книги / Основы технологии машиностроения

С увеличением скорости резания t0 уменьшается, Т т несколько увеличивается в связи с уменьшением стойкости и, если Тв остается неизменным, то штучное время Тш сокращается медленее основного времени tQ. Поэтому наибольший эффект достигается в том случае, когда наряду с повышением режима резания проводятся мероприя­ тия по сокращению вспомогательного времени Тв.

Значительную долю вспомогательного времени составляет время, затрачиваемое на установку заготовки для обработки и снятие ее по окончании обработки. Поэтому наибольшее сокращение штуч­ ного времени достигается, как было уже отмечено выше, при пере­ крытии установочного времени (установки и снятия заготовки) машинным, т. е. основным временем при обработке на станках непре­ рывного действия и многопозиционных полуавтоматах. Применение поворотных приспособлений на фрезерных и сверлильных станках также значительно сокращает вспомогательное время. Возможность перекрытия установочного времени машинным временем при высоких режимах резания обусловливается применением быстродействую­ щих приспособлений, которые существенно влияют на сокращение вспомогательного времени также и в тех случаях, когда обработка производится без перекрытия машинным временем вспомогатель­ ного времени. Таким образом, задача сокращения вспомогательного времени путем применения быстродействующих приспособлений возникает во всех случаях станочной обработки.

Наибольший эффект достигается при удалении обработанных

иустановке новых заготовок с помощью автоматически действую­ щих магазинных установочных, зажимных и выбрасывающих устройств.

Вчастности, например, известны случаи повышения произво­ дительности труда в 2—2,5 раза путем автоматизации закрепления

иосвобождения заготовок, обрабатываемых в приспособлении фре­ зерного станка; при этом установка и снятие заготовок производи­ лись вручную, т. е. без магазинного и загрузочного устройств [115].

Вряде случаев ограничиваются частичной автоматизацией приспо­ собления, например автоматизацией удаления обработанной заго­ товки из приспособления. Значительный эффект достигается путем

замены ручных зажимов пневматическими, гидравлическими и пневмогидравлическими силовыми устройствами для зажима заготовок, а также инерционными зажимными устройствами 1

В ряде случаев представляется целесообразным заменять винто­ вые зажимы эксцентриковыми; возможны и другие конструктивные решения при проектировании рабочих приспособлений, например замена ручных зажимов педальными освобождает обе руки рабочего.

Сниж' ние затрат вспомогательного времени достигается увеличе­ нием скоростей отвода суппортов и шпинделей в исходное положение,

1 В се эти у строй ства р ассм атр и ваю тся в к у р се «Основы к о н стр у и р о ван и я при способлений » .

472 Перспективы развития технологии машиностроения

скоростей холостых пробегов инструмента и других вспомогательных перемещений. Система управления рабочим циклом и продуманная организация рабочего места также существенно влияют на величину вспомогательного времени.

Изложенные соображения не исчерпывают, разумеется, возмож­ ных решений задачи повышения производительности труда; вместе

образным построением станочных операций.

Сокращение цикла производства и снижение потерь времени по организационным причинам достигается регламентацией произ­ водственного процесса путем применения поточных способов произ­ водства в массовом и серийном машиностроении. Современная поточ­ ная линия включает обычно не только механическую, но и терми­ ческую обработку, сварку, а в ряде случаев и заготовительные про­ цессы — горячую штамповку или литье.

Расстановка оборудования, применяемая в поточном производстве, значительно упрошает автоматизацию транспортировки обрабаты­ ваемых заготовок. Таким образом, поточная линия является основой для комплексной автоматизации производственных процессов в маши­ ностроении.

Автоматизация производственных процессов резко сокращает число занятых рабочих и, следовательно, путем автоматизации дости­ гается наиболее эффективное повышение производительности труда.

В советском автомобилестроении производительность труда на ав­ томатических линиях в сравнении с неавтоматизированными процес­ сами возросла в 2—4 раза. Однако такое повышение производитель­ ности труда не характеризует всех возможностей в этом направле­ нии. В частности, например, на автомобильном заводе форда в Клив­ ленде (США) после коренного усовершенствования и автоматизации процессов на больших участках число рабочих сократилось с 2500 до 250 при удвоении выпуска автомобилей, т. е. производительность труда повысилась в среднем в 20 раз, а на отдельных участках более чем в 36 раз. Следует отметить, что до автоматизации (1950 г.) в этом производстве применялись высокопроизводительные многоинструментные полуавтоматы [114].

Наглядным примером автоматизации в условиях серийного про­ изводства служат изготовленные в 1949—1952 гг. зародами «Станкоконструкция» по проектам и рабочим чертежам ЭНИМСа автомати­ ческие линии, предназначенные для производства валов электро­ двигателей, напрессовки на них роторов и механической обработки роторов в сборе с валами. Каждая из четырех построенных линий налажена на производство валов-роторов нескольких типоразмеров; таким образом, линии допускают переналадку для обработки валов различных размеров в пределах заданных габаритов. Каждая из ли­ ний включает все операции по обработке и контролю валов, начи­

ная от фрезерования и зацентровки торцов, включая запрессовку вала в пакет ротора, обтачивание напрессованного на вал ротора и кончая балансировкой вала-ротора. В начале линии установлен магазин для подачи заготовок; далее заготовки перемещаются транс­ портером, расположенным вдоль всей линии; линия заканчивается разгрузочным магазином, в который скатываются изготовленные валы-роторы. Проектная производительность линий от 210 000 до 250 000 валов-роторов в год, в зависимости от заданий заводов, на которых установлены линии. Эксплуатация линий на заводах электрогромышленност и показала их надежность и эффективность, а также возможность использования в качестве типовых автоматических линий для изготовления ступенчатых валов по 2-му классу точно­ сти [1181.

Автоматизация может быть осуществлена не только в массовом и крупносерийном производстве, но также и в мелкосерийном про­ изводстве путем замены универсальных станков автоматическими одноинструментными станками с программным управлением. В еди­ ничном производстве достигают определенного эффекта автомати­ зацией холостых ходов и устройствами, обеспечивающими быстрое переключение скоростей вращения и подач.

При выполнении сборочных работ можно отметить следующие основные направления в решении задачи повышения производитель­ ности труда.

Дифференциация процессов сборки в соответствии со схемой сбо­ рочных элементов изделия обусловливает возможность параллель­ ного выполнения узловой и общей сборки, специализации сборщиков и применения на рабочих местах высокопроизводительного обору­ дования. Цикл сборки в этом случае сокращается, а производитель­ ность труда повышается.

Параллельное выполнение нескольких технологических перехо­ дов в одной операции обусловливает сокращение длительности цикла сборки.

Механизация пригоночных и сборочных работ, независимо от типа производства, значительно сокращает как основное (технологи­ ческое), так и вспомогательное время и, следовательно, повышает производительность труда.

Осуществление принципа взаимозаменяемости, исключающее необ­ ходимость пригонки сопрягаемых элементов, сокращает объем сбо­ рочных работ. Вместе с тем взаимозаменяемость обусловливает воз­ можность применения высокопроизводительных методов поточной сборки, основанной, как известно, на целесообразной дифференциа­ ции сборочного процесса, допускающей параллельное выполнение технологических переходов. В результате всего этого достигается не только сокращение длительности цикла сборочного процесса, но также и значительное повышение производительности труда.

Поточная сборка и автоматизация процессов сборки являются наиболее эффективными способами повышения производительности

4 7 4 Перспективы развития технологии машиностроения

труда. Однако работы в области автоматизации процессов сборки развертываются весьма медленно сравнительно с автоматизацией процессов производства деталей машин. В результате этого трудоем­ кость сборочных работ составляет более 20% обшей трудоемкости производства машин при конвейерной сборке и достигает 50% на пред­ приятиях, не применяющих конвейерную сборку. Удельное значение трудоемкости сборочных работ будет, естественно, повышаться по мере снижения трудоемкости обработки в резулыате автомагизации про­ цессов производства деталей машин. Поэтому очевидна необходимость расшиоения работ по механизации и автоматизации процессов сборки.

Эффективность автоматизации сборочных работ можно иллюстри­ ровать следующими примерами

Автоматизация на Горьковском автомобильном заводе процессов штамповки и сборки пластин сот трехрядных водяных радиаторов автомобиля ГАЗ-51 позволила сократить 36 рабочих

Встроенные в линию сборки платформ на том же заводе гвозде­ забивные автоматы для прибивки досок грузовых платформ авто­ мобилей к поперечным брусьям повысили производительность труда при сборке платформы на 25%.

Полуавтомат для сборки конических подшипников диаметром 110—170 мм, спроектированный и изготовленный на Минском ГПЗ, увеличил производительность труда в 3,5 раза, а при дальнейшем возможном сокращении цикла повысит производительность труда в 5 раз 11171

Значительный опыт по автоматизации сборочных работ накоплен зарубежным машиностроением. Так, на заводе фирмы «Плимут» автоматизирована сборка V-образных двигателей с темпом сборки 24 сек. Узловая сборка элементов двигателя, в частности головок цилиндров, производится на особых линиях, с которых собранные узлы полаются на главную линию сборки двигателя. Пульсирую­ щее и ритмичное перемещение собираемого двигателя от одной пози­ ции к другой позволяет применять автоматически действующие пневматические многошпиндельпые головки для завертывания вин­ тов и гаек с тарированным крутящим моментом, а также другие автоматические устройства. Однако операции предварительного на­ вертывания гаек и ввертывания винтов, постановки прокладок и неко­ торые другие сборочные работы производятся вручную. Притирка отверстий, установка коленчатого вала, затяжка гаек, прессовые посадки и другие элементы процесса сборки производятся автома­ тически.

После каждого автоматизированного механизма на линии пре­ дусмотрены запасные позиции, на которых в случае поломки авто­ мата работа производится вручную механизированным инстру­ ментом.

В зарубежной практике широко применяют автоматизацию транс­ портировки элементов собираемых машин к сборочному конвейеру. В частности, на заводе Юстин» применена транспортно-раздаточная

система с автоматическим адресованием подвесок посредством пер­ форационных карт, программно-задающих и индексирующих устрой­ ств. Передачу собираемого узла или изделия от одной станции к дру­ гой обычно также автоматизируют Применение подвесного конвейера для сборки двигателей на заводе Форда позволило производить сборку, окраску, испытание и другие операции сборочного процесса без ручных перевесок собираемого узла и в результате этого увели­ чить производительность труда на 25—35% ПН].

Сборка, являющаяся конечным этапом производственного про­ цесса, определяет технологию всех предшествующих стадий произ­ водства. Таким образом, технология поточной и автоматизированной сборки повышает технологический уровень на всех этапах производ­ ственного процесса

§ 2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИ­ ЧЕСКИХ МЕТОДОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Направления в области выполнения заготовок: применение профильного про­ ката и прессованных полос, совершенствование методов выполнения поковок и отли­ вок.

Изменения н процессах механической обработки в связи с внедрением прогрес­ сивных методов выполнения заготовок

Направления дальнейшего развития технологии сборки Взаимосвязь развития конструкций элементов машин с технологией их произ­

водства.

Автоматизация является одной из основных тенденций в даль­ нейшем развитии современного машиностроения. В ближайшие годы, в соответствии с решениями XXI съезда КПСС и 7-летним планом развития народного хозяйства СССР в советском машиностроении предусматривается значительное расширение автоматизации произ­ водственных процессов.

Необходимо подчеркнуть, что автоматизация производства тре­ бует повышения технологического и технического уровня на всех этапах производственного процесса. В свете этого положения необ­ ходимо рассмотреть основные принципиальные направления даль­ нейшего развития технологических методов машиностроительного производства.

Учитывая, что в настоящее время в советском машиностроении предусмотрено расширение применения новых, прогрессивных мето­ дов в производстве заготовок на машиностроительных предприятиях, отметим основные направления в развитии заготовительных про­ цессов.

В условиях массового и крупносерийного производства должна быть обеспечена возможность широкого применения проката специ­ альных профилей, что обусловит не только значительную экономию металла, но также и весьма ощутимое снижение трудоемкости про­ цессов последующей механической обработки. При изготовлении

476 Перспективы развития технологии машиностроения

деталей высоких классов точности из проката путем последующего профильного волочения может быть получен профиль, полностью соответствующий контуру готовой детали с точностью, исключающей необходимость последующей обработки резанием.

Освоение производства прессованных профильных полос, помимо преимуществ, указанных для проката специальных профилей, обес­ печит возможность получения заготовок более высокой точности, чем прокат, а также таких профилей, которые не могут быть получены прокаткой.

При изготовлении поковок будут широко применяться механи­ ческие штамповочные пресса и штамповочные молоты вместо мало­ производительных прессов и молотов для свободной ковки, область применения которой будет ограничена только единичным произ­ водством. При этом должны найти применение нагрев заготовок в камерах газовых печей, нагрев токами высокой и промышленной частоты, электроконтактный нагрев, термообработка поковок

всоляных ваннах, что обеспечит возможность изготовления поковок

внепрерывном потоке без последующей очистки.

Необходимо отметить, что штамповочные молоты дают меньшую производительность и значительно меньшую точность сравнительно с механическими штамповочными прессами, в силу чего последние найдут в дальнейшем преимущественное применение.

Калибровка-чеканка штампованных заготовок значительно повы­ шает точность выдерживаемых размеров и качество подвергаемых чеканке поверхностей и исключает последующую обработку реза­ нием этих поверхностей или ограничивает ее только шлифованием непосредственно после чеканки.

Внедрение новых ковочных машин с встроенным индукционным нагревом позволит совмещать скоростной нагрев (20—40сек.) и формо­ образование заготовки в одном рабочем цикле ковочной машины, получать заготовки без окалины и автоматизировать процесс штам­ повки. Применение ковочных вальцов является в ряде случаев целесообразным для получения ленты заготовок, соединенных между собой пленкой металла, удаляемой на обрезном прессе. Вместе с тем ковочные вальцы могут применяться для получения периодического профиля, штампуемого затем на молотах или прессах, что обеспечит экономию металла, повышение стойкости штампов и рост произво­ дительности труда при штамповке.

Холодная высадка, осуществляемая на высокопроизводительных прессах-автоматах, должна найти широкое применение при изго­ товлении крепежных и других деталей (толкателей, роликов, шари­ ков, заглушек, мелких ступенчатых валиков и т. п.), как метод, обеспечивающий высокую точность изготовления, при которой отпа­ дает необходимость в последующей обработке резанием.

Холодная листовая штамповка является высокопроизводитель­ ным методом производства, широкое применение которого обеспечит в ряде случаев значительное снижение трудоемкости процессов изго­

товления деталей и узлов машин без последующей обработки реза­ нием.

Эффективность снижения трудоемкости процессов производства следует ожидать в результате внедрения сварных и, в частности, штампо-сварных конструкций. При этом значительно шире должна применяться автоматическая и полуавтоматическая сварка под флю­ сом, электрошлаковая сварка, сварка в среде защитных газов, контактная сварка и другие прогрессивные методы сварки при макси­ мальной механизации и автоматизации поточного сварочного произ­ водства.

В производстве отливок, в целях повышения точности заготовок и сокращения объема последующей механической обработки, должно быть широко внедрено литье: по выплавляемым моделям, в оболочко­ вые формы, в кокиль, под давлением, с применением поточных мето­ дов производства. В массовом и серийном производстве должно быть расширено применение металлических форм для крупных и сложных отливок с использованием качественных обмазок и красок, тонкостен­ ной песчаной облицовки, металлических и песчаных стержней. В мел­ косерийном и единичном производстве должны быть механизированы формовочные и стержневые работы путем широкого использования существующих конструкций машин на основе легкосменных модель­ ных плит и стержневых ящиков; почвенная формовка подлежит рез­ кому сокращению за счет перехода на формовку опочную, каркас­ ную и стержневую. Во всех случаях производства отливок должна широко применяться высокопроизводительная пескометная набивка форм и стержней, а также пескодувные многопозиционные формовоч­ ные машины с допрессовкой.

При подготовке заготовок к последующей обработке должны быть ликвидированы, как вредные для здоровья рабочих, голтовка чер­ ных заготовок в барабанах и пескодувная их очистка, за счет широкого внедрения дробеметной очистки и гидроочистки, обеспечивающих более высокую производительность и повышающих качество черных заготовок.

Внедрение рассмотренных прогрессивных методов выполнения черных заготовок значительно сократит объем последующей их обра­ ботки резанием и внесет существенные изменения в процессы меха­ нической обработки черных заготовок. Точные методы литья, точная штамповка и штамповка с последующей чеканкой позволяют ограничить обработку посадочных поверхностей непосредственно абразивным инструментом. Менее точные методы выполнения заго­ товок потребуют предварительной однократной обработки лезвийным инструментом. Только заготовки, полученные литьем в земляные формы и штамповкой на молотах, потребуют черновой и чистовой или черновой, получистовой и чистовой обработки, в зависимости от точности выполнения заготовки; поковки, полученные свободной ковкой, потребуют, кроме того, предварительной обдирки. Однако свободная ковка, как уже отмечено, сохранится только в единичном

478 Перспективы развития технологий машиностроения

производстве; по-видимому, в дальнейшем область применения литья в земляные формы ограничится единичным и мелкосерийным произ­ водством, а штамповка на молотах — мелкосерийным производ­ ством. В серийном и массовом производстве найдут применение более совершенные методы выполнения заготовок, обеспечивающие возмож­ ность сокращения общей трудоемкости изготовления и значительного уменьшения удельного значения обработки резанием в обшей трудо­ емкости процессов производства. Вместе с тем в технологии обра­ ботки заготовок можно ожидать повышения удельного значения отделочных операций в связи с повышением требований к точности и качеству поверхностей деталей, связанных в возрастающими требо­ ваниями к износостойкости, прочности и другим эксплуатационным качествам машин. Таким образом, при обработке заготовок будут, по-видимому, превалировать методы обработки поверхностей дета­ лей абразивным инструментом, методы тонкой обработки лезвий­ ным инструментом, методы окончательной обработки без снятия стружки, дробеструйный и вибрационный наклеп, отделочное шли­ фование (суперфиниш) и электрохимические методы отделки по­ верхностей.

В технологических методах обработки резанием наметились ниже­ указанные основные тенденции.

Замена однолезвийного режущего инструмента многолезвийным; подобно тому, как строгальный резец заменяется теперь фрезой, а расточной резец — зенкером, разверткой, протяжкой, так наме­ тилась тенденция замены токарного резца фрезой или протяжкой. Первые попытки создания методов токарного фрезерования и токар­ ного протягивания наружных поверхностей вращения уже сделаны; эти методы еще не получили широкого производственного приме­ нения, однако они безусловно являются перспективными методами благодаря ряду технологических преимуществ многолезвийного инструмента.

Метод протягивания, сочетающий в себе преимущества многолез­ вийного инструмента с прогрессивным процессом резания отдельными секциями, имеет наиболее широкие перспективы при обработке поверхностей всех основных типов (отверстий, плоских поверхностей, тел вращения и т. д.). Обработка зубьев шестерен методом протяги­ вания в том или ином исполнении безусловно является также пер­ спективным методом, могущим заменить современное зуборезное оборудование с его сложной кинематической схемой, множествен­ ностью рабочих движений и низкой производительностью в сравне­ нии с заготовительными процессами и процессами обработки заго­ товки.

Высокие скорости резания, нашедшие первоначальное применение при обработке крупногабаритных заготовок, теперь все шире распро­ страняются на все виды машиностроения. Первоначальный скепти­ ческий взгляд, согласно которому эти методы не найдут широкого применения в производстве деталей, имеющих сравнительно неболь­

шие размеры обрабатываемых поверхностей, теперь считается необос­ нованным

ААикрохонинг и прогрессивное хонингование, обеспечивающее

высокой точности, безусловно получат широкое применение во всех видах машиностроения.

Таковы же перспективы применения тонкого (алмазного) раста­ чивания, обтачивания фрезерования, развертывания, шевингования.

Электроискровую обработку можно считать перспективным мето­ дом применительно к обработке весьма малых отверстий, сложных контуров, закаленных сталей и твердых сплавов.

Ряд несомненных технологических преимуществ электрохими­ ческих методов обработки также дает основание считать их перспек­ тивными.

Изложенные основные тенденции перспективной технологии меха­ нической обработки определяют соответствующие изменения в составе станочного парка механических цехов.

По-видимому в массовом и серийном производстве оборудование механических цехов будет ь основном включать- а) многоинструментные, многопозиционные полуавтоматы агрегатного типа, снабжен­ ные быстродействующими установочными приспособлениями и совме­ щающими ряд различных видов обработки в одну операцию, выпол­ няемую по принципу параллельно-последовательной концентрации технологических переходов; б) станки для окончательной обработки высокоточных поверхностей как одноинструментные, так и многоинструментные (например, многокруговые шлифовальные станки для параллельной обработки шеек валов, двухкруговые станки для последовательного шлифования центрального отверстия и торца зубчатого колеса); в) автоматические линии, построенные на базе стандартных силовых головик, включающие не только различные виды механической обработки, но высокочастотную термическую обработку а также узловую сборку с последующей обработкой узла в собранном виде, промежуточный и окончательный автоматический контроль. В ряде случаев автоматические линии могут включать и заготовительные процессы, в частности высадку на ковочных маши­ нах со встроенным в них устройством для индукционного нагрева, прессование полос, процессы гибки, сварки и раскатки кольцевых заготовок, литье заготовок из сплавов на алюминиевой и магниевой основе.

Крупные работы проводятся в области модернизации оборудова­ ния. Универсальные станки оснащаются загрузочными и измери­ тельными устройствами, зажимными и установочными приспособле­ ниями, гидрокопировальными суппортами, автоматическими загру­ зочными и другими устройствами. Большая программа намечена

480 Перспективы развития технологии машиностроения

большие исследовательские работы в области применения програм­ мных систем управления с помощью магнитной ленты или перфора­ ционных карт и лент» использование которых позволит обойтись без шаблонов, требующих точного исполнения. Это особенно важно для предприятий с часто меняющимися объектами производства [120].

В области технологических процессов сборки будет продолжаться широкое внедрение поточных методов сборки с максимальной меха­ низацией сборочных работ. В частности, например, значительное повышение производительности труда при сборке весьма трудоем­ ких винтовых соединений может быть достигнуто путем применения электрических и пневматических инструментов для нормализованной затяжки гаек и винтов и в особенности многошпиндельных инстру­ ментов с регулируемым крутящим моментом затяжки для каждого размера гаек [121]. Несомненно, что будет развиваться автомати­ зация сборочных работ и в первую очередь на узловой сборке, так как для автоматизации общей сборки требуется специальное и слож­ ное, а следовательно, дорогое оборудование, которое необходимо заме­ нять при изменении конструкции собираемого изделия [122].

Автоматизация сборочных работ потребует повышения взаимо­ заменяемости деталей и узлов собираемых машин и ужесточения допусков на размеры, геометрические формы и пространственные отклонения деталей и собранных узлов. Вместе с тем для автомати­ ческих сборочных линий необходимо создание механизированного сборочного инструмента, установочных механизмов, автоматических транспортеров с программно-задающими устройствами и другого специального оборудования. Разработка конструкций средств авто­ матизации должна выполняться специализированными конструктор­ скими бюро и потребует больших исследовательских и опытных работ.

Заслуживает внимания сборочный автомат, основным элементом которого является станина, снабженная механизмом, управляющим движением горизонтальноили вертикально-замкнутой цепи, на кото­ рой закреплены установочные приспособления. На станине вдоль цепи расположены автоматические механизмы, производящие клепку, запрессовку, пайку, затяжку гаек и винтов, а также требующиеся в процессе сборки операции механической обработки. Автоматы могут быть соединены в линии и в этом случае снабжаются переда­ точными устройствами [114].

Автоматизация является, высшей, завершающей формой машино­ строительного производства, но и самая совершенная автоматиза­ ция поддается дальнейшему усовершенствованию.

В заключение необходимо подчеркнуть то большое влияние, которое оказывает конструкция машины и ее элементов на техноло­ гию производства, производительность труда, а также на возмож­ ность механизации и автоматизации производственных процессов. Не всякая конструкция обеспечивает условия повышения произво­ дительности труда и целесообразность автоматизации произвол-