Введение к работе
Актуальность проблемы.
При изготовлении и монтаже изделий в машиностроении, строительстве, металлургии автомобилестроении, приборостроении часто приходится сталкиваться с необходимостью выполнять сварные соединения типа "корпусная деталь — стержень».
В качестве крепёжных стержневых элементов применяют различные виды метизов: болты, шпильки, диаметром от 4,0 до 25мм, которые изготавливают из черных и цветных металлов и их сплавов холодной высадкой или точением. Корпусные детали изготавливают из листового проката толщиной от 0,5 до 4мм.
Возможность деформации листового проката толщиной менее 4мм ограничивает использование большинства технологий.
Для получения сварных соединений типа "корпусная деталь — стержень» применяют дуговые способы сварки, контактную сварку.
Комбинированный способ содержит дополнительные
многопереходные операции базирования и фиксации крепежного
элемента дуговыми способами сварки. ...
Все перечисленные способы получения сварных соединений стержневых деталей с тонкостенными из цветных металлов и их сплавов имеют дополнительные операции, сложную оснастку, а следовательно требуют высоких затрат труда при организации производства.
Снизить трудоёмкость и повысить качество в зоне сварного соединения крепежных элементов к корпусной основе,позволит использование импульсных методов сварки с запасанием энергии в батарее конденсаторов.
В европейских странах наиболее широко известна импульсная технология присоединения стержневых крепежных деталей «CD Stud Welding» фирмы "Koco/Koster".
В России и странах СНГ применяют ударную конденсаторную сварку, разработанную в институте электросварки им. Е.О. Патона для получения миниатюрных сварных соединений.
Для присоединения массивных стержневых .элементов к тонкостенным листам из цветных металлов и их сплавов целесообразно использовать супержесткие режимы импульсной сварки. Одним из таких способов является ударная конденсаторная сварка с магнитно-импульсным приводом (УКС с МИП), исследования которой проводятся в Донском государственном
техническом университете (ДГТУ) на кафедре "Машины и автоматизация сварочного производства". Данный процесс мало изучен и требует анализа особенностей получения сварных соединений при разряде импульсных батарей конденсаторов на свариваемые детали.
Проведенный литературный и патентный поиск не выявил публикаций с результатами исследовательских и опытно -конструкторских работ по использованию динамического привода. Имеются лишь данные о реализации процесса ударной конденсаторной сварки с использованием в качестве силового воздействия пружинного привода.
Цель работы.
Разработка техпроцесса ударной конденсаторной сварки с магнитно-импульсным приводом (УКС с МИП) для получения сварных соединений типа "корпусная деталь-стержень" из цветных металлов и сплавов. Создание научно обоснованных методов выбора и расчета параметров технологии и оборудования.
Для реализации поставленной цели необходимо решить ряд задач:
-
Создать экспериментальное оборудование, изготовить инструмент и оснастку.
-
Осуществить экспериментальные исследования и теоретический анализ процесса контактной конденсаторной сварки с использованием магнитного давления в качестве сварочного.
3. ...Вскрыть механизм и определить параметры, влияющие на
качество сварного соединения.
-
Разработать алгоритм расчета и выбора параметров техпроцесса и оборудования.
-
Разработать рекомендации по проектированию промышленного электромагнитного инструмента.
Методы исследования.
Анализ процесса ударной конденсаторной сварки осуществлялся на основе теории электроэрозионной обработки, дислокационной теории образования соединений в твёрдой фазе, электродинамики.
Многофакторный эксперимент проводился с использованием математических методов планирования.
Качество сварного соединения оценивалось по результатам испытаний на механическую прочность, а так же металлографическими исследованиями. Измерение относительной
деформации в зоне соединения осуществлялась ультразвуковым методом.
Электромагнитные параметры импульсной сварки регистрировались с использованием современных цифровых приборов. Процесс фиксировался с использованием скоростного фоторегистратора.
Научная новизна:
- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена
гипотеза формирования сварного соединения в процессе УКС с
МИП, включающая электроэрозионную очистку (ЭЭО) за счет
пропускания импульса тока, совместную интенсивную деформацию
поверхностей и сварку в твердой фазе под действием магнитного
давления;
установлено, что электромеханическое воздействие необходимо формировать таким образом, что бы электроэрозионная очистка была завершена до сближения стыкуемых поверхностей;
- разработан алгоритм расчёта и выбора параметров
техпроцесса и оборудования, отличающийся тем, что
энергетические характеристики установки и процесса для ударной
конденсаторной сварки определяются с учётом теплового и
силового воздействия для очистки стыкуемых поверхностей и
сварки в твердой фазе.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Результаты исследований и алгоритм расчёта параметров процесса ударной конденсаторной сварки с магнитно-импульсным приводом были использованы при разработке технологии изготовления крепежной панели.
Полученные результаты использованы в учебном процессе ДГТУ на кафедре "Машины и автоматизация сварочного производства" при подготовке по специальности 150202 "Оборудование и технология сварочного производства".
Технология УКС с МИП осваивается предприятиях аэрокосмического комплекса с последующим внедрением.
На защиту выносится:
-результаты экспериментальных и теоретических исследований процесса ударной конденсаторной сварки с магнитно-импульсным приводом для получения сварных соединений типа "корпусная деталь-стержень" из цветных металлов и их сплавов;
-гипотеза формирования соединения в процессе УКС с МИП;
-условия качественной обработки при УКС;
-алгоритм расчета режимов процесса и оборудования ударной конденсаторной сварки;
-проектные изыскания и рекомендации по разработке электромагнитного инструмента.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
-заседаниях кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства».ДГТУ, 2006-2009;
-VIII международной научно-технической конференции по динамике технологических систем, г. Ростов-на-Дону, 2007;
-международной научно-технической конференции
"Магнитно-импульсная обработка материалов. Пути
совершенствования и развития", г. Самара, 2007;
-ежегодных научно-технических конференциях студентов и профессорско-преподавательского состава ДГТУ, 2006-2009;
-международной научно-технической конференции "Современное профессионально-техническое образование: достижения, проблемы, перспективы и тенденции' развития", г. Невинномысск, 2009;
-международной научно-технической конференции «Металлдеформ-2009», г. Самара.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных статей и докладов (в том числе три статьи в издания, рекомендуемых ВАК РФ), получен патент на изобретение.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, списка литературы, содержащего 90 наименований.
Диссертация изложена на 109 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 45 рисунков.
