§ 31. Проектирование технологических процессов сборки

Исходными данными для проектирования технологических процес­сов сборки являются: сборочный чертеж, определяющий конструкцию изделия; технические условия приемки изделия; размер программного задания; срок выполнения задания.

Степень углубленности разработки технологического процесса сбор­ки зависит от размера программного задания. При больших размерах выпуска технологический процесс сборки разрабатывается детально и с возможно полной дифференциацией. При незначительном выпуске часто ограничиваются общей наметкой сборочных операций.

Для проектирования используют справочные и нормативные мате­риалы: рекомендации по улучшению технологичности конструкции изделий, каталоги и паспорта сборочного оборудования, альбомы сбо­рочных приспособлений и инструментов, нормативы по норматирова-нию сборочных работ. Полезно иметь примеры решений сборки ана­логичных изделий

Разработке технологического процесса предшествует изучение кон­струкции изделия, технологический контроль сборочного чертежа и тех­нических условий приемки.

Сборочный чертеж должен содержать необходимые проекции и раз­резы; номера деталей и узлов изделия, а также их спецификацию; раз­меры, выдерживаемые при сборке, натяги и зазоры в сопряжениях; данные о весе изделия.

Технические условия должны содержать данные о точности сборки, требуемом качестве сопряжений, их герметичности, плотности и жест­кости стыков, требуемой точности балансировки вращающихся узлов и другие сведения в зависимости от назначения изделия. В технических условиях допускаются частные указания технологического характера о методах выполнения соединений, желательной последовательности сборки, методах промежуточного и окончательного контроля изделий.

Замеченные в сборочных чертежах и технических условиях недо­статки, неясности и ошибки исправляются конструкторским бюро. Од­новременно с анализом конструкции изделия составляются возможные предложения по его конструктивным изменениям, упрощающим сбор­ку (см. гл. II). Эти изменения не должны нарушать конструкции изде­лия в целом и неблагоприятно влиять на его служебное назначение.

Конструктор изделия при составлении сборочных чертежей дол­жен решить важный вопрос о методе обеспечения заданной точности замыкающих звеньев размерных цепей изделия. Прежде всего устанав­ливается возможность применения метода полной взаимозаменяемости. Если назначенный конструктором допуск на замыкающее звено данной размерной цепи равен или больше суммы допусков на все ее остальные составляющие звенья

то этот метод сборки возможен. При многозвенной цепи и узком допус­ке на замыкающее звено данный метод неприменим, так как допуски на составляющие звенья приходится брать очень жесткими, что нерен­табельно.

В этом случае конструктор может попытаться осуществить сборку методом частичной (неполной) взаимозаменяемости, предусматривая больший или меньший процент риска получения брака при сборке из-за невыдерживания допуска на замыкающее звено размерной цепи. Для плоской размерной цепи с параллельно расположенными звеньями рас­четная формула имеет вид,

Здесь _ — заданный по чертежу допуск на замыкающее звено; t_д — коэффициент риска, характеризующий процент выхода значений за­мыкающего звена за пределы установленного для него допуска _; _i— коэффициент, характеризующий закон рассеяния размеров i-го состав­ляющего звена; _I^’ — расширенный допуск на 1-е составляющее звено. Значения _I^’ - подбираются так, чтобы выдерживалось написанное ра­венство.

При t_ = 3 риск брака равен 0,27%; при t_ — 2 он составляет 4,5% и при t_ = 1 риск возрастает до 32%. Величина _i зависит от тех­нологии и условий изготовления составляющих элементов размерной цепи. Если закон рассеяния размеров этих элементов близок закону Гаусса, _i = 1/9. .Если закон рассеяния близок к треугольнику (за­кон Симпсона), _i = 1/6. При законе равной вероятности (или при неиз­вестном законе рассеяния) _i = 1/3 (см. ГОСТ 16319—70).

Подсчеты показывают, что при сравнительно малом риске брака —0,27% (t_ = 3) и при большом количестве звеньев (т > 6) допуски на составляющие звенья цепи часто могут быть расширены в 1,5-=-2 ра­за и больше. В этом случае экономия от значительного снижения точности обработки может превосходить издержки производства на разборку сравнительно небольшого количества некондиционных изделий.

При высокой точности замыкающего звена и малозвенной цепи (т = 3) может быть применен метод групповой взаимозаменяемости. Все данные по этому методу сборки (допуски на изготовление сопря­женных деталей и количество размерных групп, на которые разби­ваются детали) должны быть полно и четко изложены в сборочных чер­тежах и технических условиях.

Если методы полной, частичной и групповой взаимозаменяемости неприменимы, то конструктор решает вопрос об использовании метода пригонки или метода регулировки. Решение как по тому, так и по дру­гому варианту находит отражение в конструкции изделия. В первом случае в чертежах изделия должно быть оговорено по каким поверх­ностям производится пригонка и какой припуск на нее оставлен. Во втором случае в конструкции предусматривается жесткий или регули­руемый компенсатор.

Таким образом вопрос о методе сборки всецело решается конструк­тором. При изучении конструкции изделия технолог проверяет приня­тое решение. Оно может быть изменено по согласованию с конструкто­ром изделия, если технолог предложит более рациональный метод сбор­ки.

На рис. 56, а конструкция узла и его размерная цепь состоят из се­ми звеньев. На замыкающее звено х задан из условий работы изделия допуск _x, равный 0,06 мм. Для того чтобы выполнить сборку по ме­тоду полной взаимозаменяемости, нужно, чтобы средний допуск на составляющие звенья [см. формулу (102)]

Если номинальные размеры составляющих звеньев велики, то вы­держать полученное значение среднего допуска трудно.

Найдем средний допуск при методе частичной взаимозаменяемости, используя формулу (103) и приняв t_=3 и _ср=1/9,

Несмотря на то, что средний допуск расширен более, чем в два раза, этот метод может оказаться неприемлимым из-за необходимости об­работки составляющих звеньев с достаточно высокой точностью.

Принимая решение об использовании метода пригонки или регули­рования, конструктор должен внести в сборочный чертеж соответствую­щие изменения и примечания. Размеры звена, подвергаемого пригонке, указывают с учетом снятия припуска на пригонку. При использовании индивидуально подбираемых по толщине деталей указывают предель­ные размеры и градацию размеров этих деталей. Если используют регу­лируемый компенсатор, то указывают величину его регулирования. Примеры жестких и регулируемых компенсаторов даны на рис. 56.

Изучение собираемого изделия или узла завершается составлением технологических схем общей и узловой сборки (см. гл. 1). При наличии образца изделия составление технологических схем сборки упрощает­ся. В этом случае последовательность сборки может быть установлена в процессе его пробной разборки. Элементы, которые могут быть сняты в неразобранном виде, представляют собой узлы, на которые далее со­ставляются технологические схемы узловой сборки; детали, снимаемые отдельно, являются элементами, непосредственно входящими в общую сборку изделия.

Технологические схемы сборки являются основой для проектиро­вания технологических процессов сборки. Разработка технологического процесса сборки сложного изделия значительно упрощается при на­личии этих схем. Сначала разрабатывается схема общей сборки изде­лия, а затем схемы сборки узлов. Проектирование технологических процессов узловой сборки ведется в этом случае несколькими техноло­гами параллельно, что значительно сокращает время на подготовку производства. Принятые варианты технологических схем сборки опре­деляют последовательность (маршрут) сборки изделия и его узлов. При составлении технологических схем сборки устанавливают харак­тер и местоположение контрольных и вспомогательных операций. Эти схемы графически фиксируют последовательность сборки и структуру собираемого объекта.

Общую и узловую сборку начинают с установки базовой детали на стенд или в приспособление. Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку следует начинать с наиболее сложной и ответственной цепи, звенья которой являются составляющими звеньями других более простых цепей. В каждой размерной цепи сборку завершают постанов­кой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено. Эта последовательность сборки должна быть четко и ясно отражена в технологических схемах.

Далее по формуле (5) рассчитывают темп общей и узловой сборки. Если величина темпа значительно превосходит среднюю продолжитель­ность характерных сборочных операций (найденную предварительно на основе прикидочных расчетов), то сборку ведут по принципам серий­ного производства. В этом случае на одном рабочем месте собирают раз­личные изделия или узлы. Сборка может быть поточной или стационар­ной (при малом выпуске изделий). Если темп близок или меньше сред­ней длительности операций, то сборку ведут по принципам массового производства, закрепляя за каждым рабочим местом определенную сборочную операцию. В этом случае сборка выполняется поточным методом. При малой величине темпа процесс сборки дифференцируют, выделяя небольшие по своему содержанию операции. Если это по тех­нологическим соображениям затруднительно или невозможно, то опе­рации выполняют параллельно, дублируя рабочие места.

Содержание операций сборки устанавливают исходя из того, чтобы на каждом рабочем месте выполнялась по возможности однородная по своему характеру работа, что способствует лучшей специализации сборщиков и повышению производительности их труда.

Выполняемая работа должна иметь определенную технологическую законченность. При поточном методе работы штучное время на опе­рацию должно быть равно темпу (точнее несколько меньше темпа для создания небольшого резерва в случае непредвиденных задержек сборки) или кратно ему.

При проектировании сборочной операции уточняют ее ранее наме­ченное содержание, выявляют возможность совмещения переходов во времени, определяют схему установки и закрепления базового элемен­та изделия (узла), выбирают оборудование, инструменты и приспособ­ления (или дают задание на их конструирование), устанавливают режимы работы сборочного оборудования, определяют норму времени на операцию и соответствующий разряд работы.

При проектировании сборочных операций необходимо обеспечить заданное качество и точность изделий. Различные варианты операций оценивают по производительности и себестоимости, сохраняя в основе технико-экономический принцип проектирования. Учитывая большую относительную трудоемкость сборочных работ, следует предусматри­вать по возможности широкое применение средств их механизации и ав­томатизации.

При построении маршрута и операций сборки решается важный вопрос об организационных формах сборки. Сборка может быть поточ­ной и стационарной. Большие преимущества имеет поточная сборка. Она сокращает цикл производства и межоперационные заделы деталей, повышает специализацию сборщиков, повышает возможности механи­зации и автоматизации производства и уменьшает трудоемкость изде­лий, так как при специализации сборщиков повышается их произ­водительность.

Перемещение собираемого объекта от одного рабочего места к дру­гому при поточной сборке осуществляется:

1) вручную (по верстаку, наклонному лотку рольгангу, на тележ­ках);

2) посредством механических транспортирующих устройств; в этом случае транспортирующие устройства (распределительный конвейер) предназначаются исключительно для межоперационного перемещения собираемых возле них объектов;

3) на конвейере с периодическим перемещением (пластинчатый кон­вейер, шаговый конвейер, тележки, ведомые по рельсовому пути замк­нутой цепью); в этом случае сборку производят на конвейере в периоды его остановки;

4) на непрерывно движущемся конвейере, перемещающем собирае­мое изделие со скоростью, обеспечивающей возможность выполнения сборочных операций.

Поточную сборку при неподвижном объекте осуществляют на рас­положенных в линию неподвижных стендах. Каждый рабочий (брига­да рабочих) выполняет свою операцию, переходя последовательно от одного стенда к другому. Поточную сборку при неподвижном объекте целесообразно применять в серийном производстве при значительном оперативном времени, в особенности для сборки тяжелых машин, пе­ремещение которых затруднительно.

Скорость перемещения принимается: 10—15 м/мин при ручном пере­мещении собираемого объекта; до 20 м/мин по рольгангу; 30—40 м/мин для механических транспортирующих устройств; 15—20 м/мин для сборочного конвейера периодического действия. Скорость непрерывно движущегося конвейера определяют по формуле

=l/t (104)

где l — длина рабочего места, м; t_д — действительный темп сборки, мин'/шт.

Практически для сборки на непрерывно движущемся конвейере при­нимают скорость в пределах от 0,25 до 3,5 м/мин. Длительность поточ­ной сборки (в мин)

T_п=n_Пtt_Д (105)

где n_П — число рабочих мест (станций) на сборочной линии; t_Д — оп­ределяется по формуле (5) с учетом потерь времени на обслуживание рабочих мест и регламентирование перерывов для отдыха.

Число рабочих мест определяют количеством сборочных и контроль­ных операций, включая предусмотренные резервные места. Количест­во рабочих на каждом сборочном месте устанавливают в зависимости от трудоемкости технологических переходов, составляющих выполняе­мую операцию, возможности их совмещения и удобства одновременного выполнения, а также размеров собираемых изделий или узлов. Произ­водительность сборочного рабочего места

Q=TB/t_ш (106)

где Q — производительность в единицу времени (часовая, сменная), выраженная в штуках собираемых изделий или узлов; Т — рабочее время, к которому отнесена производительность (час, смена), мин; В —. количество рабочих на сборочном месте; t_ш — штучное время вы­полнения сборочной операции, мин.

Коэффициент загрузки сборочного листа поточной линии

n_зп=t_ш/(t_LB) (107) Коэффициент загрузки поточной линии сборки с n_п рабочими местами

(108)

Внедрение поточной сборки связано с выполнением определенных требований, которые распространяются на все предшествующие этапы производственного процесса. При поточной сборке конструкция изде­лия должна быть тщательно отработана и согласована с технологичес­кими условиями поточного производства. Должно быть обеспечено бес­перебойное, увязанное с темпом сборки, снабжение сборочной линии взаимозаменяемыми деталями и узлами собираемого изделия. На линии поточной сборки могут быть допущены слесарно-пригоночные работы лишь в том случае, если они вполне регламентированы по времени и увязаны с темпом сборки. В случае индивидуальной пригонки элемен­тов изделия необходимо, чтобы таковые поступали на сборку спаренными. Механическая обработка деталей машин должна обеспечивать соблюдения технологических требований поточной сборки (взаимо­заменяемость, регламентированные пространственные отклонения эле­ментов деталей и другие условия).

Поточная сборка является прогрессивным фактором. Она способст­вует повышению технологической культуры на всех этапах производст­венного процесса и росту производительности труда.

При уточнении содержания сборочных операций, выборе оборудо­вания, оснастки и установлении режимов производят необходимые тех­нологические расчеты.

Для осуществления соединений с натягом необходимо знать силу запрессовки (в кГ) для выбора тоннажа пресса, которую рассчитывают по формуле

P=fpdl, (109)

где f — коэффициент трения при залрессовке; р — давление на сопря­гаемых поверхностях, кГ/мм²; d — номинальный диаметр соединения, мм; l— длина посадочных поверхностей, мм.

Коэффициент трения f зависит от материала сопрягаемых деталей, шероховатости обработанных поверхностей, наличия смазки и давле­ния на сопрягаемых поверхностях. Если сопрягаемые детали изготов­лены из стали 40 f= 0,06  0,22 (смазка — машинное масло); из чу­гуна СЧ28-48 f= 0,06  0,14; из магниевоалюминиевых сплавов f= 0,02  0,08; из латуни f = 0,05  0,10; из пластмассы f=0,40  0,50.

Принимая D — наружный диаметр втулки (ступицы), мм; d— диаметр отверстия пустотелого вала, мм; i — натяг посадки, мм; E_A — модуль упругости материала втулки, кГ/мм²; Е_B — модуль упругости материала вала, кГ/мм²; можно определить значение р:

(110)

при этом

C_A=(D²+d²)/(D²-d²)+_A; (111)

C_B=(d²+d_o²)/(d²-d_o²)-_B; (112)

где_A и _В— коэффициенты Пуассона для материалов охватывающей и охватываемой деталей (для стали  = 0,3, для чугуна  = 0,25).

Тоннаж пресса выбирают по силе запрессовки с учетом коэффициен­та запаса  = 1,5—2,0.

При запрессовке увеличивается наружный диаметр охватывающей и уменьшается внутренний диаметр охватываемой деталей. При раз­работке технологического процесса эти изменения необходимо учиты­вать, если указанные размеры ограничены допусками.

Увеличение наружного диаметра охватывающей детали (в мкм)

₂=2pDd²10³/[E_A(D²-d²)] (113)

Уменьшение внутреннего диаметра охватываемой детали (в мкм)

₁=2pd²d_o10³/[E_B(d²-d_o²) (114)

При сборке с тепловым воздействием на сопрягаемые детали необ­ходимо знать температуру, время нагрева или охлаждения и другие данные.

Для облегчения процесса сборки увеличивают или уменьшают диа­метр d на величину d (в мкм), которую определяют по формуле

d=+i , (115)

где б — наибольший натяг для данного соединения; i — гарантиро­ванный зазор, который выбирается в зависимости от габаритов сопря­гаемых деталей.

Температуру Т_B нагрева охватывающей детали или температуру охлаждения охватываемой детали, которая должна быть в начале вы­полнения соединения, определяют из условия

d10^-3T_Bd,

откуда

T_Bd10^-3/(d), (116)

где d — номинальный диаметр поверхности сопряжения, мм;  — коэффициент линейного расширения материала детали, подвергающей­ся нагреву или охлаждению. Величины коэффициента  даны в табл. 14.

Таблица 14

Значения коэффициентов линейного расширения 10^-6

Материал	Нагрев	Охлаждение
Сталь углеродистая и низколегированная	11,0	-8,5
Серый и ковкий чугун	10	-8,0
Латунь	18,5	-16,0
Алюминиевые сплавы	23,0	- 18,0
Магниевые сплавы	26,0	-21,0
Бронза	17	-15,0

При перемещении детали из нагревательного или охлаждающего устройства на сборочную позицию неизбежно ее охлаждение или на­грев. Задаваясь временем t перемещения детали, определяют темпе­ратуру T_A, которая должна иметь деталь в момент выгрузки ее из нагревательного устройства:

Т_А=Т — (Т—Т_B)/e^-t (117)

где Т — температура окружающего воздуха, ° С; е — основание на­туральных логарифмов (е = 2,7172).

Показатель и для деталей типа втулок определяют по формуле

=(₁/C_)(1/h+1/l)100/3, (118)

где ₁ — коэффициент теплопередачи между втулкой и окружающей средой, ккал/м²° С. При 1/h + 1/l = 0,15  0,25 1/мм после нагрева: в кипящей воде ₁= 100  140 , в горячем масле ₁ = 5070; в элек­трической печи ₁ = 20 30; после охлаждения: в спирте (ацетоне, бензине) с твердой углекислотой ₁= 25; в жидком азоте ₁ = 22, в твердой углекислоте ₁ = 10 15; С — удельная теплоемкость ма­териала втулки, ккал/кГ ° С;  — плотность материала втулки, кг/м³; h— толщина стенки втулки, мм; I — длина втулки, мм.

Время t₁ необходимое для нагрева или охлаждения втулки в жид­кой и газообразной средах до температуры т_а, рассчитывают по фор­муле

t=-1/Ln[(T_ср-T_A)/(T_ср-T_H)], (119)

где T_ср — температура нагревающей или охлаждающей среды (ванны, печи, шкафа), ⁰ С; Т_н — начальная температура детали, ° С.

Коэффициент теплопередачи для данного случая имеет следующие значения; после нагрева в электропечи ₁= 50, в масле ₁ = 90, в кипящей воде ₁ — 800; после охлаждении в твердой углекислоте ₁ = 40, в ацетоне с твердой углекислотой ₁= 570, в спирте с твер­дой углекислотой ₁ = 380; в жидком азоте ₁= 700. Для последних четырех сред ₁ указано приближенным, так как его величина пере­менна.

При проектировании сборки неразъемных соединений клепкой рас­считывают потребную силу при клепке. Клепальный пресс выбирают так, чтобы его тоннаж был на 30 50% выше расчетной силы.. Сила клепки зависит от материала заклёпки, ее размеров и формы головки. Размеры замыкающей головки обычно принимают равными размерам закладной. Силу (в кГ) холодной клепки рассчитывают по формуле

P_k=_фd^1.75_B^0.75

где _ф — коэффициент формы; d — диаметр стержня заклепки, мм; _B — предел прочности при растяжении материала заклепки, кГ/мм².

Коэффициент формы _ф равен: 28,6 — для сферических головок; 26,2 — для потайных, 15,2 — для плоских, 4,33 — для трубчатых и полутрубчатых заклепок.

Оценку технологических процессов сборки при выборе разработан­ных вариантов производят по абсолютным показателям: трудоемкости и себестоимости выполнения отдельных сборочных операций и всего технологического процесса сборки в целом.

В качестве относительных показателей для оценки технологических процессов сборки применяют: коэффициент загрузки каждого сбороч­ного места и средний коэффициент загрузки сборочной линии [форму­лы (107) и (108)]; коэффициент трудоемкости сборочного процесса _сб, определяющий отношение трудоемкости процесса сборки Т_сб к сум­марной трудоемкости процессов производства всех деталей, входящих в изделие или узел Т_ДЕТ,

_сб = Т_сб/Т_ле,. (121)

Этот коэффициент характеризует процесс производства изделия или узла в целом. Чем меньше значение коэффициента _сб, тем лучше проработаны и увязаны между собой процессы производства деталей изделия и его сборки. Значения _сб лежат в пределах: 0,1—0,4. С раз­витием производственного кооперирования в машиностроении коэффи­циент _сб теряет значение показателя, характеризующего процесс производства в целом.

Взамен коэффициента трудоемкости сборочного процесса в условиях кооперированного производства применяют коэффициент себестоимос­ти сборки _с, определяемый отношением себестоимости сборки С_сб к себестоимости изделия или узла в целом (включая и себестоимость сборки) С_изд; при этом

_с=С_сб/С_изд , (122)

более надежно характеризует удельное значение процесса сборки в об­щем процессе производства данного изделия, отражая участие не толь­ко живого, но овеществленного (прошлого) труда (т. е. труда, вложен­ного в средства производства).

Основными технологическими мероприятиями, повышающими тех­нико-экономические показатели процессов сборки, являются: замена в максимально возможной степени ручных операций механизирован­ными; широкое применение сборочных и контрольных приспособлений; ликвидация или возможное уменьшение технологически неизбежных простоев путем соответствующего перераспределения технологических переходов между операциями, с целью возможно большей увязки опе­ративного времени с темпом сборки.

Технологическая документация процессов сборки включает: мар­шрутные и операционные карты, карты эскизов и схем, технические инструкции, ведомость необходимой технологической оснастки, а так­же сборочные чертежи и технологические схемы узловой и общей сбор­ки (см. гл. I).

В сборочной маршрутной карте дается общий план операций тех­нологического процесса сборки и содержатся данные для выполнения технологического процесса сборки. Операционные карты содержат описание операций с расчленением их на переходы и с указанием режи­мов работы и расчетных норм.

Технические инструкции составляют на отдельные операции в слу­чае особой их сложности; они содержат подробные указания, относя­щиеся к выполнению операции.

Г Л А В А VII

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ