Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i

Transkrypt

66
Julian Jakubowski, Damian Pinkowski
Julian JAKUBOWSKI, Damian PINKOWSKI
Instytut Politechniczny PWSZ w Sulechowie
Instytut Informatyki i Zarządzania Produkcją, Uniwersytet Zielonogórski
e–mail: [email protected]
Dobór technologii wytwarzania w aspekcie
technologiczności i kosztów przy wykorzystaniu
systemów komputerowych CAD/CAM
Streszczenie: W artykule opisano analizę porównawczą wyboru technologii wytwarzania dla elementu typu grot. Do jej przeprowadzenia wybrano
trzy następujące metody produkcyjne: odlewanie w formach piaskowych,
obróbkę ubytkową, obróbkę plastyczną – kucie matrycowe. Ze względu na
postawione kryteria wyboru jako najodpowiedniejszą (minimalizującą
straty materiału oraz koszty) z nich określono metodę obróbki plastycznej
poprzez kucie matrycowe. Przedstawiono także możliwości komputerowego wspomagania wytwarzania na przykładzie narzędzi niezbędnych do
operacji kucia grota. Zawarto w niej proces technologiczny frezowania
matryc w programie Catia V5, ze szczegółowym opisem obróbki w mało
rozpowszechnionym module Surface Machining.
1. Wprowadzenie
Konieczność skracania czasu przygotowania produkcji, redukcji kosztów oraz wzrastające wymagania dotyczące jakości wyrobu wymusiły na producentach zmiany w podejściu do etapu przygotowania i podjęcia decyzji o uruchomieniu produkcji określonego
wyrobu. Osiągane jest to najczęściej poprzez integrację danych wynikających z modeli
produktów i procesów ich wytwarzania oraz z modeli środków produkcji.
Dominującą rolę od początku zaistnienia technik CAx w przemyśle, tj. od lat osiemdziesiątych odgrywają systemy komputerowo wspomaganego projektowania. Jednakże
dzisiejsze systemy CAD, nawet te najprostsze, znacznie różnią się od swoich poprzedników. Można powiedzieć, ze większość z nich, nazywana tylko CAD spełnia wymagania systemów CAE. Techniki CAD rozwijają się z każdym rokiem, zmianie uległ także
sposób rozpowszechniania bibliotek i szablonów CAD. To, co na początku lat dziewięćdziesiątych stanowiło o core competiencies producenta systemu dzisiaj jest dostępne na stronach internetowych producentów on-line i ciągle aktualizowane. Szczególnie
widoczne jest to w zakresie modeli 3D. Dużą rolę w rozwoju tych bibliotek odegrała
norma STEP (ISO 10303), dostarczając narzędzi do wymiany danych pomiędzy różnymi systemami CAx [2].
Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…
67
Do stosowania różnorodnych technik CAx w przedsiębiorstwach produkcyjnych i usługowych zobligowały wymagania rynku, takie jak:
•
•
•
•
gwałtownie zmieniające się preferencje na rynku klienta,
zmiany w relacjach klient – dostawca,
wprowadzanie metod zmniejszania kosztochłonności i zwiększania wydajności, przez
co wymuszany jest coraz krótszy cykl rozwoju produktów, procesów ich produkcji,
konieczność minimalizacji stanów zapasów poprzez usprawnianie procesów logistycznych.
Działania te doprowadziły do rozwoju takich koncepcji stosowania efektywnych i innowacyjnych jak:
•
•
LP (Lean Production) – produkcja oszczędna (racjonalna),
JIT (Just in Time) produkcja i sterowanie dostawami zgodnie z zasadą: dokładnie na
czas,
• TQM (Total Quality Management) kompleksowe zarządzanie jakością,
• VM, VP, VF (Virtual Manufacturing, Virtual Production, Virtual Factory) wirtualne
wytwarzanie, wirtualna produkcja, wirtualne przedsiębiorstwo.
Większość z wymienionych koncepcji jest ściśle powiązana z wprowadzaniem różnych
technik w zarządzaniu, produkcji i logistyce w oparciu o standardy określone w normach ISO. Do najważniejszych norm należą:
•
•
•
normy serii ISO 9000-2008 odnoszące się do zarządzania jakością,
normy serii ISO 14000 dotyczące produkcji ekologicznej,
norma ISO 10303, znana bardziej pod nazwą STEP (Standard for the Exchange of
Product Model), która zawiera wytyczne odnoszące się do standardów wymiany danych modelu produktu. Norma zawiera formaty danych dotyczących wymiany danych o produkcie i procesie w zakresie integracji wielofunkcyjnych systemów komputerowych wykorzystywanych w projektowaniu i wytwarzaniu.
Integracja systemów CAD i CAM wynika z podobieństwa stosowanych modeli,
a przede wszystkim z faktu następujących faz rozwoju wyrobu. Takie połączenie ma na
celu przetwarzanie modeli 2D lub 3D w gotowe instrukcje dla obrabiarek NC i CNC,
które sterują pracą narzędzia, by wytworzyć zaprojektowany detal.
Systemy CAD/CAM stanowią zintegrowane środowisko programowe, wspomagające
cały cykl projektowania, począwszy od procesu konstruowania po obróbkę na obrabiarkach sterowanych numerycznie bądź stworzeniu kart operacyjnych dla obróbki konwencjonalnej. Podłożem wielu systemów CAD/CAM są pakiety umożliwiające trójwymiarową geometrię. Konstruktor ma możliwość wyboru wielu opcji graficznych, za
pomocą których może łatwo modyfikować obraz, co z pewnością ułatwia pracę.
Współpraca obu tych systemów jest niezbędna w trakcie realizowania zamówienia,
ponieważ zadaniem projektanta jest dopasowanie rysunku do potrzeb systemu CAM.
Taką zależność umożliwia wprowadzenie odpowiedniego interfejsu, który zapewnia:
•
•
odczyt danych geometrycznych,
oddzielny wykaz warstw oraz dobór odpowiedniej do dalszej pracy,
68
•
•
•
właściwy układ współrzędnych dla programowania obróbki,
wybór profili (które mają zostać poddane obróbce lub ograniczać jej obszar),
samoczynne tworzenie linii programu dla obrabiarek CNC, definiowanie określonych elementów oraz przesyłanie ich do konkretnego procesora.
Korzystanie z systemów CAD/CAM w różnych fazach procesu umożliwia:
•
•
•
•
•
wybór optymalnego rozwiązania konstrukcji dzięki możliwości sprawdzenia dużej
ilości wariantów jej wykonania (pozwala obniżyć koszty produkcji i eksploatacji przy
jednoczesnym zwiększeniu jakości wyrobu),
zmniejszenie czasu projektowania (następstwem czego jest większa wydajność twórcza projektantów, prowadząca do zwiększenia efektywności pracy),
zwiększenie stopnia bezpieczeństwa oraz niezawodności maszyn, a także zapewnienie
równomiernego zużycia ich elementów dzięki użyciu modeli i metod inżynierskich,
połączenie prac technologicznych i projektowych i wykonywanie ich równolegle,
korzystanie z baz danych, co zwiększa wybór możliwości rozwiązań projektowych.
2. Sformułowanie problemu
W pracy rozważano problem doboru procesu technologicznego dla wyrobu przedstawionego na rysunku 1.
Rys. 1. Model analizowanego wyrobu
Punktem startowym jest projekt konstrukcji modelu wyrobu. Ten etap jest niezbędny do
przybliżenia kształtu oraz oszacowania przybliżonej masy i objętości modelu finalnego,
ponieważ elementy te mają wpływ na wybór metody wytwarzania. Model finalny
w tym przypadku osiągnięty został poprzez modyfikacje kształtu brył podstawowych,
z uwzględnieniem wymagań (ujętych w polskich normach) i zasad konstrukcji technologicznej dla danej metody kształtowania.
69
Ważnym czynnikiem w procesie technologicznym jest materiał, z którego wykonany zostanie przedmiot. Wybór materiału w znacznej części uzależniony jest od metody wytwarzania.
Jako pierwszą określono technologię wytwarzania, ponieważ dopiero po wybraniu metody
jaką ukształtowany zostanie wyrób możliwe było dobranie odpowiedniego materiału.
Ze względu na minimalizację kosztów w procesie produkcyjnym głównym kryterium
wyboru jest koszt danej metody.
Zebrane założenia projektowe uwzględnione zostały w procesie technologicznym.
W procesie tym określono skalę produkcji oraz wszystkie niezbędne elementy potrzebne
do jego budowy, spełniając założenia sprowadzające się do wytworzenia wyrobu gotowego przy jak najmniejszych kosztach oraz minimalizacji liczby operacji i zabiegów produkcyjnych. Analizy prowadzone były na bazie modeli 3D przygotowanych w systemie CAD.
2.1. Wybór technologii wytwarzania
Pierwszy etap procesu projektowania systemu produkcyjnego dotyczył wyboru metody
produkcyjnej i jej cech. Cechami metody są m.in.: materiał, wymiary i kształt, dokładność i chropowatość, wielkość partii, szybkość produkcji oraz nakłady finansowe [1].
W tym rozdziale przeanalizowane zostaną różne metody wytwórcze.
Rys. 2. Wykres wspomagający wybór metody produkcyjnej (pole powierzchni – najmniejszy przekrój poprzeczny) [1]
70
Do wytypowania potencjalnych metod wytwarzania posłużono się wykresem wspomagającym wybór metody (rysunek 2). Tego typu wykresy pomagają określić technikę produkcyjną dla danego typu elementu. Pozioma oś wykresu określa wielkość elementu (w tym
przypadku masę) w skali logarytmicznej. Skala ta obejmuje zakres 10-12 ÷ 106 kg (czyli od
jednego nanograma do tysiąca ton).
Przy wykorzystaniu wykresu wspomagania wyboru techniki wytwarzania dla grota
ozdobnego określono pole powierzchni w przedziale w przedziale P ≈ 10-3 ÷ 10-2 m2,
oraz najmniejszą grubość przekroju 1 ÷ 10 mm.
Dane te zostały naniesione bezpośrednio na wykres na rysunku 2, na którym prostokątem zaznaczono obszar możliwych wyborów.
Na podstawie wykresu wspomagającego wybór metody produkcyjnej do analizy wybrano trzy potencjalne metody kształtowania wyrobu:
•
•
•
odlewanie,
obróbkę plastyczną – kucie,
obróbkę skrawaniem.
W celu potwierdzenia dokonanego wyboru przeprowadzono analizę wyboru metody
wytwarzania z uwzględnieniem takich czynników jak zawartość informacji oraz masa
wyrobu. Zawartość (złożoność) informacji jest to matematyczny opis kształtu wyrobu
zapisany w bitach. Do obliczenia zawartości informacji wykorzystano wzór 1. Analiza
potwierdzająca opracowana została na podstawie wykresu z rysunku 3.
 l 
C = n ⋅ log 2   ≈ 48,38 ;
 ∆l 
(1)
gdzie:
n
– liczba wymiarów koniecznych do opisania modelu (n = 9);
l
– średnia geometryczna wartości wymiarów (20,77);
∆l – średnia geometryczna dokładność wymiarów (0,5).
Wartość współczynnika zawartości informacji mieści się w przedziale: 10 ÷ 102. Przyjmując, że wyrób o objętości 30,88 cm3 zostanie wykonany ze stali o gęstości
g = 7,86 g/cm3 jego masa wynosi ≈ 0,242 kg. Masa wyrobu przypisana została do przedziału: 10-1 ÷ 1 kg. Zebrane dane liczbowe przeniesiono na wykres (rysunek 3) określając obszar wyboru metody wytwórczej dla analizowanego wyrobu.
Przeprowadzone obliczenia potwierdziły trafność wytypowania (do analizy porównawczej) trzech technik wytwarzania jakimi są: obróbka plastyczna, odlewanie oraz obróbka skrawaniem. W kolejnym etapie przeprowadzono analizę w oparciu o główne kryteria wyboru metody wytwarzania:
•
•
•
materiałochłonność,
koszt wytworzenia,
pracochłonność.
71
Rys. 3. Wykres wspomagający wybór metody produkcyjnej (złożoność inf. – masa) [1]
Na rysunku 4 przedstawiono zostały wartości strat materiału dla analizowanych metod
wytwórczych. Graficzna ilustracja tych wielkości przedstawia dużą dysproporcję między obróbką ubytkową a pozostałymi technikami produkcyjnymi. Największe straty
materiałowe poniesione zostaną w przypadku zastosowania obróbki ubytkowej
tj. 149,12 cm3/szt. Rozwiązaniami przystępnymi okazały się techniki kształtowania plastycznego oraz odlewania, w których odpad materiału klasyfikuje się odpowiednio na
poziomach 0 cm3/szt. oraz 4,63 cm3/szt. Najlepszym rozwiązaniem jest wybór metody
obróbki plastycznej techniką kucia matrycowego przynoszący w efekcie straty materiałowe równe 0, nie uwzględniając odpadu wynikającego z doboru techniki cięcia pręta.
Następnie przeprowadzono analizę kosztów materiału potrzebnego do wytworzenia
jednej sztuki wyrobu (z odpadem) przyjmując wstępnie materiał stal o cenie rynkowej
2,93 zł/kg.
72
Przeprowadzona analiza dowiodła, że metodą najekonomiczniejszą pod względem zuz
życia materiału jest obróbka plastyczna a dokładniej kucie w matrycach zamkniętych.
Uzyskane dane w celach porównawczych przedstawiono na rysunku 5.
149,12
160,00
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
4,63
0,00
Odpad materiału
[cm^3]
Rys. 4. Straty materiału w wybranych metodach produkcyjnych na 1 szt. wyrobu
4,14
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
2,44
0,71
koszt wytworzenia
1sztuki z odpadem
[zł]
Rys. 5. Koszt materiałowy
materiał
1szt. wyrobu w poszczególnych metodach (wraz z odpadem)
Wszystkie z wyżej wymienionych metod produkcyjnych charakteryzują się odmiennyodmienn
mi czynnościami i operacjami wchodzącymi w skład procesu produkcyjnego. PracoPrac
chłonność danej technologii wytwarzania zależy od liczby czynności
czynności i stopnia trudności
operacji potrzebnych do wytworzenia produktu.
73
Koszt wytworzenia jednej sztuki wyrobu w przypadku obróbki skrawaniem jest relatywnie wysoki, wynosi 4,14 zł i znacznie odbiega od cen rynkowych. Jest to jedna
z głównych przyczyn odrzucenia tej metody. Nieco lepiej sprawa wygląda w przypadku odlewów, koszt materiałowy jednej sztuki produktu wynosi 2,44 zł. Niestety przy tak
wysokim koszcie materiałowym cena ostateczna produktu nie byłaby w stanie konkurować na rynku z wyrobami innych producentów. Zadowalający wynik uzyskujemy
przy produkcji grota metodą kucia na gorąco w matrycy zamkniętej, koszt materiałowy
wynosi ≈ 0,71 zł. Metoda kucia wypadła również najlepiej w kategorii pracochłonności. Odpad przy produkcji tą metodą praktycznie nie występuje. Do dalszych analiz
przyjęto, że wyrób zostanie wykonany ze stali St3S.
2.2. Analiza technologiczności konstrukcji wyrobu
Rozwiązanie konstrukcyjne wyrobu powinno być zgodne z zasadami konstrukcji stosowanymi w poszczególnych metodach produkcyjnych. Według M. Felda ze względu na
koszt i stopień trudności wykonania matryc odkuwki matrycowe zazwyczaj stosuje się
w produkcji seryjnej oraz wielkoseryjnej [4].
Projektowanie modelu odkuwki wiąże się z technologiczną konstrukcją elementu wytwarzanego, jak i również matryc służących do jego produkcji. Te dwa czynniki wpływają na siebie wzajemnie. Zadaniem konstruktora jest zaprojektowanie dwóch zależnych od siebie elementów pozwalających na zgodne z założeniami wyprodukowanie
przedmiotu przy minimalnych kosztach.
Analizy technologiczności wyrobu przeprowadzono wykorzystując system CATIA.
Pierwotny zarys projektowanego elementu umożliwił wybór linii podziału matryc.
W przedmiotach symetrycznych linia podziału zazwyczaj przebiega wzdłuż osi symetrii [5]. Tak zaprojektowany podział przedmiotu na dwie identyczne matryce likwiduje
możliwość wystąpienia sił bocznych, które są efektem niepożądanym. Zalecane jest,
aby linia podziału była linią prostą [5].
W konstrukcji modelu przedmiotu kutego matrycowo należy zwrócić szczególną uwagę
na pochylenia ścian pionowych (rozumiane jako ściany prostopadłe do linii podziału)
projektowanej odkuwki [3]. Pochylenia te stosowane są w celu łatwiejszego wyciągnięcia odkuwki z matrycy oraz zmniejszenia siły tarcia występującej podczas operacji
kucia. Zapobiega to również pękaniu i szybkiemu zużywaniu się matryc.
Kolejnym ważnym aspektem, który należy uwzględnić przy projektowaniu elementu
kutego matrycowo jest unikanie kątów ostrych w wewnętrznych narożach odkuwki,
ponieważ w takim układzie płynące na siebie dwie prostopadłe strugi metalu spotykając się ze sobą, nie łączą się i w wyniku tego powstaje tzw. nieciągłość. Tego typu
kąty można zastępować łagodniejszymi przejściami jakimi są zaokrąglenia wewnętrznych naroży. W wyniku tej operacji zmieniony został kształt całego wyrobu, w tym
wysokość, szerokość oraz połączenia ścian części ostrosłupa. Zastosowane zostały
minimalne zaokrąglenia krawędzi pomiędzy ścianami części ostrosłupowej (3˚).
W wyniku zmniejszania się przekroju poprzecznego części stożkowej w sposób proporcjonalny do wzrostu jej wysokości, zmodyfikowane krawędzie spotykają się, tworząc zaokrąglenie wierzchołka o promieniu R = 3 mm. Wszystkie pozostałe promienie
74
zaokrągleń mieszczą się w granicznych wartościach. Efekt
Efekt końcowy tego etapu
przedstawiono na rysunku 6.
Rys. 6. Model wyrobu po modyfikacjach
Jak już wcześniej zostało wspomniane elementy kute są wyrobami produkowanymi
seryjnie, a ich rynkowa, hurtowa cena jest bardzo niska (w granicach ~ 2 ÷ 20 zł, zależzale
na od masy i stopnia trudności wykonania elementu). Z tego względu przy projektowaprojektow
niu grota ozdobnego należy minimalizować koszty, liczbę operacji oraz czas potrzebny
do wykonania tego wyrobu.
W celu zmniejszenia kosztów i czasu, związanych
związanych bezpośrednio z wykonaniem
wy
grota
ozdobnego można wyeliminować z procesu technologicznego operację wykonania przedprze
kuwki. Aby możliwe było wykonanie elementu bezpośrednio z gotowego półfabrykatu
(np. pręta walcowanego) należy doprowadzić
do
do zmniejszenia różnic pomiędzy szerokoszerok
ściami przekrojów poprzecznych. W ten sposób materiał wypełni formę efektywniej oraz
zmniejszy się ryzyko powstania wad odkuwki. Wykonanie elementu o granicznych różniróżn
cach szerokości przekrojów poprzecznych wiąże się z dużymi naprężeniami generowanymi
gene
podczas kucia, wskutek
skutek czego może dojść do uszkodzenia matryc, których koszt jest znaczznac
nie większy niż zastosowanie przedkuwki.
przedkuwki. Dlatego też, już na etapie projektowania modelu
elementu kutego należy uwzględnić typ materiału wejściowego i dostosować model wyrobu.
wyro
2.3. Model procesu technologicznego
Wykorzystując model przestrzenny wyrobu oraz możliwości systemu CATIA w ostatostat
nim etapie opracowano
owano model matrycy do kucia. Matryce
Matryce są odzwierciedleniem kształtu
modelu wyrobu. To dzięki nim w tym przypadku materiał wejściowy
wejściowy przybiera kształt
gotowego elementu. Stale wykorzystywane do produkcji matryc kuźniczych powinny
pow
charakteryzować się m.in.:
•
•
•
•
dużą wytrzymałością na rozciąganie
rozciąg
o wartościach Rm > 900 MPa,
twardością powierzchni roboczych w skali Brinella (HB) z przedziału:
ziału: 300 ÷ 500
[N/mm2] (stan odpuszczony),
wysoką odpornością na ścieranie,
wysoką granicą plastyczności (2200 MPa).
75
Parametry mechaniczne matryc poprawić można stosując dodatkowo (po jej wykonawykon
niu) obróbkę
óbkę cieplno – chemiczną lub poprzez zastosowanie warstw powierzchniowych
pokrywających miejsca robocze matrycy (np. azotowanie, laserowe stopowanie węgliwęgl
kiem wolframu). Matryce do kucia na gorąco najczęściej wykonywane są ze stali narzęnarz
dziowych tj.: X38CrMoV51, X30WCrV95, 55NiCrMoV7. Wszystkie gatunki stali
st
przeznaczone do pracy na gorąco
gor
zestawiono w normie PN - 77/H - 85021 [5].
Jako materiał na matryce wybrano stal narzędziową PN – WCL (odpowiednik
EN - X37CrMoV51).
Program Catia V5 umożliwia budowę modelu matryc na podstawie modelu części wyw
konywanej.
j. Do tego celu potrzebne m.in. są: model przestrzenny elementu, model sus
rowej matrycy (matrycy przed frezowaniem) oraz płaszczyzna podziału. Wstępny mom
del matrycy przedstawiono na rysunku 7.
Rys. 7. Model matrycy wykonany przy użyciu narzędzia Remove
W ostatnim etapie opracowano proces technologiczny frezowania matrycy. ZróżniZróżni
cowanie kątów zaokrągleń wykroju matrycy, tworzy problem w wyborze narzędzia
o odpowiedniej szerokości i dostatecznym promieniu zaokrąglenia jego krawędzi roborobo
czej. Dlatego też, do
do obróbki matrycy grota zostały wykorzystane trzy frezy o różnych
wymiarach i wartościach zaokrągleń części roboczej. Frezowanie przeprowadzono
w 3 operacjach:
•
•
•
obróbka zgrubna (wstępne nadanie kształtu przy wykorzystaniu narzędzia o średnich
rozmiarach, eliminujące
liminujące czasochłonne zbieranie materiału frezem o wymaganej średśre
nicy ze względu na kształt elementu),
obróbka kształtująca (zastosowana w celu obróbki zaokrągleń o małym promieniu,
czyli miejsc pominiętych przy obróbce zgrubnej. Wykonana przy wykorzystaniu
wykorzysta
narzędzia o małej średnicy i kącie zaokrąglenia części roboczej),
obróbka wykańczająca (zabieg wygładzania zadziorów i przejść powstałych w wyniwyn
ku dwóch poprzednich zabiegów. Narzędzie zastosowane do tego typu obróbki chach
rakteryzuje się stosunkowo dużą średnicą i promieniem zaokrąglenia w odniesieniu
do frezów wykorzystanych w dwóch poprzednich zabiegach).
76
Na rysunku 8 przedstawiono przykładowe okno programu Catia modułu Machining.
Rys. 8. Przykładowe okno modułu Machining
achining wspomagające proces frezowania
frezowan
Po dodaniu wszystkich zabiegów i uzupełnieniu ich kart obróbki można sprawdzić efekt
operacji poprzez przeprowadzenie symulacji obróbki.
3. Wnioski
W pracy przeprowadzono analizę porównawczą różnych metod wytwarzania wykorzywykorz
stując system Catia. Na podstawie
podstawie przeprowadzonych analiz wybrano metodę najlepszą
pod względem pracochłonności, materiałochłonności oraz kosztu wytworzenia wyrobu.
Ze względu na funkcję jaką spełnia przedmiot, głównym kryterium wyboru były minimin
malizacja strat materiałowych oraz kosztów. Metodą spełniającą w stopniu najwyższym
postawione wymagania okazała się obróbka plastyczna poprzez kształtowanie materiału
techniką kucia w matrycach zamkniętych.
Strata materiału generowana przy zastosowaniu samej operacji kucia w matrycach zaz
mkniętych nie występuje. Natomiast wymaga ona aby materiał wejściowy posiadał
odpowiednie wymiary oraz określoną objętość.
Opisywana materiałochłonność techniki kucia w matrycach zamkniętych w porówporów
naniu z wynikami analizy dwóch pozostałych metod tj. obróbki ubytkowej
ubytkowej (148.12 cm3)
oraz odlewania w formie piaskowej (4.63 cm3) jest wielokrotnie niższa.
Odpad materiału wpływa w znacznym stopniu na koszt materiałowy, który jest koko
lejnym kryterium wyboru. Natomiast głównym czynnikiem oddziaływującym na jego
poziom jest
st cena materiału (wymaganego przy produkcji daną metodą) wyrażona
w jednostkach zł/kg. Techniką najekonomiczniejszą,
najekonomiczniej , w rozumieniu minimalizacji koszkos
77
tów poniesionych z tytułu zakupu materiału, jest kucie w matrycy zamkniętej. W porównaniu z pozostałymi metodami, które uzyskały wyniki rzędu 4.12 zł (obróbka ubytkowa) oraz 2.44 zł (odlewanie) obróbka plastyczna poprzez kucie w matrycach
zamkniętych wypadła najlepiej kształtując orientacyjny koszt materiałowy dla wytworzenia jednej sztuki wyrobu na poziomie 0.71 zł.
W kolejnym etapie pracy model grota dostosowano pod kątem technologiczności
względem wybranego typu obróbki w dwóch wariantach: kucia z przedkuwki oraz bezpośrednio z półfabrykatu. Dodatkowe modyfikacje modelu grota umożliwiające wykonanie detalu bezpośrednio z pręta pozwoliły (w wyniku eliminacji potrzeby wykonywania przedkuwki) zaoszczędzić poszczególne środki pracy, wpływające m.in. na koszt
wytwarzania detalu. Na podstawie wykonanego modelu przestrzennego grota (przy
zastosowaniu komputerowo wspomaganego projektowania) możliwe było wykonanie
trójwymiarowego modelu matryc (CAM) oraz opracowanie procesu technologicznego,
czyli elementów niezbędnych do jego wytworzenia.
Wykorzystanie systemów wspomagających procesy projektowania oraz wytwarzania pozwoliło na wielokrotne nanoszenie modyfikacji wynikających z przeprowadzonej analizy
oraz dostosowania modelu względem wyznaczonych kryteriów, wpływając tym samym
korzystnie na czas projektowania detalu oraz opracowania procesu technologicznego.
Poprzez dobranie odchyłek wymiarowych dla wytwarzanego elementu naniesiono ramy
jakościowe określające tolerancje kształtu dla wyrobu zgodnego z wymaganiami. Pozwoli to przeprowadzić kontrolę (eliminującą wyroby niezgodne) o jasno wytyczonych
wymaganiach opisanych liczbowo w postaci tolerowanych odchyłek względem określonych wymiarów grota ozdobnego.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ashaby M. F., Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. WNT,
Warszawa 1998.
Chlebus E., Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji. WNT,
Warszawa 2000.
Durlik I., Inżynieria Zarządzania. Strategia i projektowanie systemów produkcyjnych część I. Wyd. Placet, Warszawa 2004.
Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części
maszyn. WNT, Warszawa 2009.
Muster A., Kucie matrycowe. Projektowanie procesów technologicznych. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002.
Skarbiński M., Skarbiński J., Technologiczność konstrukcji maszyn. WNT,
Warszawa 1987.
78
The technology selection of production
in aspect of the producibility and costs
using CAD/CAM systems
Summary
The comparative analysis of choice of the technology production for element of cave
type in article was described. To its execution, three following productive methods:
casting in sand forms, machining, plastic forming were chosen. With the regards of criteria of choice as the most suitable (minimalize the loss of material as well as costs) the
method of plastic forming was choosen. The possibility of computer aid on all stages of
production processes is also described.

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i

Transkrypt

Podobne dokumenty