20. Сущность и основные задачи инструментального хозяйства. Основные методы определения потребности в инструменте.

Под инструментальным хозяйствам понимается совокупность функ­циональных, производственных и снабженческих подразделений, заня­тых выполнением комплекса работ по проектированию, изготовлению (или приобретению), ремонту, восстановлению, хранению инструмента и выдаче его на рабочие места. К инструментальному хозяйству относятся как общезаводские, так и цеховые подразделения: инструментальные цехи, центральный инструментальный склад, склады инструмента в цехах, цеховые мастерские по заточке и доводке инструмента, а также обще­заводской и цеховой административно-технический персонал, руково­дящий соответствующими подразделениями.

Инструментальное хозяйство завода является одним из наиболее сложных вспомогательных хозяйств, от уровня организации которого зависит эффективность основного процесса. Оно осуществляет проекти­рование, производство и эксплуатацию инструмента. Перед проектиро­ванием ставится цель разработки наиболее эффективной конструкции отдельных видов и типов инструмента, а также технологического про­цесса его изготовления.

Особенности организации инструментального хозяйства и эксплуата­ции инструмента зависят от характера его использования и назначения.

По характеру использования инструмент подразделяют на стандартный, стандартизованный и специальный.

Стандартным называется инструмент общего пользования, кото­рый применяется для обработки различных деталей на разных заводах. Его параметры (форма, размеры, состав материала и методы обработ­ки) определяются требованиями ГОСТов.

Стандартизованным называется инструмент, применяемый для вы­полнения определенных групп операций при изготовлении аналогичных деталей как на одном заводе, так и на других предприятиях отрасли. Параметры такого инструмента определяются заводскими либо отрас­левыми стандартами.

Специальный инструмент предназначен для выполнения определен­ной операции при изготовлении (обработке) данной детали на данном предприятии.

По назначению инструмент подразделяют на основной и вспо­могательный. Основной инструмент предназначен для непосредственной обработки заготовки или детали (обрабатывающий, измерительный и др.), вспомогательный используется для ухода за оборудованием, закрепле­ния деталей и основного инструмента (ключи, отвертки, державки, стойки, втулки, патроны и т.д.).

Для упрощения организации производства, учета, хранения и обес­печения инструментом рабочих мест его многочисленную номенклатуру разбивают по назначению на ряд классов: режущий, измерительный, абразивный, штампы, модели и др. Класс характеризует вид обработки детали или метод получения заготовки.

Каждый класс, в свою очередь, подразделяется на подклассы, под­классы — на группы, группы — на подгруппы и, наконец, каждая под­группа — на секции. Подкласс характеризует характер применяемых операций, группа — характер оборудования, в котором используется данный инструмент, подгруппа — отдельные элементы операции, сек-ция — форму инструмента

При организации производства инструмента необходимо:

1. рассчитать потребность в инструменте на определенный плано­вый период (обычно на год);

2. обеспечить специализацию участков и цехов по его изготовлению с максимальной повторяемостью производства инструмента одного и того же наименования;

3. систематически повышать эксплуатационные качества инструмента, его износостойкость и снижать стоимость.

Потребность в инструменте определяется путем подетального и укруп­ненного расчета.

При подетальном расчете потребность определяют по каждому наименованию и типоразмеру инструмента исходя из продолжительности его работы и времени полного износа (с учетом случайной убыли). По режущему инструменту (И_реж) годовую потребность определяют так:

И_реж = [шт.], (10.1)

где k_д — количество наименований деталей, обрабатываемых с помо­щью инструмента конкретного типоразмера; N_i — годовая программа выпуска i-х деталей; k_оп — количество операций, выполняемых с помо­щью того же инструмента; t_{маш ij} — машинное время обработки инстру­ментом i-й детали j-й операции, мин; А_ij — количество инструмента определенного типоразмера в одной наладке при обработке i-й детали j-й операции; Т_из — время полного износа инструмента, ч; К_уб — ко­эффициент, учитывающий случайную убыль инструмента.

Время полного износа инструмента колеблется в широких пределах и зависит от вида инструмента, величины допустимого стачивания режу­щей части, размера заточки, вида обрабатываемого материала, количества инструмента, применяемого в одной наладке, и стойкости инструмента между заточками.

Чем больше величина стачивания и меньше размер заточки, тем больше (при прочих равных условиях) время износа. При обработке более прочных металлов общее время износа уменьшается. Оно умень­шается также при меньшем количестве инструмента одного типоразме­ра в наладке. При определении времени полного износа эти условия эксплуатации инструмента учитываются поправочными коэффициен­тами.

Время полного износа

Т_из = ,

где l — величина допустимого стачивания режущей части инструмента, мм; Δl — величина стачивания режущей части при одной заточке инст­румента, мм; t_ст — стойкость инструмента между двумя заточками, ч; K_м — коэффициент, учитывающий вид и прочность обрабатываемого материала; K_и — коэффициент, учитывающий количество инструмента одного типоразмера в наладке

Обычно нормативное время общего износа инструмента разрабаты­вается централизованно и фиксируется в специальных картах, состав­ляемых на каждое наименование.

Карта типовых норм содержит: 1) наименование инструмента; 2) его эскиз; 3) наименование станков, на которых он применяется; 4) коли­чество инструмента в одной наладке; 5) расчет времени полного износа инструмента по его размерам (ширине, высоте, длине резцов или диа­метру и длине режущей части фрез и др.).

Типовые нормы переносятся на машинные носители для формиро­вания соответствующих массивов, применяемых для автоматизирован­ного расчета потребности в инструменте.

Формула (10.1) может быть использована также для расчета потреб­ности в абразивном инструменте.

Потребность в измерительном инструменте (И_изм) определенного типоразмера определяется по формуле

И_изм = [шт.],

где D_i — доля деталей, подлежащих контролю с помощью измерителя (при сплошном контроле D = 1); М_i — количество измерений на одну деталь; к_сг — стойкость, т.е. количество измерений, выдерживаемых из­мерителем до его полного износа.

Стойкость измерителя колеблется в больших пределах и зависит от его назначения, типа, материала детали и класса точности обработки. Так, нормативная стойкость проходных гладких скоб при работе их по чугуну составляет от 4,9 тыс. измерений для 2-го класса точности до 97,5 тыс. для 5-го класса, по стали — 15 тыс. и 277,8 тыс., по латуни — более 25 тыс. и 440 тыс. соответственно. Нормативная стойкость не­проходных скоб, как и других калибров, увеличивается в 3-4 раза по сравнению со стойкостью проходных, а хромированных — в 5-6 раз.

Потребность в штампах (И_ш)

И_ш = N_i k_{уд i} / Ш_ст [шт.],

где k_{уд i} — количество ударов, необходимое для получения одной заго­товки или детали; Ш_ст — стойкость штампа по количеству ударов до его полного износа (зависит от назначения штампа, его размеров и вида об­рабатываемых материалов).

При холодной штамповке деталей из стали толщиной до 2 мм стой­кость формовочного штампа достигает 400 тыс. ударов, гибочного — 50 тыс. и более.

Потребность в приспособлениях

И_пр = m K_ос/Т_сл [шт.],

где m — количество станков в группе оборудования; K_ос — средняя ос­нащенность оборудования приспособлениями данного типа (количест­во на 1 станок); Т_сл — срок службы приспособления, лет (колеблется в широких пределах: от 0,5 до 5 лет).

Потребность в нестандартном оборудовании (моечном, сборочном и др.) рассчитывается по формулам, определяющим потребность в ос­новных станках.

При укрупненном расчете объем работы по определению по­требности в инструменте уменьшается, но при этом достигается мень­шая точность.

В серийном и крупносерийном производстве для определения по­требности в инструменте применяется так называемый метод средней оснащенности станка. Его суть состоит в том, что для каждой группы оборудования определяется номенклатура применяемого инструмента и устанавливается степень (коэффициент) долевого участия каждого из типоразмеров в обработке деталей на однородной группе оборудования K_д.у (сумма K_д.у по всем инструментам равна единице). Затем по каждой группе оборудования на основе общего объема работ в планируемом периоде и стойкости инструмента определяется потребность в инстру­менте одного типоразмера:

И_реж = (QK_маш K_д.у) / (K_норм Т_из K_у) [шт.],

где Q — объем работ по данной группе за планируемый период, нор-мо-ч; K_маш — коэффициент, характеризующий долю машинного времени в штучном времени; K_норм — планируемый коэффициент выполнения расчетных норм.

Потребность в штампах и другой специальной оснастке при укруп­ненном расчете определяется на основании средних норм расхода ос­настки в килограммах на 1 т заготовок деталей.

В единичном производстве укрупненный расчет потребности в ин­струменте выполняется обычно на основе средних норм расхода инст­румента по стоимости на 1000 руб. продукции (валовой, товарной или чистой), по удельному весу инструмента данной группы в общем его расходе.

Потребность во вспомогательном и измерительном инструменте опре­деляют обычно исходя из расхода на один станок в год. Так, по некоторым нормативами предусматривается расход шаблонов в количестве 2-3 на станок, конусных пробок и колец — 1, резьбовых пробок — 2 и т.д.

Специализация инструментальных цехов и участков осуществляется на основе классификации инструмента по назначению. В результате создаются специализированные участки или цехи режущего и измери­тельного инструмента, штампов, приспособлений, вспомогательного инструмента и др. По данным некоторых заводов массового производ­ства, на изготовление режущего и измерительного инструмента требу­ется примерно 50 % всей мощности инструментального производства, на изготовление приспособлений — около 15, штампов — 30, прочего инструмента —- около 5 %. Однако для обеспечения высокой эффек­тивности производства инструмента такой специализации оказывается недостаточно, поскольку в каждой группе имеется инструмент, различ­ный по своей применяемости и повторяемости, конструктивной и техно­логической сложности и степени освоенности в производстве, а следова­тельно, отличающийся особенностями в организации его производства. Поэтому весь инструмент необходимо разделить на группы применяе­мости, повторяемости и освоенности в производстве.

1. Инструмент с малым сроком службы широкой применяемости, большой повторяемости и постоянно расходуемый в большом количестве независимо от вида выпускаемой продукции. Это прежде всего режущий и измерительный универсальный или стандартизованный инструмент, выпуск которого должен регулярно повторяться в более или менее крупных масштабах. Цехи или участки, выпускающие такой инструмент, могут быть организованы по предметному признаку, а его изготовление — по типу серийного или крупносерийного производства с чередованием партий по стандартному плану-графику, с периодичностью и временем запуска-выпуска, устанавливаемым по системе максимум-минимум (см. § 10.4) и календарно-плановым нормативам, характерным дли данного типа производства.

2. Инструмент со сравнительно длительным сроком службы, который используется отдельными экземплярами или в небольшом количестве. Возобновление его происходит через сравнительно длительные периоды времени. Сюда относятся штампы, модели, пресс-формы, специальные приспособления, а также некоторые виды вспомогательного инструмен­та и стандартизованные элементы технологической оснастки и приспо­соблений. Такой инструмент изготавливается, как правило, по индиви­дуальным заказам, а его производство планируется с помощью метода, характерного для мелкосерийного производства.

3. Инструмент, впервые изготавливаемый в связи с подготовкой к выпуску новых машин или при изменении технологии производства. Изготовление такого инструмента характеризуется длительным циклом производства. Обычно его изготавливают на опытных участках инстру­ментального цеха. По мере освоения и отработки технологии изготовление такого инструмента необходимо передавать на участки, специализи­рующиеся на выпуске инструмента первой или второй группы. Эффек­тивность опытных участков обеспечивается тем, что на них тщательно отрабатывают конструкцию и технологию изготовления инструмента и создают предпосылки для повышения эффективности его применения. Следует отметить, что на изготовление инструмента, впервые осваиваемого в производстве, необходимы значительные производственные мощности. Как показывает опыт автомобильных заводов, на инструмент этого ви­да требуется: моделей — 20 % всей мощности инструментального про­изводства, кузнечных штампов — 15, штампов холодной штамповки и приспособлений — 40, режущего инструмента — примерно 20 %.

Эффективность производства и применения инструмента значи­тельно увеличивается при повышении его износостойкости и сниже­нии стоимости. Основные мероприятия, обеспечивающие повышение стойкости инструмента.

1. Применение материалов повышенной прочности для его изготовле­ния. Так, цельный твердосплавный обрабатывающий инструмент (матри­цы, пуансоны и др.) по сравнению с инструментом из быстрорежущей стали обеспечивает повышение стойкости в 10-50 раз, точности в 2 раза, производительности труда при обработке деталей в 2—5 раз. Еще боль­ший эффект дает применение минералокерамики. Резцы, оснащенные пластинками из этого материала, обеспечивают повышение скоростей обработки в 2—3 раза по сравнению с твердыми сплавами, следователь­но, уменьшается потребность в станках.

2. Совершенствование методов и технологии изготовления инстру­мента. Так, применение метода полугорячего выдавливания формообра­зующих деталей и частей инструмента штамповой оснастки с последую­щим профильным и оптическим шлифованием обеспечивает повышение стойкости в 8—10 раз и кроме того обеспечивает снижение трудоемкости изготовления в 6—8 раз.

3. Широкое применение методов химико-термической, электрохи­мической и других видов дополнительной обработки инструмента (циа­нирование, хромирование, электроэрозионная обработка, анодно-меха-ническая и др.). Как показывает опыт отдельных заводов, износостойкость инструмента после соответствующей обработки повышается в 3—4 раза и более.

Снижению трудоемкости и стоимости инструмента при его произ­водстве и использовании способствуют следующие факторы:

• обеспечение максимальной повторяемости выпуска однородного инструмента, потребляемого в больших количествах. Так, при увеличе­нии выпуска партии резцов в 5-10 раз трудоемкость и себестоимость одного резца снижаются на 20—30 %;

• изготовление сложной оснастки из стандартизованных элементов. Как показывает опыт отдельных заводов, при изготовлении оснастки индивидуального применения из стандартизованных элементов себе­стоимость ее снижается в 3-5 раз;

• расширение области использования специальной оснастки и ее технологических возможностей (диапазона), т.е. выполнение с ее по­мощью не одной, а нескольких операций, благодаря чему она заменяет несколько видов оснастки. Так, штамп «комбайн», одновременно вы­полняющий операции вырубки и гибки, или вырубки, пуклевки и об­жимки, или вырубки, проколки, пуклевки, разрубки и гибки, заменяет несколько штампов, что обеспечивает снижение трудоемкости изготов­ления заготовок в 3—4 раза, расхода материала в 2—3 раза и снижение себестоимости по сравнению с раздельным изготовлением одноопера-ционных штампов;

• применение новых материалов и инструмента при изготовлении оснастки (пластмасс, совершенного полировочного инструмента и др.). Например, при изготовлении штампов из эпоксидных смол для холодной штамповки деталей из листовой стали и цветных металлов трудоем­кость снижается на 43 %, стоимость материала — на 20, а себестои­мость — на 34 % по сравнению со штампами, изготовленными из быстрорежущей стали;

• тщательная доработка, доводка и предварительное опробование оснастки, изготовленной на опытных участках, перед ее серийным производством. Практика показывает, что на заводах, осуществляющих такую работу, трудоемкость изготовления серийной оснастки снижает­ся на 10-20 %, улучшается ее качество и стойкость;

• широкое применение универсально-сборочных и универсально-на-садочных приспособлений, а также оснастки со стандартизованными габаритами, что позволяет быстро ее переналаживать, а это обеспечи­вает снижение их стоимости за счет применения стандартизованных элементов и многократного их использования, а также уменьшения по­требности в оборудовании.