Проектирование технологического процесса сборки машин
Трудоемкость сборки в среднем составляет 25-30% общей трудоемкости изготовления машин. При большом объеме пригоночных работ трудоемкость сборки может составлять 40-50%. Качество готовой машины в значительной мере зависит от технологии сборки.
Проектирование ТП сборки имеет своей целью дать подробное описание процессов сборки, выявить необходимое техническое оснащение, потребные площади, рабочую силу, материальные и трудовые затраты.
Разработка ТП сборки включает в себя следующие основные этапы:
1. Анализ исходных данных для проектирования ТП сборки.
2. Технический контроль конструкторской документации и техусловий.
3. Размерный анализ конструкции изделия и выявление методов точности сборки.
4. Составление технологических схем общей и узловой сборки.
5. Разработка маршрута общей и узловой сборки.
6. Проектирование технологических операций сборки.
7. Нормирование ТП сборки.
8. Выбор или разработка мероприятий по технике безопасности.
9. Оценка технико-экономической эффективности разработанного ТП сборки.
10. Оформление технической документации.
Исходными данными для разработки ТП являются сборочный чертеж изделия, техусловия на сборку и приемку изделия, описание служебного назначения изделия, рабочие чертежи деталей, входящих в изделие, объем выпуска, условия выполнения ТП сборки, предполагаемый срок выпуска изделия.
К исходным данным относятся также различные справочные, нормативные материалы по сборке, каталоги, паспорта, альбомы сборочного и подъемно-транспортного оборудования, рекомендации по улучшению технологичности конструкции изделия, примеры сборки аналогичных изделий и др.
На этапе анализа исходных данных и технического контроля конструкторской документации рассматриваются все данные, необходимые для выполнения процесса сборки, выявляется количество разрезов и сечений на чертежах, размеры, выдерживаемые при сборке, допуски в сопряжениях и другие сведения.
В техусловиях рассматриваются требования к методам достижения точности, жесткости стыков, их герметичности, наличие сведений о способах эксплуатации оснастки, моменты затяжки резьбовых соединений, допускаемая величина дисбаланса вращающихся частей и другие сведения. Выдвигаются предложения по совершенствованию технологичности конструкции в сборке, что может упрощать сборочные операции. Выявляется степень механизации и автоматизации сборочных операций.
На этапе размерного анализа конструкции выявляются методы достижения точности замыкающих звеньев размерных цепей и полнота их отражения в рабочих чертежах.
На основе анализа исходной информации изучения конструкции изделия приступают к разбивке изделия на составные части. Прежде всего, выявляется номенклатура составных частей (узел, комплект, узел I, II порядка и др.). В каждой сборочной единице выявляется основная базирующая деталь или сборочная единица.
При разбивке изделия на составные части руководствуются следующими положениями:
1. Изделие не должно состоять из большого количества составных частей, быть большим по габаритам и массе. Однако излишнее дробление усложняет процесс сборки и комплектации.
2. Если в процессе сборки необходимо проведение испытания, обкатки, регулировки или пригонки, то узел выделяется в самостоятельную сборочную единицу.
3. При последующем монтаже сборочной единицы в машине она не должна подвергаться какой-либо разборке, а в случае необходимости в технологии должны предусматриваться сборочно-разборочные работы.
4. Большинство деталей машины должны входить в те или иные сборочные единицы с тем, чтобы сократить до минимума количество отдельных деталей, подаваемых на общую сборку.
5. Трудоемкость сборочных операций для всех сборочных единиц должна быть по возможности примерно одинаковой.
После разбивки изделия на составные части приступают к составлению технологических схем общей и узловой сборки.
 |
Технологическая схема является первым этапом проектирования маршрута сборки. Технологические схемы изображают различными способами. Каждая составная часть, поступающая на сборку, изображается в виде прямоугольника или имеет другое обозначение, где указывается наименование, обозначение и количество. Схема сборки представляет собой горизонтальную линию в направлении от базового элемента к готовому изделию, сверху линии размещают детали, поступающие на сборку, в технологической последовательности. Снизу линии указывают сборочные единицы в порядке их поступления на сборку.
Схемы сборки могут поясняться различными надписями, характеризующими процесс сборки или выполняемую механическую обработку в процессе сборки (например: сверлить три отверстия при сборке, клепать, паять).
При выборе последовательности сборки исходят из следующих положений:
1. Сборку начинают с установки основной базирующей детали, определяющей положение других деталей и сборочных единиц.
2. В первую очередь монтируют сборочные единицы и детали, размеры и относительные повороты поверхностей которых являются общими звеньями, принадлежащими к наибольшему количеству размерных цепей.
3. Устанавливаемые в первую очередь сборочные единицы и детали должны выполнять наиболее ответственные функции в машине.
4. Установленные в первую очередь сборочные единицы и детали не должны мешать последующей сборке деталей и сборочных единиц.
Сборка может быть поточной, групповой, стационарной. Она может быть с непрерывным перемещением собираемого объекта и с периодическим перемещением.
При разработке маршрута сборки устанавливается последовательность и содержание технологических и вспомогательных операций сборки, определяется оборудование, инструменты, оснастка.
Содержание операции в массовом производстве должно быть таким, чтобы её продолжительность соответствовала или была кратна такту сборки. Выполняемая работа должна быть однородной и характеризоваться определенной законченностью. Средняя загрузка рабочих мест на сборочной линии должна быть достаточно высокой (порядка 0,9-0,95).
Содержание операций в серийном производстве должно быть таковым, чтобы обеспечить на рабочих местах общей и узловой сборки достаточно высокую загрузку.
При выборе технологических баз исходят из соблюдения принципа совмещения и постоянства баз, при этом также учитывают удобство установки и снятия собираемого изделия, надежность его закрепления, возможность подвода собираемых деталей и сборочных инструментов.
При разработке сборочных операций уточняется их первоначально намеченное содержание, выявляется возможность совмещения переходов во времени, определяется схема установки и закрепления базового элемента, окончательно уточняется технологическое оснащение, выбираются режимы работы, оборудование. При проектировании сборочных операций исходят из принципов концентрации и дифференциации переходов.
Принцип концентрации переходов в сборке характерен для опытного, единичного, иногда мелкосерийного производства. В этом случае сборка производится, как правило, на одном рабочем месте одним или несколькими работающими.
При дифференциации переходов сборки за рабочими местами закрепляются определенные операции, обеспечивается возможность применения средств автоматизации и механизации. При необходимости выдается задание на проектирование специального оборудования и оснастки.
Следующим этапом разработки техпроцесса сборки является нормирование технических операций на основе нормативов на слесарно-сборочные работы.
Штучное время определяется:
где k – поправочный коэффициент к оперативному времени, определяемый в зависимости от числа приемов, выполняемых рабочим.
Следующим этапом является разработка или выбор мероприятий по технике безопасности.
Технологическая документация на сборку включает маршрутно-операционные карты, карты эскизов, технологические инструкции, комплектовочные карты, включающие сведения о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия, ведомость технологической оснастки и др. документы.
Проектирование технологических процессов сборки
Понятие о сборке, виды соединений при сборке.
Технологичность конструкции применительно к построению ТП сборки
Сборка – образование соединений составных частей изделия. Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20. 30)% в массовом и до (30. 40)% в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Сборка является заключительным этапом изготовления машин и в значительной степени определяет ее эксплуатационные качества. Одни и те же детали, соединенные при разных условиях сборки, могут значительно изменять долговечность их службы
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем – технология изготовления деталей.
Основные виды сборочных соединений
Соединения могут быть разъемными или неразъемными. Различают следующие виды соединений:
Разъемные соединения допускают разборку без повреждения сопрягаемых и скрепляемых деталей.
Неразъемные соединения – такие, разъединение которых связано с повреждением или разрушением деталей.
К неподвижным разъемным соединениям относят: резьбовые, шпоночные, некоторые шлицевые, конические, штифтовые, профильные, соединения с переходными посадками.
К неподвижным неразъемным соединениям относят соединения, которые получают посадкой с гарантированным натягом, развальцовкой, отбортовкой, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием.
К подвижным разъемным соединениям относят соединения с подвижной посадкой.
К подвижным неразъемным соединениям относят подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны.
Проектирование технологических процессов сборки
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет различные организационные формы (поточную и непоточную, стационарную и подвижную, узловую и общую).
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащего действия по установке и образованию соединений, составных частей изделия.
Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:
— в зависимости от объёма выпуска (заданной программы) устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются её такт и ритм;
— осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки конструкции на технологичность;
— производятся размерный анализ конструкций, расчёт размера цепей и разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, полная, групповая взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);
— определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных операций;
— устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются технологические схемы узла и общей сборки;
— разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные экономичные и технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;
— разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий инструмент, монтажное и контрольное оборудование);
— производятся техническое нормирование сборочных работ определение экономических показателей;
— разрабатывается планировка оборудование, рабочих мест и является техническая документация на сборку.
Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих эффективность технологических процессов сборки является определение технологичности конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности сборочной единицы разбиты на 3 группы:
1. требования к составу сборочной единицы;
2. требования к конструкции соединения составных частей;
3. требования к точности и методу сборки.
Требования к составу сборочной единицы:
— сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с учетом принципа агрегатирования;
— конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей;
— сборка изделия не должна обуславливать применение сложного технологического оснащения;
— виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;
— в конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20 кг должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования;
— конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения остальных составных частей;
— компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку при неизменном базировании составных частей;
— в конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и измерительных;
— компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;
— компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и технического обслуживания;
— компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.
Требования к конструкции соединений составных частей:
— количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае должно быть наименьшим;
— места соединений составных частей должны быть доступны для механизации сборочных работ и контроля качества соединений;
— соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной обработки сопрягаемых поверхностей;
— конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной обработки в процессе сборки.
Требования к точности и методу сборки:
— точность расположения составных частей должна быть обоснована! взаимосвязана с точностью изготовления составных частей;
— выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производств должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;
— расчет размерных цепей следует производить, используя методы ма симума-минимума – метод полной взаимозаменяемости, или, основанный в теории вероятностей, метод неполной взаимозаменяемости.
В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.
В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется применять метод неполной взаимозаменяемости.
В зависимости от типа производства используются также другие метод достижения точности замыкающего звена:
— метод групповой взаимозаменяемости;
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум — минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ую взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.
Исходные данные для проектирования технологических процессов сборки
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащая действия по установке и образованию соединений составных частей изделия (ГОСТ 23887-79).
Исходными данными для технологического процесса сборки являются:
— описание изделия и его служебное назначение;
— сборочные чертежи изделия, чертежи сборочных единиц, спецификации деталей, входящих в изделие;
— рабочие чертежи деталей, входящих в изделие;
— объем выпуска изделий.
При проектировании технологического процесса для действующего предприятия необходимы дополнительные данные о сборочном производстве:
— возможность использования имеющихся средств технологического оснащения, целесообразность их приобретения или изготовления;
— местонахождение предприятия (для решения вопросов по специализации и кооперированию, снабжению);
— наличие и перспективы подготовки кадров;
— плановые сроки подготовки освоения и выпуска изделия.
Кроме изложенных выше данных необходима руководящая и справочная информация: паспортные данные оборудования и его технологические возможности, нормативы времени и режимов, стандарты на оснастку и т.д.
Этапы и последовательность проектирования технологического процесса сборки
Технологический процесс сборки разрабатывают в следующей последовательности:
— установление серийности и целесообразности организационной формы сборки, определение ее такта и ритма;
— анализ сборочных чертежей на технологичность конструкции;
— выбор метода достижения точности сборки на основе анализа и расчета размерных цепей (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка, пригонка);
— определение целесообразной степени дифференциации или концентрации сборочных операций;
— установление последовательности сборки, составление схемы общей сборки и сборки отдельных сборочных единиц;
— выбор способа сборки, контроля и испытаний,
— выбор технологического оборудования и оснастки, проектирование специальных средств технологического оснащения (при необходимости);
— нормирование сборочных работ;
— расчет экономических показателей сборки,
— разработка планировки оборудования и рабочих мест;
— оформление технологической документации.
Организационные формы сборки
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка может иметь различные организационные формы (рис 10.1).
По перемещению собираемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства — на непоточную и поточную.
Непоточная стационарная сборка отличается тем, что весь процесс сборки выполняется на одном рабочем месте, куда поступают все детали и сборочные единицы. Стационарная сборка может осуществляться без расчленения (принцип концентрации) и с расчленением (принцип дифференциации) сборочных операций.
В первом случае вся сборка изделия выполняется одной бригадой рабочих последовательно. Область применения стационарной неподвижной сборки без расчленения работ — единичное и мелкосерийное производство тяжелого машиностроения, экспериментальные и ремонтные цехи.
Во втором случае производится параллельно сборка каждой сборочной единицы и общая сборка разными бригадами. Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ применяется в серийном производстве средних и крупных машин и имеет ряд преимуществ перед сборкой без расчленения: сокращаются длительность цикла сборки, трудоемкость и снижается себестоимость. Однако применение сборки с расчленением возможно, только если конструкция изделия позволяет разделить его на сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга.
Непоточная подвижная сборка отличается тем, что рабочие, выполняющие операции сборки, находятся на своих рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому. Перемещение изделий может быть свободным или принудительным. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ. Продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса неодинакова. Для компенсации разности времени выполнения операций создаются межоперационные заделы. Непоточная подвижная сборка применяется в среднесерийном производстве.
Подготовка деталей к сборке
Подготовка деталей к сборке включает в себя:
1. очистку и мойку собираемых деталей и узлов;
2. пригонку, если она необходима.
Чистота деталей и узлов – одно из условий достижения высокого качества как сборки изделий, так и их функционального назначения.
Металлические опилки, мельчайшие кусочки стружки, остатки обтирочных материалов, абразивный порошок, попадая в отверстия или каналы деталей, могут впоследствии, при работе машины, попадать со смазкой в подшипники или зазоры других подвижных соединений и вызывать их интенсивный износ и задиры. В качестве примера можно привести предъявленные претензии и отказ от дальнейшего приобретения судовых дизелей Брянского машиностроительного завода в 70 – е годы Федеративной Республикой Германии. Одной из причин этого демарша явилось обнаружение задиров и стружки в коренных подшипниках коленчатого вала в приобретенном судовом дизеле.
Для предотвращения этого детали и узлы в процессе сборки проходят специальные операции – очистки и мойки.Эти операции достаточно трудоемкие, и на их выполнение расходуется до 10 % времени, затрачиваемого на изготовление деталей.
Очистка узлов и деталей от слоя антикоррозионной смазки, следов краски на поверхностях и других твердых загрязнений может быть осуществлена механическим путем, при помощи приводных и ручных щеток, с последующей мойкой и обдувкой сжатым воздухом.
Для мойки деталей используются различные способы:
1. химический (мойка с окунанием и струйная мойка с применением органических растворителей);
2. электрохимический (в спокойном или принудительно возбуждаемом электролите);
В серийном и массовом производствах используются специальные моечные машины (однокамерные, двухкамерные и трехкамерные), в которых процесс мойки деталей и узлов осуществляется в закрытом пространстве без участия рабочего.
Большую роль в обеспечении чистоты деталей и узлов на сборке играет обдувка их сжатым воздухом, которую целесообразно производить перед каждой сборочной операцией.
Пригонкадеталей при сборке обычно осуществляется в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Пригоночные работы при сборке выполняются с помощью механизированных универсальных и специализированных инструментов с электрическим, пневматическим и, реже, гидравлическим приводом.
Процесс пригонки может включать в себя следующие технологические операции:
1. опиливание и зачистку;
7. торцование и шарошение;
Опиливание и зачисткапроизводится вручную или с использованием механических инструментов. Характерными примерами этих работ являются следующие:
1) опиливание детали по контуру для снятия неровностей, забоин, заусенцев;
2) снятие припуска на детали — комплексаторе под размер, предусмотренное технологией сборки;
3) устранение дефектов на поверхности детали (сколов, царапин) в тех случаях, когда исправление допускается техническими условиями. Во всех случаях после опиливания оверхность зачищают. Инструментами при опиливании и зачистке обычно служат напильники, надфили, абразивные круги, головки и бруски.
Для механизации работ по опиливанию и зачистке целесообразно использовать верстачные или передвижные установки с гибким валом, приводящие в движение специальные напильники или абразивные головки.
Притиркупри сборке применяют в тех случаях, когда необходимо получить точный размер деталей за счет снятия очень малого припуска или для достижения плотного прилегания поверхностей, обеспечивающего гидравлическую непроницаемость соединения. Точность размеров, достигаемых при притирке, до 0,1 мкм. В качестве примера можно привести притирку плунжерных пар.
Существует два способа притирки деталей:
1. одной детали по другой (притирка клапанов, пробок и др.);
2. каждой из деталей по притиру (детали топливной аппаратуры, крышки, торцы, фланцы и буртики в плотных сопряжениях).
Полированиеприменяют при сборке для достижения меньшей шероховатости поверхностей, подвергавшихся опиливанию или зачистке.
Для полирования применяют механизированные шлифовальные или быстроходные сверлильные машинки, используя их в качестве верстачной установки. При большом объеме полировальных работ применяют ручные полировальные машины с эластичным кругом, работающим торцовой поверхностью.
Шабрениеплоских поверхностей (плоскости разъема, направляющие) или цилиндрических поверхностей (вкладыши подшипников, втулки и др.) при сборке производят для обеспечения плотности прилегания и увеличения контурной площади контакта. Шабрение при сборке осуществляют шаберами вручную.
Сверлениепри сборке применяют:
1. когда требуемая точность совмещения отверстий достигается проще всего путем обработки двух или более деталей в сборке;
2. если место сверления труднодоступно для обработки на станке, а отверстие небольшого диаметра и может быть просверлено с помощью механизированного инструмента;
3. когда сверление не было предусмотрено при механической обработке (например, для постановки пробок, при обнаружении пористости в литых деталях: станине, картере, блоке, различных корпусах и т.д.), если это допускается техническими требованиями.
Сверление в сборочных цехах производится:
— на сверлильных станках, установленных на фундаменте вблизи линии сборки;
— для отверстий 20 мм гнут после наполнения их песком или расплавленной канифолью. Это делается, чтобы сохранить поперечное сечение трубы и предотвратить ее от появления микротрещин.
Стальные трубы диаметром до 10 мм гнут без нагрева и без наполнителя, трубы больших размеров гнут в горячем состоянии.
