Inżynieria wytwarzania IV semestr Wykłady

Transkrypt

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Materiały dydaktyczne
Inżynieria wytwarzania
Semestr IV
Wykłady
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
1
Temat 1 (3h): Podstawy obróbki ubytkowej
Nauką o wytwarzaniu wyrobów z materiału wyjściowego nazwano Technologią maszyn,
a jej zadanie polega na badaniu środków i procesów produkcji oraz ich optymalizacji. Podlega
nieustannemu rozwojowi, tworząc podstawy teoretyczne dla technik wytwarzania, które są
praktyczną jej realizacją. Na rys.1. przedstawiono zagadnienia wchodzące jej w skład.
Rys. 1. Podział w technologii maszyn
Ogólnie biorąc nadanie kształtu wyrobowi uzyskiwane jest przez technologie:
• formujące – przez odkształcenie materiału bez zmian objętości,
• kształtujące przez przyrost materiału – polegają na dodawaniu materiału,
• kształtujące przez ubytek materiału – polegają na stopniowym usuwaniu nadmiaru
materiału, z przyjętej wstępnie jego większej ilości, zarówno sposobami skrawania,
ścierania lub erodowania rys.2.
2
Rys. 2. Podział obróbki ubytkowej
Obróbka wiórowa zdefiniowana jest jako: usuwanie w postaci wiórów, określonej
objętości materiału, w celu otrzymania przedmiotu o zadanym wymiarze i kształcie oraz
stereometrycznych i mechanicznych właściwościach warstwy wierzchniej przedmiotu z
wykorzystaniem energii mechanicznej. W tej definicji mieści się pojęcie skrawania jako
sposobu obróbki pojedynczym lub wieloma ostrzami o zdefiniowanej geometrii takich jak:
toczenie, struganie, cięcie, wiercenie, rozwiercanie, frezowanie, przeciąganie, gwintowanie i
obróbka kół zębatych. Sposoby obróbki narzędziami z praktycznie niepoliczalną liczbą ostrzy
i niezdefiniowaną ich geometrią jak: szlifowanie, gładzenie, dogładzanie, docieranie,
polerowanie, strumieniowo – ścierna, udarowo – ścierna (zwana ultradźwiękową), nazwano
ściernymi.
3
Każdy z rodzajów obróbki skrawaniem, w zależności od poziomu wymagań jej jakości,
można określić jako zgrubny, kształtujący czy wykańczający. Wymusza to zastosowanie
odpowiednich przyrządów, obrabiarek, narzędzi i organizacji procesu technologicznego.
Każdy z rodzajów kształtowania inaczej wpływa na koszt wykonania przedmiotu.
Procentowy wzrost kosztów, spowodowany wzrostem dokładności wymiarowej ma
najczęściej charakter nieliniowy. Postęp techniczny powoduje, że dokładność wykonania
przesuwa się (przy tych samych kosztach) do coraz mniejszych wartości wymiarowych.
Dzisiaj mówimy o nanotechnologii i wyróżniamy ją jako odmianę wykonania przedmiotów z
dokładnością do nanometrów w mechanice precyzyjnej.
Rys. 3. Wzrost dokładności obróbki
Metody obróbki erozyjnej – erodowanie – zaliczane są do kształtowania ubytkowego,
jednak różnią się od skrawania rodzajem wykorzystywanej energii – elektrycznej i postacią
oddzielonego materiału. Zamiast wiórów jak to ma miejsce w skrawaniu, powstają produkty
topienia i odparowania materiału obrabianego w temperaturze 10000K. Poszczególne jej
odmiany znalazły bardzo konkretne zastosowania. Dotyczy to szczególnie obróbki
materiałów konstrukcyjnych, których nie można obrobić skrawaniem czy ścieraniem, na
przykład trudno obrabialnych takich jak: kompozytowych, spieków twardych, spieków
ceramicznych albo stali austenitycznych. Istotną zaletą jest brak obciążenia układu obrabiarki
siłami mechanicznymi. Sprzyja to uzyskiwaniu dobrej dokładności. Wadą jest znaczne, w
4
porównaniu z obróbką wiórową, zużycie energii elektrycznej na jednostkę objętości
usuniętego materiału.
Stosowany jest także podział obróbki z uwagi na kinematykę podstawowych ruchów,
niezbędnych do oddzielenia warstwy materiału, które są określone jako:
–
główny – jest to ten z ruchów (narzędzia lub przedmiotu), który pozwala na
zaistnienie procesu oddzielania, podawany w jednostkach m/min lub m/s. Ma
charakter jednorazowy i zanika, jeśli nie zostanie wykonany jakikolwiek dodatkowy
ruch,
–
posuwowy – ruch (narzędzia lub przedmiotu), który służy do podtrzymania procesu
skrawania i podawany jest w mm/obr lub w mm/skok.
W obróbce wiórowej wyróżnia się trzy umowne metody tworzenia powierzchni
przedmiotu:
• punktową, kształt obrobionej powierzchni jest zbiorem linii będących torem ruchu jednego
lub kilku naroży względem przedmiotu rys.4,
• kształtową, powierzchnia obrobiona powstaje w wyniku współdziałania toru ruchu
narzędzia (zwykle prostego) i kształtu (zarysu) krawędzi skrawającej rys.5,
• obwiedniową, złożone, kinematyczne zazębienie – przedmiotu i narzędzia z wieloma
krawędziami skrawającymi. Powstająca powierzchnia jest obwiednią złożonego kształtu i
trajektorii ruchu krawędzi skrawających rys.6.
Rys. 4. Przykłady obróbki metodą punktową
5
Rys. 5. Przykłady obróbki kształtowej
Rys. 6. Przykłady obróbki obwiedniowej
6
Narzędzia
Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi narzędzia są części zwane:
1. chwytową,
2. roboczą,
3. łączącą.
Geometria części roboczej narzędzi skrawających
Stosowane nazwy krawędzi i powierzchni w narzędziach skrawających pokazano na
przykładzie noża tokarskiego rys.7.
Powierzchnię (lub powierzchnie), po których spływa wiór nazwano natarcia Aγ, oraz
powierzchnię (lub powierzchnie), nad którą przechodzi powierzchnia ukształtowana na
przedmiocie obrabianym nosi nazwę – przyłożenia Aα.
Rys. 7. Krawędzie i powierzchnie noża tokarskiego
Dla ujednolicenia opisu postaci narzędzi, w PN – 92/M – 01002/01 [48], przedstawiono
zasady wymiarowania i kształtowania bryły ostrza narzędzi skrawających z uwzględnieniem
przewidywanej jego pracy. Norma ta definiuje geometrię ostrza w dwóch układach
odniesienia: narzędzia i roboczym.
7
Pp
F-F
Aγ
Pr
Pr
γf
Aα
βf
αf
Aγ O - O
Aα
Pp αo
βo
αn
Ps
S
P
αp
F
Aγ
γp
Aα N - N
Ps
Aγ
κ'r
O
Pf
F
O
εr
κr
βp
Pr
βn
Po
P-P A
α
γo
γn
Widok S
Po
N
N
Ps
P
Pp
Pr
Rys. 8. Geometria w układzie narzędzia – nóż tokarski prawy
Parametry skrawania. Całokształt czynników określających proces skrawania – stanowią
warunki skrawania. Zaliczamy do nich zespół danych charakteryzujących obrabiarkę,
przedmiot obrabiany, narzędzie, sposób mocowania, warunki chłodzenia, prędkości ruchów
narzędzia i przedmiotu obrabianego, wymiary warstwy skrawanej itd. W warunkach
skrawania da się wydzielić pewną grupę czynników, które nazwano parametrami skrawania.
Określają one podstawowe ruchy przedmiotu obrabianego i narzędzia, wymiary naddatku
usuwanego w kolejnych przejściach, geometrię warstwy skrawanej i geometrię ostrza.
Parametry skrawania dzielimy na technologiczne i geometryczne. Do technologicznych
8
parametrów skrawania zaliczamy wielkości określające rodzaj ruchów przedmiotu i narzędzia
oraz głębokość skrawania, a więc te wielkości, które określa się w projektowaniu procesu
technologicznego. Geometryczne parametry skrawania to wielkości charakteryzujące kształt,
wymiary i pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej.
Prędkość skrawania vc – jest prędkością ruchu głównego odpowiadającą chwilowej prędkości
rozpatrywanego punktu styczności krawędzi skrawającej z przedmiotem obrabianym. Przy
wszystkich sposobach obróbki prędkość skrawania wyrażana jest w m/min. Wyjątek stanowią
szlifowanie, polerowanie, dla których prędkość skrawania wyraża się w m/s.
W przypadku, gdy ruch główny jest ruchem obrotowym (toczenie, frezowanie) prędkość
skrawania wyraża się zależnością:
vc =
πDn
1000
[m/min],
bądź
vc =
πDn
60000
[m/s],
gdzie: D – średnica elementu wykonującego ruch główny (przedmiotu obrabianego dla
toczenia lub narzędzia dla wiercenia i frezowania) wyrażona w mm;
n – prędkość obrotowa elementu wykonującego ruch główny wyrażona w obr/min.
Posuw na obrót fo – jest to wielkość przesunięcia narzędzia lub przedmiotu obrabianego
przypadającego na jeden obrót ruchu głównego (występuje przy toczeniu, frezowaniu,
wierceniu itd.) [mm/obr].
Posuw na ostrze fz – jest to wielkość przesunięcia przedmiotu obrabianego przypadająca na
jedno ostrze (występuje przy wierceniu oraz frezowaniu) [mm/ostrze]:
wiercenie f zw =
fo
f
; frezowanie f zf = o .
2
z
Posuw minutowy (prędkość posuwu) ft – jest to wielkość przesunięcia przedmiotu
obrabianego w czasie jednej minuty (występuje przy frezowaniu):
f t = f zf zn,
gdzie z – liczba ostrzy narzędzia;
n – prędkość obrotowa [obr/min].
9
W przypadku strugania, dłutowania spotykamy się z pojęciem posuwu przypadającego na
skok narzędzia.
Głębokość skrawania a – jest to odległość powierzchni obrobionej od powierzchni
obrabianej mierzona w kierunku prostopadłym do powierzchni obrobionej, uzyskiwana w
czasie jednego przejścia narzędzia:
a=
D−d
, [mm]
2
gdzie D – średnica powierzchni obrabianej [mm];
d – średnica powierzchni obrobionej [mm].
Warstwa skrawana. Jest to część materiału obrabianego zawarta pomiędzy powierzchnią
obrabianą i obrobioną, którą skrawa ostrze narzędzia i przekształca w wiór. Charakteryzuje
się ona kształtem, wymiarami i polem przekroju poprzecznego.
Szerokość warstwy skrawanej bD – odległość pomiędzy dwoma skrawającymi punktami
krawędzi skrawającej głównej, określona w płaszczyźnie wymiarowania przekroju
poprzecznego warstwy skrawanej.
Grubość warstwy skrawanej hD – odległość mierzona prostopadle do szerokości tej
warstwy (wielkość przemieszczenia głównej krawędzi skrawającej przypadającej na
jeden obrót przedmiotu).
Temat 2 (3h): Podstawy obróbki plastycznej
Pod pojęciem obróbki plastycznej rozumie się metody wytwarzania półwyrobów i
wyrobów
drogą
zmiany
kształtu
materiału,
uzyskiwaną
działaniem
odpowiednio
skierowanych sił statycznych lub dynamicznych. Obróbka plastyczna ma ogromne znaczenia
w przemyśle motoryzacyjnym, elektrotechnicznym, zbrojeniowym, wyrobów precyzyjnych,
artykułów gospodarstwa domowego itp. Przyczyną takiego rozpowszechnienia procesów
obróbki plastycznej szczególnie w produkcji wielkoseryjnej i masowej są jej liczne, poważne
zalety:
10
1. Oszczędność materiału jest wynikiem wykonywania wyrobu przez zmianę kształtu, a
nie przez usuwanie zbędnego materiału. Podczas obróbki skrawaniem 30% (w
skrajnych przypadkach do 80%) materiału zamienia się w wióry, a podczas obróbki
plastycznej traci się zaledwie 5-10% materiału (zgorzelina, grat, odpad).
2. Oszczędność narzędzi jest wynikiem bardzo dużej ich trwałości, a ponadto możliwości
ich regeneracji (szczególnie narzędzi tłoczących).W rezultacie minio dużego kosztu
bezwzględnego narzędzi ich koszt na jednostkę wyrobu jest znacznie mniejszy w
porównaniu z obróbką skrawaniem.
3. Wydajność procesu, umożliwiająca na niewielkiej powierzchni, przy małej ilości
oprzyrządowania i w krótkim czasie wykonanie dużej liczby wyrobów.
4. Dobra jakość wyrobów, ponieważ materiał przerobiony plastycznie, nawet, jeżeli
zabieg nie powoduje umocnienia wywołanego zgniotem, ma lepsze, w porównaniu z
innymi metodami wytwarzania, własności mechaniczne dzięki korzystniejszemu
przebiegowi włókien. Ponadto wyroby cechuje względnie duża dokładność i stałość
wymiarów.
5. Prostota procesu technologicznego umożliwiająca przy małej liczbie operacji
uzyskanie wyrobu o złożonym kształcie. Ponadto ważna jest możliwość łączenia
tłoczenia z innymi procesami jak skrawanie, spawanie, zgrzewanie itp. oraz łatwość
mechanizacji i automatyzacji robót na prasach i organizowanie linii potokowych.
6. Taniość wyrobu wynikająca z oszczędności materiału i narzędzi, dużej wydajności
procesu
i
możliwości
wykorzystania
pracowników
o
stosunkowo
niskich
kwalifikacjach.
W zależności od temperatury procesu rozróżnia się obróbkę plastyczną na zimno i na
gorąco. Kryterium podziału stanowi temperatura rekrystalizacji materiału. Obróbkę
plastyczną na gorąco stosuje się w razie potrzeby zmniejszenia stosowanych nacisków,
obróbkę plastyczną na zimno stosuje się w odniesieniu do zabiegów nie wymagających zbyt
dużych nacisków, a ponadto w razie potrzeby uzyskania szczególnie dokładnych wymiarów
wyrobu albo w razie potrzeby utwardzania materiału.
11
W zależności od rodzaju ruchu względnego narzędzia i materiału oraz od sposobu wywierania
nacisku na materiał rozróżnia podstawowe rodzaje obróbki plastycznej.
Rys. 9. Podstawowe rodzaje obróbki plastycznej
WALCOWANIE polega na zgniataniu materiału przeznaczonego do obróbki pomiędzy
obracającymi się walcami lub przesuwającymi się szczękami. Istotą procesu walcowania jest
charakterystyczny ruch metalu w kotlinie odkształcenia, wywołany przez aktywne siły tarcia,
przekazywane od napędzanego walca lub szczęki. Podstawową maszyną do walcowania jest
walcarka.
W zależności od kinematyki ruchu narzędzi roboczych i płynięcia metalu w kotlinie
odkształcenia rozróżnia się następujące odmiany procesu:
- walcowanie wzdłużne (na gorąco lub na zimno), w którym kierunek płynięcia metalu jest
zgodny z kierunkiem wektora obwodowej prędkości walców, których osie są wzajemnie
równoległe, a ich kierunek obrotu jest wzajemnie przeciwny;
- walcowanie poprzeczne (na gorąco lub na zimno), w którym metal wykonuje ruch
obrotowy, a kierunek jego płynięcia jest prostopadły do kierunku wektora obwodowej
prędkości walców, których osie leżą w jednej płaszczyźnie i mają zgodny kierunek obrotów,
przy czym zgniatanie realizuje się poprzez zmienną okresowo średnicę beczki, obracających
się walców roboczych, tworzących zmienny wykrój, albo poprzez przemieszczanie się metalu
w kierunku szczeliny pomiędzy walcami roboczymi;
12
- walcowanie skośne (na gorąco), w którym wskutek specyficznego kalibrowania beczek
walców, wykazujących zgodny kierunek obrotów, jednakże nachylonych, zarówno w
płaszczyźnie pionowej (pod kątem zukosowania, przeciwnym dla obu walców), jak i w
płaszczyźnie poziomej (pod kątem rozwalcowania, przeciwnym dla obu walców), powstają
osiowe składowe aktywnych sił tarcia, wciągające metal w strefę odkształcenia, wskutek
czego pasmo jednocześnie wykonuje ruch postępowy - w kierunku osiowym, i obrotowy - w
kierunku obwodowym, wskutek czego zachodzi gniot poprzeczny pasma, ale na drodze
zbliżonej do kształtu śrubowego (widocznego na powierzchni zewnętrznej tulei rurowej).
Klatka walcownicza - walce robocze zabudowuje się w klatce walcowniczej, w której
zachodzi operacja walcowania. Naciski na odkształcany metal wywierane są, więc
bezpośrednio przez walce robocze, których czopy ułożyskowane są w łożyskach i ich
obudowach, umieszczonych w stojakach klatki roboczej.
Rys. 10. Złożenia walców stosowane w klatkach roboczych walcarek: 1 - dwuwalcowa; 2 - podwójne duo; 3 trio przemienna; 4 - trio do blach; 5 - kwarto; 6 - kwarto nawrotne; 7 - seksto; 8 - dwunastowalcowa; 9 dwudziestowalcowa; 10 - kwarto uniwersalne; 11 – uniwersalna do dwuteowników; 12 - kół; 13 - obręczy; 14 okresowa do prętów; 15 - kul; 16 - kół zębatych
13
Walcarką nazywa się komplet urządzeń maszynowych z własnym indywidualnym
napędem, o konstrukcji mechanicznej przystosowanej bezpośrednio do wykonania operacji
walcowania, wchodzącej w skład realizowanego w cyklu technologicznym przerobu
plastycznego.
KUCIE, będące metodą plastycznego kształtowania metalu na gorąco, zachodzącego pod
uderzeniem lub naciskiem narzędzia roboczego. Ze względu na charakter ruchu roboczego
narzędzia odkształcającego, wywołującego określony charakter płynięcia metalu, maszyny
kuźnicze dzieli się na: młoty, prasy i walcarki kuźnicze.
Z uwagi na rodzaj ruchu postępowego, wykonywanego przez narzędzie robocze, wyróżnia
się:
- młotowanie, w którym kształtowanie plastyczne ma charakter dynamiczny - dzięki energii
zmagazynowanej w bijaku młota, przy czym elementem bezpośrednio uderzającym w metal
jest kowadło lub matryca;
- prasowanie, w którym kształtowanie zachodzi statycznie pod naciskiem stempla prasy, do
którego zamontowano kowadło lub matrycę.
Ze względu na kształt narzędzi roboczych i związane z tym ograniczenie swobody płynięcia
metalu w obszarze odkształcenia procesy kucia dzieli się na:
- kucie swobodne, w którym metal kształtuje się między równoległymi kowadłami – płaskimi
lub kształtowymi, nie odpowiadającymi założonemu kształtowi kutego wyrobu, lecz
częściowo ograniczającymi jego swobodne płynięcie w kierunku prostopadłym do kierunku
ruchu narzędzia roboczego;
- kucie matrycowe, w którym metal kształtuje się między matrycami (otwartymi lub
zamkniętymi) o wykrojach, odpowiadających kształtowanej przedkuwce lub odkuwce,
jednakże całkowicie ograniczających jego płynięcie poprzeczne, które ma dodatkowo
zapewnić jego pełne i prawidłowe wypełnienie;
- wyciskanie, w którym kształtowanie polega na wypływie metalu - poddanego ściskaniu
w zamkniętej przestrzeni pojemnika, będącego pod działaniem stempla roboczego, przez
oczko matrycy, o kształcie ściśle odpowiadającym przekrojowi poprzecznemu wyrobu. Ze
14
względu na kierunek płynięcia metalu względem ruchu stempla rozróżnia się: wyciskanie
współbieżne (ruch zgodny) lub wyciskanie przeciwbieżne (ruch przeciwny).
Do kucia swobodnego, prócz młotów i pras hydraulicznych, stosuje się kowarki (poziome
i pionowe) oraz elektrospęczarki. Do kucia matrycowego stosujemy: młoty matrycowe, prasy
cierno-śrubowe, prasy kuźniczo korbowe, prasy kolanowe, kuźniarki, walcarki kuźnicze.
Do podstawowych operacji kuźniczych zalicza się:
- spęczanie, wydłużanie, przebijanie, gięcie, przecinanie, skręcanie, zgrzewanie.
Rys. 11 Przebieg cyklu technologicznego kucia swobodnego
CIĄGNIENIE, będące metodą plastycznego kształtowania metalu (na ogół na zimno), w
którym odkształcenie plastyczne następuje w wyniku działania osiowej siły ciągnącej,
wywieranej przez ciągarkę, i obwodowych sił ściskających, wywieranych przez ciągadło, o
kształcie oczka, odpowiadającego profilowi wytwarzanego wyrobu: pełnego lub z otworem.
Ruch postępowy mechanizmu ciągnącego jest zgodny z ruchem odkształcanego metalu.
15
Maszyną do ciągnienia jest ciągarka, składająca się z ciągadła oraz mechanizmu ciągnącego,
o różnej konstrukcji.
W przypadku ciągnienia rur wewnętrznym narzędziem odkształcającym może być korek lub
trzpień, dodatkowo wywierający wpływ na zmianę średnicy wewnętrznej. W związku, z czym
rozróżnia się następujące technologie ciągnienia rur:
- ciągnienie swobodne (na pusto);
- ciągnienie na korku (pływającym lub stałym);
- ciągnienie na trzpieniu (długim).
Rys. 12 Metody ciągnienia rur: a) swobodne, b) na korku cylindrycznym,
c) na korku swobodnym, d) na długim trzpieniu.
TŁOCZENIE, obejmuje sposoby przeróbki plastycznej blach, taśm i folii (głównie na zimno),
polegające na kształtowaniu ich w przestrzenne wyroby typu: powłok blaszanych,
kształtowników giętych - otwartych lub ze szwem, i innych. Przy projektowaniu tego typu
kształtowania plastycznego należy znać zarówno tłoczność, jak i własności sprężyste blach.
Tłoczenie obejmuje szeroką gamę zabiegów i czynności tłoczenia w zakresie procesów
technologicznych, różniących się sposobem działania sił, rodzajem zmiany kształtu oraz
stosowanymi urządzeniami i narzędziami. Jest to technologia szczególnie szybko rozwijająca
się w świecie i wykazująca znaczny postęp technologiczny.
16
Rys. 13 Przykładowe konstrukcje stempli do wytłaczania [89]:
a) dla średnic do 20 mm, b) i c) dla średnic od 20 do 40 mm, d) i e) dla średnic powyżej 40 mm
Temat 3 (3h): Maszyny technologiczne
Maszyną nazywa się urządzenie mające mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym
korpusie, służące do przetwarzania energii lub wykonania określonej pracy mechanicznej.
Maszynę pobierającą energie mechaniczną w celu wykonania określonej pracy nazywamy
maszyną roboczą. W zależności od spełnianych funkcji maszyny robocze dzielimy na:
-
maszyny produkcyjne,
-
maszyny transportowe,
-
maszyny energetyczne,
W grupie maszyn produkcyjnych najważniejszą grupę stanowią maszyny technologiczne
przeznaczone do wykonywania różnorodnych elementów maszyn i urządzeń.
W zależności od różnych technologii maszyny technologiczne dzielimy na:
-
maszyny do obróbki skrawaniem (obrabiarki skrawające),
-
maszyny do obróbki plastycznej,
-
maszyny i urządzenia odlewnicze,
-
maszyny do łączenia i spawania metali,
-
maszyny do przetwarzania tworzyw sztucznych,
-
maszyny do obróbki erozyjnej.
17
Obrabiarki skrawające to maszyny technologiczne służące do wytwarzania elementów
będących składowymi innych maszyn i urządzeń. Na obrabiarkę składa się wiele systemów
oraz podsystemów technologicznych. Podsystemy te pełnią określone zadania w procesie
oddzielania naddatku obróbkowego z materiału wyjściowego.
Analizując obrabiarkę łatwo można wyróżnić układy:
1. nośny – są to elementy konstrukcji mechanicznej: łoża, ramiona łączące lub
zawierające wszystkie pozostałe systemy,
2. napędowy – realizujący wykonanie ruchów głównych i pomocniczych elementów
mocowania przedmiotu lub narzędzia,
3. sterowania – rozwiązanie umożliwiające wybór świadomy położenia względem siebie
powierzchni przedmiotu i narzędzi, parametrów skrawania itp.,
4. pomiaru i nadzoru – służące do śledzenia przebiegu obróbki, kontroli wyrobów,
wymiany zużytych narzędzi,
5. uchwytowe i przyrządy – służące do mocowania i ustalania przedmiotów obrabianych
i narzędzi wraz z magazynami narzędziowymi,
6. zasilania hydraulicznego napędów i cieczy obróbkowych,
7. magazynowania gotowych elementów i usuwania odpadów produkcyjnych wiórów,
końcówek i odpadków.
Nieodzownym elementem wyposażenia obrabiarki są także roboty produkcyjne –
pomiarowe, podajniki transportowe itp.
Charakterystyczny jest znaczny przyrost mocy we współczesnych obrabiarkach. W napędzie
głównym dochodzi on do 150 kW mocy, zaś w napędach posuwu do 5 kW i więcej. Związane
to jest z dostosowaniem obrabiarek do skrawania z prędkościami dochodzącymi do
1000m/min. Napędy elektryczne pozwalają zmieniać w sposób ciągły prędkość obrotową.
18
Rys. 14 Ogólny podział obrabiarek
Klasyfikacja obrabiarek skrawających:
a) tokarki:
• uchwytowe,
• kłowe,
• tarczowe,
• rewolwerowe,
• karuzelowe,
• zataczarki,
b) wiertarki:
• stołowe,
• stojakowe,
19
• współrzędnościowe,
c) frezarki:
• poziome,
• pionowe,
• wiertarko-frezarki,
d) wytaczarki,
e) piły,
f) strugarki: poprzeczne, wzdłużne, dłutownice
g) przeciągarki,
h) szlifierki:
• do płaszczyzn,
• do otworów,
• dogładzarki,
• docieraczki,
• polerki,
Układ kinematyczny maszyny
Układ kinematyczny obrabiarki stanowią mechanizmy służące do nadawania zespołom
roboczym obrabiarki ruchów niezbednych do wykonania procesu roboczego. Mechanizmami,
z których składa się, układ kinematyczny obrabiarki, są najczęściej łańcuchy kinematyczne.
Stanowią one zbiór połączonych ze sobą par kinematycznych, takich jak przekładnie pasowe,
przekładnie zębate, przekładnie śrubowe, przekładnie zębatkowe itp.
20
Rys. 15. Układ kinematyczny tokarki kłowej uniwersalnej, typ TUM-25
Przełożenie i łańcucha kinematycznego, przekładni, mechanizmu jest to stosunek parametrów
kinematycznych ogniwa biernego do parametrów kinematycznych ogniwa czynnego. Dla
ruchu
jednostajnego,
prostego
(prostoliniowego
lub
obrotowego)
parametrami
kinematycznymi są droga i prędkość ewentualnie parametry np. koła zębatego lub pasowego.
z
d
ω
i= 2 = 1 = 2
z
ω
d
1
2
1
Ponieważ przełożenie całkowite łańcucha jest równe iloczynowi przełożeń poszczególnych
przekładni więc:
I = i ⋅ i ⋅ i ⋅ i ⋅ ...
1 2 3 4
Łańcuch kinematyczny może realizować następujące funkcje:
-
przeniesienie napędu,
-
zmiana prędkości przenoszonego ruchu,
-
zmiana rodzaju przenoszonego ruchu (np. obrotowy na prostoliniowy),
-
zmiana kierunku ruchu.
21
Temat 4 (2h): Podstawy organizacji montażu
Montaż
Procesem technologicznym montażu nazywamy całokształt wykonywanych w określonej
kolejności operacji łączenia, mocowania, ustalania gotowych części w określonym
wzajemnym położeniu, w celu otrzymania początkowo oddzielnych podzespołów, zespołów
lub mechanizmów, a następnie całej maszyny, odpowiadającej określonym warunkom
technicznym.
Istnieją różne metody montażu, które umożliwiają otrzymanie wymiarów montażowych w
określonej tolerancji:
a. Montaż z całkowitą zamiennością części polega na składaniu jednostek montażowych
z takich elementów, które mogą być dowolne, lecz wykonane według założonych
wymiarów i innych wymagań. Ta metoda montażu wymaga bardzo dokładnego
wykonania części. Powoduje to znaczne zacieśnienie tolerancji wymiarów
poszczególnych części a tym samym wpływa na wzrost kosztów produkcyjnych.
Metodę tą stosujemy w produkcji masowej i wielkoseryjnej.
b. Montaż z zastosowaniem selekcji polega na tym, że założoną tolerancje wymiaru
wynikowego uzyskuje się przez odpowiednie kojarzenie elementów podzielonych na
grupy selekcyjne o węższych tolerancjach. Sam montaż w zasadzie się nie różni od
montażu z całkowitą zamiennością części, poza tym, że pracownik musi dobierać
części z odpowiedniej grupy.
c. Montaż z zastosowaniem kompensacji polega na tym, że wymaganą dokładność
wymiaru wynikowego uzyskujemy za pomocą wprowadzenia do konstrukcji danej
jednostki montażowej elementu kompensacyjnego, umożliwiającego uzyskanie
żądanego wymiaru w pewnych określonych granicach. W praktyce stosuje się
kompensatory nieciągłe takie jak podkładki, tulejki dystansowe itp., oraz
kompensatory ciągłe, do których należą śruby, kliny itp. Montaż z zastosowaniem
kompensacji, która w tym przypadku jest kompensacją konstrukcyjną, stosuje się w
produkcji seryjnej.
22
d. Montaż z indywidualnym dopasowywaniem składanych elementów polega na tym, że
wymaganą tolerancję wymiaru wynikowego osiąga się przez zmianę wymiaru
jednego, z góry określonego ogniwa łańcucha wymiarowego, za pomocą szlifowania,
toczenia, piłowania, skrobania itp. Przy stosowaniu takiego montażu należy na
ogniwie kompensacyjnym przewidzieć odpowiedni naddatek umożliwiający nawet
przy najmniej korzystnym zbiegu odchyłek wymiarów składowych, przeprowadzenie
odpowiedniej obróbki. Jest to tzw. kompensacja technologiczna. Metodę tą stosujemy
w produkcji jednostkowej i mało seryjnej z uwagi na dużą pracochłonność i
konieczność zatrudniania pracowników o wysokich kwalifikacjach.
Formy organizacyjne montażu
Organizacja montażu zależy przede wszystkim od wielkości produkcji oraz rodzaju
wytwarzanych wyrobów. W ogólnym przypadku możemy wyróżnić dwie podstawowe formy
organizacyjne montażu:
-
montaż stacjonarny,
-
montaż potokowy.
Montaż stacjonarny jest dokonywany na jednym stanowisku bez przesuwania montowanego
wyrobu. Wszystkie wymagane części zespoły i podzespoły są dostarczane na stanowisko w
odpowiedniej ilości. Istnieją dwie odmiany montażu stacjonarnego:
Odmiana pierwsza to tzw. zasada koncentracji operacji, kiedy to operacje montażu, składają
się z dużej ilości zabiegów o czynności, wykonuje jedna brygada na stanowisku
montażowym. Montaż taki stosowany jest w produkcji jednostkowej i zwany czasami
jednobrygadowym.
Druga odmiana charakteryzuje się tzw. zasadą zróżnicowania operacji, polega na tym, że
montaż podzespołów i zespołów wykonuje szereg brygad równocześnie a montaż ogólny
oddzielna brygada. Ten typ montażu stosuje się głównie w produkcji seryjnej.
Montaż potokowy zwany również przepływowym, stosowany jest w produkcji
wielkoseryjnej
i
masowej, jest
najbardziej
racjonalną formą organizacji
procesu
montażowego. Cecha charakterystyczną tej formy montażu jest to, że jest on podzielony na
23
szereg operacji, z których każda jest wykonywana na odrębnym stanowisku przez jednego lub
kilku pracowników, po czym podzespół (jednostka montażowa) przenoszony jest na kolejne
stanowisko.
Montaż potokowy zwykle jest zorganizowany w ten sposób, że jednostka montażowa
przesuwa się na taśmie lub innym przenośniku przez stanowiska, na których są wykonywane
kolejne operacje montażowe ustalone procesem technologicznym. Rozróżniamy następujące
odmiany montażu potokowego:
Montaż potokowy skoncentrowany – stosowany wtedy, gdy do zmontowania wyrobu
finalnego wystarczy tylko jedna linia potokowa. Stosowany przy wyrobach małych o prostej
konstrukcji.
Montaż potokowy zróżnicowany – stosowany wtedy, gdy do zmontowania wyrobu finalnego
jest konieczne zastosowanie kilku linii potokowych. Przykładem może być wyrób składający
się z kilku podzespołów montowanych na oddzielnych liniach, z których następnie składa się
wyrób końcowy.
Często też spotykamy kombinowaną odmianę montażu potokowego zróżnicowanego tzw.
montaż stacjonarno-potokowy zróżnicowany. Polega on na tym, że niektóre zespoły
montowane są stacjonarnie pozostałe zaś potokowo. Taki montaż stosuje się przy wyrobach
produkowanych w niedużych seriach rocznych oraz przy dużej masie np. silniki okrętowe.
Temat 5 (2h): Projektowanie inżynierskie
Celem konstruowania jest tworzenie nowych obiektów technicznych wynika z konkretnych
potrzeb z jednej strony i możliwości ich realizacji z drugiej. Wstępnym etapem konstruowania
jest skonkretyzowanie potrzeb, które mają być spełnione, a potem określenie możliwości ich
realizacji.
24
Rys. 16 Schemat procesu projektowania
Projekt wstępny, w którym ustalamy podstawowe cechy geometryczne, materiałowe,
energetyczne oraz dokonujemy weryfikacji teoretycznej zaprojektowanej maszyny poprzez
obliczenia. Weryfikacja ta obejmuje sprawdzenie własności kinematycznych, dynamicznych,
wytrzymałościowych, cieplnych oraz określenie niezawodności, trwałości, kosztów, a także
analizujemy konstrukcje pod względem ergonomicznym estetycznym i ekologicznym. Wybór
jednego lub kilku wariantów projektu wstępnego umożliwia opracowanie projektu
technicznego. W projekcie tym określa się wszystkie wymiary konstruowanej maszyny, ustala
się materiały, sposób obróbki elementów, sposób montażu i wymagania, co do dokładności
obróbki i montażu, opisuje się również sposób eksploatacji i konserwacji maszyny.
25
Aby konstruktor mógł dobrze projektować musi znać wiele zagadnień między innymi: rodzaje
półfabrykatów, materiały konstrukcyjne i ich właściwości, rodzaje obróbki, metody obliczeń
wytrzymałościowych itp.
Rodzaje półfabrykatów:
• wyroby
walcowane:
pręty
okrągłe,
sześciokątne,
kwadratowe,
płaskowniki,
znormalizowane kształtowniki, blachy, rury, druty:
• wyroby spawane;
• wyroby ciągnione, łuszczone i szlifowane;
• odkuwki swobodne i matrycowe;
• odlewy w formach piaskowych, w kokilach, odlewane ciśnieniowo;
• wyroby wykrawane i wytłaczane z blach;
• tworzywa sztuczne pręty rury, płyty, wypraski.
Czynniki wpływające na dobór półfabrykatu są: wielkość produkcji, kształt przedmiotu,
materiał przedmiotu lub specjalne zalecenia dotyczące warunków technicznych.
Dobór
materiałów
konstrukcyjnych
musi
uwzględniać
warunki
eksploatacyjne,
technologiczne i ekonomiczne. Podstawowym źródłem informacji o materiałach dla
konstruktora projektanta są normy materiałowe. Właściwości brane pod uwagę przy doborze
materiału:
• właściwości sprężyste,
• odkształcalność,
• twardość,
• udarność,
• wytrzymałość,
• odporność na pękanie,
• pełzanie relaksacyjne,
• tłumienie drgań,
• odporność na zużycie.
• wytrzymałość zmęczeniowa,
26
• wrażliwość na działanie karbu.
• rozszerzalność cieplna,
• przewodnictwo cieplne i elektryczne,
• odporność na korozję itp.
• skrawalność,
• tłoczność,
• spawalność,
• lejność itd.
Materiały stosowane w konstrukcji maszyn:
• metale: stale, żeliwa i staliwa, stopy miedzi, stopy aluminium, stopy tytanu, itd.
• kompozyty: materiały spiekane, polimery z osnową, itp.
• materiały naturalne: drewno, kauczuk, skały i minerały (diament, korund, gips,
marmur…), itd.
• tworzywa sztuczne - materiały wielkocząsteczkowe.
Każdy materiał konstrukcyjny charakteryzuje się określonymi w normach naprężeniami
dopuszczalnymi. Są one określane oddzielnie dla:
• każdego materiału,
• każdego typu obciążenia,
• 3 typów zmienności obciążenia.
Oznaczone są one literka k z odpowiednim indeksem: rozciąganie kr, ściskanie kc, zginanie
kg, skręcanie ks, ścinanie kt.
Każdą konstrukcje projektant musi sprawdzić obliczeniowo uwzględniając dopuszczalne
naprężenia i uwzględniając ewentualne współczynniki bezpieczeństwa. Najczęściej projektant
liczy konstrukcje na ściskanie, zginanie, rozciąganie, skręcanie, wyboczenie, ścinanie i
obliczenia zmęczeniowe.
27
Temat 6 (2h): Podstawy projektowania współbieżnego
CE - Concurrent Engineering (inżynieria współbieżna IW) to systematyczne podejście w celu
zintegrowania, współbieżnego z wymaganiami klienta projektowania produktów i związanych
z nimi procesów (w tym procesy wytwarzania i procesy pomocnicze) zmierzające do
zaangażowania zewnętrznych dostawców w analizę wszystkich elementów cyklu życia
produktu począwszy od koncepcji, a skończywszy na utylizacji, włączając kontrolę jakości,
kosztów i wymagań klienta. Podstawowym zadaniem CE jest przyspieszenie, zwiększenie
efektywności i jakości rozwoju produktu.
Korzyści z zastosowania CE:
- 30% - 70% zmniejszenie czasu rozwoju produktu
- 65% mniej zmian w projekcie produktu
- 20% - 90% skrócenie czasu wdrożenia produktu
- 200% - 600% zwiększenie poziomu jakości
- 20% - 110% zwiększenie produktywności pracowników biurowych
Procesami wpływającymi na projekt produktu są zazwyczaj analizy rynku, zaopatrzenie,
kalkulacja kosztów produkcji, wytwarzanie, montaż, kontrola, jednak projekt powinien
uwzględniać także dalsze fazy cyklu życia produktu takie jak serwis, konserwacja i utylizacja.
Rys. 17 Cykl rozwoju produktu
28
CE kładzie nacisk na zaprojektowanie produktu uwzględniające wszystkie etapy jego
powstawania i funkcjonowania. Każda zmiana wprowadzana w późniejszym okresie pociąga
za sobą koszty, tym większe im późniejsza faza cyklu życia produktu (koszty rosną
logarytmicznie).
Zapewnienie wymagań CE spełniają dwa współfunkcjonujące elementy:
1. Zespoły projektowe
2. System komputerowy
ZESPOŁY PROJEKTOWE
Dla każdego produktu buduje się zespół projektowy złożony z projektantów i przedstawicieli
obszarów funkcjonalnych cyklu życia produktu. Przedstawiciele wybierani są z uwagi na
potrzebę wniesienia do projektu produktu i procesów wiedzy z zakresu specyfiki
funkcjonowania poszczególnych obszarów. Wczesna identyfikacja potencjalnych problemów
i podjęcie działań im zapobiegających to zadanie całego zespołu. Zespół projektowy musi
wziąć pod uwagę wszystkie implikacje cyklu życia produktu. Przy złożonych wyrobach,
zarządzanie projektem może być skomplikowane w związku, z czym proponuje się
metodologię polegającą na łączeniu zadań projektowych w grupy, dla których można
stworzyć efektywną organizację zasobów niezbędnych do realizacji procesu projektowego.
Efektywne uczestnictwo w procesie projektowania wyrobu wymaga przeszkolenia wszystkich
członków zespołu w zakresie filozofii CE.
SYSTEM KOMPUTEROWY
Duży wpływ na projektowanie wyrobu ma właściwy system komputerowy umożliwiający
dostęp do usystematyzowanych danych, ich integrację, a także koordynację przebiegu działań
projektowych.
Dodatkową
zaletą
systemu
komputerowego
jest
niezależny
wgląd
poszczególnych uczestników w projekt wyrobu i procesów, a tym samym możliwość wpływu
na rozwój projektu. Narzędziem sterowania projektowaniem jest CAPP (z ang. Computer
Aided Process Planning. Komputerowo Wspomagany Proces Planowania) obejmujący takie
narzędzia jak CAD, CAM, proces selekcji czy systemy eksperckie służące wstępnemu
projektowaniu produktu i procesów. Wszystkie te elementy wspomagać będą optymalizację
procesów decyzyjnych wszystkich członków zespołów w celu zbudowania kompromisowego
29
rozwiązania projektowego. Ma to szczególne znaczenie ze względu na konieczność
równoczesnego projektowania produktu i towarzyszących mu projektów (co zapewnione
zostanie dzięki symulacjom jakie zapewnia komputer) wymaganą przez CE w celu obniżenia
kosztów produkcji.
Rys. 18 Fazy współbieżnego procesu projektowania
30
Filozofia CE jest stosunkowo prosta do zrozumienia. Złożoność problemu polega jednak na
zastosowaniu algorytmów optymalizacyjnych w systemach komputerowych i umiejętności
ich wykorzystania. Dotychczas stworzony system informatyczny, w przedsiębiorstwie
transformowanym zgodnie z koncepcją Lean, musi być, zatem wzbogacony o brakujące
elementy wymagane przez IW, a personel przeszkolony w zakresie umiejętności jego
zastosowania w praktycznej realizacji projektu. Nie wydaje się jednak to bardziej
skomplikowane od dotychczas stosowanych narzędzi komputerowego wspomagania
sterowania produkcją. Dochodzą jedynie dodatkowe moduły umożliwiające integrację
procesu projektowego wyrobu i procesów jego wytwarzania, a wykorzystujący dotychczas
istniejące bazy danych.
31

Inżynieria wytwarzania IV semestr Wykłady

Transkrypt

Podobne dokumenty

Akademia Morska Szczecin Łukasz Nozdrzykowski

Materiały dydaktyczne Podstawy elektrotechniki i

dobre informacje na koniec tygodnia. DOBRE

Materiały dydaktyczne Podstawy elektrotechniki i