Анализ исходных данных для проектирования технологического процесса сборки

Исходными данными для разработки технологического процесса сборки являются:

1. Программа выпуска изделий и условия осуществления техно­логического процесса.

2. Сборочные чертежи изделий, узлов, каталоги и спецификации деталей, входящих в изделие.

3. Технические условия сборки и испытания изделия.

4. Рабочие чертежи деталей, входящих в изделие.

5. Объем кооперирования.

6. Каталоги и справочники по сборочному оборудованию и тех­нологической оснастке.

7. Образец собираемого изделия (в серийном и массовом произ­водствах).

8. Данные о сборочном производстве, где предполагается изго­товить изделие (для действующего предприятия).

Разработка технологического процесса сборки производится с учетом основных правил, изложенных в методическом документе № 9 1986 г., и включает в себя комплекс взаимосвязанных работ, осуществляемых в приведен­ном ниже порядке.

1. Определение серийности и организационной формы сборки. В зависимости от размера программного задания и ориентировочной трудоемкости, пользуясь схемой (рисунок 5.12), можно определить се­рийность и форму организации будущего производства. Ориентировоч­но трудоемкость сборки машины можно определить методом сравнения с трудоемкостью сборки аналогичных машин.

2. Технологический анализ сборочных чертежей. Сборочные чер­тежи должны содержать все сведения, необходимые для сборки, в частности:

• все необходимые проекции и разрезы; номера и спецификации всех деталей и узлов;

• размеры, выдерживаемые при сборке (остальные размеры в сбо­рочных чертежах не указываются);

• зазоры в соединениях, которые должны быть обеспечены при сборке;

• массу изделия;

• технические условия сборки отдельных узлов и всего изделия в целом.

На данном этапе анализируются конструкции сборочных единиц с точки зрения их технологичности.

Под технологичностью конструкции изделия понимается совокупность свойств конструкции изделия, прояв­ляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятый условиях изготовления, эксплуатации и ремонта. К условиям изготовления или ремонта изделия относятся тип, специализация и организация произ­водства, годовая программа и повторяемость выпуска, а также приме­няемые технологические процессы.

Особое внимание на стадии технологической подготовки произ­водства следует уделить производственной технологичности конструк­ции, т.е. технологичности конструкции изделия, определяемой при­менительно к его изготовлению. Правила обеспечения технологичности конструкции сборочных единиц установлены методическими рекомендациями МР186 – 85 и № 10 - 1985 и предус­матривают нижеследующие требования к оформлению конструкции:

• воз­можность сборки машин из обособленных сборочных единиц без повтор­ной разборки,

• максимальное применение стандартных и унифицирован­ных сборочных единиц и деталей,

• сокращение объема пригоночных ра­бот,

• возможность снижения трудоемкости,

• сокращение длительности цикла узловой и общей сборки и снижение ее себестоимости.

Кроме того, конструкцией должны предусматриваться места для удобного и надежного захвата сборочных соединений и тяжелых деталей грузо­подъемными устройствами, а также возможность удобного подвода механизированного сборочного инструмента.

Рисунок 5.12 – Определение серийности и организационной формы сборки

УСТАНОВЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И СОДЕРЖАНИЯ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ И СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ СБОРКИ

После тщательного изучения конструкции и работы как всей ма­шины, так и отдельных ее агрегатов и сборочных единиц, анализа технических условий на их изготовление и сборку на основе знания условий конкретного производства приступают к разбивке изделия на составные части.

При выполнении этой работы целесообразно исходить из следую­щих принципов:

• сборочная единица не должна расчленяться как в процессе сборки, так и в процессе дальнейшей транспортировки и монтажа; габаритные размеры сборочных единиц должны устанавливаться исходя из необходимости обеспечения возможности их сборки и с уче­том наличия технических средств их транспортировки;

• сборочным операциям должны предшествовать подготовительные и пригоночные работы, связанные срезанием металла, которые сво­дятся в отдельные операции и должны производиться на специальном рабочем месте или даже в механическом цехе на станках;

• сборочная единица не должна состоять из большого числа де­талей и сопряжений; в то же время излишнее "дробление" машины на сборочные единицы нерационально, так как это усложняет процесс комплектования при сборке, создает дополнительные трудности в ор­ганизации сборочных работ;

• большинство деталей машин должно войти в те или иные сбо­рочные единицы с тем, чтобы сократить число отдельных деталей, подаваемых непосредственно на сборку; исключение составляют базо­вые детали, а также некоторые детали крепления;

• изделие следует расчленить таким образом, чтобы конструк­тивные условия позволяли осуществлять сборку наибольшего числа сборочных единиц независимо одну от другой и без ущерба для экс­плуатации машины; такое расчленение обеспечит и лучшую ремонто­пригодность изделий.

Трудоемкость сборки большинства сборочных единиц должна быть приблизительно одинакова. Последовательность сборки в основном определяется конструк­цией изделия, компоновкой деталей и методами достижения требуемой точности и может быть представлена в виде технологической схемы сборки, являющейся условным изображением порядка комплектования изделия и узлов при сборке. Схемы сборки позволяют наглядно пред­ставить весь технологический процесс, проверить правильность на­меченной последовательности операций. На этих схемах каждый эле­мент изделия обозначен прямоугольником, в котором указываются наименование составной части, ее индекс и количество (рисунок 5.13). Деталь (или ранее собранная сборочная единица), с которой начинают сборку изделия, присоединяя к ней другие детали или сборочные единицы, называется БАЗОВОЙ ДЕТАЛЬЮ (или базовой сбо­рочной единицей). Процесс сборки изображается на схеме горизон­тальной линией в направлении от прямоугольника с изображением базовой составной части до прямоугольника, изображающего готовое изделие (или сборочную единицу).

Рисунок 5.13 – Технологические схемы сборки изделия (а) и сборочных единиц более высоких порядков (б – г)

Выше горизонтальной линии показываются в порядке последовательности сборки прямоугольники, ус­ловно обозначающие детали, а ниже - прямоугольники, условно изо­бражающие сборочные единицы. Для каждой сборочной единицы перво­го и более высоких порядков могут быть построены аналогичные схемы (рисунок 5.13).

Технологическая схема сборки является основой для проекти­рования технологического процесса сборки. При сборке сложного изделия иногда бывает целесообразно сначала разработать общую схему сборки изделия и после этого - схемы узловых сборок (т.е. сборки соединений 1-го, 2-го и более высоких порядков). Учитывая, что некоторые крупные изделия транспортируются к заказчику в ра­зобранном виде, при разработке технологической схемы сборки таких изделий одновременно составляется и схема их демонтажа.

После разработки схем сборки устанавливается состав необхо­димых сборочных, регулировочных, пригоночных, подготовительных и контрольных работ и определяется содержание технологических операций и переходов.

В условиях единичного производства ограничиваются разработ­кой маршрутных технологических карт и в работе в значительной мере руководствуются технологическими схемами сборки.

Сборка выполняется высококвалифицированными рабочими, ко­торые сами выбирают приемы сборочных работ, пользуясь чертежом изделия. При этом широко применяются пригоночные работы.

В тя­желом машиностроении при единичном производстве основными тех­нологическими документами часто служат схемы общей сборки изде­лия и схемы узловых сборок, в которых указываются: трудоемкость работы, вид оснастки, цех, из которого поступают детали и т.п. При этом на выполнение отдельных ответственных операций (запрес­совка крупных деталей, испытания и т. п.) составляются типовые инструкции. В работе широко используются универсальное сбороч­ное оборудование и инструменты. В серийном производстве разра­батываются маршрутно-операционные и операционные технологические карты и при необходимости выпускаются технологические инструкции, комплектовочные карты, ведомость оснастки и другие документы.

Процесс сборки расчленения на общую сборку и сбору узлов, а также на технологические операции и переходы, а в крупносе­рийном производстве - и на приемы. Доля пригоночных работ сокращается за счет широкого применения регулировки размеров с по­мощью разнообразных компенсаторов, а в крупносерийном производ­стве - применения селективной сборки и методов неполной взаимо­заменяемости.

При формировании технологической операции в ее состав по возможности включаются однородные работы, что способствует спе­циализации сборщиков и повышению производительности их труда. В целях синхронизации операций, необходимой для организации по­точной сборки и крайне желательной при всех Формах ее организа­ции, состав технологической операции устанавливается с учетом трудоемкости отдельных элементов сборочных работ. При трудоем­кости операции, превышающей установленный такт сборки, операция дополнительно расчленяется и из ее состава выделяются отдельные переходы и переносятся в другие операции, имеющие трудоемкость меньше такта сборки.

Пригоночные работы, испытания и контроль выделяются в от­дельные операции сборки. При этом особое внимание должно быть уделено анализу возможности и целесообразности перенесения мак­симального количества подготовительных и пригоночных работ в механические цехи или измерительные лаборатории, где подобные работы могут быть выполнены на станках и точных установках более производительно и качественно (например, плоское шлифование ком­пенсирующих шайб и прокладок на требуемый размер компенсации, рассортировка деталей по размерам сборочных групп и раскладка их по соответствующим ящикам и т.п.).

Механизация слесарно-сборочных работ является важнейшей проблемой проектирования технологических процессов сборки, кото­рой должно быть уделено особое внимание. Ранее указывалось, что в различных отраслях машино- и приборостроения доля сборочных работ составляет 20-45% от общей трудоемкости изготовления изде­лия: при этом основную часть сборочных работ составляют ручные работы. На долю ручных работ приходится более половины, а в тя­желом машиностроении - до 85% этих работ от всей трудоемкости сборки. В связи с этим одним из основных направлений совершенст­вования технологии сборки является проведение широкой механизации сборочных работ путем применения разнообразных сборочных приспо­соблений и стендов, а также механизированных универсальных, уни­фицированных и специальных сборочных инструментов.

По своему назначению ручной механизированный инструмент подразделяется на группы; для резки металлов и подготовки кромок под сварку, сверлильный, резьбонарезной, шлифовальный, гайко-винтозавертываемый, специальный инструмент. Ручной механизирован­ный инструмент по роду используемой энергии может быть электри­ческим, пневматическим, гидравлическим.

Электрофицированные инструменты разделяются на два типа:

• с вращательным движением рабочего органа (электродрели, шлифовальные машины, злектрогайковерты);

• с возвратно-поступательным движением рабочего органа (электронапильники, электромолотки).

Пневматические инструменты разделяются на три типа:

• с вращательным движением рабочего органа;

• ударного действия;

• давящего действия.

Сборочные приспособления по типу привода подразделяются на механические, гидравлические, пневматические и пневмогидравлические.

В зависимости от назначения приспособления можно разделить на группы: приспособления зажимы, установочные, рабочие (исполь­зуемые для вальцевания, запрессовки, установки и снятия пружин и т.д.).

Эффективным путем сокращения времени ТПП является примене­ние технологической оснастки, созданной на основе агрегатирова­ния сборочного оборудования.

УСТАНОВЛЕНИЕ НОРМ ВРЕМЕНИ НА СБОРОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ И ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Важной составной частью разработки технологического процес­са является нормирование слесарно-сборочных работ.

Расчет нормы штучного времени на операцию производится по формуле:

(5.15)

где Топ - оперативное время на операцию, определяемое соотношением Топ = То + Тв;

Аобс - время на обслуживание рабочего места (в про­центах от оперативного времени);

Аотд - время на отдых и личные надобности (в процентах от оперативного времени);

к - поправочный коэффициент на оперативное время, учитывающий количество приемов, выполняемых этим рабочим.

Нормирование сборочных работ ведется по нормативам времени на слесарно-сборочные работы.

При сборке изделий партиями определяется штучно-калькуля­ционное время по формуле:

(5.16)

где Тп.з. - подготовительно-заключительное время на партию деталей.

При поточной сборке в состав штучного времени включается время Т_m на перемещение собираемого изделия (при периодически движущемся конвейере) и на возвращение рабочего в исходную пози­цию (при непрерывно движущемся конвейере). Если Т_m перекрывает­ся другими элементами штучного времени, то оно не учитывается.

На основе норм штучного или штучно-калькуляционного времени определяются трудоемкость сборки всего изделия, а также количест­во рабочих мест или позиций и потоков, необходимых для сборки одинаковых изделий.

При сборке в условиях поточного производства длительность операции должна быть равной или кратной такту сборки машины. Обеспечение синхронизации операций часто требует корректировки ранее принятых решений; изменения последовательности сборки; частичного изменения содержания операций путем их совмещения или расчленения, применения более производительных средств оснащения технологического процесса и др.

Трудность совершенствования технического нормирования в сборочных цехах объясняется значительно меньшим, чем в механи­ческих и заготовительных производствах, объемом машинного вре­мени в структуре нормы времени. Это затрудняет внедрение техни­чески обоснованных норм, что делает норму более зависимой от субъективных оценок нормировщиков. Основным направлением совер­шенствования нормирования слесарно-сборочных работ при изготов­лении однотипных изделий является централизация и типизация нор­мирования времени.

ИСПЫТАНИЯ МАШИН

При осуществлении технологического процесса качество сборки проверяется на различных его стадиях. Испытание машин является заключительной операцией их изготовления.

Под испытанием продукции понимается экспериментальное опре­деление значений параметров показателей качества продукции в про­цессе функционирования или при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе. Различают контрольные и специальные (или последовательские) испытания.

Контрольные испытания - это испытания, проводимые с целью контроля качества продукции. Одним из видов контрольных испыта­ний являются приемосдаточные испытания, под которыми понимают контрольные испытания готовой продукции, проводимые изготовителем для принятия решения о ее пригодности к поставке или использова­нию. Приемосдаточные испытания, как правило, проводятся в объеме, состав которого приводится ниже.

Проверки изделия в статическом состоянии

При этом проверяются: геометрическая точность изделия в со­ответствии со стандартом на нормы точности для соответствующего оборудования: жесткость изделия (для металлорежущих станков); плавность перемещения подвижных узлов в ручном режиме (если это предусмотрено конструкцией); постоянство положения подвижных узлов при фиксации их положения на разных участках по длине перемещения; качество сборки электрооборудования.

Проверка изделия на холостом ходу

При этом проверяются: правильность функционирования механиз­мов и систем изделия; мощность холостого хода; надежность блоки­ровки; уровень шума и его частотный спектр; уровень вибраций хо­лостого хода; температура нагрева подшипников ответственных узлов. Проверка изделия на холостом ходу осуществляется на различных ре­жимах, установленных программой испытания.

Проверка изделия под нагрузкой

При этом проверяются: безотказность работы всех механизмов и систем изделия при его нагружении наибольшим усилием, мощностью или крутящим моментом; качество работы машины в производственных условиях; эксплуатационные характеристики.

Специальные или исследовательские испытания - это испытания продукции, проводимые с цепью изучения ее параметров и показате­лей качества. Этот вид испытаний проводят по специальной програм­ме в тех случаях, когда необходимо изучить пригодность различного рода конструктивных изменений.

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА СБОРКИ

Расчет основный показателей и технико-экономических харак­теристик сборочного процесса производится по формулам, которые приводятся ниже.

1) Такт выпуска - интервал времени, через который периоди­чески производится выпуск изделий.

Номинальный такт (мин./шт.) определяется соотношением:

(5.17)

где Ф - годовой фонд рабочего времени, ч;

Nг - годовая производственная программа, шт.; причем годовой фонд рабочего времени определяется по формуле:

(5.18)

где Д - число рабочих дней в году; С - число рабочих смен за день; Тсм - длительность смены, ч; _р – коэффициент, учитывающий потери времени на ремонт оборудования.

При двухсменной работе Ф = 4140 ч, при односменной Ф = 2070 ч.

Действительный такт (мин./шт.) выражается формулой:

(5.19)

где Тоб - потери времени в течение смены на обслуживание рабочих мест, ч;

Тотд - потери времени на перерывы в работе для отдыха и естественных надобностей рабочих в течение смены, ч.

2) Ритм выпуска - количество изделий определенного наимено­вания, выпускаемых в единицу времени:

Номинальный ритм (шт./мин.) Действительный ритм (шт./мин.)

(5.20) (5.21)

3) Производительность сборочного рабочего места (шт./мин.) - количество объектов (узлов или изделий), собираемых на рабочем месте в единицу времени, определяется по формуле:

(5.22)

где t - рабочее время, к которому отнесена производитель­ность, мин.;

Вn - число рабочих, выполняющих операцию на данном рабочем месте;

Тш - штучное время выполнения сборочной операции, мин.

4) Коэффициент загрузки - степень загруженности производи­тельной работой:

рабочего места (поста) поточной линии сборки

(5.23) (5.24)

5) Коэффициент качества сборочного процесса

(5.25)

где Тс - трудоемкость сборочных операций, требующих простого сочленения деталей;

Тр - трудоемкость операций по регулированию сопряжений, производимому перемещением или поворотом деталей с последующим их закреплением;

Тшт - трудоемкость операций подобно предыдущим, но с последующей штифтовкой без разборки;

Тсб - общая трудоемкость сборки.

Чем больше коэффициент качества, тем выше уровень технологического процесса.

6) Коэффициент расчлененности сборочного процесса

(5.26)

где Тсб.ед. - суммарная трудоемкость сборки сборочных единиц.

Чем больше К_расчл , тем выше качество сборочного процесса.

7) Коэффициент значимости пригоночных работ

(5.27)

где Тпр - трудоемкость пригоночных работ; Тс.сб. - трудоемкость собственно сборочных операций.

Чем меньше Кпр , тем выше качество сборочного процесса.

8) Коэффициент трудоемкости слесарно-сборочных работ

(5.28)

где Тсл.сб. - трудоемкость слесарно-сборочных работ;

Тм.сб. - общая трудоемкость механосборочных работ по данному изделию.

МЕТОДЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ

При сборке основным видом работ является выполнение соеди­нений деталей. Сборку двух или нескольких деталей можно выполнить в виде неподвижного или подвижного соединений. Они могут быть разъемными или неразъемными (рисунок 5.14).

Рисунок 5.14 – Классификация видов соединений сборочных элементов

Разъемными соединениями называются такие, которые могут быть разобраны без затруднений и повреждения сопряженных или крепежных деталей (соединения по посадкам с зазорами, переходным, резьбовые, шпоночные и др.).

Неразъемные - разборка которых в процессе эксплуатации не предусмотрена.

Неподвижные и неразъемные соединения выполняются клепкой, пайкой, посадками с натягом, склеиванием, прессованием, холодной штамповкой и другими способами. Они отличаются стабильностью вза­имного расположения деталей.

Неподвижные разъемные соединения выполняются с помощью пере­ходных посадок, шпонок, резьбовых соединений, штифтовых, коничес­ких, клиновых и др. Для неподвижных разъемных соединений исполь­зуются болты, винты, шпильки, гайки и другие резьбовые детали (рисунки 5.15 – 5.17).

Рисунок 5.15 – Шпилечное соединение Рисунок 5.16 – Болтовое соединение

Главным требованием к резьбовым соединениям является полная взаимозаменяемость. Основным условием взаимозаменяемости является свинчиваемость при получении заданного характера соединения без подгонки. Прочность, долговечность - общие требования, предъявляемые к резьбовым соединениям. Достижение этих качественных показателей обе­спечивается рядом конструктивных и технологических мер, а также точностью основных параметров резьбы и необходимым разнообразием посадок. Свинчиваемость и характер соединения определяются точ­ностью средних диаметров соединительных резьб.

Рисунок 5.17 – Винтовое соединение

Точность профиля и шага резьб способствуют равномерности нагружения сопряженных витков резьбы, обеспечивает повышение прочности резьбы в неподвижных соединениях.

От точности внутреннего и наружного диаметров зависит рабо­чая высота профиля резьбы, т.е. износостойкость и прочность на смятие сопряженных витков резьбы.

Прочность винта в значительной степени связана с формой впа­дины резьбы, т.к. она (впадина) влияет на концентрацию напряжений и усталостную прочность резьбовых соединений. Характер посадки зависит от точности профиля винта и соотношения средних диаметров.

Неподвижные неразборные соединения осуществляют следующими методами: сваркой (электрической и газовой), пайкой (мягким и твердым припоями), склеиванием, посадкой под прессом, нагреванием охватывающей детали, охлаждением охватывающей детали, склепыванием и др.

Склепывание (помимо малопроизводительного ручного способа) осуществляется пневматическими и электрическими молотами, электромеханическими, пневматическими и пневмогидравлическими прессами, клепальными машинами.

Посадка под прессом может осуществляться путем запрессования или напрессования детали. В первом случае охватываемая деталь (вал) под давлением пресса вводится в отверстие охватывающей детали (втулка, шкив, зубчатое колесо). При напрессовывании - наоборот, -охватывающая деталь (втулка) насажи­вается на охватываемую деталь (вал).

Способ посадки нагреванием охватывающей детали исполь­зуют преимущественно для втулок 6ольших диаметров при ма­лой длине. При этом способе соединения охватывающую деталь в нагретом состоянии свободно надевают на охватываемую де­таль; при остывании, сжимаясь, она прочно (с натягом) соеди­няется с последней, образуя посадку с натягом. Температуру, требуемую для нагрева, назначают в зависимости от конструкции детали и материала, а также от требуемого натяга. Нагревать сое­диняемую деталь можно в кипящей воде, нагретом масле, паром, газовыми горелками, в газовых или электрических нагревательных печах, а также электрическим током методом сопротивления или индукции. В тех случаях, когда требуется соблюдение равно­мерности нагрева, целесообразно применять нагрев в жидкости (воде, масле).

Если по производственным условиям (размеры, конфигура­ция детали и др.) нагревание охватывающей детали недопустимо или затруднительно, то соединение можно выполнить путем охлаждения охватываемой детали. При этом охватываемая де­таль сжимается, размеры ее уменьшаются, и она свободно проходит в отверстие сопрягаемой детали. После повышения температуры до температуры окружающей среды произойдет проч­ное соединение сопрягаемых деталей.

Детали до температуры 70-80^о С охлаждают в твердой углекислоте (сухом льде), которую закладывают в холодильник, представляющий собой металлический или деревянный ящик с надежной теплоизоляцией. Охлаждение продолжается от 15 до 60 мин в зависимости от размера охлаждаемой детали. При температуре в цехе 18 – 20^о С детали до —100 °С можно получить усадку 0,01—0,02 мм на каждые 100 мм, что вполне достаточно для обычно требуемых натягов. Кроме холо­дильных ящиков при охлаждении твердой углекислотой неболь­ших деталей широко применяют передвижные установки. Часто вместо твердой углекислоты охлаждающей средой служит угле­кислый газ, подаваемый в рабочее пространство установки. Если необходимо получить более низкие температуры (-200 ... -220 °С), охлаждение производят в жидком азоте или в жидком воздухе.

Детали, поступающие на сборку, тщательно очищают, промывают, сушат с целью удаления стружки, абразивной пыли, обтирочных материалов, средств консервации и других посторонних материалов. Эти операции выполняют в промывочных баках и шкафах, а также в механизированных моечных машинах. В се­рийном и массовом производствах применяют специальные моеч­ные машины, осуществляющие очистку деталей и узлов в закрытом резервуаре без участия человека. Промываемые детали и узлы перемещают в машине как правило с помощью цепных кон­вейеров.

В качестве промывочных жидкостей применяют подогретые водные растворы щелочей, например водный 3—5 %-ный раствор кальцинированной соды с маслом или 0,5 %-ный водный раствор мыла. Сильно загрязненные мелкие детали сложной конфигура­ции очищают в ультразвуковых установках.

После промывки детали должны быть тщательно просушены сжатым воздухом. Особенно тщательно нужно продувать отвер­стия, пазы, канавки, где чаще всего задерживаются пыль и грязь. Обдув осуществляют специальным пистолетом, снабженным удлинителем с соплом, позволяющим направить струю воздуха в раз­личные углубления. Малый диаметр сопла позволяет создать сильную струю воздуха.