Вопросы для самоконтроля
1. Сформулируйте понятие качества продукции.
2. Какие системы и философии качества Вы знаете?
10. Сборочное и заготовительное производство
Подсчеты показывают, что сборочные работы в машиностроительном производстве по трудоемкости занимают сегодня второе место (после механической обработки деталей). Доля же сборочных работ в отдельных отраслях промышленности составляет: в автомобилестроении - 20%, в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении - 22%, в тяжелом машиностроении - 30% и в электромашиностроении - 40%.
Если систематически не повышать уровень автоматизации сборочных работ, то это явится серьезным тормозом в деле комплексной автоматизации производства, особенно в машиностроении.
При таком положении нарушается основной принцип комплексной автоматизации. Ведь в самом деле все операции технологического процесса производства машин автоматизированы, а завершающая операция - сборка - ведется ручным способом. Выход из этого положения один: сборку машин должны также выполнять автоматические машины, которые могли бы по темпу работы угнаться за всем производством.
На многих машиностроительных предприятиях уже действуют сборочные станки полуавтоматы и автоматы, а также различные сборочные автоматические линии. Особенно много интересных по конструкции сборочных автоматов на автоматизированных заводах , выпускающих электро- и радиоаппаратуру.
Сборочные столы связанны между собой пульсирующими или толкающими конвейерами. Благодаря высокой производительности сборочных конвейеров стало возможным перевести десятки людей с конвейера на другие работы, сэкономив при этом большие денежные средства.
Очень эффективны автоматы для клепочного соединения различных узлов радиоаппаратуры, расклепывания пакетов роторных и статорных пластин переменных конденсаторов, для сборки патронов ламп напряжением до 6 вольт. Сборочные автоматы появились и на предприятиях, изготовляющих тракторные и автомобильные двигатели. Они и там дают большой эффект. Одна из таких сборочных автоматических линий создана работниками научно-исследовательского института тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Установлена она на харьковском машиностроительном заводе “Серп и молот” и производит автоматическую сборку головки блока цилиндров тракторного и комбайнового двигателя.
Линия представляет собой единый агрегат со сложной системой контроля и управления. Все механизмы линии смонтированы на общей станине, которая в свою очередь состоит из нескольких секций. Разделение на секции сделано с целью использования линии в случае изменения конструкции головки.
Для перемещения головок с позиции на позицию в процессе их сборки на линии имеется специальный пульсирующий конвейер с гидроприводом. В автоматической линии имеется и специальный делительный механизм, который работает на заранее составленной программе. Такой механизм служит для перемещения головки в удобное для сборки положение. При сборке головок блока цилиндров двигателей на автоматической линии применяются и другие механизмы. Принцип работы большинства из них основан на воспроизведении движений рук сборщика.
Автоматическая линия для сборки головок блока цилиндров работает в определенном ритме (цикле). На головку блока, перемещающегося на конвейере, последовательно устанавливают выхлопные и всасывающие клапаны, пружины и т. д. Головка блока собирается из 80 деталей. Производительность линии - 120 головок в час. Обслуживается она тремя операторами.
На машиностроительных предприятиях появились автоматические линии для сборки шатунов и целых автомобильных двигателей.
Автоматы начинают вести и сборку часов. Для этих целей на часовых заводах созданы специальные полуавтоматические станки. Одни из них собирают колесную систему малогабаритных будильников, другие предназначены для сборки механизма боя, третьи - для перевода стрелок и т. д. Соединенные транспортными устройствами - миниатюрными вибрационными конвейерами отдельные станки-полуавтоматы образуют единую высокоточную автоматическую сборочную линию, на которой собирается сложный часовой механизм.
В цехах машиностроительных предприятий все большее применение находит метод вибрационной сборки и комплектования несложных узлов, осуществляемой в вибробункерах, вращающихся барабанах, встряхивающих и прочих устройствах.
Анализируя технологические признаки сборочных операций, конструкторы пришли к выводу, что каждый объект сборки состоит из базовых, комплектующих и соединительных элементов. В состав любой автоматической или полуавтоматической сборочной установки входят узлы подачи и ориентации деталей, сопряжения и закрепления их, контроля наличия деталей и качества выполнения операции, съема готового изделия.
наиболее эффективным направлением является создание агрегатного сборочного оборудования из типовых и унифицированных узлов. Такие автоматы в случае смены в производстве изделия легко переналаживать: достаточно снять с него одни механизмы, переставить другие и дополнить третьими. Иначе говоря, можно по выбранной конструктором и технологом схеме компоновать любой сборочный станок или сборочную линию. Первые такие сборочные автоматы, скомпонованные из унифицированных узлов, успешно работают на многих машиностроительных предприятиях.
Применение типовых узлов и деталей в универсальных сборочных автоматах резко сокращает и сборки их создания. Например, на разработку проекта сборочного автомата средней сложности, предназначенного для сборки лишь одного какого-либо вида изделия, уходит девять месяцев. Проектирование же подобного автомата на базе унифицированных узлов длится не более двух месяцев, а стоимость работ при этом в 3 - 4 раза меньше.
Сборочные автоматы все больше оснащаются системами программного управления. Значительно расширяет возможности автоматизации сборочных процессов применение пневматических устройств управления - пневмоники. Самым перспективным является сегодня метод магнитной сборки, при котором временно закрепляются узлы машины с использованием магнитных приспособлений.
Суть этого метода состоит в том, что собираемые детали предварительно пропускают через магнитное поле постоянного электрического тока, намагничиваются и в дальнейшем при подаче к базовой детали удерживаются в нужном положении силами своего магнитного поля. После того как закончена сборка, машину помещают в специальную камеру для демагнитизации.
Сборочные автоматы очень эффективны. Они в 6-10 раз повышают производительность труда, значительно снижают себестоимость продукции и повышают качество сборки изделий. Особенно большой эффект дает полная автоматизация отдельных операций сборки с подачей деталей из бункеров и автоматическим удалением собранного изделия.
Опыт машиностроительных предприятий показывает также, что автоматическую сборку целесообразнее всего применять главным образом в массовом производстве при выпуске однотипной продукции.
Мастерству древних, современных и будущих литейщиков всегда были и будут присущи черты искусства. Ведь они уже 5000 лет занимаются превращением бесформенных груд неприглядного материала в сложные и необходимые человеку изделия: царь-колокол и огромные детали турбин, “медный всадник” и пятидесятитонные прокатные валки. Два из семи чудес света, воспетых в древних легендах, являются отливками. Это Колос Родосский, выполненный Харесом из Линдоса, и статуя Афины Парфенос работы величайшего скульптора и литейщика античного мира - Фидия.
Для понимания технологического процесса литейного производства рассмотрим схему на рис. 100, на которой представлена отливка (отлитая деталь) 1 в виде отрезка трубы - втулка. Она определена двумя цилиндрическими поверхностями внутренней и внешней и двумя вертикальными плоскостями - торцами. Для формирования внутренней полости втулки, ограниченной внутренней цилиндрической поверхностью, применяют стержень 2. Его изготовляют из стержневого материала, который набивают в стержневой ящик 3 и сушат в специальной печи. Стержень имеет размеры полости отливки, но он в несколько раз длиннее. Концы стержня, выступающие из втулки, служат для его установки в литейную форму. Они называются стержневыми знаками. Стержень является частью литейной формы. Внешняя цилиндрическая поверхность втулки в литейной форме образуется моделью 4, которая состоит из двух частей, взаимно центрирующихся при сборке. В торцах модели есть выступы 5 для получения отпечатков в литейной форме, на которые укладывают стержень при сборке. Литейная форма втулки состоит из верхней 6 и нижней 7 полуформ, изготовляемых уплотнением формовочной смеси в металлических рамках - верхней 8 и нижней 9 опоках. Расплавленный жидкий металл при заливке поступает в полость формы по литниковым каналам 10. Металл в литниковую воронку заливается из литейного ковша. После затвердевания металла из формы выбивают отливку 11 - втулку с литниковой системой.
Технологический процесс получения отливок можно расчленить на следующие технологические операции: изготовление моделей, приготовление стержневых формовочных материалов и смесей, изготовление стержней и сушка форм и стержней, сборка форм плавка металла, заливка металлом форм, выбивка отливок из форм и стержней из отливок, очистка отливок, контроль и прием готовых отливок.
Практически эти же технологические операции выполнял древний литейщик, отливавший в VII - VI веке до нашей эры поделки из меди в Анатолии и Двуречье, и тот неведомый мастер, который сорок шесть веков назад (XXVI век до нашей эры) в Уре (Древний Шумер) отлил золотую голову быка, поражающую реализмом изображения, совершенством исполнения и ювелирностью отделки. А мастера долины Инда (культура Хараппа) уже в III-м тысячелетии до нашей эры применяли стержневую технику для получения в отливках отверстий.
Рис. 100. Основные элементы процесса получения отливки
К этому времени относится изобретение способа литья по восковой выплавляемой модели. Этот метод получил широкое распространение у всех древних народов. До современного машиностроения он дошел и глубокой древности практически в первозданном виде. Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в том, что для получения детали изготовляется ее модель из особого состава, которую после формовки выплавляют. В образовавшуюся полость заливают металл, образующий отливку. Форма при данном способе литья, в отличие от формы, изготовляемой по деревянной либо металлической модели, не имеет разъема, что является одной из причин получения точной геометрической формы и чистой поверхности деталей, отлитых по выплавляемым моделям. Этот способ литья значительно увеличивает точность отливок. И, если в старину по выплавляемым моделям отливали в основном художественные отливки, то в современном машиностроении литье по выплавляемым моделям незаменимо при массовом производстве небольших деталей (массой до 0,5 кг, с габаритными размерами — до 100 мм), к которым предъявляют повышенные требования по точности размеров и чистоте поверхности. Отливки, получаемые способом литья по выплавляемым моделям, фактически не нуждаются в механической обработке. Литейщики Закавказья еще в III тысячелетии до нашей эры умело использовали способ литья по выплавляемым моделям для создания шедевров литейного искусства. При изготовлении мечей этот способ литья применяли для нанесения рисунка или для получения биметаллических (из двух металлов) отливок. Так, в мечах характерных для Кобанской культуры (I век до нашей эры) клинок меча выполняли из твердых бронз, а рукоять - из мягкой бронзы с хорошими литейными свойствами и цветом.
В Северном Причерноморье от Дона до Дуная с VII по III века до нашей эры существовала культура скифских племен. Скифы ввели в арсенал своих стрелков-наездников стрелы с гранеными наконечниками из бронзы. Они должны были решить задачу массового производства таких наконечников. Ведь от этого зависела боеспособность их войска. Но к тому времени мир знал лишь два способа литья - в каменные формы и по восковым моделям. Ни один из существующих способов литья не позволял решить задачу массового производства наконечников для стрел, и скифы применили металлические формы - кокили. Они использовали опыт лесостепных племен Восточной Европы по созданию металлических форм и создали жизненно необходимый им способ массового производства. Это мнение основано на археологической находке из Новочеркасского клада - четырехместном кокиле для литья наконечников.
Позже опыт скифского литья в кокиль был утрачен. Вновь он возник лишь в России XVI - XVII веков как русский способ изготовления чугунных пушечных ядер. И снова был забыт. И только в 30-х годах нашего столетия кокильное литье возродилось вновь è является одним из наиболее прогрессивных способов изготовления отливок.
С принципом кокильного литья удобно познакомиться на примере отливки поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава (рис. 101). Металлический стержень, образующий внутреннюю поверхность и полость поршня, состоит из трех частей для удобства выемки его из отливки. Сначала вынимают средний клин 1, затем боковые части 2, которые сдвигают к центру полости, а затем легко удаляют из отливки. Стержни 3, установленные для образования отверстия под поршневой палец, вынимают в горизонтальном направлении. Кокиль, образующий наружную поверхность отливки, выполнен из двух половин 4 и 5. Он отлит по модели, а затем доведен станочной и слесарной обработками до заданных размеров. При литье в кокиль отпадает необходимость в одной из самых трудоемких операций литейного производства — формовке, а также не требуется моделей как при других способах литья. Отливки, полученные литьем в кокиль, точнее и чище, чем при литье в песчаные формы.
Рис. 101. Схема кокиля
Велик опыт человечества в литейном деле. Чего только не создали мастера-литейщики, художники-литейщики! У нас, в России в 1586 году знаменитым московским литейщиком Андреем Чеховым была отлита бронзовая Царь-пушка. Масса пушки — 39,4 тонны, масса ядра 1,97 тонны, в 1735 году другой московский литейщик Иван Моторин вместе со своим сыном Михаилом отлил из бронзы Царь-колокол массой 203 тонны—поразительный образец литейного искусства как по величине и массе, так и по изяществу формы и отделки. Грандиозной и непревзойденной отливкой является бронзовый памятник Петру I — Медный всадник Эта огромная пустотелая статуя массой 22,1 тонны имеет в верхней части толщина стенки всего 7,5 миллиметров. Статуя отлита французским скульптором Этьеном Морисом Фальконе, который сам не будучи литейщиком, решился взяться за отливку статуи, используя помощь русских мастеров.
Однако всего лишь 100 лет прошло с тех пор, когда литейное дело превратилось в литейное производство. Среди работ первостепенной важности в области науки о металлах в XIX веке следует назвать работы русского ученого Дмитрия Константиновича Чернова, без которых невозможно было бы создание высокопрочных и специальных сплавов, являющихся основой машиностроения.
В 20 веке в России и в последствии СССР одновременно с бурным развитием машиностроения почти заново было создано литейное производство. Построены новые автомобильные, тракторные, станкостроительные заводы с механизированными и автоматизированными литейными цехами, оснащенными новейшим оборудованием. Разработаны и освоены новые литейные процессы центробежное литье, литье под давлением, литье в оболочковые формы и непрерывное литье.
Главным способом литья по прежнему остался способ литья в песчаные формы. Его основными недостатками являются необходимость разрушения формы после каждой отливки и формовка. На многих машиностроительных заводах, на специальных литейных заводах централизованного изготовления отливок для станкостроения уже работают автоматизированные линии по изготовлению литейных форм, которые каждые 15 - 20 секунд выдают крупную литейную форму.
Создана автоматическая линия безопочной формовки со сборкой форм, которая предназначена для изготовления мелких и средних отливок массой до 25 килограммов из черных и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства. Производительность линии до 480 форм в час.
Внедрение в литейное производство новых способов литья, нового оборудования коренным образом изменило и продолжает менять облик литейных цехов и заводов. Многие новые способы литья не рассчитаны на применение формовочной смеси. Непрерывно внедряют в производство такие технологические процессы, при которых роль литейщика будет сведена к наладке и контролю и управлению на расстоянии. Ученые предвидят в ближайшем будущем дальнейшее усовершенствование процессов и облегчение труда литейщиков, широкое привлечение вычислительной техники, создание цехов “на замке”, в которых без участия человека будут проходить сложные технологические процессы литейного производства. Все чаще на предприятиях литейщик занимает рабочее место за пультом управления такими линиями в удобном операторском кресле диспетчерской.