Зажимные механизмы приспособлений.

Зажимные механизмы предназначаются для закрепления установленных в приспособление деталей, заготовок, сборочных единиц и должны отвечать ряду требований.

  1. Зажимное усилие должно прилагаться в выбранной точке и иметь направление, указанное в схеме закрепления. Как правило, зажимы располагаются над опорами или вблизи них. Они не должны создавать опрокидывающего момента.
  2. Зажимные механизмы должны развивать заданное расчетное усилие для надежного закрепления деталей.
  3. Расчет элементов зажимов (диаметров пневмоцилиндров, винтов, сечения рычагов и т.п.) должен производиться по заранее выбранному или рассчитанному усилию, развиваемому зажимом, а не наоборот.
  4. Зажимы не должны нарушать заданное положение деталей, портить их поверхности и вызывать деформирование.
  5. Прижимы должны быть быстродействующими.
  6. Зажимные механизмы должны быть удобными и безопасными в работе.

В сборочно-сварочных приспособлениях чаще всего применяются прижимы с механическим, пневматическим, гидравлическим, магнитным или электромеханическим приводом. В одном приспособлении желательно применять не более двух типов прижимов.

По степени механизации зажимы делят на:

- ручные – работающие от мускульной силы рабочего (их рекомендуется применять в единичном и мелкосерийном производстве);

- механизированные – работающие от силового привода, управляемого вручную;

- автоматизированные – осуществляющие зажим и раскрепление деталей и узлов без участия рабочего.

Последние два типа зажимов рекомендуется применять в серийном и массовом производстве. Различные конструкции зажимов имеют разное время срабатывания и закрепления (открепления) деталей.

Расчет зажимных устройств производится обычно в две стадии:

сначала определяют необходимые усилия зажатия деталей и изделий, затем рассчитывают конструкции зажимного устройства и других элементов приспособления на прочность и жесткость под действием этих усилий.

Закрепляемые детали должны находиться в равновесии под действием всех сил зажима, а также сил, возникающих в процессе сварки, и реакции опор. Причем должен обеспечиваться полный контакт базовых поверхностей деталей со всеми установочными элементами приспособления и исключена возможность сдвига деталей.

 

Таблица. Продолжительность закрепления деталей.

№ п/п Вид зажимного устройства Продолжительность закрепления, с
Зажим плунжерного вида с пневматическим или гидравлическим приводом 0,5 – 1,2
Ручной эксцентриковый или байонетный зажим 0,7 – 2,0
Винтовой зажим с рукояткой или маховиком 1,5 – 4,2
Винтовой зажим, вращающийся гаечным ключом 3 - 12
Тиски или кулачковый патрон с применением ключа 6 – 18

 

В сборочно-сварочном приспособлении могут действовать силы:

  1. удерживающие изделие от деформирования в процессе прихватки, сварки, остывания и усадки сварных швов;
  2. обеспечивающие плотное прижатие (без зазоров) деталей;
  3. обеспечивающие предварительный обратный прогиб деталей с целью компенсации остаточной сварочной деформации (если это предусмотрено технологическим процессом);
  4. другие силы (силы тяжести изделия, сварочных устройств, инерционные и др.);

Для нахождения первых двух сил теоретическим расчетом (по методам теории сварочных деформаций) или экспериментально (на опытных или головных образцах) определяется форма и размеры остаточных сварочных деформаций или фактических отклонений. Затем расчетным путем устанавливаются усилия, необходимые для того, чтобы свести эти деформации к нулю. При расчетах следует ориентироваться на максимальные величины усилий с учетом их места приложения и направления.

Определять требуемую силу зажима следует с учетом коэффициента запаса, предусматривающего увеличение сил, а также непостоянство установки, закрепления, отклонения формы и размеров заготовок, износ приспособления и т.п. Коэффициент запаса для ручных зажимов рекомендуется брать =2, для механизированных 1,5.

Рассмотрим некоторые примеры.

Стенды для листовых конструкций. Расчетное усилие p на кромку определяется по формуле:

 

p = P/(4r) = 4,5*f*E(d/r)3,

 

где P-искомое давление на единицу длины каждой кромки; r-радиус круглой выпучины; f-величина прогиба; Е-модуль упругости; d-толщина пластины.

 

Напряжение изгиба вычисляется из выражения:

 

s = 2,8*f*E*d/r3

 

Расчетное удельное усилие на обе кромки принимается: Qp=2P.

С учетом коэффициента запаса ИЗС им. Е.О. Патона в своих стендах для сборки и сварки листовых полотнищ принимает Qp=40кН (4000кгс) на 1 м длины шва.

При сравнительно малых угловых деформациях и небольших толщинах (d<5 мм) применяют метод расчета, основанный на зависимости реактивного усилия p от величины угловой сварочной деформации a. При использовании этого метода расчета необходимо проверять напряжения в шве, которые не должны превышать предела текучести. Для того чтобы листы на линии прижимов не отделялись от стенда при угловой деформации, на прижимах необходимо приложить усилие:

 

p = d3tgaE/(4l2)

 

Затем проверяют, не превышает ли предела текучести напряжения изгиба в металле шва:

 

sи = pl/w=6pl/d2 , т.е. sи<sт.

 

Если в приспособлениях зажатие листов производится без предварительной постановки сборочных прихваток, то усилие трения на зажимах должно быть достаточным для преодоления температурной деформации листов в их плоскости (должно препятствовать расхождению кромок и образованию зазоров в стыке).

В магнитном стенде сила сцепления листа со стендом F=pm2 , где р-сила зажатия листа по одной кромке, Н/см длины; m-коэффициент сцепления листа с опорной балкой или подкладкой.

В стендах, имеющих зажимное устройство, состоящее из верхних клавишей (с пневмо- или гидроприводом) и нижней опорной балки или плиты, сила сцепления листа со стендом будет

 

F = p (m2 + m1), где m1 - коэффициент сцепления листа с клавишами.

 

Если по расчету для удержания кромок требуется очень большие усилия зажатия, мощности зажимных устройств можно уменьшить, предусмотрев прихватку по концам стыка технологических выводных планок, связывающих обе кромки, либо постановку соединительных скоб, «гребенок».

 

 

Рис. 18. Деформация листового полотнища в виде круглой выпучины 19. Угловая деформация листов типа «домик»

Рис. 20. Продольная деформация сварной балки и схемы ее нагружения в сборочно-сварочном кондук­торе

а — равномерно распределенной нагруз­кой в виде ряда клавишных прижимов; б — сосредоточенной силой посередине длины балки; в —двумя силами, сим­метрично расположенными по длине балки

Рис. 21. Поперечная (угловая) деформация пояса балки (грибовидность)

Рис. 22. Расчетная схема зажимного устройства для сборки тавровых балок