Тип производства

Типы производств и соответствующие им формы организации труда определяют характер технологических процессов и их построение. Поэтому перед началом технологического проектирования устанавливают тип производства ― единичное, серийное или массовое. Тип производства определяется номенклатурой и объемами выпуска изделий (годовой производственной программой), их массой и габаритными размерами, а также другими характерными признаками. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по одной закрепленной за рабочим операцией. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке выполнения технологических операций, в форме поточных линий. Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления. Широко внедряются средства механизации и автоматизации: конвейера роторные и автоматические линии, в том числе переменно-поточные автоматические линии, составленные из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным тактом, мин:

t_в = 60F_д/N , (1)

где F_д ― действительный годовой фонд производственного времени оборудования, линии и рабочих мест, ч; N ― годовая программа выпуска изделий, шт. В зависимости от режима и организации работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе: в одну смену F_д = 2008 ч, в две смены F_д = 4015 ч и при трехсменной работе F_д = 6022 ч. Более точные сведения приводятся в [5, 6 и др.]

В массовом производстве длительность отдельных операций (штучное время t_ш) должна быть равна или кратна такту при одновременном соблюдении неравенства:

t_в ≤ t_ш . (2)

Суточный выпуск изделий при работе с двумя выходными днями в неделю, шт:

N_c = N/252 .

Суточная производительность поточной линии, шт:

Q_c = F_c∙ _зн /t_{шср ,}

где F_c ― суточный фонд времени работы оборудования, мин; _зн ― нормативный коэффициент загрузки оборудования: t_шср ― средняя трудоемкость основных операций, мин.

При выполнении основных операций со штучным временем каждой i-й, равным t_ш,

t_шср = t_шi . (3)

На данном этапе определяют ориентировочные значения t_шi (см. разделы "Техническое нормирование" и "Экономическая оценка технологического процесса", с. 51, 54).

Нормативная загрузка оборудования (станка) в массовом производстве должна находиться в пределах _зн = 0,65―0,75. Если фактический _зф > 0,75, приходится на данной операции увеличивать число станков, но они могут остаться недогруженными. То же происходит, еслиt_в > t_ш. Например, если при поточной форме организации труда t_в = 5 мин, а t_ш = 2 мин, то станок после выполнения каждой очередной операции будет простаивать по 3 мин и т.п. В таких случаях работу линии, участка или цеха организуют по принципам, присущим серийному производству.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска, причем размер партии, шт

, (4)

где a ― периодичность запуска (необходимость запаса деталей на складах), дни. Для проектных расчетов рекомендуется принимать при изготовлении крупных деталей 3―6, средних 6―12 и для мелких деталей а =12―25 дней.

Организация и оснащение крупносерийного производства близки к массовому. Серийное и мелкосерийное производство оснащают преимущественно универсальным и стандартным оборудованием, приспособлениями и инструментами. Широко используются станки с ЧПУ. Наряду с групповыми переменно-поточными линиями практикуют организацию предметно-замкнутых участков. После обработки партии деталей P₁ станки перестраивают на обработку партии P₂ других деталей. Станки не простаивают. Для серийного производства нормативный коэффициент загрузки оборудования _зн = 0,75―0,85. Более высокие значения _зф могут быть достигнуты при многономенклатурном запуске изделий в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Для определения типа производства обычно пользуются соотношениями (1), (2) и рекомендациями [6],позволяющими устанавливать его в зависимости от габаритных размеров, массы и годового объема выпуска деталей, пользуясь данными табл. 1 и 2 или 3.

Таблица 1

Выбор типа производства по программе выпуска

Тип производства	Количество обрабатываемых в год деталей (изделий) одного наименования и типоразмера
	крупные(тяжелые)	средние	мелкие (легкие)
Единичное	До 5	До 10	До 100
Серийное	Св.5 до 1000	Св.10 до 5000	Св.100 до 50000
Массовое	Св.1000	Св.5000	Св.50000

Таблица 2

Выбор серийности производства

Серийность производства	Количество изделий в серии (партии)
	крупных	средних	мелких
Мелкосерийное	3 ― 10	5 ― 25	10 ― 50
Среднесерийное	11 ― 50	26 ― 200	51 ― 500
Крупносерийное	Св.50	Св.200	Св.500

При классификации по массе M (кг) будем условно считать детали: мелкими (легкими) при , средними при и крупными (тяжелыми) при .

Пример 2. Определить тип производства на участке изготовления деталей (см. рис.1) для условий примера 1.

Пользуясь условиями классификации (см. выше), отнесем детали к средним по массе (M = 4,96 кг). Далее с учетом годовой программы N = 4800 шт., по табл.1 примем тип производства серийным. Воспользуемся зависимостью (4) и рассчитаем для условий серийного производства размер партии одновременно обрабатываемых заготовок, предварительно допустив, что для бесперебойной работы сборочного цеха должен быть запас готовых деталей на 10 дней, тогда

Таблица 3

Выбор типа инструментального или приборостроительного производства по массе детали

Масса детали (изделия), кг		Величина годовой программы выпуска, шт.
		единичное		мелко- серийное	серийное		крупно- серийное		массовое
1,0	10		10 ― 2000			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
10,0	10		10 ― 300			300 ― 25000		25000 ― 50000		50000
10	10		10 ― 200			20 ― 10000		1000 ― 25000		25000

Примем к исполнению для дальнейших расчетов n = 200 шт. Такое количество позволит каждый месяц запускать в производство по две партии (200·12·2 = 4800). Соразмерив величину n с данными табл.2, будем считать производство среднесерийным и именно для условий такого производства в дальнейшем проектировать технологический процесс.

Заметим, что при дальнейшем увеличении объема партии согласно табл.2 пришлось бы ориентироваться на производство с крупносерийным выпуском деталей.

Выбор заготовки

Заготовка ― предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхностей и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу.

Выбрать заготовку ― это значит: установить рациональную форму, способ получения, размеры и допуски на изготовление, припуски только на обрабатываемые поверхности, наконец, круг дополнительных технических требований и условий, позволяющих разработать технологический процесс ее изготовления.

Формы и размеры заготовки должны обеспечивать минимальную металлоемкость и достаточную жесткость детали, а также возможность применения наиболее прогрессивных, производительных и экономичных способов обработки на станках. В поточно-массовом и серийном производстве стремятся приблизить конфигурацию заготовки к готовой детали, увеличить точность и повысить качество поверхностей. При этом резко сокращается объем механической обработки, а коэффициент использования h_м достигает величины 0,7―0,8 и более. В условиях мелкосерийного и единичного производства требования к конфигурации заготовки менее жесткие, а желательная величина h_м > 0,6.

По виду базового технологического метода изготовления выделяют следующие виды заготовок:

― получаемые литьем (отливки);

― получаемые обработкой давлением (кованые и штамповочные поковки);

― заготовки из проката;

― сварные и комбинированные заготовки;

― получаемые методом порошковой металлургии;

― получаемые из конструкционной керамики.

Способ изготовления заготовки во многом определяется материалом, формой и размерами детали, программой и сроками выпуска, техническими возможностями заготовительных цехов, соображениями экономического характера и прочими факторами. Считают, что выбранный способ должен обеспечивать получение такой заготовки, которая позволила бы изготовить деталь (включая полный цикл механической, термической и прочей обработки) наименьшей себестоимости.

Заготовка каждого вида может быть изготовлена одним или несколькими способами, родственными базовому. Так, например, небольшие заготовки простейшей формы из сплава АЛ9 могут быть получены литьем: в землю, в кокиль, в оболочковую форму, по выполняемым моделям , под давлением; способом вакуумного всасывания, штамповкой из жидкого металла и пр. Каждому способу присущи определенные технические возможности по обеспечению точности формы и расположению поверхностей, по точности выполняемых размеров, по шероховатости и глубине дефектного слоя поверхностей, требования к допустимой толщине стенок, к величине литейных (штамповочных) радиусов и уклонов, к размерам и расположению получаемых отверстий и пр. Технические возможности широко представлены в [5, 7, 9, 10, 30] и других справочниках и пособиях.

Исходные данные для выбора заготовки ― это чертеж детали с техническими требованиями на изготовление, с указанием массы и марки материала; годовой объем выпуска и принятый тип производства, данные о технологических возможностях и ресурсах предприятия и др. С их учетом принимают метод получения заготовки и разрабатывают чертеж. Чертеж заготовки вычерчивают с необходимым количеством проекций разрезов и сечений. На каждую из обрабатываемых поверхностей устанавливают припуск. Величину припуска принимают по таблицам из указанной литературы. На самые ответственные функциональные поверхности деталей величину припуска определяют расчетно-аналитическим способом (см. раздел 8). Номинальные размеры заготовок получают суммированием (для отверстий вычитанием) номинальных размеров деталей с величиной принятого припуска. Предельные отклонения (или допуски) размеров устанавливают исходя из достигаемой точности (исходного индекса и класса точности Т_i ) получения заготовки принятым способом [ 5, 7, 10, 15] и др. Одновременно на чертеже обязательно указывают необходимые технические требования к заготовке: твердость материала, обычно в единицах Бриннеля (HB); точность; символами ЕСКД ― допустимые погрешности формы и расположения поверхностей; номинальные значения и предельные отклонения технологических уклонов, радиусов, переходов; степень и методы очистки поверхностей (травлением, галтовкой, дробеметной очисткой и т.д.); способы устранения дефектов поверхностей (вмятин, зажимов, утяжек, смещение плоскостей и пр.); способы и качество предварительной обработки (например, обдирка, обрезка, правка, зацентровка и др.); методы контроля размеров и твердости (визуальный, по шаблонам, ультразвуковой и др.); поверхности, принимаемые за черновые технологические базы и т.д.

В соответствии с ГОСТ 26645―85 в технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки [30, c. 219-241]. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности отливки (обязательно), степень коробления, степень точности поверхностей, класс точности массы (обязательно) и допуск смещения отливки. Например, для отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм:

точность отливки 8-5-4-7 см 0,8 (ГОСТ 26645―85.) Допускаются ненормируемые показатели точности отливок заменять нулями, а обозначение смещения опускать ,тогда:

точность отливки 8-0-0-7 (ГОСТ 26645―85.)

В технических требованиях к чертежам поковок из стали, получаемых методами горячей ковки (ГОСТ 7505―89), предусматриваетя отражать их конструктивные характеристики [30, табл. 24-37 на с. 254―266]:

1. Класс точности (Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5) ― устанавливают в зависимости от технологического процесса и оборудования для изготовления поковки, а также исходя из предъявляемых требований к точности ее размеров.

2. Группу стали (М1, М2 и М3) ― указывают процентное содержание углерода и легирующих элементов в материале поковки.

3. Степень сложности (С1, С2, С3 и С4), являющуюся одной из конструктивных характеристик формы поковок (качественно оценивающих ее), а также используемой при назначении припусков и допусков.

4. Конфигурацию поверхности разъема штампа: П ― плоская; И_с ― симметрично изогнутая; И_н ― несимметрично изогнутая.

От этих характеристик зависят исходный индекс [30, табл.27], допуски на размеры и отклонения формы и расположения поверхностей.

Чертежи заготовок вычерчивают в том же масштабе и на таких же форматах, на каких изображены детали. В контуры заготовки синим цветом или тонкими черными линиями вписывают контуры детали. Массу заготовки рассчитывают по номинальным размерам. В конечном счете, чертеж и технические требования должны содержать достаточно информации для разработки рабочей документации по изготовлению заготовок в заготовительных цехах реальных производств. В пояснительной записке чертеж заготовки располагают непосредственно за текстом.

При выборе заготовки студенты сравнивают 2―3 возможных способа ее изготовления. Из альтернативных принимают наиболее рентабельный, причем рентабельность способа следует обстоятельно и корректно обосновать. Текст пояснительной записки вместе с чертежом заготовки, экономическими расчетами и выводами не должен превышать 2,5―3 с.

Пример 3. Выбрать рациональный способ получения и составить чертеж заготовки детали (рис.1) для изготовления в условиях серийного производства с N = 4800 шт. в год.

Заготовки зубчатых колес подобной формы при серийном их выпуске обычно получают штамповкой в открытых штампах на молотах или кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП). В литературе [10, 14, 17] указывается, что штамповка на КГШП обеспечивает изготовление относительно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, у которых припуски на 30% меньше, чем у заготовок, получаемых на молотах. Производительность штамповки на прессах в 1,5―2 раза выше, чем на молотах; работа происходит без ударов. На прессах штампуют и прошивают отверстия. Поковки, получаемые на КГШП, позволяют несколько снизить объем механической обработки и обеспечивают коэффициент использования материала в пределах _м = 0,7―0,75.

В случае получения заготовок из проката объем механической обработки резко возрастает, а величина _м падает до 0,4 и ниже.

Следовательно, наиболее рациональным способом получения заготовки допустимо считать штамповку на КГШП. Спроектируем чертеж заготовки (см. рис. 2). Далее по табл. 22 [30, с.247] определим припуски на обрабатываемые поверхности, соответствующие ГОСТ 7505―89, с учетом которых расчетная масса заготовки составит G = 6,42 кг. По указанному стандарту материал поковки ― сталь 40Х ―относится к группе сталей М2, табл.24 [30, с.255]; конфигурация заготовки соответствует поковке степени сложности С2 [30, с. 256]; класс точности ― Т4 (поковки, получаемые в открытых штампах на ГКШП, табл. 25 [30, с. 255]). Для сочетания G = 6,42 с М2, С2 и Т4 исходный индекс 14, табл. 27 [30, с. 257]. Пользуясь полученным значением индекса по табл. 28 [30, с. 260], установим и перенесем на чертеж допуски и предельные отклонения на диаметр венца 225 мм, толщину венца 29 мм, длину ступицы 45 мм и прочие размеры заготовки колеса. Закончим оформление чертежа записью необходимого минимума технических требований (см. чертеж заготовки).

Ориентировочная стоимость заготовки по методике [5, с. 31-39] составит, тенге:

,

где ― базовая стоимость 1 т штамповок, тенге; *¹C_б = 373 [5, с.37]; ― масса заготовки, кг; ― масса готовой детали, кг; ; , , , и ― коэффициенты, зависящие от класса точности, степени сложности, массы, марки материала и объема производства для штамповок класса точности Т4 по ГОСТ 7505―89, [5,c.37]; ―для низколегированной стали М2, [5,с.37]; и , табл. 2.12 [5,с.38]; табл. 2.13 [5,с.38]; ― цена 1 т отходов, тенге , табл. 2.7 [5, с. 32].

С учетом значений параметров

тенге

Стоимость заготовки, полученной на молоте, в связи с увеличением припусков и общей массы, окажется несколько выше.

Рисунок 11. Чертеж заготовки

Стоимость заготовки из проката стали 40Х стоимостью тенге/кг^* [5,с.30] и табл. 2.6 [5,с.31] ― ,где - затраты на материал заготовки, тенге; ― технологическая себестоимость резки проката на штучные заготовки, тенге

(а)

Длина детали мм (см. рис.11). Оставим минимальные припуски на подрезку торцов по 0,5 мм на сторону и, приняв для заготовок прокат диаметром 255 мм, определим массу заготовки

кг,

где ― плотность стали, .

По формуле (а) тенге ― превышает стоимость заготовки, полученной на КГШП, даже без . К тому же недопустимо мал.

Таким образом, вариант получения заготовки на КГШП следует считать наиболее приемлемым.