Технические характеристики различных типов производства заготовок

Типы производства

 

В машиностроительном производстве различают три основных типа: массовое, серийное и единичное. Принадлежность производства к тому или иному типу определяется степенью специализации рабочих мест, номенклатурой объектов производства, формой движения этих объектов по рабочим местам.

Степень специализации рабочих мест характеризуется коэффициентом закрепления операций, под которым понимают количество различных операций, выполняемых на одном рабочем месте в течение месяца:

К_З.О,= О/Р,                (1.1)

 

где О - число различных операций, выполняемых на рабочих местах участка или цеха в течение месяца;

Р - количество рабочих мест на участке или в цехе.

Если за рабочим местом, независимо от его загрузки, закреплена только одна операция, то К _З.О. = 1, что соответствует массовому производству. При 1 < Кз.о_, < 10 производство является крупносерийным, при 10 < Кз.о < 20 - среднесерийным, при 20 < Кз.о < 40 - мелкосерийным, при Кз.о > 40 - единичным.

Пример. На участке из 15 рабочих мест в течение месяца на 1, 2, 3, 7, 10, и 13-м рабочих местах выполнялось по одной операции; на 4, 5 и 12-м - по две; на 6, 8, 9 и 11-м - по три и на 14-м и 15-м - по четыре.

Отсюда

 

.

 

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

Массовое производство характеризуется непрерывным изготовлением ограниченной номенклатуры изделий на узкоспециализированных рабочих местах. Изделие - это продукт конечной стадии производства. Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.

 

Технические характеристики различных типов производства заготовок

Характерный признак	Производство
	единичное	серийное	массовое
Повторяемость партий (серий)	Отсутствует	Периодическая	Непрерывный выпуск одних и тех же заготовок
Технологическое оборудование	Универсальное	Универсальное, частично специализированное и специальное	Широкое использование специального оборудования и автоматических линий
Приспособления	Преимущественно универсальные	Специальные, переналаживаемые	Специальные, часто органически связанные с оборудованием
Инструмент	Преимущественно универсальный	Универсальный и специальный	Преимущественно специальный
Квалификация рабочих	Высокая	Различная	Низкая (при наличии высоко квалифицированных наладчиков)
Себестоимость низкая готовой детали	Высокая	Средняя	Самая низкая

 

Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры изделий партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени, и широкой специализацией рабочих мест. Разделение серийного производства на крупно-, средне- и мелкосерийное условно, т. к. в различных отрас-лях машиностроения при одном и том же количестве выпускаемых изделий в серии, но при существенном различии их размеров, сложности и трудоемкости производство может быть отнесено к разным типам. По уровню механизации и автоматизации крупносерийное производство приближается к массовому, а мелкосерийное - к единичному.

Единичное производство отличается изготовлением в единичных количествах широкой номенклатуры неповторяющихся или повторяющихся через неопределенные промежутки времени изделий на рабочих местах, не имеющих определенной специализации (кроме профессиональной). В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную.

Технические характеристики различных типов производств заготовок по основным признакам представлены в табл. 1.1. Повышение степени специализации рабочих мест, непрерывное и прямоточное движение по ним объектов производства, т. е. переход от единичного к серийному и от серийного к массовому производству, позволяет шире применять специальное оборудование и технологическое оснащение, прогрессивные технологические процессы, передовые методы организации труда и в конечном итоге - повышать производительность труда, снижать себестоимость продукции, повышать ее качество.

 

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

Вид заготовок	Доля заготовок, %	Вид заготовок	Доля заготовок, %
Сварные конструкции	50,0	Поковки: штампованные из слитков	8,2 2,1
Отливки в том числе из: чугуна стали цветных металлов	39,65 28,28 9,3 2,07	Изделия из металлических порошков	0,05

 

В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных работ в машиностроении составляет 40...45 % общей трудоемкости производства машин. Главная тенденция в развитии заготовительного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точности их формы и размеров.

Контрольные вопросы

 

1. Какие существуют типы производства? Перечислите их основные признаки.

2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?

3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?

4. Какие существуют формы организации технологических процессов?

5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте её назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

Основные понятия о заготовках и их характеристика

 

2.1 Заготовка, основные понятия и определения

 

Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109-82, называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.

Различают три основных вида заготовок: машиностроительные профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или трубы) или периодического. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или сваркой. Комбинированные заготовки - это сложные заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных более простых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.

Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пределах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том, что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центрование, а иногда и обработку технологических баз.

 

Припуски, напуски и размеры

 

Припуск на механическую обработку - это слой металла, удаляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку - это слой металла, необходимый для выполнения всех необходимых технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Операционный припуск - это слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Припуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных.

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации, рабочего. Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптимальным для данных условий производства.

Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и других факторов. Известно, например, что чугунные отливки имеют дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный поверхностный слой.

Оптимальный припуск может быть определен расчетно-аналитическим методом, который рассматривается в курсе «Технология машиностроения». В отдельных случаях (например, когда еще не разработана технология механической обработки) припуски на обработку различных видов заготовок выбирают по стандартам и справочникам.

 

Рис. 2.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и вала (в): А _эаг, Б _заг, В _заг, D _заг, D ′ _заг, D ″ _заг - исходные размеры заготовки; A _дет, Б _дет, В _дет, D '_дет, D "_дет, - размеры готовой детали; D ₁, D ₂, О' ₁, О" ₁, - операционные размеры заготовки

Действительный слой металла, снимаемый на первой операции, может колебаться в широких пределах, т. к. помимо операционного припуска часто приходится удалять напуск.

Напуск - это избыток металла на поверхности заготовки (сверх припуска), обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев напуск удаляется механической обработкой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис. 2.1 на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов - в минус, для отверстий - в плюс.

 

Конструкционные материалы

 

Роль конструкционного материала в технологическом процессе изготовления деталей машин чрезвычайно велика. С одной стороны, конструкционный материал должен обеспечить изготовление заготовок и деталей с наименьшими производственными затратами. Удельный вес стоимости материалов в себестоимости машиностроительной продукции сравнительно высок (например, в станкостроении он составляет 60 % общей стоимости, при изготовлении локомотивов и вагонов - 70...75 %) и имеет тенденцию к увеличению. С другой стороны, правильный выбор конструкционного материала должен обеспечить детали ее высокие эксплуатационные свойства, ее долговечность и ремонтопригодность. При выборе конструкционного материала необходимо учитывать его эксплуатационные, технологические и экономические свойства.

Эксплуатационные свойства материала должны обеспечить детали надежное выполнение своих функций. С этой точки зрения его выбор производится на основании расчетов, экспериментов или опыта эксплуатации аналогичных деталей. Данные по выбору марок материалов для изготовления деталей, работающих в определенных условиях, обычно приводятся в справочниках.

Технологические свойства (жидкотекучесть, способность к пластической деформации, свариваемость)-важный фактор, определяющий возможность и эффективность обработки данного материала выбранным технологическим методом. Проектируя деталь, конструктор должен с самого начала представлять, как ее будут изготовлять, начиная от получения заготовки и кончая финишной обработкой.

Технологические свойства материала могут заранее определить последующую технологию изготовления заготовок. Например, если станина станка изготавливается из серого чугуна, то заготовку можно получить только литьем. Чугун нельзя обрабатывать давлением. Он практически не сваривается (по крайней мере, при создании новых конструкций) и почти не допускает ремонта наплавкой. Литые заготовки станин требуют дополнительной обработки (естественное старение, низкотемпературный отжиг и др.) для стабилизации формы и размеров.

Экономическая эффективность используемого конструкционного материала может быть оценена его стоимостью и дефицитностью. Экономическая эффективность конструкционного материала не должна сводиться к его низкой стоимости. На выбор материала существенно влияет экономичность методов изготовления заготовок и их последующей обработки, что определяется технологическими свойствами данного материала. Кроме того, при современной тенденции все шире использовать более качественные и, следовательно, более дорогие материалы, необходимо учитывать, как их применение скажется на снижении массы и себестоимости детали вцелом, на увеличении ее срока службы и ремонтопригодности.

Качество заготовок

 

Качество промышленной продукции - это совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные по требности в соответствии с ее назначением. Одними из важнейших показателей качества машин являются:

1) эксплуатационные, которые определяют технический уровень машины (ее совершенство), ее надежность, эстетические и другие характеристики;

    2) производственно-технологические, которые характеризуют главным образом технологичность конструкции машины и ее элементов;

3) экономические, которые характеризуют себестоимость изготовления, эксплуатации и ремонта машины.

Качество заготовки в большинстве случаев оценивается ее точностью и качеством поверхностного слоя.

 

Точность заготовок

Под точностью заготовки понимается ее соответствие требованиям чертежа и технических условий на ее изготовление. Отклонение реальной заготовки от требований чертежа (или эталона) называется погрешностью. Погрешности неизбежны на всех этапах изготовления заготовки, поэтому изготовить абсолютно точную заготовку практически невозможно.

Точность заготовок характеризуется как геометрическими (отклонения формы и размеров), так и физико-механическими свойствами (например, прочность, твердость, упругость, электропроводность и др.). Первая группа показателей изучалась в курсе «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Вторая группа обеспечивается правильным выбором материала и стабильностью технологии изготовления заготовок.

Для каждого метода изготовления заготовок различают достижимую и экономическую точность. Точность, которая может быть достигнута при данном типе производства высококвалифицированным рабочим в наиболее благоприятных условиях, называется достижимой. Экономическая точность достигается при данном технологическом методе в нормальных условиях производства. При проектировании технологических процессов технолог должен ориентироваться на среднеэкономическую точность, которая оговаривается в справочной литературе [31].

 

Основные понятия технологичности

Технологичность конструкции изделия, согласно ГОСТ 14.205- 83, представляет собой совокупность свойств конструкции, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Отработка на технологичность обязательна на всех стадиях создания изделий.

Вопросы технологичности должны решаться комплексно, начиная со стадии проектирования заготовки и выбора метода ее изготовления и кончая процессом механической обработки и сборки всего изделия. Отработанная на технологичность заготовка не должна усложнять последующую механическую обработку. Технологичность, как правило, закладывается на стадии проектирования, поэтому от конструктора требуется высокий уровень технологической подготовки.

Технологичность - понятие относительное. Одна конструкция заготовки может быть технологична при данном типе производства и совершенно нетехнологична при другом. Технологичность зависит также от производственных возможностей данного предприятия (завода). Развитие производственной базы предприятия (например, внедрение станков с ЧПУ, автоматизированного оборудования) изменяет требования к технологичности. производство заготовка технологичность

Порядок и правила обеспечения технологичности устанавливаются государственными стандартами. Современные тенденции состоят в том, что отработка конструкции на технологичность все в большей степени смещается на стадию разработки конструкторской документации. Это требует делового и творческого сотрудничества конструкторов и технологов как при выборе вида заготовки, так и при разработке технологии ее последующей обработки.

Показатели технологичности

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

Качественную оценку («хорошо - плохо», «допустимо - недопустимо») получают путем сравнения двух и более вариантов заготовок. Критерием в этом случае являются справочные данные и опыт технолога и конструктора. Обычно такая оценка производится на стадии эскизного проектирования и всегда предшествует количественной оценке.

Количественные показатели дают возможность объективно и достаточно точно оценить технологичность сравниваемых конструкций. Выбор показателей зависит от назначения детали (заготовки), типа производства и условий эксплуатации. Для каждой детали выбирают свои, наиболее характерные показатели. Применительно к заготовкам чаще всего в качестве показателей технологичности используют трудоемкость изготовления технологическую себестоимость и коэффициент использования металла.

Трудоемкость изготовления заготовки представляет собой суммарные затраты времени на производство заготовки по всем технологическим операциям. Составляющие нормы времени на выполнение работ по отдельным операциям приводятся в соответствующих справочниках.

На ранних стадиях проектирования применяют приближенные методы оценки трудоемкости. Например, «весовым методом» трудоемкость оценивается по трудоемкости типовой заготовки, аналогичной по форме, точности и технологии изготовления:

 

, (2.1)

 

где Т _пр, Т _тип - трудоемкость соответственно проектируемой и типовой заготовок; G _пр, G _тип - масса соответственно проектируемой и типовой заготовок.

Для оценки технологичности используют также отношение трудоемкости механической обработки к трудоемкости получения заготовки Т _мех/ Т _заг. Чем меньше это отношение, тем технологичнее заготовка (уменьшается объём механической обработки). Отношение Т _мех/ Т _заг зависит также от типа производства (для единичного производства оно максимально).

Технологическая себестоимость изготовления применяется для выбора наилучшего варианта заготовки в условиях одного способа производства (цеха, завода). В общем виде для одной детали она состоит из следующих элементов:

 

С_т.д = М + 3 + И_и.о+С_об, (2.2)

 

где М - стоимость расходуемых основных материалов, р./шт.; 3 - заработная плата производственных рабочих, р./шт.; И_и.о - возмещение износа оснастки, р./шт.; С_об - расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования за время изготовления одной детали, р./шт.

Все элементы себестоимости взаимосвязаны. Например, изменение вида заготовки вызывает изменение затрат на механическую обработку. Изменение конструкционного материала может вызвать изменение номенклатуры технологического оборудования. Из сравниваемых вариантов выбирают тот, для которого технологическая себестоимость минимальна независимо от отдельных составляющих.

Коэффициент использования металла - это безразмерная величина, определяемая отношением массы изделия к массе израсходованного металла:

 

К _и.м=G_д/G_p, (2.3)

 

где G _д - масса готовой детали;

G _p- масса всего израсходованного металла, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т. п.

Различают коэффициент К _в.г выхода металла, годного в заготовительных цехах, и коэффициент весовой точности К_в.т:

 

К _в.г = G _з/ G _р, (2.4)

 

где G ₃- масса заготовки;

 

K _в.т = G _д/G_з. (2.5)

 

При прочих равных условиях более выгодны высокие значения K _и.м. Для оценки влияния технологичности заготовки на коэффициент использования металла необходимо помнить, что

 

К _и.м = К _в.г К _в.т. (2.6)

 

Типы производства

 

В машиностроительном производстве различают три основных типа: массовое, серийное и единичное. Принадлежность производства к тому или иному типу определяется степенью специализации рабочих мест, номенклатурой объектов производства, формой движения этих объектов по рабочим местам.

Степень специализации рабочих мест характеризуется коэффициентом закрепления операций, под которым понимают количество различных операций, выполняемых на одном рабочем месте в течение месяца:

К_З.О,= О/Р,                (1.1)

 

где О - число различных операций, выполняемых на рабочих местах участка или цеха в течение месяца;

Р - количество рабочих мест на участке или в цехе.

Если за рабочим местом, независимо от его загрузки, закреплена только одна операция, то К _З.О. = 1, что соответствует массовому производству. При 1 < Кз.о_, < 10 производство является крупносерийным, при 10 < Кз.о < 20 - среднесерийным, при 20 < Кз.о < 40 - мелкосерийным, при Кз.о > 40 - единичным.

Пример. На участке из 15 рабочих мест в течение месяца на 1, 2, 3, 7, 10, и 13-м рабочих местах выполнялось по одной операции; на 4, 5 и 12-м - по две; на 6, 8, 9 и 11-м - по три и на 14-м и 15-м - по четыре.

Отсюда

 

.

 

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

Массовое производство характеризуется непрерывным изготовлением ограниченной номенклатуры изделий на узкоспециализированных рабочих местах. Изделие - это продукт конечной стадии производства. Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.

 

Технические характеристики различных типов производства заготовок

Характерный признак	Производство
	единичное	серийное	массовое
Повторяемость партий (серий)	Отсутствует	Периодическая	Непрерывный выпуск одних и тех же заготовок
Технологическое оборудование	Универсальное	Универсальное, частично специализированное и специальное	Широкое использование специального оборудования и автоматических линий
Приспособления	Преимущественно универсальные	Специальные, переналаживаемые	Специальные, часто органически связанные с оборудованием
Инструмент	Преимущественно универсальный	Универсальный и специальный	Преимущественно специальный
Квалификация рабочих	Высокая	Различная	Низкая (при наличии высоко квалифицированных наладчиков)
Себестоимость низкая готовой детали	Высокая	Средняя	Самая низкая

 

Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры изделий партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени, и широкой специализацией рабочих мест. Разделение серийного производства на крупно-, средне- и мелкосерийное условно, т. к. в различных отрас-лях машиностроения при одном и том же количестве выпускаемых изделий в серии, но при существенном различии их размеров, сложности и трудоемкости производство может быть отнесено к разным типам. По уровню механизации и автоматизации крупносерийное производство приближается к массовому, а мелкосерийное - к единичному.

Единичное производство отличается изготовлением в единичных количествах широкой номенклатуры неповторяющихся или повторяющихся через неопределенные промежутки времени изделий на рабочих местах, не имеющих определенной специализации (кроме профессиональной). В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную.

Технические характеристики различных типов производств заготовок по основным признакам представлены в табл. 1.1. Повышение степени специализации рабочих мест, непрерывное и прямоточное движение по ним объектов производства, т. е. переход от единичного к серийному и от серийного к массовому производству, позволяет шире применять специальное оборудование и технологическое оснащение, прогрессивные технологические процессы, передовые методы организации труда и в конечном итоге - повышать производительность труда, снижать себестоимость продукции, повышать ее качество.