Основы конструирования приспособлений

СПЕЦИФИКА КОНСТРУИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СБОРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Исходными данными при конструировании являются чертеж изделия, технические условия на приемку изделия, технологи­ческий процесс сборки, из которого следует последовательность и содержание операций, принятое базирование, оборудование и инструменты, режимы работы, а также заданная производитель­ность с учетом времени на установку, закрепление и снятие со­бранного изделия.

Конструирование приспособления начинают с уточнения схемы установки базовой и сопрягаемых деталей изделия. Затем опре­деляют тип, размер, количество и взаимное расположение уста­новочных элементов. Зцая силы, возникающие в процессе сборки, устанавливают место приложения и величину сил для закрепле­ния базовых деталей. Исходя из этого, а также учитывая задан­ную производительность, конфигурацию и точность изделия, вы­бирают размер и конструкцию зажимного устройства. Далее выявляют элементы для направления собираемых деталей, уста­навливают необходимые вспомогательные устройства, оформляют конструкцию корпуса приспособления. При этом используют имеющиеся нормали и стандарты.

При конструировании сборочных приспособлений необходимо учитывать базирование сопрягаемых деталей. В зависимости от требуемой точности их взаимного положения при сборке и в го­товом изделии назначают допуски на размеры установочных и направляющих деталей сборочного приспособления на основе анализа размерной цепи данной технологической системы.

Особое внимание должно уделяться конструированию при­способлений для автоматической сборки, так как для них необ­ходима высокая надежность работы. При сильном закреплении сопрягаемых деталей необходим расчет возможных деформаций и их влияния на точность сборки.

К приспособлениям для сборки, при которой детали изделия подвергаются нагреву (сварка различных видов, пайка, склеива­ние при использовании клеев горячего отверждения), предъяв­ляются дополнительные требования, приведенные ниже.

Точность сборки зависит от вида сопряжения деталей, точности их изготовления, метода базирования при сборке, а также от точ­ности сборочного приспособления. Наибольшая точность обеспе­чивается при сборке сопрягаемых деталей по центрирующим по­верхностям без зазора. В этом случае приспособление не влияет на точность сопряжения деталей по их концентричности (рис. 145, а). При неподвижных сопряжениях деталей, ориенти­руемых при сборке по центрирующим элементам с гарантирован­ным зазором, их наибольшее смещение в боковом направлении от среднего положения равно максимальному радиальному за­зору. Применяя конические или разжимные направляющие эле­
менты приспособления (рис. 146, б), можно это смещение перед оконча­тельным скреплением де­талей свести к минимуму. При подвижном соедине­нии точность взаимного положения деталей не за­висит от приспособления, а определяется точностью изготовления самих дета­лей. Взаимное положение осей механизма зависит от точности расположения отверстий в платах и от зазоров между цапфами и отверстиями (см. рис. 140).

При отсутствии цен­трирующих элементов сборку изделия ведут, совмещая технологические базы сопрягаемых деталей с измерительными, т. е. с поверхностями, по ко­торым производится изме­рение заданного размера. На рис. 145, в показан пример сборки, относящийся к этому случаю. У соединяемых деталей 1 и 2 тех нологическими базами, которыми они контактируют с уста­новочными элементами а сборочного приспособления, являются вертикальные площадки. После выполнения соединения (стык показан жирной линией) выдерживаемый размер х проверяют по тем же площадкам. В результате совмещения технологических и измерительных баз точность сборки будет наибольшая, так как погрешность базирования при этом равна нулю. Размер х может изменяться лишь вследствие износа установочных элементов при способления. На рис. 145, г показана схема сборочного приспособ­ления, где технологические базы деталей не совмещены с измери­тельными. В этом случае выдерживаемый размер к выполняется с погрешностью базирования, равной сумме допусков на размеры и /2 сопрягаемых деталей.

На рис. 145, д показано приспособление для запрессовки втулки 4 в корпус 3. При сборке выдерживается размер Н. По­верхность а и поверхность B втулки являются технологическими и измерительными базами. Условие совмещения баз при этом выполняется, и погрешность базирования для размера Н равна нулю. Если при сборке выдерживается размер Нъ то условие совмещения баз выполняется только для детали 3. Для детали 4 Онс не выполняется (поверхность b — технологическая база,

Рис. 146. Схемы для расчета размериых цепей сборочных приспособлений

А поверхность с — измерительная), поэтому по отношению к раз­меру #! возникает погрешность базирования, численно равная допуску на длину втулки б^ При выполнении размера И% условие совмещения баз, как это видно из чертежа, не выдерживается для обеих сопрягаемых деталей. Возникает погрешность базирования для размера Ht, численно равная 6t-f б2, где 62 — допуск на раз­мер /2 корпуса.

Изменив ехему приспособления (рис. 145, е) и применив сту­пенчатый наконечник прессующего устройства, можно привести погрешность базирования для размера Нг к нулю при условии, что по нижнему торцу втулки предусмотрен зазор. Из рассмотрен­ных примеров видно, что погрешность базирования в сборочных приспособлениях может достигать больших значений, чем при механической обработке.

Если при сборке закрепляются обе сопрягаемые детали си­лами Qx и Q2 (см. рис. 145, в), то погрешность закрепления

У е. з! - f 8З2,

Сз2 — погрешности закрепления от сил Qt и Q2.

В данном случае увеличивается также погрешность закрепле­ния по сравнению с погрешностью при установке заготовки в ста­ночных приспособлениях.

При сборке более сложных узлов с большим количеством дета­лей точность выдерживаемого размера может быть определена на основе расчета соответствующей размерной цепи. При реше­нии размерной цепи по максимуму и минимуму (метод полной взаимозаменяемости) допуск на выдерживаемый размер х (рис. 146, а).

Б + £бг.

I=l

Б, — сумма

Приспособления;

1п деталей. Эта формула справед­лива для случая, когда сборка осуществляется с использованием

230
Нескольких приспособлений (дублеров) или приспособлений-спут­ников на автоматической линии. Если сборку производят в одном приспособлении, то величину б учитывать не следует или при большой программе выпуска изделий под ней нужно понимать допуск на износ установочных элементов приспособления.

Из этого выражения можно найти допуск б на размер приспо­собления, зная допуски на размеры сопрягаемых деталей, и до­пуск 8Х на выдерживаемый размер:

Б = б, - £ бг.

Г=1

При решении размерной цепи по методу неполной взаимоза­меняемости допуск на выдерживаемый размер х можно опре­делить по формуле

Б* = T ]Ai6F + Ml Н-------- Ь М» + ^б2,

Где t — коэффициент, определяющий риск (%) получения брака по выдерживаемому размеру при сборке; обычно берут t = 3:

Коэффициент T .................................................. 1 2 4

Риск брака, % .................................................... 32 4,5 0,27;

..., кп — коэффициенты, зависящие от формы кривых рас­пределения размеров соответствующих сопрягаемых деталей узла.

В случае кривой распределения, близкой к нормальной, к — 1/9. Для кривой, равной вероятности, и в случае, когда о форме кривой ничего не известно, рекомендуется принимать к = 1/3. Если кривая распределения близка к треугольнику, К = 1/6. Зная исходные величины и задаваясь значениями t, Можно определить допуск б на размер сборочного приспособления:

Б = ("F— — — • • • — Kblj ■

Результаты расчета показывают, что при сравнительно не­большом риске получения брака допуск на размер приспособления можно значительно расширить. Вместе с тем расширяют допуски и на размеры сопрягаемых деталей.

При сборке неразъемных соединений методом пайки, сварки и склеивания необходимо учитывать тепловые зазоры между установочными элементами приспособления и базовыми поверх­ностями собираемого изделия. На рис. 146, б показана схема приспособления для пайки в печи деталей Л и В. Место пайки показано жирной чертой. Пайку производят с общим нагревом приспособления и изделия. Для учета различного теплового рас­ширения приспособления и деталей изделия нужно предусма­тривать зазор при установке этих деталей в приспособление. В противном случае возможно заклинивание изделия или иска­жение взаимного положения сопрягаемых деталей. Для простей­ших форм деталей и приспособления величину минимального зазора А можно определить, зная температуру нагрева t, размеры сопрягаемых деталей и коэффициенты теплового расширения а этих деталей и приспособления. Применительно к схеме (см. рис. 146, б)

А = t [(LAaA - f LBaB) — La].

Здесь величины с индексами относятся к деталям изделия, а величины без индексов — к приспособлению. Если ЬАаА

LBaB La, то первоначальный зазор с повышением темпе­ратуры будет возрастать. Величину А в этом случае следует назначать такой, чтобы можно было легко осуществить закладку в приспособление деталей, выполненных с наибольшими предель­ными размерами.

При сложных формах деталей вычисление А затруднительно. Ее величину в этом случае нужно устанавливать эксперимен­тально.

Величину допуска б на размер L приспособления можно назна­чать достаточно большой, если соединяемые детали прижаты друг к другу по стыку С; точность выполняемого размера Lc6 при этом от допуска б не зависит. При отсутствии гарантированного прижатия деталей по стыку С допуск бсб на выполняемый размер можно определить по методу полной взаимозаменяемости:

БсС = бл + бв + Д + б, отсюда

6 = бсб — бл — бв — А.

При расчете по методу неполной взаимозаменяемости из вы­ражения допуска на выдерживаемый размер

Можно найти

Если собираемое изделие состоит из п деталей, то выражение принимает вид

Б _ [S^L _ _ xrfi _ . . _ ХХ]

При % = ^ = — ' • • = К = 1/9 (распределение по нормаль­ному закону) и 1 = 3

Б = J/"(6ce - Д)2 - б^ - --------------------------- &1

Для повышения точности изделий, собираемых методом пайки, сварки и склеивания, целесообразны конструкции с центровкой деталей по пояскам, буртикам, пазам и другим элементам.

Сборочное приспособление должно обеспечивать заданную точность при длительной эксплуатации и многократном нагреве (при пайке твердыми припоями температура нагрева 700—1200 °С).

При необходимости удаления неполностью охлажденного из­делия из приспособления рекомендуется снижать площадь кон­такта между деталями и приспособлением, создавая местные вы­точки и выемки. Удобны разборные конструкции приспособлений с малой шероховатостью поверхности установочных элементов. В разборных конструкциях предпочтительнее клиновые соедине­ния перед резьбовыми. Приспособление должно быть легким для уменьшения времени нагрева. Необходимо избегать длинных и относительно тонких плит, так как при нагреве они деформи­руются.

Выбор материала для основных деталей приспособления опре­деляет долговечность приспособления и точность сборки. Коэф­фициент расширения материала деталей изделия должен быть меньше, чем материала приспособления. В этом случае можно допустить меньшие тепловые зазоры между приспособлением и изделием и обеспечить более высокую точность сборки, которая для небольших изделий составляет 0,025—0,05 мм.

Материал основных деталей приспособлений должен выдер­живать многократные нагрев и разборку (в разборных конструк­циях), а также быть прочным и износостойким. Этим требованиям удовлетворяют специальные сплавы и керамика. При пайке алю­миниевых сплавов погружением для деталей приспособления ре­комендуется применять жаропрочные никелевые сплавы или коррозионно-стойкую сталь, так как углеродистая сталь загряз­няет ванну. В приспособлении не должно быть углублений, пре­пятствующих стеканию припоя.

Если пайку производят с индукционным нагревом деталей, то близко расположенные к индуктору детали приспособления рекомендуется выполнять из неметаллических материалов (мика­лекса, эпоксипластов, армированных стеклотканью, керамики), обладающих химической стойкостью к флюсу и высокими изоля­ционными свойствами. Если применяются металлические детали, то их нельзя выполнять в виде кольца или замкнутой петли, так как в этом случае в них индуцируются ТВЧ. Их делают пустоте­лыми и применяют для охлаждения проточную воду.

Приспособления периодически проверяют на точность. Их конструкция должна быть удобной для быстрой проверки без применения косвенных методов контроля. Приспособления для склеивания подвергают периодической очистке от накаплива­ющихся следов клея. Поскольку большинство клеев не удаляется растворителями, нужно предусматривать быстрый съем (или раз­
борку) приспособления для его нагрева до температуры, при ко­торой клей разрушается (около 300 °С). После этого очистку про­изводят механически (щетками, скребками и др.).