Создание современных эффективных производств требует крупных материальных затрат, длительных сроков проектирования и внедрения, значительных усилий специалистов различного профиля, участия многих организаций и предприятий (генеральной проектной организации с опытными архитекторами, субпроектантов, специалистов предприятия-заказчика (технологов, служащих отдела капитального строительства (ОКС) предприятия), разработчиков и изготовителей оборудования и технических средств, монтажных и строительных организаций). Поэтому предпроектные работы имеют большое значение для сокращения затрат на проектирование. Они выполняются с целью сбора исходных данных, анализа существующего уровня производства, разработки технико-экономического обоснования (ТЭО ) или технико-экономического расчета (ТЭР ) целесообразности создания нового, расширения, реконструкции или технического перевооружения существующего (действующего) производства, разработки технической заявки (технического задания) на проект и подготовки различных технических материалов для проведения проектных работ.
Предпроектные работы чаще всего проводят за два этапа:
1) предпроектное обследование и разработка ТЭО или ТЭР;
2) разработка и утверждение технической заявки на создание и внедрение производственной системы.
При реконструкции производства необходимо иметь большее количество исходных данных, чем при проектировании нового производства, так как в проекте будут использованы уже имеющиеся на заводе здания, сооружения, оборудование и т. д. Поэтому перед началом реконструкции на завод выезжает группа проектантов, которая изучает производство, подбирает и систематизирует необходимые сведения о заводе и его цехах. Для комплексного обследования предприятия в состав группы включают технологов, строителя, энергетика, экономиста и других специалистов.
Если реконструкция сопряжена с полным изменением профиля производства для выпуска совершенно новой продукции, не изготовлявшейся ранее, то обследование касается главным образом данных о площадке и цехах завода, а также об имеющемся оборудовании. Трудоемкость и станкоемкость (требуемое количество станков) прежних изделий при этом не рассматриваются, т. к они будут другими при производства новых изделий.
Основная цель обследования - изучение производственных, материальных, финансовых и людских ресурсов действующего производства. Обследование перед реконструкцией производства проводят комплексно по нескольким частям.
1. Общая и технико-экономическая части содержат общие данные по действующему производству, данные о его составе, объеме производства и номенклатуре выпускаемой продукции, производственном кооперировании, производственных фондах; данные о составе работающих и их квалификации, уровне заработной платы, себестоимости продукции, общие выводы и основные технико-экономические показатели.
2. Генеральный план, транспорт и складское хозяйство.
3. Технологическая часть содержит сведения о назначении цеха, выпускаемой продукции и производственной кооперации (внутренней и внешней), размещении цеха, режиме его работы, станкоемкости и трудоемкости изготовления продукции, организации производства, составе цеха и технологических процессах.
4. Строительная часть содержит данные о природных и инженерно-геологических условиях площадки, характеристиках здания, условиях осуществления строительства, подъездных путях, площадках разгрузки и хранения строительных конструкций.
5. Санитарно-техническая часть и производственное водоснабжение содержат сведения о существующих источниках водоснабжения, системах и сооружениях хозяйственно-фекальной, производственной канализации, внутрицеховых санитарно-технических устройствах.
6. Энергетическая часть содержит данные о схеме электроснабжения и теплоснабжения, их мощности, источниках тепла и пара, воздухоснабжении и газоснабжении, внутрицеховых промышленных трубопроводах, энерготехнологические данные испытательных станций, стендов, данные о кооперировании энергетических ресурсов.
На основе обобщенных результатов обследования разрабатывается ТЭО целесообразности создания новой производственной системы. ТЭО содержит краткую оценку текущего состояния производственной системы, ее готовности к преобразованию и предполагаемых масштабах внедрения с учетом специфики обследуемого цеха (предприятия) и выпускаемой им продукции.
Основные параметры производственной системы (трудоемкость, станкоемкость, состав и количество оборудования, потребность в площади, численность работающих и т. д.) определяются в ТЭО в минимально короткие сроки и подлежат уточнению на последующих стадиях разработки технического задания на проектирование (аванпроекта) и технологической части рабочего проекта. В нём указываются капитальные затраты, технико-экономические показатели, которые предполагается достичь, в том числе снижение станкоемкости и трудоемкости, повышение производительности труда, увеличение коэффициента загрузки и сменности работы оборудования, уменьшение численности работающих, высвобождение производственных площадей, сокращение длительности производственного цикла и т. д.
Предлагаемые технические решения должны соответствовать перспективным направлениям развития и внедрения новой техники и технологий, использовать новейшие достижения в области ресурсосберегающих технологий, автоматизированное оборудование, средства вычислительной техники и её программное обеспечение. Созданная производственная система ко времени пуска в эксплуатацию должна соответствовать по технико-экономическим показателям лучшим отечественным и зарубежным образцам.
Автоматизацию целесообразно выполнять комплексно, т. е. автоматизировать и все вспомогательные процессы в цехе. Полная реконструкция и техническое перевооружение предприятия в короткий срок возможна лишь при обеспечении необходимыми ресурсами и соответствующем планировании. В противном случае приходится ограничиваться частичной реорганизацией, направленной на создание отдельных предметно-специализированных производств.
Материалы обследования содержат также отчетные данные предприятия за год, предшествующий году разработки рабочего проекта, и плановые показатели преобразованного предприятия на момент ввода и освоения проектной мощности. Главный инженер проекта и главный конструктор проекта проверяют материалы каждой части ТЭО и уточняют на месте обследования.
Основанием для разработкитехнической заявки на создание производственной системы является ТЭО, утвержденное руководителями генерального проектанта и заказчика.
Основанием для начала предпроектных работ по созданию новой производственной системы является решение руководства предприятия или директивное указание министерства (для предприятия, входящего в состав министерства).
Разработку задания на проектирование проводит заказчик проекта совместно с проектной организацией с учетом данных технико-экономического обоснования.
Основанием для проектирования участков и цехов, реконструкции или расширения их, а также технического перевооружения является задание на проектирование, в которое входят все данные, собранные в предпроектный период.
При разработке технического задания на проектирование необходимо решить следующие задачи: технические, экономические, организационные, социально-бытовые.
Технические задачи:
а) разработка технологических процессов для каждой детали (изделия);
б) расчет трудоемкости изготовления всех деталей (изделий) в год;
в) установление типажа оборудования для каждой операции всех технологических процессов (всех деталей или изделий);
г) расчет потребного количества всех элементов производства (станков, площадей, рабочих и т. д.);
д) выполнение компоновки здания, цеха и планировки оборудования;
е) разработка вопросов охраны труда и окружающей среды.
Экономические задачи:
а) выявление экономической целесообразности принимаемых технических решений;
б) расчет себестоимости и рентабельности;
в) расчет размеров основных и оборотных средств;
г) решение вопросов финансирования в период проектирования, строительства и в период освоения выпуска продукции, решение вопросов возвращения кредитов;
д) решение вопросов снабжения предприятия сырьем и материалами, обязательно из нескольких источников (дублирование на экстренные случаи).
Организационные задачи:
а) разработка принципов формирования производственных подразделений;
б) разработка структуры управления;
в) решение вопросов организации труда, снабжения рабочих мест заготовками, инструментами и материалами;
г) организация служб производства (складской, транспортной, контроля и т. д.).
Социально-бытовые задачи:
а) создание безопасных и удобных условий труда и отдыха;
б) организация питания; в особых случаях – снабжение товарами и продуктами;
в) организация медицинского обслуживания.
При разработке нескольких вариантов проекта (как правило, это 2-3 варианта) механосборочного производства или его частей необходимо выбрать оптимальный. Оптимальность (эффективность) проектного решения оценивается несколькими показателями различной размерности (у одних показателей это количество (штук), у других это степень удобства, у других – стоимость в рублях). В этом случае используется многокритериальная оценка качества решения. Выбранные показатели оцениваются (взвешиваются) по значимости, определяемой на основании экспертной оценки и статистических данных. Каждому показателю присваивается свой коэффициент, соответствующий степени важности этого показателя. Затем этот показатель (например, степень незавершённого производства) умножается на свой коэффициент, после чего все полученные произведения показателей и соответствующих коэффициентов суммируются. Лучшим признаётся тот вариант проекта, у которого наибольшая (или наименьшая) сумма.
Различают два периода проектирования : предпроектный и проектный.
Предпроектный – это период для подготовки к проектированию. Он содержит:
1. Уточнение поставленной задачи. Сбор необходимых сведений: чертежей или эскизов деталей, программ выпуска каждой детали в ближайшее время и в перспективе; проверка наличия готовых технологических процессов или разработка отсутствующих (подробно для массового, крупносерийного и среднесерийного производства и укрупненно для мелкосерийного и единичного); расчет трудоемкости обработки и сборки; расчет количества оборудования основного и вспомогательного производств; расчет производственной и общей площади.
2. Технико-экономическое обоснование целесообразности строительства нового здания, реконструкции, расширения или технического перевооружения действующего производства.
3. Выбор площадей под строительство с учётом геологических и геодезических обследований.
4. Разработку технического задания на проектирование с учетом всех уточнений. Техзадание согласуется со всеми компетентными службами (санитарной, пожарной охраной, водоканалом, телефонной, ГИБДД, экологической, госнадзором и т. п.) и после этого утверждается на градостроительном совете в мэрии.
5. После утверждения выдается разрешение на проектирование и резервируются площади под планируемое строительство. Разрешение выдается на определенный срок (обычно от 1 года до 3-х лет), в течение которого необходимо представить готовый проект.
В техзадании на проектирование указываются:
1. Номенклатура и объем выпуска продукции (в натуральном и ценностном выражении).
2. Предполагаемая компоновка и планировка цеха.
3. Обоснование выбора площадки, ее размер, рельеф, данные георазведки, условия освоения площадки.
4. Номенклатура и объем производимых заготовок и получаемых от других предприятий.
5. Режим работы и эффективные фонды времени работы оборудования (сколько смен и их продолжительность, сколько часов в году должно работать оборудование с учетом ремонта и обслуживания).
6. Эффективный фонд времени рабочих.
7. Требования по охране окружающей среды и утилизации отходов.
8. Когда и за счет кого предусмотрено расширение производства, его размеры.
9. Очередность сдачи пусковых объектов.
После утверждения техзадания на градостроительном совете и получения разрешения на проектирование начинается проектный период (проектирование). Проектирование может вестись в две стадии и в одну. В одну стадию проектирование ведется при наличии типового проекта (когда-то и для кого-то делался проект, он прошел утверждения по всем инстанциям и имеется в архиве). Это наиболее дешевый и быстрый способ проектирования.
В две стадии проектирование выполняется по уникальному проекту. В этом случае сначала выполняется проект в соответствии с техзаданием, он согласуется со всеми компетентными службами (как и техзадание), утверждается на градостроительном совете мэрии и после этого выдается разрешение на строительство (обычно сроком на 3 года). При этом обычно указывается строительная организация и этапы контроля строительства (огораживание места строительства и оборудование подъездных путей, копки котлована, забивки свай, сооружения фундамента и т. д.). После утверждения на градостроительном совете самого проекта приступают ко второй стадии – подготовке рабочей документации для проекта (расчет потребного количества плит перекрытия, кирпича, бетона и т. п.).
Такая последовательность проектирования применяется для сокращения расходов. Так, например, выявление недопустимых решений на стадии техзадания позволит избежать ненужных затрат при проектировании, которое оценивается около 10 % затрат на строительство, что составляет несколько миллионов рублей.
Проектирование выполняет обычно проектная организация, имеющая лицензию на данные виды работ. Ведущая проектная организация может поручать некоторые виды работ субподрядчикам, например, проектирование системы вентиляции, электроснабжения и т. п. На начальной стадии проектирования архитекторы-проектировщики уже ориентируются на определенную строительную организацию, учитывается особенность работы и применения строительных конструкций, опыт сотрудничества и т. д. При не рациональном выборе строительных конструкций увеличиваются затраты на изготовление, транспортировку (иногда приходится привозить даже из другого региона) и монтаж. Очень важно правильно выбрать проектную и строительную организации, т. к. от этого зависит качество работ и отсутствие проблем при защите техзадания и проекта на градостроительном совете, при строительстве и сдаче объекта.
Разработка ТП в общем случае включает следующие основные этапы:
– анализ исходных данных для разработки ТП;
– выбор действующего типового и группового ТП, а при их отсутствии –поиск аналога единичного ТП;
– выбор заготовки и методов ее получения;
– выбор технологических баз;
– разработка маршрута обработки;
– разработка операций ТП;
– нормирование ТП;
– разработка мероприятий по технике безопасности;
– экономическая оценка разработанного ТП;
–оформление технологической документации.
При анализе исходной информации изучается краткое служебное назначение изделия, рабочие чертежи, технические условия на изготовление и приемку изделия, годовой объем выпуска изделия.
При анализе изучаются назначение и функции детали в изделии, наличие в рабочем чертеже всех данных, необходимых для изготовления и контроля деталей. Производится технологический контроль конструкторской документации. Технологичность конструкции оценивается с точки зрения технологии изготовления.
Рассматривается обоснованность требований по точности и шероховатости поверхностей, выявляются возможности тех или иных изменений, не влияющих на качество детали, но упрощающих процесс ее изготовления, обеспечивая возможность применение прогрессивных методов и режимов обработки.
На этапе выбора ТП на основании конструкторской документации и технологического классификатора формируется технологический код детали с последующим ее отнесением по данному коду к действующему типовому, групповому или единичному ТП.
Выбор технологических баз является ответственным этапом разработки ТП и определяется конструктивной сложностью детали и методами ее обработки.
В зависимости от конструкции детали возможны следующие варианты базирования:
– заготовка устанавливается на необработанные поверхности (черновые базы) и при одной установке производится ее полная обработка (детали простой формы, обрабатываемые на автоматах, агрегатных станках, приспособлениях – спутниках, на станках с ЧПУ);
– детали базируются на обработанные поверхности (чистовые базы). Данные поверхности были обработаны на предшествующих операциях с базированием по черновым базам;
– базирование производится на последовательно сменяемых чистовых базах.
В зависимости от особенностей конструкции детали и условий обработки могут применяться и другие варианты базирования.
При выборе технологических баз необходимо обеспечивать принцип совмещения баз, когда погрешность базирования равна нулю, что обеспечивает повышенную точность обработки. Обеспечение принципа постоянства баз дает возможность повышения точности взаимного расположения поверхностей. Базирование может производиться с учетом удобства установки и снятия заготовки, подвода режущего инструмента.
При выборе варианта получения заготовки исходят из технологических свойств материала заготовки (литейные свойства, пластические деформации при обработке давлением), размеров и формы заготовки, требований по точности, шероховатости и качеству поверхности заготовки, годового объема выпуска и типа производства. Выбранный вариант должен обеспечивать наименьшую себестоимость изготовления готовой детали. Выбор варианта получения заготовки и его обоснование производится на основании расчета технико-экономических показателей.
Одновременно с выбором технологических баз разрабатывается маршрут обработки поверхностей заготовки. В соответствии с рабочим чертежом и выбранной заготовкой по заданному квалитету точности и шероховатости детали выбирается один или несколько методов окончательной обработки детали. Решение данной задачи облегчается при использовании технологических параметров различных методов обработки. Исходя из принятой заготовки, устанавливают первоначальный метод обработки. При недостаточной точности заготовки предусматривается черновая обработка, а при высокой точности – сразу чистовая, а иногда и отделочная обработка. Зная первоначальный и конечный методы обработки, производят выбор промежуточных методов обработки, при этом каждый последующий метод точнее предыдущего при черновой обработке на 1-3 квалитета точности, при чистовой – на 1-2 квалитета точности. При обработке чугунов и цветных сплавов точность обработки повышается на один квалитет по сравнению с обработкой стальных заготовок в аналогичных условиях. Исходя из вышесказанного, необходимо обеспечивать требуемую точность наиболее экономичным путем.
Выбор методов обработки и количества операций устанавливается из следующих соображений:
– требования к качеству готовой детали (по точности и шероховатости);
– требования к качеству исходной заготовки;
– требуемой точности обработки каждой из поверхностей заготовки;
– количества обрабатываемых поверхностей заготовки и их взаимное расположение (соосно, на одной или нескольких сторонах);
– точности выбираемых технологических систем для окончательной обработки детали.
На основании выше изложенного необходимо выбирать такие методы обработки каждой из поверхностей заготовки, которые обеспечивают заданное качество при наименьшей себестоимости.
При выборе метода обработки желательно, чтобы все или большинство поверхностей заготовки обрабатывались бы одним методом, что позволяет совместить во времени максимальное количество переходов, сократить потребное количество оборудования, уменьшить себестоимость и трудоемкость изготовления.
Разработанный маршрут обработки дает общий план обработки поверхностей заготовки, намечает содержание операций, устанавливает тип оборудования. На основании маршрута, выбора операции и методов обработки определяются припуски и промежуточные размеры на обработку опытно-статистическим или расчетно-аналитическим методом.
При разработке операций технологического процесса уточняется их содержание, намеченное при разработке маршрута, определяется последовательность выполнения переходов, возможность их совмещения во времени, уточняется тип оборудования, инструмента, оснастки, выбираются режимы резания.
Проектирование операций может производиться по принципу концентрации или дифференциации технологических переходов. При проектировании по принципу концентрации технологический процесс состоит из небольшого количества операций, сложных по своей структуре. При данном методе сокращается потребное количество оборудования, оснастки, рабочих, сокращается цикл изготовления изделия. При проектировании по принципу дифференциации технологический процесс характеризуется большей гибкостью при переходе с обработки одного изделия на другое, характеризуется более простым оборудованием и оснасткой, сокращается цикл разработки изделия, но увеличивается межоперационное транспортирование и межоперационные заделы, увеличивается производительный цикл.
По количеству обрабатываемых заготовок схемы операций подразделяются на одноместные и многоместные, по количеству используемых инструментов – на одно- и многоинструментальные. При этом обработка заготовок и выполнение переходов может производиться последовательно, параллельно, параллельно-последовательно.
Рассмотрим различные схемы операций, приведенные на рис. 85
а – одноместная последовательная; б – одноместная последовательная многоинструментальная; в – одноместная многоинструментальная параллельная;
г – одноместная многоинструментальная параллелноследовательная;
д – многоместная одноинструментальная последовательная; е – параллельная многоместная многоинструментальная; ж – многоместная параллельно-последовательная одноинструментальная; з – многоместная параллельно-последовательная одноинструментальная
Рисунок 85
При проектировании операции разрабатывается схема наладки станка, определяются настроечные размеры, разрабатывается план размещения инструмента в суппортах и резцовых головках по переходам, предусматривается возможность одновременной работы всех инструментов; при этом необходимо предусматривать, чтобы силы резания при работе различных инструментов компенсировались.
На выбор типа оборудования оказывает влияние степень концентрации переходов. При высокой концентрации предпочтительны модели многосуппортовых и многошпиндельных станков с большим циклом автоматизации рабочих органов (многооперационные и комбинированные станки, станки с ЧПУ). В случае необходимости выдается задание на проектирование нового оборудования.
Выбор режущего инструмента производится по принятому методу обработки и промежуточным припускам и размерам на обработку, а так же расчетом по силе резания.
На этапе нормирования производится расчет норм времени с указанием разряда работы, определяются нормы расхода материалов.
Разработка мероприятий по технике безопасности производится на основе стандартов и инструкций.
Расчет экономической эффективности производится на основе методики экономической оценки и сравнения разработанных вариантов технологических процессов.
Разработанный технологический процесс оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД. Разработанная технологическая документация подвергается нормоконтролю и согласованию с заинтересованными службами. Последовательность разработки ТП и их содержание определяются конкретными условиями производства в соответствии со стандартом предприятия.
Технологические процессы делятся на два вида: единичные (для одного изделия), типовые (для группы различных изделий).
Единичный ТП на каждую деталь (СЕ) разрабатывается таким образом, как будто эта работа выполняется впервые. Нет обобщения опыта, нет гарантии в правильности технологических решений.
Работа по типизации ТП делится на два этапа:
Классификация объектов производства;
Проектирование ТП для каждой классифицированной группы.
Классификация деталей с целью типизации ТП начинается с выделения наиболее крупных классификационных единиц – классов . В один класс попадают детали, имеющие сходные конструкторско-технологические характеристики. В классификаторе выделено два основных класса: тела вращения и корпусные детали. Разбивая детали внутри класса на группы и подгруппы, получают все большее сближение технологических процессов. Разбивку проводят до типа, объединяющего совокупность деталей одинаковой конфигурации, но с различными размерами, которые имеют одинаковый маршрут изготовления, осуществляемый на однородном оборудовании с применением однотипной оснастки.
Работа по классификации деталей обязательно должна сочетаться с унификацией и нормализацией их конструкции. Это дает возможность укрупнить серии деталей, применять при изготовлении более прогрессивную технологию, а также сократить номенклатуру оснастки и измерительных средств.
Типизация ТП не ограничивается только областью обработки деталей. Ее принципы используются и при проектировании ТП сборки, регулировки, контроля и испытаний. Она способствует уменьшению неоправданного разнообразия ТП и оснастки, внедрению новых прогрессивных методов обработки, сокращению сроков и удешевлению ТПП, более широкому применению средств автоматизации.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Проектирование ТП представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ:
Выбор заготовок;
Выбор технологических баз;
Подбор типового ТП;
Определение последовательности и содержания операций;
Определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытаний);
Назначение и расчет режимов обработки;
Нормирование ТП;
Определение профессий и квалификации исполнителей;
Оформление рабочей документации на ТП.
При разработке ТП используются следующие виды технико-экономической документации;
Технологический классификатор объектов производства;
Классификатор технологических операций;
Система обозначения технологических документов;
Типовые технологические процессы и операции;
Стандарты и каталоги средств технологического оснащения;
Справочники по нормативам технологических режимов;
Справочники по материальным и трудовым нормативам.
Сущность ТП изготовления детали заключается в последовательном приближении сырья (заготовки) к качественным показателям изготавливаемой детали, требуемым чертежам и ТУ.
В общем случае путь от материала до детали можно разделить на 4 этапа.
1. Получение заготовки (первоначальное формообразование).
2. Черновая обработка.
3. Чистовая обработка.
4. Отделка (получение нужных качеств поверхностного слоя детали).
ВЫБОР ЗАГОТОВКИ.
Большое влияние на маршрут изготовления детали оказывает способ получения заготовки. При этом возможны два принципиально разных подхода:
1. Получение заготовки, наиболее приближающейся по форме и размерам к готовой детали. При этом на заготовительные операции приходится большая часть трудоемкости ТП, а на механообработку меньшая.
Это характерно для массового и крупносерийного производства и обеспечивается применением прогрессивных методов формообразования: литье, горячая и холодная штамповки, специальные виды обработки давлением и др.
2. Получение грубой заготовки с большими припусками. При этом на механообработку приходится большая часть трудоемкости изготовления детали. Это характерно для единичного и мелкосерийного производства.
Наличие различных подходов требует выбора оптимального способа получения заготовки.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК.
Сортовые материалы . К ним относятся: прутки круглого, квадратного и шестигранного сечения; трубы; плоский прокат – листы, ленты, полосы; некоторые из этих видов заготовок могут применяться и для неметаллических материалов (винипласт, текстолит, стеклотекстолит и др.). Заготовки из сортового материала следует изготавливать в тех случаях, когда профиль материала близко подходит к профилю детали.
Холодная штамповка . Делится на листовую и объемную. Листовая штамповка используется для формообразования, калибрования и пробивки отверстий с помощью штампов. Объемная холодная штамповка в основном служит для формообразования деталей. Холодная штамповка – один из самых распространенных методов изготовления деталей без снятия стружки. Холодная штамповка относится к ТП обработки давлением, применяемым для получения деталей из материалов, обладающих достаточно высокими пластическими свойствами. Из металлов холодной штамповке подвергаются: стали, алюминий и его сплавы, медь, латунь, некоторые сплавы титана, магниевые сплавы и др. Из неметаллов, подвергаемых холодной штамповке, наиболее распространены текстолит и гетинакс. Детали из этих материалов, в зависимости от толщины, штампуются, как без подогрева, так и с подогревом.
Основной технологической оснасткой, включающей в себя функции инструмента и приспособления, являются штампы, осуществляющие формообразования детали или заготовки. В качестве оборудования применяются механические прессы, главным образом кривошипные (эксцентриковые).
Достоинствами холодной штамповки являются:
Относительно высокая и стабильная точность получаемых размеров при вырубке, пробивке и вытяжке;
Высокая производительность процесса (при использовании штампа, в котором одновременно изготавливается одна деталь, производительность пресса может достигать 30 – 40 тыс. деталей за смену);
Простота выполнения операций и широкие возможности автоматизации процесса.
К недостаткам холодной штамповки относятся:
Высокая стоимость штампов, которая может быть уменьшена при применении нормализованных деталей и отдельных СЕ, а в мелкосерийном производстве – использование групповых методов организации производства, разновидностью которых является штамповка по элементам;
Ограниченность в выборе материала детали (по физико-механическим свойствам и толщине), также формы детали и конструктивного оформления отдельных ее элементов.
Метод холодной штамповки охватывает большое количество различных операций, которые можно разделить по характеру деформации, при которой происходит формообразование изготавливаемых деталей, на две основные группы:
Группу разделительных операций, характеризуемых полным или частичным разделением обрабатываемого материала по замкнутому или незамкнутому контуру; к этой группе относятся отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, зачистка, просечка и другие;
Группу формоизменяющих операций, характеризующихся превращением заготовки в деталь заданной формы; к этой группе относятся гибка, правка, вытяжка, формовка, чеканка, отбортовка (отверстия или наружного контура), объемная штамповка и другие.
3. Литье . Литье применяется в основном как метод получения заготовок деталей сложной конфигурации (корпусы, основания, обоймы, постоянные магниты и др.) из алюминиевых, магниевых, цинковых и специальных сплавов, а также из стали, бронзы, латуни и ряда других металлов и сплавов.
Использование процесса литья в качестве заготовительной операции дает возможность максимально приблизить форму и размеры заготовок к форме и размерам готовых деталей, что значительно снижает трудоемкость изготовления этих деталей и их металлоемкость (меньше металла переводится в стружку).
Литье – процесс изготовления деталей и заготовок заливкой расплавленного металла в форму. Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Формы могут быть разового и многократного применения (постоянные), а также используемые несколько раз (полупостоянные). Способ получения отливок (метод литья) выбирают в зависимости от материала детали, сложности ее конфигурации, толщины стенок, массы материала и объема производства. Конструктивное оформление детали и наиболее целесообразный метод литья тесно связаны друг с другом.
Применяемые в технологии аэрокосмического приборостроения способы литья для получения заготовок приведены в табл. 1.1, причем последовательность расположения различных способов соответствует их распространенности на производстве.
Таблица 1. 1
Литье под давлением является наиболее производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной формы из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Процесс литья под давлением заключается в подаче расплавленного металла из камеры прессования литьевой машины под действием поршня через литниковые каналы в полость пресс-формы, затвердевании металла под давлением и образовании отливки. Скорость подачи металла в форму, продолжительность ее заполнения, время выдержки отливки под давлением, давление и температура нагрева пресс-формы – основные параметры процесса, зависящие от вида металла отливки, толщины ее стенок, габаритов, вида оборудования и других факторов.
Точность отливок, получаемых литьем под давлением, зависит от точности изготовления пресс-форм. В крупносерийном и массовом производстве принимается, что все размеры отливок стабильно могут быть получены с точностью, соответствующей 12-му квалитету. Шероховатость поверхности отливок зависит в основном от качества обработки поверхностей пресс-формы. Рабочая полость пресс-формы, обработанная методами чистового шлифования и полирования, обеспечивает параметры шероховатости отливок, соответствующие 7-8 классу. С увеличением числа отливок, полученных в пресс-форме, шероховатость их поверхностей ухудшается. Оптимальная толщина стенок отливок из цинковых сплавов 1,5 – 2 мм, алюминиевых и магниевых 2 – 4 мм, из латуни 3 – 5 мм.
Основные преимущества литья под давлением следующие:
Самая высокая производительность из всех существующих методов литья, достигающая на обычных, применяемых в приборостроении машинах, 250 отливок в час в одногнездовой (рассчитанной на одну деталь) пресс-форме;
Высокая точность размеров и малая шероховатость поверхностей отливок дает возможность максимально приблизить размеры заготовки к размерам готовой детали;
Возможность получения тонкостенных деталей сложной конфигурации, что объясняется хорошей заполняемостью пресс-формы;
Возможность армирования отливок деталями из других более прочных и с иными свойствами материалов – высокопрочных нелитейных металлических сплавов, металлокерамики и др.;
Сокращение по сравнению с другими видами литья количества отходов от самого процесса литья (20 – 25 % от веса детали).
К недостаткам литья под давлением можно отнести следующее:
Сложность изготовления и высокая стоимость пресс-формы; в мелкосерийном производстве литье под давлением может быть рентабельным, если использовать нормализованные (групповые) пресс-формы со сменными элементами (вкладышами), образующими рабочую полость;
Значительное снижение стойкости пресс-форм при отливке деталей из металлов, имеющих высокую температуру плавления (стали, медные сплавы и др.);
Сложность или невозможность получения деталей толстостенных или имеющих в конструкции массивные элементы (то есть значительную неравномерность толщины стенок).
Литье по выплавляемым моделям включает в себя следующие этапы: изготовление моделей из легкоплавкого материала (парафин, стеарин, полиэтилен); нанесение на модель с помощью пульверизатора или методом окунания огнеупорной пленки (порошок марталита и связующий состав типа жидкого стекла или раствор этилселиката); обсыпка пленки кварцевым песком и сушка; формовка в металлических опорах моделей, покрытых огнеупорной пленкой; выплавление моделей в горячей воде или печи (в зависимости от материала модели); заливка металла в неразъемные формы, образуемые огнеупорной пленкой после выплавления модели; разрушение формы и извлечение отливок.
Литье по выплавляемым моделям широко применяется в технологии приборостроения для изготовления отливок сложной конфигурации массой от нескольких грамм до 1 – 15 кг; толщина стенок отливок 0,3 – 20 мм; точность размеров до 9-го квалитета; шероховатость поверхности до 7 – 8 класса. По производительности этот метод литья значительно уступает литью под давлением, так как включает в себя операцию формовки и характеризуется применением одноразовых форм.
Литье в кокиль более производительный процесс, чем литье в землю, так как использование металлических форм исключает необходимость такой трудоемкой операции, как формовка. Кроме того, этот вид литья характеризуется значительно более высоким уровнем механизации, поскольку кокиль может устанавливаться на специальном станке, позволяющем механизировать операции разъема формы и удаления отливки.
Отходы металла при литье в кокиль составляют примерно 30 – 35% от веса деталей. Точность размеров отливок соответствует 12 – 16-му квалитетам; шероховатость поверхности 5-му классу и грубее.
Большая теплопроводность металлической формы способствует более быстрому отвердению жидкого металла по сравнению с литьем в земляные формы. В результате структура металла отливок получается равномерной и мелкозернистой, что обеспечивает улучшение физико-механических свойств деталей за счет высокой однородности материала.
К недостаткам литья в кокиль следует отнести высокую стоимость металлических форм; трудности получения отливок сложной конфигурации и тонкостенных отливок (при толщине стенок менее 5 мм).
Литье в оболочковые формы включает следующие технологические операции: нагрев модели, состоящей из двух частей, вместе с модельной плитой до 200 – 250 0 С, смазку частей модели разделительным составом; обсыпание модели формовочной смесью (кварцевый песок с термореактивной смолой); ссыпание излишков смеси после выдержки на модели в течении 2 – 3 минут, спекание оболочки, образуемой на модели расплавленной смолой с кварцевым песком (температура спекания 250 – 300 0 С); снятие полуформ (оболочек) с частей модели с помощью специальных устройств; склеивание частей формы; их засыпка в специальных контейнерах песком или металлической дробью; заливка; выбивка литья и его очистка.
Литье в оболочковые формы экономически наиболее целесообразно в крупносерийном и массовом производстве, где для изготовления оболочковых полуформ применяются высокопроизводительные автоматизированные установки. В приборостроении этот метод применяется редко.
Заготовка всегда имеет массу больше детали. Происходит это за счет припусков, которые надо удалять при последующей обработке. Величина припуска должна быть оптимальной и его расчет имеет большое значение в процессе проектирования ТП.
4. Механообработка . Металлы обрабатывают резанием на металлорежущих станках при помощи различных режущих инструментов. Заготовками для деталей служат сортовые материалы, а также отливки из стали, цветных металлов и их сплавов.
В процессе обработки резанием различают рабочее движение двух видов: главное движение, определяющее скорость отделения стружки; движение подачи, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в новые слои металла, причем скорость подачи меньше скорости главного движения.
Наиболее распространенные способы обработки металлов резанием – точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование.
При черновой и чистовой обработке последовательность технологических операций намечают исходя из следующих соображений:
Последующие операции, переходы и проходы должны уменьшать погрешность обработки и улучшать качество поверхности;
Сначала следует обрабатывать поверхность, которая будет служить базой для последующих операций. Для установки детали при первой операции следует выбирать наиболее ровную и имеющую наибольшие размеры поверхность;
После обработки установочной поверхности, заготовка при последующих операциях базируется на нее или связанные с ней поверхности;
Сначала обрабатывают менее точные поверхности;
Операции, при которых вероятность появления брака велика, следует выполнять вначале;
Отверстия обычно сверлят в конце ТП, за исключением тех случаев, когда они служат базой для установки деталей.
5. Изготовление деталей из пластических масс . По объему использования пластических масс на единицу продукции приборостроение занимает одно из первых мест среди других отраслей промышленности. Насыщенность аппаратуры пластмассовыми деталями в ряде случаев достигает 70% по объему и 45% по весу. Это объясняется особенностями свойств пластмасс. По сравнению с металлами пластмассы характеризуются значительно меньшей плотностью, обладают высокими изоляционными свойствами и повышенной износостойкостью, имеют низкий коэффициент трения, хорошо противостоят коррозии, стойки в агрессивных средах, радиопрозрачны и немагнитные. Переработка большинства пластмасс в изделие основывается на использовании высокопроизводительных технологических процессов с почти полным отсутствием механической обработки.
Можно выделить следующие группы деталей, изготавливаемых из пластмасс: детали внешнего оформления (корпусы, крышки, корректоры, лимбы, зажимы и др.); детали изоляционного назначения (клеммные колодки, контактные панели, каркасы, прокладки, втулки); несущие детали (платы, панели, основания); детали светотехнического и отсчетного назначения (линзы, стекла, шкалы); детали декоративного оформления (колпачки, кнопки, ручки переключателей и др.).
Основной составной частью пластмасс являются полимеры – синтетические органические соединения (смолы), некоторые виды пластмасс состоят в основном из полимеров, но чаще пластмасса представляет собой композицию из полимера, который играет роль связывающего, наполнителя и различных добавок (красители, пластификаторы, отвердители, смазывающие вещества). Связующие вещества делают пластмассу пластичной и превращают ее после отвердевания в монолитную деталь. В качестве связующих веществ используют фенолформальдегидные, фенолкрезольные, эпоксидные и другие смолы. Наполнители придают изделиям необходимую прочность, жесткость, теплостойкость и электротехнические свойства. Наполнители могут быть органическими (древесная мука, бумажная крошка, различные ткани, хлопковые очесы) и неорганическими (слюдяная и кварцевая мука, асбест, мел, тальк, стекловолокно). Красители добавляют в пластмассу для придания детали нужного цвета. Отвердители необходимы для ускорения процесса отвердевания связующего вещества при формировании изделий. Пластификаторы (дибутилфтолат и трикрезилфосфат) улучшают пластические свойства пластмассы и повышают ее жидкотекучесть при прессовании. Смазывающие вещества предупреждают прилипание пресс-материалов к стенкам пресс-формы при прессовании. В качестве смазывающих веществ используют, например, олеиновую кислоту, стеарин и касторовое масло.
В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопластичные пластмассы при нагревании приобретают пластические свойства или расплавляются, а при охлаждении возвращаются в твердоупругое состояние.
Термореактивные пластмассы при нагревании необратимо переходят в пластическое состояние с дальнейшим затвердеванием. При повторном нагревании они остаются твердыми или сгорают, не расплавляясь.
Метод переработки пластмасс в изделие в значительной степени связан с характером поставки этих материалов предприятиями химической промышленности. Пластмассы, перерабатываемые в изделия методами прессования или литья под давлением, выпускаются как пресс-порошки или пресс-материалы, последние в виде, удобном для измельчения и дальнейшего прессования (например, пресс-материал – стекловолокнит выпускается в виде ленты, полученной на основе крученых стеклянных нитей и связующего вещества). Кроме пресс-порошков и пресс-материалов в приборостроении применяются термореактивные слоистые пластмассы, поставляемые в виде листов и прутков. К ним относятся текстолит, гетинакс, стеклотекстолит и др.
Из термопластических пластмасс наиболее широко применяются фторопласты, полиамиды, капрон, оргстекло, полиэтилен, полистирол и полихлорвинил.
Основные способы переработки пластмасс в изделия – прессование и литье под давлением. Литые и прессованные детали из пластмасс имеют гладкие поверхности с шероховатостью 7-8 класса, размеры в пределах 11-13 квалитета точности и почти не требуют обработки резанием. Для литья и прессования используется сырье в виде гранулированных термопластов и термореактивных порошков и пресс-материалов. Оба способа рентабельны только в крупносерийном и массовом производстве ввиду высокой стоимости применяемого технологического оснащения.
Изделия из термореактивных порошков и пресс-материалов изготавливают прямым (компрессионным) или литьевым прессованием в металлических пресс-формах на гидравлических прессах.
Для литьевого прессования деталей сложной формы применяются прессы с рабочим цилиндром двойного действия. В этом случае основной плунжер рабочего цилиндра служит для замыкания пресс-формы с большой скоростью, а второй плунжер, находящийся внутри основного – для нагнетания размягченного пресс-материала через литниковый канал в рабочую полость пресс-формы, где образуется деталь.
Автоматические прессы (пресс-автоматы) имеют системы автоматического контроля и регулирования температуры прессования, давления и длительности отдельных операций цикла прессования в целом, кроме того, автоматизируется управление всеми перемещениями подвижных частей пресса. Прессы, как правило, оборудованы устройствами программного управления.
Процесс прямого прессования деталей из термореактивных пластмасс состоит из следующих этапов: подготовка пресс-материалов, дозировка материалов, загрузка в пресс-форму, прессование, удаление деталей из пресс-формы, очистка пресс-формы.
Подготовка материалов включает в себя главным образом их подсушивание и подогрев перед прессованием. Повышенная влажность способствует ухудшению текучести материалов, что может вызвать брак прессуемых деталей. Подогрев материалов перед прессованием способствует удалению влаги и газов, позволяет сократить технологическую выдержку при прессовании, снизить давление в пресс-форме. Что уменьшает ее износ, и сократить цикл прессования в 2 раза и более. Пресс-материал занимает в 2% - 10 раз больший объем, чем изготовленные из него детали. Для уменьшения объема пресс-форм производят таблетирование пресс-материалов. Масса таблеток колеблется от 1,5 до 150 г. Таблетирование не только позволяет сократить объем загрузочных камер пресс-форм, но дает следующие преимущества: уменьшение содержания воздуха в таблетках по сравнению с рыхлыми материалами, способствует улучшению качества прессуемых деталей, улучшает условия прессования, облегчает дозирование и нагрев материалов перед прессованием, сокращает потери материала в производстве. Пресс-материалы таблетируются на гидравлических прессах или специальных таблеточных машинах (эксцентриковых или ротационных) в холодных пресс-формах.
Дозировка материала может быть весовая, объемная или штучная (при наличии таблетирования). Штучный способ дозирования, осуществляемый по числу одинаковых таблеток, может быть легко полностью автоматизирован.
При прессовании или литье под давлением деталей из пластмасс часто до начала прессования требуется разместить в пресс-форме металлическую арматуру, запрессовываемую в пластмассу. Наиболее распространенными видами арматуры являются детали для образования внутренних или наружных резьб, зажимы, штыри, втулки, штифты и др. Арматура используется в качестве электропроводящих элементов, иногда для повышения прочности деталей, а также для удобства сборки и монтажа. Металлические детали перед прессованием устанавливают в тщательно очищенную пресс-форму до загрузки в нее пресс-материала и закрепляют в заданном положении.
Основными параметрами (режимами) процесса прессования пластмасс являются температура, давление и время выдержки.
Нагрев до определенной температуры необходим для перевода пресс-материалов в текучее состояние с дальнейшим отвердением (полимеризацией). Для термореактивных пластмасс температура нагрева пресс-форм при прямом и литьевом прессовании колеблется от 130 до 195 0 С.
Давление в процессе прессования необходимо для уплотнения разогретого пресс-материала, заполнения материалом рабочей полости пресс-формы и предотвращения коробления изделия, вызванного внутренними напряжениями. Величина необходимого давления зависит от текучести материала и конструктивных особенностей изделия. Чем меньше текучесть, тем больше должно быть давление.
При прессовании деталей из термореактивных пластмасс в начале дается небольшое давление на 30 – 40 сек, чтобы материал занял полость формы, затем дается основное давление, при котором происходит полимеризация материала в течение определенного времени выдержки.
Время выдержки зависит от вида пресс-материала, размера и сложности конфигурации детали, а также температуры предварительного нагрева пресс-материала. Чем больше изделие и чем выше требуемая температура нагрева, тем дольше выдержка его под давлением. При недостаточной выдержке происходит коробление детали при охлаждении и снижается механическая прочность. Время выдержки для различных термореактивных пластмасс находится в пределах от 0,5 до 2% мин на 1мм наибольшей толщины изделия. Заданная выдержка обеспечивается при прессовании с помощью реле времени.
После окончания прессования разъем пресс-формы и извлечение детали осуществляется автоматически при наличии соответствующих устройств или вручную с помощью специальных приспособлений. Извлеченные детали направляются на следующую операцию для зачистки от облоя и заусенцев, а также другой механической обработки.
Пресс-форма после извлечения детали тщательно очищается от прилипших остатков пресс-материала с целью устранения брака при последующем прессовании и возможной поломки отдельных деталей пресс-форм.
Метод прямого прессования экономичен и не требует сложных дорогостоящих пресс-форм. Однако он имеет ряд недостатков: давление на материал передается сразу после замыкания пресс-формы, когда пресс-материал, обладающий абразивными свойствами, еще не приобрел достаточной пластичности. Вследствие этого происходит износ оформляющих поверхностей пресс-формы, возможна деформация тонких ее элементов и арматуры; неравномерное отвердение материала по толщине изделия вследствие неравномерного прогревания от стенок пресс-формы приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию пустот и других дефектов; по линии разъема пресс-формы на изделиях образуется облой (заусенец), который необходимо удалить механическим путем. Поэтому методом прямого прессования, как правило, изготавливаются детали простой конфигурации, не имеющие элементов пониженной жесткости (например, тонких стенок) и арматуры.
Литьевым прессованием можно получить тонкостенные детали сложной конфигурации с малопрочной сквозной арматурой, с глубокими отверстиями малого диаметра. При этом методе меньше, чем при прямом прессовании изнашиваются оформляющие поверхности пресс-форм, меньше вероятность появления брака на деталях (трещин, пустот и др.), уменьшается облой по плоскости разъема. К недостаткам метода следует отнести сложность, высокую стоимость пресс-форм и большой расход материала, чем при прямом прессовании.
Литье под давлением является характерным процессом изготовления деталей из термопластичных пластмасс без наполнителя (полиэтилен, полистирол, капрон, полиуретан и др.). По сравнению с процессами прямого литьевого прессования реактопластов литье под давлением имеет значительно более высокую производительность (до 300 отливок в час в одноместной пресс-форме). В качестве оборудования для литья под давлением используются автоматические и полуавтоматические литейные машины с поршневой или шнековой подачей материала.
Давление и температура процесса зависят от марки пресс-материала. Температура в камере сжатия для полистирола должна быть не ниже 190 – 215 0 С. Чем ниже температура, тем выше должно быть давление в цилиндре. Части пресс-формы охлаждаются водой до температурой 140 – 60 0 С.
Литьем под давлением можно получить сложные по конфигурации, тонкостенные детали с большим количеством арматуры и повышенной точностью размеров.
При прессовании и литье под давлением деталей из пластмасс основной технологической оснасткой являются пресс-формы. По методу прессования они делятся на компрессионные (для прямого прессования), литьевые и инжекционные. Компрессионные пресс-формы по конструктивным признакам подразделяются на открытые, полузакрытые и закрытые.
Открытые пресс-формы не имеют загрузочной камеры для пресс-материала, который загружается непосредственно в рабочую полость пресс-формы. Излишек пресс-материала вытекает из пресс-формы наружу через зазор между пуансоном и матрицей.
Полузакрытые пресс-формы имеют загрузочные камеры, площадь которых больше площади рабочей полости. На стыке пуансона и матрицы имеется опорная поверхность, ограничивающая ход пуансона, что позволяет получить изделие определенной толщины. Излишек пресс-материала выжимается при прессовании вверх по канавкам или лыскам, имеющимся в пуансоне.
В закрытых пресс-формах загрузочные камеры имеют размеры и конфигурацию такие же, как и рабочие гнезда, являясь как бы их продолжением. Во время прессования давление передается на всю площадь детали, чем обеспечивается ее более высокая плотность. Толщина детали зависит от количества пресс-материала, поэтому при загрузке закрытых пресс-форм требуется точное дозирование материала.
По внешнему виду литьевые пресс-формы отличаются от пресс-форм для компрессионного прессования наличием литьевой камеры и литниковой системы.
Инжекционные пресс-формы применяются для прессования только на литьевых машинах, то есть в процессах литья под давлением.
По характеру эксплуатации пресс-формы разделяются на съемные и стационарные. Съемные пресс-формы без обогрева используются только при прямом прессовании на небольших недостаточно оборудованных предприятиях. Для удаления отпрессованной детали из съемной пресс-формы ее необходимо снять с пресса. При использовании стационарных пресс-форм весь цикл изготовления изделия (загрузка материала, разборка пресс-формы, извлечение изделия) происходит без снятия пресс-формы с пресса.
Кроме процессов прессования и литья под давлением в производстве пластмассовых деталей используются процессы дутьевого (пневматического) и вакуумного формирования, а также процесс экструзии.
Дутьевое и вакуумное формование применяется для изготовления деталей простой формы типа корпусов, баллонов, крышек из листовых термопластичных материалов.
Экструзия (выдавливание через фасонную фильеру) используется для получения деталей в виде стержней (различного сечения) и трубок из термопластических материалов без наполнителя на шнековых экструзионных машинах.
Однако эти процессы в приборостроении применяются редко.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
ВВЕДЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ
В настоящее время важнейшими проблемами народного хозяйства России являются: улучшение качественных характеристик производимой промышленной продукции, снижение ее себестоимости и повышение производительности труда, значительное расширение масштабов технического перевооружения действующих предприятий, оснащение их новой высокоэффективной техникой, внедрение прогрессивной технологии и современных методов управления.
Снижение материалоемкости, повышение эффективности использования материальных ресурсов, применение прогрессивных материалов – одна из наиболее актуальных задач промышленного производства. Создание и освоение новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и стабильностью физико-механических свойств во времени позволит разработать принципиально новые образцы товаров широкого потребления и повышенного спроса, определяющих экономическое положение соответствующей отрасли и страны в целом..
Внедрение высокопроизводительного и прецизионного оборудования, качественно новых технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, – основной путь наращивания промышленных мощностей современного производства. Такое оборудование и процессы должны широко использоваться при изготовлении наукоемкой продукции, соответствующей лучшим мировым образцам и пользующейся повышенным спросом на мировом рынке.
Концепций и прогнозов, касающихся будущего России в ХХ1 веке, к его началу выдвинуто предостаточно. Подходы и мнения в них звучат самые разные. Некоторые из западных стран придерживаются точки зрения, которую высказал в одном из своих выступлений бывший премьер-министр Великобритании Джон Мейджор. Говоря о будущем России, он предрек ей роль кладовой ресурсов для нужд Запада, прибавив, что для этого хватит 40-50 миллионов населения. Если принять логику такого прогноза, то порожденная транснациональными корпорациями финансовая элита, которая, и правит миром, фактически уже сделала за Россию выбор – «кочегарка» и «прихожая». Но тогда этой самой элите придется приписать ряд довольно парадоксальных качеств – недальновидность, нерасчетливость, склонность к порождению очагов напряженности. Провоцируя нестабильность, уязвляя гордыню все еще ядерной державы, мировая финансовая элита, если таковая и существует, выглядит уж слишком отчаянной и злокозненной.
Альтернативный сценарий основан на так называемой стратегии экономического роста. В ее фундаменте – ставка на активизацию конкурентных преимуществ российской экономики. Их оказывается восемь:
1. Уровень образования совместно с ориентацией на коллективизм;
2. Природные ресурсы;
3. Территория и емкий внутренний рынок;
4. Дешевая и достаточно квалифицированная рабочая сила;
5. Научно-промышленный потенциал;
6. Научные школы и конкурентоспособные технологии;
7. Свободные производственные мощности,
8. Опыт экспорта высокотехнологичной продукции и производственная кооперация.
Для реализации всех этих преимуществ, разумеется, должна быть продумана система экономических и административных мер. Расчеты уже в среднесрочной перспективе обещают устойчивый экономический рост не менее чем на 7% в год, общее увеличение инвестиций – по меньшей мере на 15% в год, а в наукоемкую промышленность и новые технологии – до 30%. Инфляция также будет ограничена 30% в год…
Главные надежды многие специалисты прямо возлагают на реализацию научно-промышленного потенциала страны. У России, располагающей 12% ученых мира, собственно, и нет другой серьезной альтернативы. На сырье, даже имея 28% мировых запасов, приемлемого подъема экономики достигнуть невозможно. По прогнозам, его потребление к 2015 году возрастет всего в 2 раза, а мы уже сейчас по внутреннему валовому продукту на душу населения (ВВП) отстаем от развитых стран примерно в 10 раз. Зато объем мирового рынка наукоемкой продукции сегодня составляет 2 трлн. 500 млрд. долларов (доля России – 0,3%). К 2015 году он достигнет примерно 4 трлн. долл. Даже десятая часть этой суммы примерно на порядок превышает потенциальный российский нефте-газовый экспорт. С другой стороны, шансы раскрутить инновационный процесс в национальном масштабе, отпустив инфляцию до 30% в год, представляются проблематичными. Из мирового опыта известно (Аргентина), что это предельный уровень, выше которого инфляция становится главным препятствием экономического роста.
По всем основным показателям страна имеет ту же промышленную инфраструктуру, что и западные страны. И лишь по развитию технологической среды (системы обеспечения качества, стандарты, автоматизация разработок, компьютеризация производства и т.д.) мы очень сильно от них отстаем. Уровень развития технологической инфраструктуры – это и есть своего рода водораздел между индустриальными и постиндустриальными странами. Его-то и надлежит России преодолеть.
Насколько серьезно мы отстаем в данном отношении? Цифры говорят сами за себя. В 2008 г. каждый занятый в российской экономике вносил в ВВП страны вклад в размере 16,1 тысячи долларов. Сравним: в ЮАР этот показатель составлял 38,1 тысячи, во Франции – 59,4 тыс., в США – 74,6 тыс., в Люксембурге – 110 тысяч. Почему так происходит? Откуда такая разница? С одной стороны, в развитых странах предприятия производят более качественную и сложную продукцию, чем в России. Она продается дороже и содержит намного большую добавленную стоимость. С другой стороны, намного более совершенное техническое вооружение западных предприятий обеспечивает большую эффективность труда и позволяет выпускать большее количество готовой продукции.
Для примера возьмем две автомобильные компании, в которых занято равное число работников: АвтоВАЗ – 106 тыс. человек и BMW – 107 тыс. АвтоВАЗ выпускает в год в среднем 734 тысячи автомобилей общей стоимостью 6,1 млрд долларов, BMW – 1,54 млн машин на 78,9 млрд. То есть в «натуральном» выражении производительность на АвтоВАЗе меньше в 2 раза, а в стоимостном – более чем в 13 раз.
Анализ мирового рынка показывает: производство наукоемкой продукции обеспечивают всего порядка 50 макротехнологий (макротехнология представляет собой совокупность знаний и производственных возможностей для выпуска на мировой рынок конкретных изделий – самолетов, реакторов, судов, материалов, компьютерных программ и т.п.). Семь наиболее развитых стран, обладая 46 макротехнологиями, держат 80% этого рынка. США ежегодно получают от экспорта наукоемкой продукции около 700 млрд. долл., Германия – 530, Япония –400. По 16 макротехнологиям прогноз на перспективу уже сделан (см. таблицу).
Рынок макротехнологий (в млрд.долл.)
2010 г. 2015 г.
Авиационные технологии 18-22 28
Космические технологии 4 8
Ядерные технологии 6 10
Судостроение 4 10
Автомобилестроение 2 6-8
Транспортное машиностроение 4 8-12
Химическое машиностроение 3 8-10
Спецметаллургия. Спецхимия.
Новые материалы 12 14-18
Технология нефтедобычи и переработки 8 14-22
Технология газодобычи и транспортировки 7 21-28
Энергетическое машиностроение 4 12-14
Технология промышленного
оборудования. Станкостроение 3 8-10
Микро- и радиоэлектронные технологии 4 7-9
Компьютерные и информационные
технологии 4,6 7,8
Коммуникация, связь 3,8 12
Биотехнологии 6 10
Всего 94-98 144-180
На мировом рынке происходит жесточайшая конкуренция. Так, за последние 7-10 лет США потеряли 8 макротехнологий и, соответственно, их рынки. В результате получили дефицит платежеспособного спроса в 200 млрд. долл. Причина этого в том, что примерно 15 лет назад европейцы сформировали общую программу с целью отвоевать часть рынка у США и Японии. Под нее были перестроены технологии, проведены фундаментальные исследования, реструктурирована промышленность.
Сейчас аналогичную целевую атаку предпринимает европейский авиационный консорциум. Его эксперты определили возможность отвоевать 25% рынка тяжелых самолетов (300 млрд. долл.). Была сформирована соответствующая международная программа. Даже конкурентов-американцев в нее вовлекли, скупая их фирмы. России предложили создать совместный научный центр, заключили контракты с нашими заводами. В целом 20% от всего объема программы стали российскими. Словом, история этого крупнейшего транснационального проекта четко свидетельствует: при распределении заказов решающей, прежде всего, оказывается деловая целесообразность.
По оценке наших специалистов за рынок 10-15 макротехнологий из тех 50, что определяют потенциал развитых стран, Россия вполне способна побороться. Выбор макротехнологических приоритетов в нашей стране должен осуществляться на совершенно новом для нас принципе. Поддержка десятков приоритетных научно-технических программ по всему фронту мыслимых исследований совершенно бесперспективна. Этого сегодня не может себе позволить даже самая богатая страна. Для присвоения той или иной макротехнологии статуса приоритетной для нашей страны предлагается сопостовлять затраты на формирование по ней базы знаний (полной или достаточной) и возможный эффект от реализации конкурентной продукции, созданной на ее основе.
По каждой приоритетной макротехнологии формируются федеральные целевые программы. Заказы по ним правительство на конкурсной основе размещает в институтах и КБ. В результате промышленность получает связанный комплекс заданий по конструированию цельных технологических систем. (Кстати, по аналогичной схеме Россия, приняв лет 15 назад целевую программу «Истребитель-90-х», завоевала рынок объемом в 5 млрд.долл., подобная же аналогия напрашивается, если вспомнить программу по созданию ракетно-космической техники). Создается конкурентная, гармонизированная с мировыми стандартами технологическая среда. А поскольку все целевые программы заведомо ориентированы на конечную продукцию мирового уровня, их привлекательность для западных и российских инвесторов и кредиторов будет достаточно высока. Роль государства – гарантировать кредиты риска.
Для России сейчас, как никогда, актуальна интеграция в мировой рынок наукоемкой технологии. В стране почти отсутствует платежеспособный спрос на часть наукоемкой продукции, что приводит к застою и старению наиболее передовой технологической базы (авиация, космонавтика, электроника, информатика, связь и т.п.). Согласно прогнозам, объем экспорта по приоритетным макротехнологиям уже в первом двадцатилетии ХХ1 века позволит в 2-3 раза повысить платежеспособность населения и обеспечить спрос на наукоемкую продукцию на внутреннем рынке. Это послужит стимулом дальнейшего экономического роста.
Концепция национальных макротехнологических приоритетов встречена с интересом не только в среде специалистов, но и в правительстве. Это позволяет надеяться, что в ХХ1 веке мы все еще сами в состоянии сделать достойный выбор – не в пользу «кочегарки» и «прихожей».
В современной технической (и не только) литературе широко используются различные варианты понятия "технология". Целесообразно как-то систематизировать эти определения.
Технология (Тechnology) – в дословном переводе наука о мастерстве.
Существует ряд отечественных определений, из которых приведем только энциклопедические:
1. Наука или совокупность сведений о методах переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих, теперь и программных средств в изделия, отвечающие заданным требованиям с точки зрения их технического назначения и качества.
2. Совокупность средств, процессов, операций, методов, с помощью которых входящие в производство элементы преобразуются в выходящие; она охватывает машины, механизмы, навыки и знания.
Зарубежное (западное) определение: применение (употребление) чего либо в индустрии, коммерции, медицине и других областях.
Прогрессивная технология . Технология более высокой ступени развития (по сравнению с существующей), которая является результатом внедрения процессных инноваций. Эта категория включает технологии, базирующиеся на заимствованном передовом опыте, когда внедряются новые или усовершенствованные методы производства изделий, в т.ч. реализованные ранее в производственной практике в смежных областях одного предприятия, других предприятий и других стран и распространяемые путем технологического обмена (беспатентные лицензии, ноу-хау, инжиниринг и т.п.).
Наукоемкая технология . Технология, основанная на новых или значительно усовершенствованных методах производства. Новой технологии соответствует понятие радикальной продуктовой инновации, а усовершенствованной – инкрементальной продуктовой инновации.
Наукоемкие технологии – это технологии, ориентированные на выпуск продукции, выполнение работ и услуг с использованием последних достижений науки и техники, когда получаемая продукция соответствует по своим экономическим и эксплуатационным свойствам лучшим мировым образцам и вполне удовлетворяет новые потребности общества по сравнению с ранее выпускавшейся аналогичного назначения. Создание таких технологий включает проведение обеспечивающих научных исследований и разработок, что приводит к дополнительным затратам средств и необходимости привлечения к работам научного потенциала и персонала. Наукоемкость – показатель, отражающий пропорцию между научно-технической деятельностью и производством в виде величины затрат на науку, приходящихся на единицу продукции. Она может быть представлена соотношением числа занятых научной деятельностью и всеми занятыми в производстве (на предприятии, в отрасли и т.д.).
Высокая технология (High Technology). Технология, базирующаяся на создании новых свойств изделий путем воздействия на материалы на межмолекулярном, межатомном, внутриатомном и т.п. уровнях. Примерами таких воздействий может быть использование энергии ядерного излучения (полимеризация высокомолекулярных соединений), космического излучения (получение сверхчистых материалов), лазерная, плазменная, ультразвуковая и т.п. виды обработки.
Критическая технология . Технология, разработка которой обусловлена критической ситуацией, вызванной необходимостью срочного выпуска продукции в условиях ограниченного времени и ограниченных материальных ресурсов. Технология, далекая от оптимальной, когда главенствующим является не себестоимость изделий, а необходимость их изготовления к определенному календарному сроку.
Разработка технологических процессов (ТП) входит основным разделом в этап «жизненного цикла изделия», связанный с технологической подготовкой производства, и выполняется на основе принципов "Единой системы технологической подготовки производства" (ГОСТ 14.001-83). ТП может разрабатываться с использованием имеющегося типового или группового ТП. При отсутствии таковых ТП разрабатывается как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных ТП - аналогах.
Базовой исходной информацией для проектирования ТП служат: рабочие чертежи изделия в электронном виде или в твердой копии, технические требования, объем годового выпуска изделий, наличие оборудования и оснастки.
В машиностроении изделием называют предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия может выступать машина, устройство, механизм, инструмент и т.п. В качестве составных частей изделия приняты сборочная единица и деталь. Сборочная единица – это часть изделия, составные элементы которой подлежат соединению на предприятии обособлено от других элементов изделия. Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы более высоких порядков и детали. Различают сборочные единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная единица первого порядка входят непосредственно в изделие. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка и деталей. Сборочная единица второго порядка расчленяется на детали или сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмотренное деление изделия на составные части производится по технологическому признаку.
Деталь – это изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Характерный признак детали – отсутствие в ней разъемных и неразъемных соединений. Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих различные функции при эксплуатации машины.
Производственный процесс – это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Например, производственный процесс изготовления машины включает не только изготовление деталей и их сборку, но и добычу руды, ее транспортирование, превращение в металл, получение заготовок из металла. В машиностроении производственный процесс представляет собой часть общего производственного процесса и состоит из трех этапов: получение заготовки, преобразование заготовки в деталь, сборка изделия. В зависимости от конкретных условий перечисленные три этапа можно осуществлять на разных предприятиях, в разных цехах одного предприятия и даже в одном цехе.
Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под изменением состояния предмета труда понимается изменение его физических, химических, механических свойств, геометрии, внешнего вида. Кроме того, в технологический процесс включены дополнительные действия, непосредственно связанные или сопутствующие качественному изменению объекта производства; к ним относят контроль качества, транспортирование и др. Для осуществления технологического процесса необходима совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения, и рабочее место.
Технологическое оборудование – это средство технологического оснащения, в котором для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку.. К ним относят, например, литейные машины, прессы, станки, испытательные стенды и т.п.
Технологическая оснастка – это средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. К ним относятся: режущий инструмент, приспособления, измерительные средства.
Технологическое оборудование совместно с технологической оснасткой, а в некоторых случаях и манипулятором, принято называть технологической системой. Этим понятием подчеркивается, что результат технологического процесса зависит не только от оборудования, но и в не меньшей степени от приспособления, инструмента, заготовки.
Заготовкой называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготавливают деталь. Заготовку перед первой технологической операцией называют исходной заготовкой.
Рабочее место представляет собой элементарную единицу структуры предприятия, где размещены исполнители работы и обслуживаемое технологическое оборудование, подъемно-транспортные средства, технологическая оснастка и предметы труда.
По организационным, технологическим и экономическим причинам технологический процесс подразделяется на части, которые принято называть операциями.
Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего технологической системой, установку и снятие предмета труда, а также движения рабочих органов технологической системы. Число операций в технологическом процессе может изменяться от одной (изготовление детали на прутковом автомате, изготовление корпусной детали на многооперационном станке) до многих десятков (изготовление турбинных лопаток, сложных корпусных деталей). Формируют операцию, главным образом, по организационному принципу, так как она является основным элементом производственного планирования и учета.
В свою очередь, технологическая операция также состоит из ряда элементов: технологических и вспомогательных переходов, установа, позиций, рабочего хода.
Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технических режимах и установке. Вспомогательный переход – это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (например, установка заготовки, смена инструмента и т.п.). Переход можно выполнять в один или несколько рабочих ходов.
Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки. При обработке заготовки со съмом слоя материала используется термин «припуск».
Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств изготавливаемой поверхности. Слой материала, удаляемый с одной поверхности готовой детали в результате выполнения всех технологических переходов, называется общим припуском на обработку этой поверхности.
Этап жизненного цикла изделия (ЖЦИ), связанный с технологической подготовкой производства, предусматривает:
Проектирование рациональной заготовки;
Разработку маршрутной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием исходных заготовок и необходимого технологического оборудования;
Разработку операционной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием средств технологического оснащения (СТО);
Разработку технологической документации в соответствии с ЕСТД;
Генерацию УП для оборудования с ЧПУ;
Выбор или проектирование средств механизации и/или автоматизации технологических процессов (ТП);
Разработку планировочных решений по размещению технологического оборудования на предусматриваемой территории;
Ведение архива технологической документации;
Оформление изменений в технологической документации, связанных с конструкторскими доработками или совершенствованием ТП.
Заготовка выбирается или проектируется, исходя из соображений, оптимизации всего технологического процесса (ТП), включая заготовительный этап и последующую обработку. При необходимости проводится технико-экономическое обоснование. Проектирует заготовку технолог механического цеха, а ее изготовление осуществляется по технологии заготовительного подразделения предприятия или смежника.
При проектировании заготовки ее размеры определяются по результатам расчета т.н. межоперационных припусков. Припуск – слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Различают общий припуск и промежуточные припуски по всем последовательно выполняемым технологическим переходам и операциям обработки данной поверхности детали. Общий припуск на какую либо поверхность представляет собой сумму промежуточных припусков на ту же поверхность. Промежуточные припуски необходимы для определения промежуточных (по технологическим переходам и операциям) размеров деталей, общий – для определения размеров заготовок. В практике используются расчетно-аналитический и опытно-статистический методы расчета припусков.
Технология в любой области человеческой деятельности – это отрасль науки, занимающаяся исследованием закономерностей технологических процессов изготовления изделий, с целью использования результатов изучения для обеспечения требуемого качества и количества изделий с наивысшими технико-экономическими показателями. Наука о технологии – это не просто сумма каких-то знаний о технологических процессах, а система строго сформулированных положений о явлениях и их глубинных связях, выраженных посредством особых понятий. С другой стороны, наука о технологии, как и любая отрасль знания, - это результат практической деятельности человека; она подчинена целям развития общественной практики и способна служить теоретической основой.
Объектом технологии является технологический процесс, а предметом – установление и исследование внешних и внутренних связей, закономерностей технологического процесса. Только на основе их глубокого изучения возможно построение прогрессивных технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, обеспечивающих изготовление изделий высокого качества с малыми затратами.
Современная технология развивается по следующим основным направлениям: создание новых материалов; разработка новых технологических принципов, методов, процессов, оборудования; механизация и автоматизация технологических процессов, устраняющая непосредственное участие в них человека. Если осуществление технологического процесса порождает необходимость изготовления орудий труда, являясь причиной их появления, то развитие и совершенствование орудий труда в свою очередь стимулирует совершенствование самого процесса. Становление технологии как научной дисциплины затруднено огромным разнообразием объектов производства (от миниатюрных приборов до атомных электростанций, от простейших изделий типа молотка до сложнейших машин – таких, как космический корабль), бесчисленным множеством методов изготовления и оборудования для их осуществления. Этим обусловлено большое количество классификаций технологий по различным признакам. Приведем только некоторые.
Технологические процессы по функциональному составу подразделяются на заготовительные процессы для получения заготовок, процессы обработки заготовок для получения деталей и сборочные процессы.
Для качественного функционирования заготовительного производства очень важен современный подход к проектированию заготовки с точки зрения оптимизации себестоимости ее изготовления с учетом объема последующей обработки и коэффициента использования материала. Необходимо также учитывать и объемы выпуска продукции, ибо от этого в существенной степени зависит подход к построению технологического процесса. Сокращение расхода металлов и других конструкционных материалов достигается путем их более эффективного использования, применения при проектировании новых изделий прогрессивных решений, а также совершенствования методов обработки материалов.
Значительное сокращение расхода материалов может быть достигнуто при переходе на принципиально новые технологические процессы изготовления заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам готовых деталей. Сокращение припусков на механическую обработку в свою очередь связано с повышением точности заготовок и уменьшением толщины дефектного поверхностного слоя. Технология малоотходного производства способствует также интенсификации механической обработки, так как в ряде случаев могут быть исключены черновые операции (точение, зубофрезерование и другие), которые с успехом заменяются силовым шлифованием или иной чистовой обработкой с высокими режимами резания.
По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.
Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.
К числу основных технологических процессов малоотходного производства заготовок, как известно из курса «Технология конструкционных материалов» относятся: прогрессивные методы изготовления литых заготовок из металлов и пластмасс; методы получения заготовок горячим и холодным пластическим деформированием, включая в себя процессы изготовления заготовок без использования прессового оборудования (взрывом, электроимпульсная), холодной высадки и калибровки для исключения последующей механической обработки и т.д.; методы работы с любыми листовыми материалами (металлы, ткани, кожа, пластмассы и т.п.) путем вырубки или раскроя с использованием прогрессивных методов (газопламенного, плазменного, лазерного); современные методы и оборудование для резки материалов, включая электроконтактную, позволяющую значительно повысить производительность при работе с трудно обрабатываемыми материалами. Для заготовок из металло- и минералокерамики получили распространение методы и оборудование порошковой металлургии.
Основу технологических процессов изготовления деталей составляют формообразующие методы, методы изменения физико-механических свойств материала, методы воздействия на качество поверхностного слоя (методы покрытия, отделки, окраски и др.). Формообразующие методы в свою очередь делятся на методы со съемом материала и без съема материала. Первые подразделяются на методы обработки резанием (точение, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, протягивание и др.), методы абразивной обработки (шлифование, хонингование, полирование и др.), электрофизические и электрохимические методы.
К методам без съема материала относятся методы пластического деформирования; к методам изменения физико-механических свойств материала относятся различные виды термической обработки, химико-термические процессы.
Технологический процесс сборки содержит действия по установке и образованию соединений деталей, сборочных единиц в изделие. При этом учитывается технически и экономически целесообразная последовательность получения изделия. Качество сборочной единицы характеризуется точностью относительного движения или расположения деталей в сборочной единице, силовым замыканием, натягом в неподвижных соединениях, зазором в подвижных соединениях, качеством прилегания поверхностей и другими.
Под сборочной операцией понимается процесс непосредственного формирования сборочной единицы. Он, как правило, включает ориентацию, соединение, регулировку и закрепление (фиксацию) деталей и сборочных единиц. Сборку соединений условно можно разделить на сборку с натягом и без натяга. Сборка с натягом осуществляется или методом пластического деформирования, или тепловым методом. В свою очередь тепловой метод реализуется посредством нагрева охватывающей детали и (или) охлаждения охватываемой детали.
По масштабу выпуска продукции современное промышленное производство и, в частности машиностроение, условно делится на три типа: единичное, серийное и массовое. Формирование операций для этих типов производств осуществляется по-разному в зависимости от характера, вида и формы организации сборочного процесса.
Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах, зачастую индивидуально, и либо совсем не повторяются, либо повторяются через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства – изделия, не имеющие широкого применения и изготавливаемые по индивидуальным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях машиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).
В условиях единичного и мелкосерийного производства деление на операции осуществляется, как правило, по собираемым сборочным единицам из расчета того, что каждая машина состоит из ряда сборочных единиц: узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Такое деление изделий машиностроения на сборочные единицы необходимо для облегчения сборки и позволяет создавать машины по агрегатному принципу. Большое значение имеет унификация сборочных единиц, т.к. она позволяет сократить число специальных сборочных единиц и тем самым способствует уменьшению затрат. Деление на отдельные сборочные единицы позволяет осуществлять их изготовление и регулирование одновременно, независимо одна от другой и, следовательно, сокращать сроки изготовления машины. При этом желательно, чтобы каждая сборочная единица содержала бы как можно меньшее число деталей.
Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. Серийное производство делится на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Одним из показателей принадлежности того или иного производства к определенному типу является т.н. коэффициент закрепления операций за одним рабочим местом. Для мелкосерийного производства коэффициент колеблется от 20 до 10, для среднесерийного соответственно от 20 до 10, для крупносерийного – от 1 до 10.
Массовое производство характеризуется небольшой номенклатурой, большим объемом выпуска изделий, непрерывным изготовлением или ремонтом изделий продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна, постоянно повторяющаяся операция. В условиях массового и крупносерийного производства формирование переходов в операции производится в соответствии с необходимой последовательностью выполнения установки и закрепления деталей и других сборочных единиц в собираемый объект так, чтобы общие затраты времени на операцию были близки или кратны такту выпуска изделий. При возможности изменения в последовательности установки и закреплении сборочных единиц переходы в операции формируются таким образом, чтобы одинаковые по характеру и квалификации работы выполнял один рабочий. Это позволяет увеличивать производительность, так как совершенствуются навыки рабочего, и уменьшать потребности в оборудовании и рабочем инструменте.
В массовом и крупносерийном производствах используется специальное и специализированное оборудование, перенастройка которого на новый (не известный в момент проектирования оборудования) вид продукции невозможна или связана со значительными затратами. В средне- и мелкосерийном производстве основная доля парка оборудования до сих пор приходится на станки с ручным управлением, резервы повышения производительности которых в основном исчерпаны. Поэтому увеличение объема этого вида производства требует пропорционального роста числа квалифицированных рабочих, нехватка которых остро ощущается уже при существующих объемах выпуска продукции. В результате в промышленности возникли две встречные задачи: обеспечение гибкости крупносерийного и повышение производительности средне- и мелкосерийного производств. Производительность (производственную мощность) можно определить как число изделий, изготавливаемых в производственной системе за некоторый интервал времени, обычно за год.
Ярко выраженное массовое производство характеризуется одной и той же постоянно повторяющейся операцией на протяжении определенного отрезка календарного времени, т.е. для такого производства коэффициент закрепления операций равен единице. Соответственно чем выше этот коэффициент, тем ниже серийность, т.е., скажем, для единичного производства он может достигать многих десятков или сотен.
Если рассматривать в комплексе современное промышленное предприятие, то можно отметить, что в нем сконцентрированы технологии основного и вспомогательного производства и сопутствующие процессы. Основное производство занимается непосредственным изменением качественного состояния предметов труда. В результате могут происходить изменения свойств предметов труда: могут изменяться физические, химические, механические свойства материалов и полуфабрикатов, размеры и форма предметов труда, качество поверхностного слоя, внешний вид и др. Для качественного преобразования предметов труда необходимы затраты энергии, времени и материальных средств. При этом технологический процесс или его части могут осуществляться при непосредственном участии человека или без него.
Вспомогательное производство характеризуется процессами, которые необходимы для осуществления процессов основного производства. Как известно, операции технологического процесса осуществляются на технологическом оборудовании с использованием средств технологического оснащения. Технологическое оборудование нужно поддерживать в рабочем состоянии и обеспечить определенные выходные характеристики. Поэтому на большинстве промышленных предприятий организуется служба главного механика, занимающаяся профилактическим и капитальным ремонтом технологического оборудования. Технологическую оснастку (приспособления, обрабатывающий и измерительный инструменты) наиболее целесообразно закупать на стороне, но если по основному технологическому процесс требуется специальная оснастка, ее приходится изготавливать в инструментальных подразделениях предприятия. То же касается и переточки затупившегося обрабатывающего инструмента. Служба главного энергетика занимается бесперебойным снабжением основного производства энергией. Служба снабжения занимается обеспечением основного и вспомогательного производства всеми необходимыми комплектующими и материалами.
Сопутствующие процессы. Во время основного и вспомогательного процессов, как правило, имеют место процессы трения, выделения тепловой энергии и нагрева элементов технологической системы, вибрации, химической реакции; все они могут как положительно, так и отрицательно влиять на результаты технологического процесса. Сопутствующие процессы – это объективно действующие процессы независимо от нашего желания, поэтому приходится принимать различные меры по уменьшению их вредного влияния.
Разработку техпроцессов проводят в следующей последовательности:
I. Сбор исходных данных. Анализ служебного назначения детали.
Исходные данные: чертеж детали, годовая программа выпуска, продолжительность выпуска.
Под служебным назначением детали (изделия) понимают четко сформулированную задачу, для решения которой она применяется.
Анализ служебного назначения включает:
1. Установление условий, в которых работает деталь (изделие).
2. Определение нагрузок, действующих на деталь (постоянные, переменные, циклические, крутящий момент, изгибающие и др.)
3. Классификацию поверхностей детали.
Рис. 2.1. Классификация поверхностей детали
На рис. 2.1 приведена классификация поверхностей ступенчатого вала.
Поверхности детали классифицируются следующим образом:
Основные конструкторские базы (ОКБ) - это базы, определяющие положение детали в изделии;
Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ) - это базы, которые определяют положение деталей, присоединяемых к рассматриваемой детали;
Исполнительные поверхности (ИП) - это поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение;
Свободные поверхности (СП) - это поверхности, определяющие заданные контуры детали.
II. Анализ технологичности конструкции детали.
Этот анализ является важной частью при проектировании технологического процесса и заключается в технологическом контроле чертежа детали.
При этом:
1. Анализируется чертеж детали:
а) достаточность графической информации о детали (видов, разрезов, сечений и т.д.)
б) достаточность и правильность простановки размеров, величин шероховатостей, погрешностей формы и расположения поверхностей и т.д.
в) наличие сведений о материале детали, покрытиях, ее массе, термообработке и др.
2. Оценивается возможность упрощения конструкции детали.
3. Устанавливается возможность применения высокопроизводительных методов обработки.
4. Определяется соответствие стандарту конструктивных элементов детали (фасок, канавок и др.).
5. В первом приближении намечаются поверхности, которые будут использованы в качестве исходных баз.
III. Выбор типа производства и формы его организации.
В машиностроении различают три типа производства: единичное (Е), серийное (С) и массовое (М).
Серийное производство разделяют на мелкосерийное (МС), среднесерийное (СС) и крупносерийное (КС).
При помощи таблицы 2.1 ориентировочно можно определить тип производства, в зависимости от массы изготавливаемой детали или трудоемкости сборки изделия и годовой программы выпуска.
Таблица 2.1
Выбор типа машиностроительного производства
| Масса детали, кг | Тип производства | ||||
| Е | МС | СС | КС | М | |
| Годовой объем выпуска, шт/год | |||||
| <1,0 | <10 | 10-1500 | 1500-100000 | 75000-200000 | >200000 |
| 1,0-2,5 | < 10 | 10-1000 | 1000-50000 | 50000-100000 | >100000 |
| 2,5 - 5,0 | < 10 | 10-500 | 500-35000 | 35000-75000 | >75000 |
| 5,0-10,0 | <10 | 10-300 | 300-25000 | 25000-50000 | >50000 |
| 10-20 | <10 | 10-200 | 200-10000 | 10000-25000 | >25000 |
| 20-300 | <10 | 10-150 | 150-1000 | 1000-5000 | >5000 |
| >300 | <5 | 5-100 | 100-300 | 300-1000 | >1000 |
Для качественной оценки типа производства можно использовать критерий, называемый коэффициентом закрепления операций (КЗО).
КЗО равен отношению числа всех операций, выполняемых в течение месяца (SО) к числу рабочих мест (Р):
Если КЗО> 40, то это единичное производство; от 20 до 40 - мелкосерийное; от 10 до 20 - среднесерийное; свыше 1 до 10 - крупносерийное; равно единице - массовое.
Различают следующие формы организации ТП: предметная непоточная (Е), групповая непоточная (МС), групповая переменно-поточная (СС) и поточная непрерывная (КС, М).
Групповая форма организации производства характеризуется следующими признаками:
1. Изделие запускается в производство партиями (сериями) с определенной периодичностью.
2. Оборудование расставляется по типам станков, создавая производственные участки.
3. За каждым рабочим местом закрепляется несколько технологических операций.
При групповой форме организации производства рассчитывают размер партии деталей для разового запуска в производство:
где: а - периодичность запуска в днях (принимают 3,6,12,24 и т.д.); 254 -среднее количество рабочих дней в году.
Поточная форма характеризуется следующими признаками:
1. Специализацией каждого рабочего места на выполнение одной операции (КЗО=1).
2. Размещение рабочих мест производится строго в последовательности, соответствующей ТП.
Режим работы поточной линии оценивается тактом выпуска деталей.
Такт выпуска (tв) - это промежуток времени, в течение которого с поточной линии должна выпускаться единица продукции. Его можно определить при помощи формулы:
, мин/шт. ,
где: Fд- действительный фонд рабочего времени за год (в часах); N - годовая программа выпуска в штуках.
В таблице 2.2 приведены основные характеристики различных типов производства.
IV. Выбор и проектирование заготовки.
V. Выбор методов обработки отдельных поверхностей.
VI. Разработка технологического маршрута изготовления детали. Разработка плана обработки и схем базирования.
VII. Разработка технологических операций.
7.1. Выбор последовательности выполнения технологических переходов.
7.2. Окончательный выбор станка, оснастки, измерительного и режущего инструмента.
7.3. Расчет режимов резания и норм времени.
7.4. Расчет загрузки технологического оборудования.
7.5. Оформление технологической документации.
VIII. Проектирование технологической оснастки.
Таблица 2.2
Характеристика типов производства
| Показатель техпроцесса (ТП) | Тип производства | ||
| Единичное | Серийное | Массовое | |
| 1. Форма организации ТП | предметная непоточная | групповая | поточная |
| 2. Повторяемость изделий | отсутствие заранее обусловленной повторяемости | периодическое повторение партий | непрерывный выпуск в течение длительного времени |
| 3. Унификация ТП | использование типовых ТП | разработка специальных ТП на базе типовых | разработка специальных ТП на базе анализа |
| 4. Заготовка | прокат, литье в землю свободная ковка | профильный прокат, литье в кокиль, горячая штамповка | спец. прокат, литье в кокиль, холодная и горячая штамповка |
| 5. Припуск на обработку | значительный | незначительный | минимальный |
| 6. Расчет припусков | укрупненный по таблицам | подробный по переходам | детальный на базе размерного анализа |
| 7. Оборудование | универсальное | универсальное, отчасти специализированное | специализированное и специальное | загрузка различными деталями без какой-либо закономерности | периодическая смена детали на станках | непрерывная загрузка оборудования одними и теми же деталями |
| 9.КЗО | свыше 40 | от 1 до 40 | |
| 10. Расстановка оборудования | по типам и размерам | по направлениям характерных грузопотоков | по ходу ТП |
| 11 Настройка станков | отсутствие настройки, работа по промерам | по измерительным инструментам и приборам | по эталонам |
| 12. Оснастка | универсальная | универсальная и специальная | специальная |
| 13. Расчет режимов резания | по общемашиностроительным нормативам | по отраслевым нормативам и эмпирическим формулам | аналитическим путем на базе математической модели |
| 14. Квалификация рабочих | Высокая | различная | низкая, при высокой квалификации наладчиков |
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ИЗДЕЛИЯ
Сборка является заключительным этапом при изготовлении машин. Объем работ при сборке в автомобилестроении составляет до 20% от общей трудоемкости изготовления автомобиля.
Технологический процесс сборки - это совокупность операций по соединению деталей в определенной последовательности с целью получить изделие, отвечающее заданным эксплутационным требованиям.
Изделие состоит из основных частей, роль которых могут выполнять детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты.
Сборочная единица - часть изделия, составные части которой подлежат соединению между собой на сборочных операциях на предприятии-изготовителе. Её характерной особенностью является возможность сборки обособленно от других элементов изделия. Сборочная единица изделия в зависимости от конструкции может собираться либо из отдельных деталей, либо из сборочных единиц высших порядков и деталей. Различают сборочные единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная единица первого порядка входит непосредственно в изделие. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка и деталей и т.д. Сборочную единицу наивысшего порядка расчленяют только на детали. Сборочные единицы называют на практике узлами или группами.
Сборочная операция - это технологическая операция установки и образования соединений сборочных единиц изделия. Сборку начинают с установки и закрепления базовой детали. Поэтому в каждой сборочной единице должна быть найдена базовая деталь - это деталь, с которой начинают сборку изделия, присоединяя к ней детали и другие сборочные единицы.
По последовательности выполнения различают:
Промежуточную сборку - это сборка мелких элементов на механических участках или сборка 2-х деталей перед окончательной обработкой;
Узловую сборку - это сборка сборочных единиц изделия;
Общую сборку - это сборка изделия в целом.
По наличию перемещений собираемых изделий различают:
Стационарную сборку - это сборка изделия или основной его части на одном рабочем месте;
Подвижную сборку - собираемое изделие перемещается по конвейеру.
По организации производства различают:
Поточную сборку, - которая предусматривает разделение технологического процесса на отдельные технологические операции, продолжительность которых не превышает такта выпуска изделия;
Групповую сборку, - которая предусматривает возможность сборки различных однотипных изделий на одном рабочем месте.
По степени подвижности различают подвижные и неподвижные соединения.
Подвижные соединения обладают возможностью относительного перемещения в рабочем состоянии в соответствии с кинематической схемой механизма. При этом используются посадки с зазором. Для сборки не требуется значительных усилий.
Неподвижные соединения не позволяют перемещаться друг относительно друга соединяемым деталям. В неподвижных соединениях используются переходные посадки или посадки с натягом.
По характеру разбираемости соединения подразделяют на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения могут быть полностью разобраны без повреждения соединяемых деталей.
Неразъемные соединения собираются при помощи прессовых посадок, сварки, пайки, склеивания и т.д. Без повреждения собираемых деталей их разобрать невозможно.
Методы сборки - определяются конструктором изделия путем простановки допусков сопрягаемых деталей.
При сборке всегда происходит материализация заложенных конструктором размерных цепей.
Метод полной взаимозаменяемости - позволяет проводить сборку изделия без какого-либо подбора или дополнительной обработки деталей. Метод наименее трудоемок, но необходимо увеличить затраты на механическую обработку.
Метод неполной взаимозаменяемости – предусматривает, что ряд соединений не могут собраться без дополнительной доработки деталей.
Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка) – предусматривает предварительную сортировку деталей на группы. Сборка в пределах группы осуществляется по методу полной взаимозаменяемости. Это позволяет достичь высокой точности в сопряжениях, при незначительном увеличении затрат на контроль (рис 3.1).
Рис. 3.1. Селективная сборка
Метод пригонки и регулирования - предусматривает наличие в размерной цепи компенсирующего звена, положение которого регулируется в процессе сборки (регулировка зазоров, прокладки и т.п.).
Приспособления, применяемые при сборке, классифицируются следующим образом:
Зажимные приспособления (предназначены для базирования и закрепления базовых деталей, с которых начинается сборка узла или изделия);
Установочные приспособления (предназначены для точной установки соединяемых деталей друг относительно друга);
Рабочие приспособления (используемые при выполнении отдельных переходов технологических операций сборки (гайковёрты, прессы и т.д.));
Контрольные приспособления.
Разработка технологического процесса сборки осуществляется в следующей последовательности:
Этап 1. Анализ исходных данных:
Изучение чертежей изделия и деталей, технических требований на сборку и приемку изделия;
Выбор организационных форм сборки;
Классификация видов соединений деталей;
Выбор метода сборки;
Установление годовой программы выпуска;
Определение продолжительности выпуска.
Этап 2. Разработка технологических схем общей и узловой сборки.
Изучение собираемого изделия завершается составлением технологических схем общей (рис. 3.2) и узловой сборки (рис. 3.3). Технологические схемы сборки составляются на основе сборочных чертежей изделия. На них каждая составная часть изделия обозначается прямоугольником, разделённым на три части (рис. 3.4). В части А указывается наименование элемента, в части Б - числовой индекс согласно спецификации, в части В - число элементов, входящих в данное соединение. Перед числовым индексом сборочной единицы изделия ставятся буквы Сб (сборка) и номер порядка: 1сб, 2сб и т.д.
Элемент, с которого начинают сборку изделия или его сборочной единицы, называют базовым. По его номеру ставят числовой индекс составной части, в которую он входит.
Процесс общей сборки изображают на схеме горизонтальной линией. Её проводят в направлении от базового элемента изделия к собранному объекту.
Сверху (рис.3.2) в порядке последовательности сборки располагают условные обозначения всех непосредственно входящих в изделие деталей, снизу - сборочных единиц. На технологических схемах узловой сборки сборочные единицы расчленяют на сборочные единицы высших порядков и детали.
Технологические схемы сборки снабжают надписями - сносками, поясняющими характер сборочных работ ("Запрессовать", "Паять", "Клепать", "Регулировать", "Проверить зазоры" и пр.) и выполняемый при сборке контроль.
Схемы отражают возможности одновременной установки нескольких составных частей изделия на его базовую деталь (рис. 3.2, точка А), что позволяет сократить длительность цикла сборки.
Рис. 3.2. Технологическая схема общей сборки
Рис. 3.3. Технологическая схема узловой сборки
Рис. 3.4. Условное изображение сборочных единиц
Этап 3. Разработка маршрутной технологии общей и узловой сборки.
Процесс сборки изделия или узла разбивается на отдельные операции, выполняемые в определенной последовательности. В одну операцию может входить сборка нескольких деталей и узлов. Она характеризуется законченностью действий.
Маршрут сборки - это набор технологических операций, выполняемых в строго определенной последовательности.
Критерием для разделения маршрута на операции является такт выпуска t B .
Необходимо, чтобы длительность технологической операции t шт не превышала такта выпуска t B (t шт < t B).
,
где: F cp - действительный годовой фонд времени работы оборудования, в часах; N - годовая программа выпуска изделий, в штуках.
Этап 4. Разработка технологических операций сборки.
Разработка производится в следующей последовательности:
Разработка содержания и последовательности переходов;
Выбор оснастки, инструментов, оборудования;
Расчет норм времени на выполнение каждого перехода и всей операции;
Оформление технической документации (ОК, чертежей наладок, операционных эскизов сборки).
