Учебный материал / Производственные технологии. А.В.Мовшович.-2006 / Производственные технологии пособие

Первые цифры перед буквами обозначают среднее содержание углерода: две цифры – сотые доли процента, а одна – десятые. При содержании углерода выше 1 % цифры перед буквами не ставятся.

Цифры после букв показывают примерное содержание легирующих элементов в целых процентах. Если содержание легирующего элемента меньше или около одного процента, цифра после буквы не ставится.

Например, 18Х3НЮ, 25ХГТ3, 18Х13Т.

1 – 0,18 % углерода, хрома 3 %, содержание никеля и алюминия меньше 1 %; 2 – 0,25 % углерода, содержание хрома и марганца меньше 1 %, титана 3 %; 3 – 0,18 % углерода, хрома 13 %, титана меньше 1 %.

Стали специального назначения выделяются в отдельные группы и имеют особую маркировку: Р – быстрорежущая; Ш – шарикоподшипниковая; Е – электротехническая.

Марка стали указывается в документе, присланном с металлом, и, кроме того, обозначается клеймом на ярлычке, прикрепленном к металлу.

Легированные стали классифицируются:

1)по содержанию легирующих элементов – на низколегированные стали, содержащие до 2,5 % легирующих элементов, среднелегированные – от 2,5 до 10 % и высоколегированные – более 10 %;

2)по назначению – на конструкционные, инструментальные и специальные легированные стали.

Внедрение легированных сталей дает возможность уменьшить вес машин, конструкций (за счет большей прочности стали), увеличивает их надежность и долговечность. Однако стоимость легированных сталей по сравнению с углеродистыми выше, особенно, когда в них вводят дорогие редкие элементы: молибден, вольфрам, титан и др. Производство их также сложнее. Поэтому стремятся применять низколегированные стали, которые при сравнительно небольших дополнительных расходах дают возможность сэкономить до 18–20 % металла.

21.2. Классификация, строение и свойства композиционных материалов

Широкие возможности для разработки оптимальных технических решений представляют композиционные материалы, которые отличаются высокими удельными прочностными характеристиками, коррозионной стойкостью, технологичностью в переработке. Композиционные материалы (композиты) представляют собой системы, состоящие из двух и более разнородных компонентов, имеющих границы раздела между ними. Компонент, непрерывный по всему объему материала, обеспечивающий его монолитность, называется матрицей или связующим. Компоненты, распределенные в матрице, называются наполнителями.

По типу матрицы различают композиционные материалы на полимерной (органической и неорганической), металлической и керамической основе. Матричный материал более вязкий и обеспечивает перераспределение действующей нагрузки по объему, защиту наполнителя от воздействия внешней окружающей среды, определяет теплофизические и электрические свойства, стойкость к старению, технологические и др. свойства композита.

101

Современные композиционные материалы содержат в качестве наполнителей угольные и графитовые волокна, волокна бора и др., благодаря которым достигается значительное повышение прочности и надежности в выделенных направлениях. Различные сочетания матричного материала и наполнителя позволяют получать гибридные композиты с широким диапазоном характеристик, чего невозможно достичь на металлах и сплавах. Композиты имеют высокую удельную прочность и высокий удельный модуль упругости.

Композиты на основе полимерной матрицы обеспечивают работоспособность изделий при температурах до 200 оС, композиты на основе алюминия и магния, армированные углеродными, борными и др. волокнами – до 400–500 оС.

Особенностью композитов является удачное сочетание высокой прочности с низкой плотностью и высокой химической стойкостью. Широкий спектр армирующих и связующих материалов позволяет создавать композиты с заданными свойствами.

Технология получения материалов зависит от типа связующего. Материалы на основе полимерной матрицы получают путем полимеризации, отверждения или спекания пропитанных этим связующим армирующих волокон. При использовании металлической матрицы волокна погружают в жидкий металл. При создании таких

материалов возможна ориентация упрочняющих волокон в оптимальном направлении с учетом действующих нагрузок в реальной конструкции.

21.3. Технология порошковой металлургии

Технологические процессы порошковой металлургии нашли применение при производстве различных металлоизделий, которые известными традиционными способами изготовить было невозможно. Это твердые сплавы, пористые металлические подшипники и фильтры, фрикционные и антифрикционные материалы. Технологические процессы порошковой металлургии позволяют максимально эффективно использовать материалы, получать композиционные материалы с уникальными свойствами.

Сущность технологического процесса изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией заключается в том, что металлы, сплавы или химические соединения металлов превращают в порошки или гранулы различной фракции. Затем их смешивают в определенной пропорции, прессуют в пресс-формах, извлекают спрессованную заготовку и в специальных печах в условиях инертной среды или вакуума спекают в течение определенного времени и получают достаточно прочное соединение порошков или гранул в виде соответствующей формы полуфабриката или уже готового изделия. Часто для придания прессованным и спеченным порошковым заготовкам определенных свойств проводят дополнительную термообработку или пластическую деформацию, а затем обрабатывают резанием.

В машиностроительной и инструментальной промышленности порошковой металлургией изготавливают твердосплавные инструменты, подшипники, зубчатые колеса, направляющие втулки, тормозные колодки и т. д. Важным преимуществом порошковой технологии является возможность изготавливать металлоизделия практически без отходов.

Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии для изготовления многих металлоизделий обоснована в следующих случаях:

102

•когда необходимо металлоизделиям придать особые свойства, которые невозможно получить другими способами;

•когда расход дорогостоящего материала недопустим;

•когда трудоемкость порошкового металлоизделия ниже альтернативного;

•когда сложность геометрической формы детали требует для ее выполнения сложных и дорогостоящих инструментов.

21.4.Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

Всовременном машиностроении получают все большее распространение материалы, которые отличаются высокой твердостью, хрупкостью и вязкостью и трудно поддаются традиционным способам обработки. Все возрастающее количество применяемых штампов и пресс-форм отличается высокой сложностью внутренних полостей. Это послужило основанием для создания и внедрения в производство высокоэффективных электрофизических и электрохимических методов обработки. Их сущность заключается в том, что обработка облегчается благодаря ослаблению связей между элементарными объемами заготовки. Электрофизические методы основаны на тепловом или механическом действии электрического тока; электрохимические методы основаны на химическом действии электрического тока.

Электрофизические методы обработки

При электроэрозионной обработке используют инструмент – электрод, который может быть изготовлен из легко-обрабатываемого материала (меди, графита и т. п.). При сближении в жидком диэлектрике электродов: инструмента и заготовки возникает электрический разряд, и через зазор между ними начинает течь электрический ток. Электроны, соударяясь с анодом (заготовкой), интенсивно его разогревают и

расплавляют микрообъемы заготовки. Температура в месте воздействия электрических разрядов достигает 5000 оС. Расплавленные частички сплава охлаждаются жидким диэлектриком и удаляются из зазора между инструментом и заготовкой. Электрофизические методы отличаются высокой концентрацией энергии на локальных участках обрабатываемой заготовки. Частицы материала удаляются с поверхности в расплавленном или парообразном состоянии.

Электроэрозионный метод позволяет обрабатывать токопроводящие материалы любой механической прочности, хрупкости и вязкости, получать детали сложной формы и производить операции, которые невозможно выполнить другими методами. Однако этот способ обработки имеет высокий расход энергии и низкую производительность.

Электрохимические методы обработки

Электрохимические методы обработки основываются на принципе электролиза. Известно, что если в сосуд с электропроводящей жидкостью (электролитом) ввести твердые проводящие пластины (электроды) и подать на них напряжение, возникает электрический ток. Анод под действием электрического тока в среде электролита растворяется, и продукты растворения удаляются протекающим через зону обработки электролитом.

При электрохимической размерной обработке металлов электроды (заготовка – анод и инструмент – катод) располагаются на очень близком расстоянии друг от друга (50–500 мкм). Между ними под давлением прокачивается электролит. Так как зазор между электродами очень мал, напряженность электрического поля велика и

103

обработка металла происходит быстро (0,5–2 мм/мин). Если при этом поддерживать постоянным расстояние между электродами, то на заготовке можно получить достаточно точное зеркальное изображение формы инструмента.

Таким образом, с помощью электролиза можно сравнительно быстро обрабатывать заготовку, делать в деталях отверстия, пазы или полости любой сложной формы. К преимуществам электрохимической размерной обработки, по сравнению с другими методами, следует отнести возможность обрабатывать любые металлы и сплавы, независимо от их свойств. Твердые, а также жаропрочные и другие специальные сплавы обрабатываются с той же скоростью, что и обычные стали; электрод – инструмент при этом не изнашивается. Все это дает большую экономию материала и снижает трудоемкость изготовления деталей.

Достоинства обоих методов обработки:

•практическая независимость скорости и качества обработки от физикомеханических свойств обрабатываемых материалов;

•отсутствие необходимости в специальных инструментах более твердых, чем обрабатываемый материал;

•сокращение расхода материалов;

•высокая точность изготовления деталей;

•осуществление операций, не выполняемых механическими методами;

•возможность полной механизации и автоматизации процессов обработки;

•улучшение условий труда и сохранение окружающей среды.

21.5.Лазерные технологии

Лазер – источник оптического излучения с высокой монохроматичностью, а также исключительной направленностью светового луча. Источником лазерного луча является оптический квантовый генератор.

Лазеры нашли широкое применение в промышленности для различных видов обработки материалов: металлов, бетона, стекла, тканей, кож и т. д. Лазерная технология является одной из самых перспективных. Благодаря направленности и высокой концентрации лазерного луча, удается выполнять технологические операции, невыполнимые каким-либо другим способом. С помощью лазера можно вырезать из любого материала детали сложнейшей конфигурации с точностью до сотых долей миллиметра, раскраивать композиционные и керамические материалы, тугоплавкие сплавы.

Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность точной фокусировки лазерного луча и

точного дозирования энергии как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В таких технологических процессах применяют маломощные лазеры (до 1 кВт). Это небольшие газовые лазеры импульсного периодического действия и твердотельные лазеры на кристаллах. С помощью этой группы лазеров разработаны технологии сверления тонких отверстий (диаметром 1–10 мкм и глубиной до 10–100 мкм) в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышленности и изготовления волок для протяжки тонкой проволоки.

Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с резкой и сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности; с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием

104

цифр, букв, изображений в полиграфической промышленности. В последние годы в одной из важнейших областей микроэлектроники – фотолитографии, без применения которой практически невозможно получение сверхминиатюрных печатных плат, интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники, обычные источники света заменяют на лазерные. Это дает возможность получить разрешение до 0,15–0,2 мкм.

Второй вид лазерной технологии основан на применении лазеров с большой мощностью (свыше 1 кВт). К этой группе относятся мощные газовые лазеры. Их используют в энергоемких технологических процессах при резке и сварке толстых стальных листов, поверхностной закалке, наплавлении и легировании крупногабаритных деталей, очистке от поверхностных загрязнений и т. д. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва.

Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности, промышленности строительных материалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить техникоэкономические показатели производственных процессов. Применение лазерной технологии дает большой эффект при изготовлении деталей с особо высокими требованиями к качеству и точности и с особыми характеристиками.

21.6. Ультразвуковая интенсификация технологических процессов

Ультразвуком называют упругие механические колебания с частотой свыше 18 кГц, которые находятся за пределами слышимости человека. Ультразвук характеризуется частотой, амплитудой и интенсивностью колебаний. Ультразвуковые колебания получают с помощью преобразователей, в которых высокочастотные электрические колебания преобразуются в механические.

Ультразвуковые колебания различной интенсивности применяют в промышленности для проведения и интенсификации технологических процессов. Ультразвук широко используют для мойки различных материалов и деталей. Очистка деталей от загрязнений происходит вследствие явления кавитации жидкости – возникновения и захлопывания пузырьков под действием ультразвуковых колебаний. С помощью ультразвука можно значительно ускорить растворение различных веществ.

Ультразвуковые колебания применяют в дефектоскопии для определения размеров и количества дефектов в твердых телах (метод неразрушающего контроля).

105

ГЛАВА 22. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

22.1 Роботизация промышленного производства

Доля ручного труда в технологических процессах, особенно на вспомогательных участках, во вредных и опасных производствах, может быть уменьшена за счет роботизации промышленного производства [4].

Промышленный робот – это многократно программируемое многофункциональное устройство, предназначенное для манипулирования и транспортирования деталей, инструментов, технологической оснастки посредством программируемых движений для выполнения разнообразных задач. Робот состоит из рабочего органа (механическая рука), механического привода и контроллера (управляющей части). Механическая рука, в зависимости от вида продукции, может быть вакуумной, адгезионной, прокалывающей, электромагнитной, гидравлической, пневмомеханической и пр. Источником питания является электрическая энергия, а контроллером – микрокомпьютер.

По роду деятельности промышленные роботы делятся на три группы: технологические; подъемно-транспортные; комбинированные. Роботизированные производства широко применяют в машиностроении при получении литьевых, прессованных и кованных заготовок и изделий. В последнее время роботы начинают применяться при производстве пластмассовых изделий, строительных материалов, в легкой и пищевой промышленности.

Достоинства роботизированных производств: высокая производительность и качество выпускаемой продукции, мобильность, точность, надежность, способность к повторяемости. Однако, для создания роботов требуются большие капитальные затраты.

22.2. Роторно-конвейерные линии

Высокой формой автоматизации и механизации технологических процессов является комплексная автоматизация производства, которая основывается на применении роторной технологии обработки. В роторной машине основным элементом является ротор с инструментальными блоками. При вращении технологического ротора вокруг вертикальной оси происходит непрерывная обработка деталей, подаваемых транспортером.. Схема роторной машины приведена на рис. 22.1.

Транспортный ротор обеспечивает передачу деталей на обработку в инструментальные блоки; съем обработанных изделий и передачу их на другие технологические роторы.

Наилучшие возможности такой автоматизации имеют процессы, у которых:

•высокая степень концентрации технологических операций за счет многопозиционной и мало инструментальной обработки, которую можно совместить во времени;

•непрерывное транспортирование обрабатываемых объектов, совмещенное с их технологической обработкой.

Принципиальные возможности автоматизации таких технологических процессов обеспечивают роторно-конвейерные технологии обработки. Схема роторноконвейерной линии приведена на рис. 22.2. Отдельные операции выполняются в обслуживающих роторах. Для этого инструментальные блоки монтируют в гнездах гибкого цепного конвейера, который огибает обслуживающие роторы.

106

Рис. 22.1. Схема роторной машины:

1 – технологический ротор;

2 – транспортный ротор

Рис. 22.2. Схема роторно-конвейерной линии: 1 – ротор загрузки; 2 – ротор сборки; 3 – технологический ротор обработки;

4 – ротор КК; 5 – ГЦ конвейер

107

В массовом производстве широко применяются конвейеры различных типов: ленточные транспортеры, пластинчатые и цепные конвейеры.

В роторной машине основным элементом является ротор с инструментальными блоками. При вращении технологического ротора вокруг вертикальной оси происходит непрерывная обработка деталей, подаваемых транспортером.

Наибольшее применение роторные технологии нашли при производстве гаек, кольцевых деталей с резьбой, инъекционных игл, при разливе молока, соков, лимонада, упаковке пищевых продуктов и пр.

Комплексная автоматизация производства на основе роторных и роторноконвейерных линий в десятки раз повышает производительность труда; в сотни раз сокращает длительность производственного цикла изготовления продукции. Капитальные затраты окупаются в течение одного–двух лет.

22.3. Система автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования (САПР) позволяет автоматизировать большинство элементов технической подготовки производства.

В промышленности технический уровень новых видов изделий и сроки освоения их выпуска в значительной мере определяются технической подготовкой производства (ТПП). ТПП – это комплекс организационных, технологических и конструкторских работ по проектированию механизма и его деталей, по изготовлению необходимой технологической оснастки, инструмента, установке и освоению нового оборудования, по разработке и отладке всех операций технологического процесса изготовления нового изделия. Система технической подготовки производства функционально подразделяется на две системы – конструкторской подготовки (что производить) и технологической подготовки (как производить).

Спроектированный технологический процесс при соблюдении его требований должен обеспечить нормальную работу собранной машины или механизма.

Нормативной базой для ТПП является система стандартов:

•Единая система технологической документации (ЕСТД);

•Единая система конструкторской документации (ЕСКД);

ЕСТД представляет собой комплекс стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения о порядке разработки, оформления и обращения технологической документации для всех предприятий машиностроения и приборостроения. В соответствии с ЕСТД основными технологическими документами являются: маршрутная карта, операционная карта, карта эскизов, карта контроля.

В маршрутную карту записывается технически и экономически обоснованная последовательность выполнения всех операций, а также оборудование, применяемые приспособления, профессия рабочего и т. д. Операционная карта обработки составляется на каждую операцию. В этой карте записывается рациональная последовательность выполнения технологической операции. В карте эскизов вычерчивается эскиз детали, которая обрабатывается на станке. На карте контроля указываются поверхности, которые подлежат контролю, и инструмент, который при этом используется.

Результатом работы САПР является изготовление конструкторской и технологической документации вплоть до разработки маршрутных и операционных карт, карт эскизов и контроля.

108

ГЛАВА 23. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УПРАВЛЕНИИ ПРЕДПРИЯТИЕМ

23.1 Автоматизированные системы управления производством

Современное представление об управлении процессом дискретного материального производства предполагает выделение в общей системе управления предприятием организационного управления производством, которое решает сле-

дующие задачи:

•пространственно-временная координация производ-ственного процесса;

•оптимальное планирование материальных потребнос-тей;

•повышение эффективности используемого оборудова-ния;

•контроль хода производства.

Автоматизированная система управления производством (АСУП – АСУ ТП) является составной частью автоматизированной системы управления предприятием. Основные положения этой системы:

•производственная деятельность описывается как поток взаимосвязанных

заказов;

•при выполнении заказов учитываются ограничения ресурсов;

•обеспечивается минимизация производственных циклов и запасов;

•заказы снабжения и производства формируются на основе заказов реализации

ипроизводственных графиков;

•движение заказов увязывается с экономическими показателями;

•выполнение заказа совершается к тому моменту, когда он необходим. Система призвана повысить экономическую эффективность производств, в

частности, за счет снижения производственных издержек или/и повышения качества продукции.

23.2 Автоматизированные системы управления предприятием (АСУП)

Своевременное владение руководством полной и достоверной информацией о протекании производственных и экономических процессов стало решающим фактором в управлении предприятием.

Предприятие, т. е. производственная система, производящая продукты, рассматривается как совокупность бизнес-процессов.

"Бизнес-процессы" или другими словами "организационно-производственные процессы" – это логические серии взаимозависимых действий, которые используют ресурсы предприятия для создания или получения в обозримом будущем полезного для заказчика выхода, Продукта или Услуги [17].

Примеры бизнес-процессов: оформление отгрузки готовой продукции, закупка оборудования, обеспечение производства необходимыми материалами, учет поставок по предоплате, проведение взаимозачета и т. д.

С точки зрения охвата бизнес-процессов автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) можно разделить на три класса:

1)комплекс автоматизированных рабочих мест (АРМов);

2)ограниченно-интегрированные автоматизированные системы;

3)компьютерные интегрированные системы (КИС).

109

Кпервому из указанных классов мы относим АСУП, созданные на основе отдельных АРМов специалистов, которые спроектированы для автоматизации "коротких" бизнес-процессов (расчет зарплаты в бухгалтерии, учет движения техникоматериальных ценностей (ТМЦ) на складе, учет движения средств на расчетном счете предприятия и т.д.). Как правило, проектирование таких АРМ, а точнее, комплексов АРМ, производится в разное время и с разным качеством. В основе указанных проектов лежат либо результаты обследования информационных потоков в отдельных подразделениях предприятия, либо ранее внедренные на других предприятиях программные комплексы разработчиков.

Ко второму классу относятся системы, автоматизирующие крупные бизнеспроцессы предприятия (сбыт, снабжение, баланс, планирование основного производства, финансово-экономическое планирование и т. д.). Другими словами, ограниченноинтегрированные автоматизированные системы нацелены на объекты автоматизации предприятия. В основе проекта рассматриваемого класса систем лежат модели объектов автоматизации предприятия, составляемые крупными фирмами. Примерами могут являться продукты фирмы "1С". Такие системы имеют аппарат настроек, позволяющий адаптировать систему к реальным условиям практически любого конкретного предприятия.

Ктретьему классу относятся компьютерные интегрированные системы (КИС), которые еще называют корпоративными или комплексными информационными системами.

23.3.Международные стандарты управления предприятием

Существенной особенностью КИС является то, что в ее основе лежит модель всего предприятия, настроенная на принятые в мировой практике концепции управления:

•MRP (планирование материальных потребностей). Система класса MRP позволяет точно определять потребности производства в отдельных производственных единицах с учетом складских запасов. Таким образом, MRP-системы обеспечивают информацией две подсистемы – материально-техническое снабжение и планирование производства предприятия.

•MRP.II (планирование производственных ресурсов). Системы класса MRP II представляют интеграцию большого количества отдельных модулей, таких как планирование бизнес-процессов, планирование потребностей в материалах, производственных мощностей, планирование финансов, управление инвестициями и т. д.

•ERP (планирование ресурсов предприятия) включает в себя несколько модулей, обслуживающих основные функции управления предприятием: снабжение, производство, продажу, финансы. В отличие от систем класса MRP II и других, предназначенных только для отдельной сферы деятельности (например, для управления производством либо финансами), она содержит интегрированные модули. Интегрирование наиболее заметно между финансовыми модулями и модулями, управляющими движением материалов. Его суть состоит в том, что в финансовый модуль поступают данные, генерированные в остальных модулях. Благодаря интегрированию отдельных модулей, система поддерживает осуществление полного хозяйственного процесса, начиная с планирования продаж до контроля поступления платежей.

•ERPII. Интегрированная система управления охватывает все существенные для предприятия сферы деятельности. Главной задачей системы управления является

110