Содержание страницы
1. Основные понятия и определения машиностроительного производства
Современные машиностроительные предприятия, в том числе автомобильные заводы, имеют самый высокий уровень развития сварочного производства с применением автоматов и сварочных роботов.
Изделием называется продукт конечной стадии машиностроительного производства. Им может быть машина, сборочная единица (узел машины или сварной конструкции), заготовка или деталь.
Машина — это механизм или сочетание механизмов, выполняющих движения для преобразования энергии, материалов или производства работ. Заготовкой в машиностроительном производстве называется изделие, используемое для изготовления детали .
Деталь — это изделие, изготовленное из однородного по составу материала без применения сборочных операций. Деталями, например, являются шестерня, втулка, литой корпус, пластина из биметаллического листа. Деталями являются также изделия, изготовленные с применением сварки и пайки, например труба, изготовленная вальцовкой полосы металла и сваренная продольным или спиральным швом на автоматической линии.
Сборочная единица — это изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе при сборочных операциях. Сборочная единица может состоять из отдельных деталей или из сборочных единиц более высоких порядков и деталей. В машиностроении различают комплексы и комплекты.
Комплекс — это два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, автоматическая линия из металлорежущих станков, бурильная установка, корабль и др.
Комплект — это два и более изделия, не соединенные на предприятии- изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение. Изделия в зависимости от их назначения делят на изделия основного и вспомогательного производства.
Первые предназначены для реализации, вторые — для собственных нужд предприятия. Совокупность взаимосвязанных процессов последовательного изменения состояния изделия от формирования исходных требований к нему до окончания его эксплуатации принято называть жизненным циклом изделия. Жизненный цикл сварного изделия схематично показан на рисунке 1.
Вначале предприятие изучает рынок спроса на изделие, его потребительские свойства, либо получает заказ на изготовление сварных изделий или конструкций. Затем предприятие выполняет опытно- конструкторские, научно-исследовательские и технологические работы по проектированию сварного изделия и технологии изготовления этого изделия. Почти в это же время осуществляется конструкторская и технологическая подготовка производства.
Конструкторская подготовка производства включает в себя (рис. 1) разработку конструкции сварного изделия и создание соответствующей технической документации (чертежей, спецификаций и т.д.). Технологическая подготовка производства состоит в создании технологических процессов сборки изделия и изготовления его деталей, разработке конструкций и изготовлении сборочных и сварочных приспособлений и другой технологической оснастки с оформлением соответствующей документации.
Параллельно с конструкторско- технологической подготовкой производства изготавливается опытный образец сварного изделия, проводится контроль и его испытания, а также осуществляются, при необходимости, научно-исследовательские работы с целью совершенствования конструкции опытного образца и технологии сварочного производства. После завершения конструкторско- технологической подготовки производства начинается выполнение заказа или серийный выпуск сварного изделия.
Исключительное разнообразие сварных изделий и конструкций затрудняет их единую классификацию. Их можно классифицировать по методу получения заготовок (листовые, сварнолитые, кованосварные, штампосварные конструкции); по целевому назначению (строительные, вагонные, судовые, авиационные, газо- и нефтехранилища и др.).
При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварные конструкции целесообразно классифицировать в зависимости от характерных особенностей их работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных элементов и строительных конструкций: балки — конструктивные элементы, работающие, в основном, на поперечный изгиб.
Жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции; колонны — элементы, работающие преимущественно на сжатие, или сжатие с продольным изгибом; решетчатые конструкции.
Рисунок 1 — Жизненный цикл сварного изделия
К ним относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы. Оболочковые конструкции, как правило, испытывают избыточное давление; к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относятся баллоны, сосуды давления, резервуары, газгольдеры и трубопроводы.
Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. К ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе. Основные конструкции данного типа — корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей, детали машин, которые работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках.
Производственный процесс – это этапы, которые проходят предметы на пути их превращения в изделия или готовую машину.
Технологический процесс – часть производственного процесса, во время которого происходит изменение качественного состояния объекта, изменение формы и размеров заготовки, свойств металла (материала или полуфабриката).
Рабочее место – часть площади цеха, предназначенная для работы одного рабочего или группы рабочих, на которой размещено технологическое оборудование, инструмент, подъёмно-транспортное устройство, стеллажи для хранения заготовок, деталей.
Операция – законченная часть технологического процесса, выполненная на рабочем месте (например, резка, сборка, сварка).
Переход – часть технологической операции (применительно к сварке, например, поворот сварной конструкции в кантователе для сварки очередных швов в нижнем положении).
Рабочая позиция (позиция) – каждое новое положение установленного узла вместе с приспособлением.
Трудоемкость – количество времени, затрачиваемое на выполнение технологического процесса или его части.
Серия – количество изделий или машин, подлежащих изготовлению по постоянному, неизменяемому чертежу.
Единичное, индивидуальное производство – производство, при котором изделия изготавливаются в единичных экземплярах, разнообразные по конструкции и размерам.
Серийное производство – производство, при котором изготовление изделий, производится партиями или сериями, состоящими из одноименных, однотипных по конструкции и одинаковых по размерам изделий, запускаемых в производство одновременно.
Массовое производство – производство, при котором большое количество одинаковых изделий изготовляется путём непрерывного выполнения на рабочих местах одних и тех же постоянно повторяющихся операций. Машиностроительные предприятия предназначены для производства различных изделий: машин, станков, двигателей, самолетов, речных и морских судов, ракет и т.д. В зависимости от назначения изделия делятся на изделия основного и вспомогательного производства.
Изделия основного производства предназначены для поставки заказчику вне данного предприятия. Изделия вспомогательного производства предназначены только для собственных нужд предприятия, которое их изготавливает. Так, например, машиностроительное предприятие выпускает авиационные двигатели, которые предназначены для авиационного завода. В этом случае двигатели являются изделиями основного производства. Но на машиностроительном предприятии существует инструментальный цех для изготовления специального инструмента, который необходим при изготовлении авиационных двигателей самому предприятию. В этом случае инструмент является изделием вспомогательного производства и предназначен только для нужд данного предприятия.
Все изделия состоят из отдельных деталей, которые соединены между собой. Деталь — это изделие, которое изготовлено из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Деталями являются валы, втулки, зубчатые колёса, фланцы, рычаги, крестовины, поршни и др. Если внимательно рассматривать всё многообразие существующих деталей, то можно выделить целые группы (классы) деталей, которые имеют общий порядок обработки.
Существуют различные классификации деталей. Так по технологической классификации, предложенной А.Я. Малкиным, все детали можно разбить на пять классов:
- 1 класс — детали вращения без отверстия по основной оси симметрии с отношением их длины к диаметру от 2 до 20 — детали типа валов. Примеры конструкций деталей 1-го класса представлены на рисунке 2.
- 2 класс — детали являющиеся телами вращения, имеющие сквозное отверстие по основной оси симметрии (всевозможные втулки, трубы, диски, кольца и т.д.). Примеры конструкций деталей 2-го класса представлены на рис. 3.
- 3 класс — детали с параллельными плоскостями, имеющие в них два отверстия с параллельными осями или одно отверстие и точный наружный контур. Оси отверстий лежат в одной плоскости (шатуны, рычаги, скобы, крышки и т.д.). Примеры конструкций деталей 3-го класса представлены на рисунке 4.
- 4 класс — коробчатообразные детали (корпуса, ёмкости, коробки, баки и т.д.). Примеры конструкции деталей 4 класса представлены на рисунке 5.
- 5 класс — сложные детали, имеющие несколько осей симметрии (крестовины, поршни, корпуса дифференциалов и т.д.).
Рисунок 2 — Примеры конструкций деталей 1-го класса
Рисунок 3 — Примеры конструкций деталей 2-го класса
Рисунок 4 — Примеры конструкций деталей 3-го класса
Рисунок 5 — Примеры конструкций деталей 4-го класса
В соответствии с ЕСКД на все детали машиностроения и приборостроения установлены шесть классов со следующей номенклатурой:
- класс 71 — тела вращения типа колес, дисков, шкивов, колец, блоков, втулок, стержней, стаканов, колонок, валов, штоков и др. В этом классе все детали еще делятся между собой на три диапазона по соотношению длины детали к наибольшему наружному диаметру;
- класс 72 — тела вращения с элементами зубчатого зацепления: трубы, шланги, сегменты и т.п.;
- класс 73 — детали корпусные, опорные, ёмкостные;
- класс 74 — детали, не являющиеся телами вращения: плоскостные, рычажные, грузовые, тяговые и т.п.;
- класс 75 — детали кулачковые, карданные, пружинные, крепежные;
- класс 76 — детали технологической оснастки, которые выполняют самостоятельные функции (свёрла, метчики, матрицы, пуансоны и т.д.);
Существуют и другие классификации деталей.
Сборочная единица (узел) — это часть изделия, которая собирается отдельно и в последующем процессе сборки участвует как одно целое. Сборочными единицами могут являться коробка скоростей, двигатель, коробка передач, ротор турбины, шпиндельный узел и др.
Агрегат — это сборочная единица, которая может выполнять определенную функцию в изделии или самостоятельно. Изделие, которое изготовлено по агрегатному принципу, имеет множество положительных качеств в изготовлении, эксплуатации и ремонте. Цикл сборки такого изделия значительно сокращается. В любой момент любой из агрегатов может быть заменен на новый, а ремонт отказавшего агрегата производится вне машины. По агрегатному принципу в настоящее время выполняется множество изделий. Существуют несколько параметров, которые характеризуют потребительские свойства изделия.
Качество — это совокупность свойств, позволяющих удовлетворять определенным потребностям в соответствии с назначением изделия. Качество — это комплексный показатель, который зависит от точности, мощности, производительности, экономичности, коэффициента полезного действия изделия, степени его автоматизации.
Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции в пределах определенных параметров.
Надежность — это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Надежность изделия включает в себя понятия безотказности и долговечности.
Безотказность — свойство, изделия сохранять свою работоспособность в течение заданного периода времени, без каких-либо регулировок, ремонта и т.д.
Долговечность — это период времени, в течение которого изделие сохраняет свою работоспособность до наступления предельного состояния, после которого эксплуатация изделия прекращается.
2. Проектирование технологических процессов в сварочном производстве
Основными понятиями, связанными с проектированием и технологической подготовкой производства, являются следующие.
Производственный процесс — совокупность всех действий, производимых на данном предприятии и связанных с изготовлением и ремонтом выпускаемых изделий. Производственный процесс включает изготовление и сборку изделий, их хранение, консервацию, охрану, транспортировку, контроль, конструкторскую и технологическую подготовку производства и календарное планирование.
Технологический процесс — это часть производственного процесса, включающая в себя только этапы механической обработки, связанные с изменением размеров, формы и внешнего вида предметов производства, а также физико-механических свойств.
Технологическая операция — это часть технологического процесса, которая выполняется непрерывно на одном рабочем месте над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями.
Технологическая операция является основной единицей для осуществления планирования и учёта. Применительно к условиям автоматизированного производства технологическая операция — это законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на автоматической линии, состоящей из нескольких станков, связанных автоматически действующими транспортно-загрузочными устройствами.
Установ — часть технологической операции, выполняемая при постоянном закреплении обрабатываемых заготовок. Технологический переход — законченная часть технологической операции, которая характеризуется постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой, без изменения или с автоматическим изменением режимов работы станка. Позиция — фиксированное положение заготовки относительно инструмента для выполнения определенной части операции.
Рабочий ход — законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.
Вспомогательный ход — это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, качества поверхности или свойств заготовки, но необходимого для подготовки рабочего хода. Приём — законченная совокупность действий человека, выполняемых при осуществлении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением.