Элементы производственного процесса

Блок вопросы с 19-24

19 вопрос

Детали данного класса имеют следующие обрабатываемые поверхности: площадки и отверстия, расположенные по концам стержня. Рычаги бывают подвижные и неподвижные, плоские и объемные, и служат для передачи движения из одной плоскости в другую; воспринимают нагрузки в конструкциях. В деталях этого класса, кроме основных отверстий, обработке подвергают шпоночные и шлицевые канавки, прорези. Шатуны могут быть с цельными и разъемными головками.

Материалы: Стали – 35, 40, 45Г, 45Х – рычаги и вилки;

18ХНВА, модифицированный и ковкий чугун – шатуны.

Заготовки: Тяжелонагруженные рычаги из кованных и штампованных заготовок, в условиях единичного производства, получают свободной ковкой. Плоские рычаги штампуются из листового проката, холодной штамповкой. При ковке и штамповке применяют многочисленные правки. Перспективным методом, является метод горячего прессования порошковых материалов.

Основные технические условия на изготовление рычагов.

1) Обеспечение правильной геометрической формы основных отверстий и их торцов;

2) Обеспечение заданных размеров, из которых главными являются диаметры основных отверстий, расстояния между отверстиями, и между торцами головок;

3) Обеспечение точности взаимного расположения плоскостей;

4) Шероховатость поверхности основных отверстий.

Основные этапы технологического процесса изготовления рычагов.

1) Обработка торцевых поверхностей;

2) Обработка основных отверстий:

а) сверление;

б) зенкерование;

в) 1 и 2 кратное развертывание;

3) Обработка шпоночных и шлицевых канавок;

4) Обработка поверхностей стержня рычага, прорезей, пазов, фасонных исполнительных поверхностей рычагов и вилок;

5) Обработка вспомогательных отверстий и нарезание резьбы;

6) Термическая обработка отдельных поверхностей;

7) Окончательная отделка отверстий.

Применяют варианты этого маршрута, в которых 1 и 2 операция меняются местами или объединяются в одну.

1. Назначение и конструкция детали

Деталь «Рычаг» относится к деталям гидромашиностроения и входит в состав конструкции поворотно-лопастной гидротурбины типа турбины Каплана. Деталь «Рычаг» является составной частью механизма поворота лопастей рабочего колеса.

«Рычаг» представляет собой деталь, состоящую из плоской ступицы диаметром 980 с центральным отверстием диаметром 485 и отходящего от нее пальца с цилиндрическим галтельным основанием диаметром 250. Рычаг механизма поворота насаживается на цапфу лопасти (рис. 1 поз.3) посредством внутреннего отверстия диаметром 485 и скрепляется с цапфой лопасти 7 болтами М120х4. В конструкции предусматриваются также два цилиндрических штифта диаметром 130 для передачи крутящего момента от рычага к лопасти. Рычаг посредством пальца соединяется с серьгой (рис.1 поз.6), которая заменяет шатун, и шарнирно соединяется вторым своим концом с крестовиной. Крестовина через проушину и соединительные планки воздействует на рычаг, который, поворачиваясь, разворачивает лопасть рабочего колеса. Также «Рычаг» удерживает своей боковой поверхностью лопасть от осевого перемещения.

Рис. 1 Разрез рабочего колеса с дифференциальным поршнем: 1-дифференциальный поршень; 2-корпус р.к.; 3-лопасть; 4-цапфа; 5-РЫЧАГ; 6-серьга; 7- контршток сервомотора.

Для транспортировки и кантовки детали на его поверхности предусмотрено 3 отверстия под рым-болты М30.

2. Выбор материала детали

При работе турбины «Рычаг» подвержен большим нагрузкам: подвергается одновременному действию усилия, приложенному к его пальцу от сервомотора, и центробежной силы лопасти, цапфы и самого рычага, поэтому к его прочности предъявляются высокие требования. Для обеспечения необходимой прочности рычаг изготавливают из высокопрочных сталей путем ковки с последующей нормализацией 870-890^oC или закалкой 920-950 ^oC с отпуском 570-600^oC.

Исходя из вышесказанного, в качестве материала рычага принимаем конструкционную легированную сталь Сталь 30ГСЛ ГОСТ 977-88. Сталь применяется для деталей типа лопасти гидротурбин, рычаги, фланцы, сектора, венцы зубчатые, ролики обоймы, колеса ходовые и др., а также фасонные отливки, отливаемые методом точного литья, зубчатые колеса, бандажи,отливки небольших сечений и другие детали общего машиностроения к которым предъявляются требования повышенной твердости, сварно-литых конструкций с большим объемом сварки и др. Химический состав и механические свойства стали 30ГСЛ необходимо знать для выбора способа получения заготовки, режимов резания и технического нормирования.

Таблица 1. Химический состав стали 30ГСЛ ГОСТ 977-88

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.60-0.80
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	1.10-1.40
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.040
Хром (Cr), не более	0.30
Сера (S), не более	0.040

Таблица 2. Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2
Нормализация 870-890 °С. Отпуск 570-600 °С.
Закалка 920-950 °С. Отпуск 570-650 °С.

Таблица 3. Технологические свойства

Свариваемость
Способы сварки: РДС, АДС под газовой защитой, ЭШС. Необходимы подогрев и последующаятермообработка.
Обрабатываемость резанием
при НВ 156 Ku тв.спл. = 1,0, Ku б.ст. = 0,8.
Склонность к отпускной способности	не склонна
Флокеночувствительность	не чувствительна

Таблица 4. Общие сведения

Заменитель

стали: 20ГСЛ, 25ГСЛ, 40ХЛ.

Вид поставки

отливки ГОСТ 977-75.

Таблица 5. Литейные свойства

Линейная усадка, %
Показатель трещиноустойчивости, Кт.у.	2.2-2.3
Жидкотекучесть, Кж.т.

	1.0
Склонность к образованию усадочной раковины, Ку.р.	0.9
Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п.	1.2

Материал детали обладает литейными свойствами и в то же время хорошо обрабатывается давлением, следовательно выбор процесса и метода изготовления заготовки связан с обеспечением данного качества детали, т.е. с техническими условиями на изготовление.

3. Выбор способа формообразования заготовки

Правильно выбрать заготовку - значит определить ее пригодность для изготовления детали с позиций прочностных и стойкостных характеристик, установить рациональный способ ее получения, определить оптимальные припуски на обработку ееповерхностей, рассчитать размеры заготовки и установить допуски на точность их выполнения, сконструировать заготовку и разработать оптимальные технические условия на изготовление.

Основными факторами, учитываемыми при выборе заготовки, являются:

масштаб и серийность выпуска (тип производства);

тип и конструкция детали (форма и размеры);

назначение детали в машине, материал и технические условия на изготовление;

планируемые сроки на технологическую подготовку производства;

конкретные условия производства (вооруженность завода и кадры);

экономичность заготовки, выбранной с учетом предыдущих факторов.

Все способы получения заготовок определяются:

1. Технологической характеристикой материала, т.е. его литейными свойствами или способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением, а такие структурными изменениями материала, получаемыми в результате применения того или иного метода выполнения заготовки (расположение волокон в прокате, поковках и штамповках, величина зерна в отливках и т.д.).

2. Конструктивными формами и размерами заготовки (например, чем крупнее деталь, тем дороже обходится изготовление штампа, модели или металлической формы).

3. Требуемой точностью выполнения заготовки и качеством поверхности.

4. Величиной программного задания (при больших партиях выгодны те способы изготовления заготовок, которые обеспечивают наибольшее приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали).

5. Производственными возможностями заготовительных цехов предприятия (наличием соответствующего оборудования).

6. Временем, затрачиваемым на технологическую подготовку производства заготовок (на изготовление штампов, моделей, прессформ, нестандартного оборудования и т.п.).

Выбор рациональной заготовки имеет важное экономическое значение для получения высоких технико-экономических характеристик заготовительных цехов и в целом для производства машин.

Рассмотрим несколько возможных способов формообразования заготовки детали «Рычаг» и примем наиболее рациональный из них.

Опытно-технологические разработки по изготовлению рычагов способами точного литья или сварки предварительно сформированных ковкой ступицы и пальца не позволили получить необходимую прочность рычагов для крупных гидротурбин. Поэтому примем к рассмотрению следующие способы:

-ковка с использованием подкладных штампов;

-отливка.

Особенности изготовления шатунов.

К шатунам применяются те же требования, что и к рычагам, но на класс выше IT-5, шероховатость 8-9,т.е. Ra=0,32;0,63.

Конусность и овальность отверстий – 3-5мкм;

Непараллельность до 30 мкм.

Шатуны маркируются по группам в соответствии с диаметром центрального отверстия. Обработанные шатуны подгоняются по массе.

Шатуны изготавливаются в основном на автоматических линиях, с использованием приспособлений – спутников.

В центральных отверстиях рычагов применяются бронзовые втулки. (БРАЖ 3-4; БРОЦ 2).

Изготовление балок переднего моста.

Материалы: 45; 40Х

Заготовка:

1) прокат;

2) штамповка проката;

3) залома проката;

4) правка балки;

5) травление для обнаружения дефектов;

6) после устранения дефектов балка поступает на автоматическую линию.

1) Фрезерование площадок под рессоры (базирование по черновой базе).

2) Сверление отверстий, зенкерование и развертывание отверстий.

3) Предварительное фрезерование бобышек под шкворни.

4) Изготовление отверстий под шкворни.

5) Контроль.

Вопрос

Гибкая автоматизированная технология и созданные на ее основе гибкие автоматизированные производства (ГАП) органически сочетают комплексную автоматизацию с всемерной экономией трудовых ресурсов.

Гибкая производственная система (ГПС) – совокупность технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в пределах установленного класса определенных диапазонов их характеристик.

Основой создания гибких автоматизированных систем служат роботы, манипуляторы, транспортные средства и вычислительная техника.

Гибкая автоматизированная система состоит из отдельных модулей, объединяемых в гибкую автоматизированную линию, участок, цех или организацию. По степени автоматизации различают два вида таких систем: гибкий автоматизированный комплекс и гибкое автоматизированное производство.

Комплексная автоматизация предполагает организацию производственных процессов, соответствующую технологии производства и требованиям непрерывного, равномерного и интенсивного использования всей технологической системы без участия человека при стабильном качестве выпускаемой продукции. Комплексность автоматизации включает рабочие и вспомогательные элементы технологического процесса. Сюда относятся основные процессы производства, а также транспорт, складирование, проектирование и технологическая подготовка производства.

Одновременно с комплексностью характера автоматизации автоматизированные системы должны обладать свойством гибкости как технологически, так и экономически. Под технологической гибкостью понимается возможность изменения производительности системы при согласованной работе ее элементов. Экономическая гибкость – способность многократной смены номенклатуры выпускаемой продукции с наименьшими затратами при неизменности основного технологического оборудования. Основным звеном гибкого автоматизированного производства является ГПС.

При гибкой технологии система обладает способностью к структурным изменениям, быстрой адаптации элементов производства в условиях динамизма и интенсификации. Гибкость может быть тактической и стратегической. Тактическая гибкость обеспечивается за счет эластичности внутренней организационно-технологической структуры производств при неизменных производственно-технологических функциях, а стратегическая связана с обеспечением работоспособности системы за счет ее многофункциональности.

Достоинства: ГПС являются достаточно сложным, динамическим объектом, который нельзя описать без определенных допущений. Во многом его экономическая эффективность зависит от созданной математической модели производства.
Преимущества:

1. Сокращение объемов незавершенного производства в 2-2,5 раза;

2. Повышение коэффициента загрузки оборудования до 0,8 – 0,9;

3. Повышение мобильности производства (сокращение сроков освоения новой продукции, возможность обеспечения быстрой приспособляемости производства к изменению объекта изготовления, сокращение времени подготовки производства в среднем на 50%, уменьшение наименований и количества необходимого инструмента, сокращение времени установки заготовок на станке и т.д.);

4. Повышение производительности труда (рост производительности труда на всех стадиях производства, сокращение времени цикла обработки каждой детали за счет автоматизации установки и снятия заготовок, обеспечение длительной работы без присутствия человека или при ограниченном количестве операторов, повышение коэффициента сменности);

5. Повышение качества продукции (увеличение надежности управления станками, обеспечение стабильности качества продукции, сокращение времени сборки изделий, снижение брака в 4-5 раз и затрат на его ликвидацию, автоматизация контроля размеров обрабатываемых деталей непосредственно на станке);

6. Снижение затрат на производство (снижение себестоимости продукции за счет роста производительности труда, сокращение сроков технической подготовки и вспомогательных работ, сокращение расходов на содержание производственных и вспомогательных площадей, снижение срока окупаемости).

Элементы производственного процесса

Основным элементом производственного процесса является технологический процесс, состоящий из последовательности технологических операций, в результате которых происходят изменения формы, размеров и свойств поверхностного слоя деталей, а также их взаимного расположения (процессы сборки). Технологические процессы происходят во времени и в пространстве. Это, в свою очередь, требует складирования, транспортирования, консервации и контроля.

Производственный процесс всегда рассматривается применительно к конкретному изделию и происходит в определенных производственных ячейках. Первичной производственной ячейкой является рабочее место (РМ), где происходит объединение трех главных составляющих производственного процесса: труда работника, средств производства и предмета труда. Эту ячейку, например металлорежущий станок 16ГС30 или ГПМ, можно назвать ячейкой нулевого уровня. При объединении таких ячеек согласно определенному принципу получим ячейки первого уровня, например производственные ячейки или линии. Объединение же последних позволяет создать ячейки второго уровня, например ПС.

Все реализуемые в ПС процессы можно с учетом их влияния на достижение целей и задач ПС разделить на процессы непосредственного производства и дополняющие процессы. К последним относятся вспомогательные процессы, а также процессы управления и информационные.

Производственные процессы реализуют основные цели и задачи ПС по производству промышленных изделий или материальных услуг. Дополняющие процессы обеспечивают обслуживание всех производственных процессов с помощью действий, услуг или информационных потоков. В результате создается сеть материальных, энергетических и информационных связей между элементами ПС и окружающей средой.

ПС состоит из специализированных подсистем. Такая специализация касается, например, выполнения конкретных технологических операций (группы операций) на конкретном изделии (конкретной группе изделий). Она служит основой разработки структуры ПС путем соединения соответствующих подсистем.

Одно из развиваемых в настоящее время направлений разработки ПС — возрастание степени их автономности. Обеспечивается это путем создания объединенных (интегрированных) ПС, в которых происходит объединение функций и устройств, необходимых для качественной реализации производственного процесса. Суть такого объединения заключается в функционально-пространственном объединении конкретных подсистем с одновременной концентрацией производства и касается обработки, транспортирования, манипулирования и складирования изделий, управления производством. Наиболее простой случай — соединение РМ только системой транспортирования изделий.

Существуют две формы интеграции ПС — функциональная и техническая. Функциональная интеграция заключается в объединении в производственных ячейках конкретных функций, выполняемых в ходе реализации производственных и вспомогательных процессов. В этом случае обеспечивается определенная специализация процесса производства. Техническая интеграция характеризует технический уровень указанных функций в пределах одной производственной ячейки, что обеспечивает изменение количества используемых устройств и возрастание их универсальности. Примером интеграции одновременно функциональной и технической являются многоцелевые станки ГС526У, в которых имеет место концентрация различных методов обработки (фрезерования, растачивания, сверления и т.д.), выполняемых производственных функций (обработка, смена инструментов, палет с деталями и т.д.), а также объединение в одной конструкции технических устройств для реализации указанных функций.

Интеграция благоприятствует автоматизации ПС. Фактором, способствующим автоматизации, являются значительные объемы производства. Дорогостоящее оборудование в этом случае окупается гораздо быстрее за счет значительных амортизационных отчислений. Именно это способствовало в свое время широкому внедрению в автомобилестроение автоматических линий обработки деталей и сборки.