Основные положения разработки технологического процесса сборки машин

 

Одним из важных этапов создания машины является ее сборка из отдельных деталей. В соответствии с делением машины на сборочные единицы и детали различают общую сборку машины, сборку узлов (узловую), сборку подузлов (подузловую) и сборку комплектов (комплектную).

Под узловой сборкой понимают соединение, координирование и фиксацию с требуемой точностью подузлов, комплектов и деталей, составляющих узел. В результате узловой сборки должен получиться узел, полностью отвечающий служебному назначению.

Под подузловой сборкой понимают соединение, координирование и фиксацию с требуемой точностью комплектов и деталей, составляющих подузел.

Под комплектной сборкой понимают соединение, координирование и фиксацию с требуемой точностью всех деталей, составляющих комплект. В результате подузловой сборки и сборки комплектов должны получаться подузлы и комплекты, отвечающие их служебному назначению.

К технологическому процессу сборки обычно относят также переходы, связанные с проверкой правильности действия сборочных единиц и деталей, например плавности и точности относительных перемещений, действия смазочной системы, последовательности включения отдельных механизмов. В сборочные процессы включаются также переходы, связанные с очисткой, мойкой, окраской и отделкой деталей, сборочных единиц и нередко машины в целом, а также переходы, связанные с регулировкой машины и ее механизмов, и переходы по разборке машины, если она отправляется потребителю в разобранном виде с целью удобства транспортировки.

На основе изучения служебного назначения машины, ее сборочных и рабочих чертежей, размерного анализа и намеченного количества машин, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, выбираются вид и организационная форма производственного процесса сборки машины. Решающим фактором является количество машин, подлежащих изготовлению, причем к вопросу о выборе вида и организационной формы производственного процесса сборки необходимо подходить с точки зрения экономической эффективности.

После того как предварительно намечены вид и организационная форма технологического процесса сборки машины, приступают к разработке последовательности ее общей сборки.

Для установления последовательности общей сборки машины прежде всего необходимо произвести анализ ее конструкции для выявления всех составляющих машину сборочных единиц и отдельных деталей, которые должны поступать на общую сборку.

Анализ удобно начать с выявления номенклатуры подразделений сборочных единиц, из которых состоит конструкция машины. Обычно конструкция состоит из узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Конструкция ряда более сложных машин состоит из узлов первого, второго и так далее порядков, подузлов, комплексов и деталей. Установив номенклатуру сборочных единиц, выявляют все сборочные единицы, из которых состоит машина.

В каждой сборочной единице должна быть найдена базирующая деталь, определяющая положение всех составляющих данную сборочную единицу других сборочных единиц и деталей.

Последовательность общей сборки машины определяется ее конструктивными особенностями и заложенными в конструкцию методами получения требуемой точности.

 

Пример разработки технологического процесса сборки машины

 

Разрабатывая последовательность сборки машины, очень удобно изображать ее в виде графической схемы сборки. Эта схема не только помогает в разработке последовательности сборки машины, но и является основным оперативным документом, по которому персонал сборочного цеха знакомится с последовательностью сборки новой машины, организует выполнение сборочного процесса, производит комплектование машины, подачу сборочных единиц и деталей в надлежащей последовательности к местам сборки, ведет учет, расставляет рабочих, планирует производство и разрешает вносить усовершенствования в конструкцию, технологический процесс и организацию производства машины.

Конструкции большинства машин не позволяют вести их сборку без предварительной частичной разборки их сборочных единиц, поступающих на общую сборку в собранном виде. Поэтому при построении схемы сборки в нее необходимо включать и все неизбежные по ходу технологического процесса разборки сборочных единиц. Для машин, которые посылают потребителю в разобранном виде, строят специальные схемы их демонтажа у изготовителя и повторной сборки у потребителя, так как в таких случаях сборочные единицы обычно значительно укрупняют.

Схема сборки и разборки должна быть наглядна, показывать последовательность процессов и служить оперативным документом. Для этого схему общей сборки машины удобнее всего строить следующим образом. Лист бумаги делят на несколько зон: деталей, комплектов, подузлов, узлов (последние, если необходимо, разбивают по зонам узлов первого порядка, второго и т. д.) и машины в целом. Каждому из составляющих машину элементов дают условное обозначение, например деталь обозначают небольшим прямоугольником, в котором указывают наименование и номер детали по чертежу. Прямоугольниками больших размеров или другими геометрическими фигурами обозначают и все остальные элементы. На схему общей сборки машины наносят только условные обозначения деталей и сборочных единиц, непосредственно поступающих на общую сборку.

Рассмотрим разработку технологии сборки машины на примере разработки технологического процесса сборки одного узла – шестеренного масляного насоса (рис. 11). Общность методики разработки технологии сборки машины, узла и любой другой сборочной единицы вполне допускает ее показ на более простом примере.

Шестеренный насос предназначен для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям деталей трактора под давлением 0,6 МПа. Насос должен обеспечить подачу масла не менее 30 л/мин при частоте вращения зубчатых колес 39 с^-1.

Проанализируем достаточность и правильность технических условий, задаваемых чертежом, по подаче насоса, требуемой служебным назначением. Фактическая подача насоса

, (1)

где – теоретическая подача насоса за один оборот зубчатых колес, л/мин;

п – частота вращения зубчатых колес, с ^-1;

– утечка масла, л/мин;

– потери при всасывании, л/мин.

При нагнетании возможны утечки масла:

, (2)

где – утечка через радиальные зазоры между зубьями и корпусом;

– утечка, обусловленная неплотностью контакта зубьев;

– утечка через торцовые зазоры между корпусом и зубчатым колесами.

В соответствии с приведенными зависимостями расчет насоса и разработка норм точности должны быть проведены по следующей схеме. Исходя из требуемой подачи, следует установить теоретическую подачу, нормы утечки и потерь масла при всасывании. Затем переходят к размерам зубчатых колес, их модулю, ширине и параметрам зацепления. Нормы допустимых утечек и потерь при всасывании позволяют ограничить допусками параметры, от которых зависят утечки и потери. В частности, исходя из установленной нормы утечки масла, находят нормы утечек , , , а исходя из них определяют наибольший допустимый радиальный зазор, боковой зазор между зубьями, торцовый зазор. Устанавливая наименьшие допустимые зазоры, следует учитывать условия трения зубчатых колес о корпус и возможность заклинивания их при нагреве во время работы.

При расчете допусков, необходимо определить, соответствуют ли требованиям служебного назначения насоса верхние предельные значения зазоров, заданные в чертежах. В табл. 8 приведены возможные утечки масла, найденные по методике расчета шестеренных насосов.

 

Таблица 8 Влияние зазоров на утечки масла

Причина утечки масла	Верхнее предельное отклонение зазора, мм	Возможная утечка масла, л/мин
Радиальные зазоры Боковой зазор между зубьями зубчатых колес Торцовый зазор между зубчатыми колесами и корпусом	0,15 0,45 0,12	0,44 4,49 1,8
В с е г о		6,73

 

Потери при всасывании, одной из главных причин которых является разрежение во всасывающей камере насоса и неполное заполнение межзубовых впадин, ⁼ 4,83 л/мин.

Учитывая, что теоретическая подача насоса при размерах зубчатых колес и корпуса, указанных в чертежах будет

 

60Q_т n = 60*0,01793*39=41,95 л/мин,

 

можно ожидать, что подача насоса

 

Q_ф = 41,95-6,73-4,83=30,39 л/мин

 

Следовательно, верхние предельные отклонения зазоров установлены правильно.

Среди технических требований имеются следующие.

1. В собранном насосе при прокручивании от руки зубчатые колеса должны вращаться плавно.

2. Собранный насос должен быть чистым; его зубчатые колеса должны работать плавно и бесшумно; насос следует подвергнуть испытаниям на специальной установке в течение 3 – 4 мин.

Требования, касающиеся легкости и плавности, а также бесшумности вращения зубчатых колес, заданы в неявной форме, поэтому формулировку первого из них следовало бы заменить следующей: в окончательно собранном насосе приводной вал должен свободно проворачиваться от руки; крутящий момент, требующийся для поворота приводного вала, не должен превышать 1…1,5 Н×м. Второе условие следует сформулировать так: уровень звукового давления (шума) при работе насоса под нагрузкой не должен превышать 40 дБ.

В нормы точности, заданные чертежом, следует внести еще одно уточнение: на зазор между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса привода следует установить допуск; учитывая, что для свободного вращения зубчатого колеса вполне достаточен зазор 0,1 мм, можно установить предельное отклонение зазора 0,1...0,5 мм.

Выяснив соответствие технических требований служебному назначению шестеренного насоса и откорректировав их, можно перейти к ознакомлению с намечаемым выпуском машин в единицу времени и по неизменяемым чертежам. Допустим, что в год надо изготовить 100000 насосов рассматриваемой конструкции, причем общий выпуск насосов по неизменяемым чертежам составляет 800000 шт.

Приступая к проведению размерного анализа, наметим наиболее важные задачи, которые необходимо решить в процессе изготовления насоса. Этими задачами является обеспечение;

1) требуемого радиального зазора между зубчатыми колесами и корпусом;

2) зазора между корпусом и торцами зубчатых колес (торцового зазора);

3) требуемого бокового зазора между зубьями зубчатых колес;

4) требуемого зазора между торцом оси ведомого зубчатого колеса и крышкой корпуса;

5) зазора между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса;

6) плотности контакта зубьев зубчатого колеса;

7) легкости вращения зубчатых колес.

Сборку насоса следует производить в следующем порядке. В окончательно обработанные корпус и крышку необходимо запрессовать втулки подшипников, собрать корпус с крышкой, поставить контрольные штифты, фиксирующие положение крышки относительно корпуса, и обработать окончательно втулки. После этого следует снять крышку с корпуса, установить в корпус детали насоса и снова поставить крышку на место.

Более детально и наглядно последовательность сборки шестеренного насоса представлена на рис. 12 (номера на схеме соответствуют номерам деталей на рис. 11). На схеме показана не только сборка, но и частичная разборка, оказавшаяся необходимой в процессе сборки насоса данной конструкции. Сборка комплекта 4, включающего детали 7 и 9, производится в механическом цехе, где изготовляют зубчатые колеса. На схеме можно также указать все операции дополнительной обработки деталей, выполняемые в сборочном цехе, В процессе разработки технологического процесса сборки любой сборочной единицы возникают задачи, от решения которых существенно зависит построение технологических процессов изготовления деталей. Именно на этапе разработки технологического процесса изготовления машины или узла очень важна увязка технологических процессов изготовления деталей со сборкой изделия.

Исходя из конструкции объекта сборки, масштаба его выпуска и числа собираемых объектов по неизменяемым чертежам, можно ориентировочно наметить форму и вид организации процесса сборки насоса. Сравнительно простая конструкция насоса, малые габариты, небольшая масса и в то же время значительный масштаб выпуска указывают на то, что наиболее подходящей является поточная сборка. Транспортировать собираемый объект с одного рабочего места на другое удобнее с помощью непрерывно движущегося конвейера.

Для облегчения труда сборщиков и повышения его производительности при заданных масштабах выпуска и серийности можно применить не только универсальную, но и специальную технологическую оснастку. Например, для запрессовки втулок подшипников в корпус и крышку лучше всего использовать пневматический пресс.

Чтобы при запрессовке не была испорчена цилиндрическая поверхность валика, зубчатое колесо перед запрессовкой необходимо нагреть. Поэтому в номенклатуру оборудования участка сборки насоса надо включить нагревательную установку с масляной ванной.

Итогом всей проделанной работы по разработке технологического процесса сборки насоса является технологическая карта сборки шестеренного насоса (табл. 9). В отличие от схемы сборки в технологической карте сборки для удобства планирования и организации сборочного процесса сборка комплектов отделена от общей сборки насоса.

В табл. 9 дано лишь краткое содержание операций без перечислений всех работ, составляющих их. Например, операция 1 сборки подузла 1 предусматривает установку корпуса в приспособлении, установку крышки и шайб, наживление болтов, выверку положения крышки относительно корпуса, довертывание болтов и съем детали. В соответствии с содержанием операции определена норма штучного времени. Так как сборка насоса не прерывается сборкой других изделий и сборщикам не нужно знакомиться с технической документацией, получать полуфабрикаты, инструмент, то подготовительно-заключительное время в технологической карте не приведено. Время обслуживания рабочего места и время перерывов учтено при нормировании в размере 6 % оперативного времени.

 

Таблица 9 Технологическая карта сборки шестеренного насоса (см. рис. 11)

 

Номер операции	Операция	Инструмент	Оборудование и приспособление	Разряд рабочего	Норма штучного времени, мин
режущий и монтажный	контрольно-измерительный
		Сборка комплекта 1
	Запрессовать втулку в корпус 1	-	-	Пневматический пресс		0,59
		Сборка комплекта 2
	Запрессовать втулку 5 в крыш-ку 12	-	-	Пневматический пресс		0,59
		Сборка и разборка подузла 1
	Присоединить к корпусу крышку 12 четырьмя винта-ми 10, поставив предваритель-но шайбы 11 Просверлить в корпусе 1 два от-верстия Æ 7,8^+0,2 мм под штифты 17 Развернуть в корпусе 1 два от-верстия Æ 8 мм под штиф-ты 17 Установить два штифта 17 Расточить втулки подшипников Æ 15 мм   Пометить крышку по корпусу, разобрать подузел 1	-   Сверло Æ 7,8 мм   Специальная развертка   Молоток Алмазный резец   -	Приспособление для выверки по-ложения крышки   -     Предельный ка-либр   - Предельный ка-либр   -	Четырехшпиндельный винтоверт     Вертикально сверлиль-ный станок, приспо-собление То же   Алмазно-расточный станок, приспособле-ние Четырехшпиндельный винтоверт		0,96   1,98     0,46     0,32 1,02     1,10
				Итого		5,84

 

Продолжение табл. 4

Номер операции	Операция	Инструмент	Оборудование и приспособление	Разряд рабочего	Норма штучного времени, мин
режущий и монтажный	контрольно-измерительный
		Сборка комплекта 3
	Установить валик 4 в приспо-собление, поставить шпонку 18, напрессовать зубчатое колесо 6	-	-	Масляная ванна, при-способление		0,85
		Общая сборка насоса
	Запрессовать ось 8 в корпус 1     Установить в корпус 1 комп-лект 3, посадить ведомое зубча-тое колесо 2 привода и зафикси-ровать его штифтом 3 Посадить ведомое зубчатое ко-лесо 7 насоса Присоединить к корпусу 1 крышку (комплект 2) четырьмя винтами 10 с шайбами 11 Установить стопорные пласти-ны 14, прикрепить их к корпусу болтами 13 Установить прокладку 16 и при-соединить трубу приемника 15 винтами 19 с шайбами 20	-     Молоток   »   -     -     -	-     -   -   -     -     -	Камера для охлажде-ния валика, приспособ-ление -   -   Четырехшпиндельный винтоверт   Пневматический ключ     То же		0,80     1,16   0,22   0,96     1,32     1,01
				Итого Общая трудоемкость сборки насоса	5,47 13,34

 

При заданной программе и двухсменной работе такт Т выпуска насосов

мин/шт., (3)

где Ф — фонд времени, ч.

Число рабочих, необходимое для выполнения заданной программы,

, (4)

где – трудоемкость операции, мин; – трудоемкость совмещенных операций, мин; – время, затрачиваемое на перемещение объекта сборки с операции на операцию; – число параллельных потоков.

При отсутствии совмещенных во времени операций, при совмещении времени транспортирования собираемых насосов с оперативным временем и одном потоке

13,34 / 2,41 = 5 рабочих. (5)

Чтобы примерно одинаково загрузить сборщиков работой, операции по сборке насоса можно распределить как указано в табл. 10. Рабочие на 2, 3, 4 и 5-м рабочих местах немного перегружены. Для более равномерной загрузки сборщиков следует повысить режимы работы оборудования и наметить приспособления, способствующие увеличению производительности труда рабочих на этих местах.

 

Таблица 10. Распределение работы между сборщиками.

 

Номер рабочего места	Работа, выполняемая на каждом рабочем месте	Трудоемкость, мин.
	Сборка комплектов 1 и 2, сборка подузла1, операция 1 Сборка подузла 1, операции 2….4 Сборка подузла 1, операции 5 и 6, сборка комплекта Общая сборка насоса, операции 1, 2 и 6 Общая сборка насоса, операции 3….5	2,14   2,76     2,87   2,97   2,50

 

ГЛАВА 6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИНЫ

 

Себестоимость машины

 

Каждая вновь изготовляемая машина должна не только отвечать всем требованиям ее служебного назначения, но и отличаться от ранее выпущенных машин данного назначения меньшими затратами материалов и затратами живого и прошлого труда.

Затраты на израсходованные средства производства и зарплату на изготовление машины на заводе, выраженные в денежной форме, принято называть ее себестоимостью. Одной из основных задач технологии машиностроения является непрерывное снижение себестоимости выпускаемых машин. Различают себестоимость машины в целом и себестоимость ее отдельных сборочных единиц, деталей и отдельных операции технологического процесса их изготовления.

Подсчет себестоимости получил название калькуляции. Различают предварительную калькуляцию, называемую иногда сметной, и последующую, называемую обычно отчетной или исполнительной.

Предварительная калькуляция служит для определения возможной или плановой себестоимости, намеченной к производству машины, ее сборочных единиц и деталей, и выбора наиболее экономичного варианта технологического процесса выполнения отдельной операции изготовления деталей и машины в целом.

Отчетная калькуляция служит для выявления фактических затрат на изготовление машины, ее сборочных единиц, деталей или на выполнение отдельных операций.

Таким образом, с помощью отчетной калькуляции определяют действительную себестоимость машины или ее частей за тот или иной промежуток времени. Сопоставление данных отчетной и предварительной калькуляций позволяет судить о соответствии действительного технологического процесса запроектированному, об эффективности мероприятий по его дальнейшему совершенствованию, а иногда и о том, насколько верна предварительная калькуляция.