе такого сравнения в первом приближении делается оценка «хуже – лучше». При наличии достаточной информации качественная оценка может быть углублена элементами количественной оценки по отдельным показателям, наиболее объективно выражающим технологическую рациональность изделия.
Важнейшим условием снижения затрат в сварочном производстве является выбор рационального варианта конструкции и принципиальной технологии её изготовления. При выборе конкретного конструктивного решения необходимо использовать соответствующие технологические рекомендации, направленные на обеспечение высокого уровня технологичности деталей, сборочных узлов, изделия в целом.
При отработке ТКИ каждое изделие должно рассматриваться как объект проектирования, производства, эксплуатации и ремонта.
При отработке на технологичность конструкции изделия учитываются виды и способы получения заготовок, виды и способы обработки и контроля качества, возможность механизации и автоматизации процессов изготовления.
Анализ технологической рациональности конструкции в сварочном производстве должен проводиться с позиций следующих основных требований:
требований к основному материалу с оценкой его свариваемости;
требований к характеру конструкции;
требований к способу получения неразъемных соединений;
требований к сварным (паяным) соединениям;
требований к точности изготовления изделия и величине остаточных сварочных напряжений и деформаций.
При выполнении курсового проекта студенты проводят качественную оценку ТКИ по всем перечисленным вопросам. Следует иметь в виду, что все требования технологичности взаимосвязаны, окончательное решение необходимо принимать только с учетом этой взаимосвязи.
Обоснование выбора материала изделия
И его характеристика
Правильность выбора материала является одним из основных вопросов при проектировании сварных конструкций, поскольку материал определяет работоспособность, технологию изготовления и стоимость изделия.
Исходными данными для выбора материала являются условия эксплуатации, величина и характер эксплуатационной нагрузки. Обоснование выбора материала рекомендуется проводить в следующей последовательности.
Исходя из назначения и условий эксплуатации изделия, в пояснительной записке формулируются эксплуатационные и технологические требования к материалу. К эксплуатационным требованиям относятся: наибольшая удельная прочность в диапазоне рабочих температур, жаропрочность или жаростойкость в определенной рабочей среде в области рабочих температур и т. д. Технологические требования к материалу конструкции определяются технологией изготовления деталей конструкции и технологией получения неразъемных соединений. К ним относятся, например: высокая жидкотекучесть для получения отливок или высокая пластичность для обработки давлением, хорошая обрабатываемость резанием, хорошая свариваемость или паяемость и т. д.
Затем выбирается наиболее рациональная группа материалов в соответствии с их основой: титановые или алюминиевые сплавы, низкоуглеродистые, низколегированные или легированные стали, сплавы с особыми физико-химическими свойствами и др. Информацию о характеристиках конструкционных материалов можно найти в литературе /8 – 16 и др./.
Для установленной группы материалов с учетом требований к их механическим свойствам определяется класс материалов: деформируемые термически упрочняемые или не упрочняемые материалы определенного структурного класса, литейные сплавы, порошковые или композитные материалы и т. д. При выборе термически упрочняемых материалов приводится механизм упрочнения.
Важным фактором при выборе материала является стоимость материала и, особенно, его свариваемость. При достаточно близких свойствах металлов аналогичного назначения характеристики свариваемости могут существенно различаться, что предопределяет выбор материалов либо более дорогих, либо с более низкими эксплуатационными свойствами, но лучшей свариваемостью. Например, высокохромистые стали ферритного класса типа 08Х17Т, 15Х25Т не уступают хромоникелевым аустенитным сталям по коррозионной стойкости, превосходят их по стойкости к коррозионному растрескиванию, существенно дешевле, однако применение их для изготовления нагруженных конструкций не рекомендуется в связи с низкой ударной вязкостью и повышенной склонностью сварных соединений к хрупким разрушениям.
При выборе материала необходимо учитывать также целесообразность и возможность проведения дорогостоящей термической обработки с целью получения оптимальных механических свойств и снижения величины остаточных деформаций и напряжений.
В пояснительной записке приводится критическая оценка соответствия материала изделия эксплуатационным и технологическим требованиям. При наличии оснований дается вариант замены материала. Для выбранного материала в пояснительной записке в виде таблиц или графиков приводятся химический состав, механические свойства при комнатной и рабочей температурах, теплофизические свойства.
В обосновании выбора материала указываются особенности физико-химических процессов при взаимодействии материала с окружающей средой в условиях эксплуатации, возможные структурные и фазовые превращения в процессе технологической обработки и в эксплуатации, возможные способы получения неразъемных соединений, технологические свойства материала.
|
|
|
