Мамонова Ирина Павловна

Тема магистерской работы: "Многономенклатурная обработка самостопорящихся гаек на роторных и роторно-конвейерных линиях"
Руководитель: Михайлов А.Н.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:

Роторная технология внесла и продолжает вносить существенный вклад в развитие научно-технического прогресса, перевооружение отдельных отраслей промышленности, повышение уровня автоматизации производ-ственных процессов и производительности труда, снижение себестоимости и улучшение качества выпускаемой продукции.

Установлено что только в машиностроении не менее 25% всей вы-пускаемой продукции может производиться на автоматических роторных и роторно-конвейерных линиях (АРЛ и АРКЛ).

Роторные линии в нашей стране и за рубежом использовались в основном для производства боеприпасов к стрелковому оружию, штучных товаров пищевых производств, препаратов медицинской промышленности и других предметов массовых производств.

Опыт последнего десятилетия показывает, что наиболее рациональным является применение АРЛ для изготовления малогабаритных изделий простейшей формы, когда инструменту достаточно сообщить простейшие движения или когда обработка осуществляется перемещением рабочей среды (нагрев, окраска, напыление и т.п.).

Роторные линии являются одной из высших форм автоматизации технологических процессов: межмашинное и внутримашинное транспортирование потока предметов обработки осуществляется непрерывно с постоянной скоростью, что позволяет легко управлять производительностью и качеством обработки.

АРЛ и АРКЛ во много раз превосходят любое современное оборудо-вание по производительности и компактности, но уступают по гибкости. Причина в том, что в них заложен принцип независимости выполнения транспортных и технологических функций, поэтому их производительность может быть выше в 10 раз и более, чем традиционных станков, в том числе и автоматов.

На роторной линии удается осуществлять разнохарактерные и разно-длительные операции, объединенные в одном потоке. АРЛ и АРКЛ наиболее целесообразно применять в производствах, где отработанны прогрессивные, мало или совсем безотходных технологий получения готовых деталей.

Характерной особенностью автоматических роторных и роторно-конвейерных линий является выполнение технологических операций в процессе непрерывного транспортирования предметов обработки совместно с обрабатывающим инструментом, которое обеспечивается системой привода транспортного (вращательного) движения. Поэтому технологические (рабочие) роторы выполняют две функции: транспортную и технологическую, что существенно сокращает время производственного цикла.

В современной промышленности широко используются крепежные изделия с деформированным торцом: болты, винты, самостопорящиеся гайки, гвозди, шурупы, и т.д. Производство этих изделий высокоавтоматизировано, однако для их изготовления применяется раздельное технологическое оборудование, что неэффективно, так как требует больших расходов на содержание производственных площадей , транспортирование деталей от станка к станку и др. Одновременное изготовление этих изделий на одной технологической линии позволит снизить себестоимость и повысить технико-экономические показатели их изготовления, избежать транспортных расходов.

Рисунок1.- Самостопрящаяся гайка.

Автоматическая роторная линия (АРЛ) - это средство массового типа производства, следовательно, использование многономенклатурных роторных линий позволит одновременно изготавливать небольшие партии только тех деталей, которые необходимы для изготовления только данной серии изделий. Как средство комплексной автоматизации производства, использование АРЛ позволит автоматизировать весь технологический процесс изготовления деталей с деформированным торцом, и тем самым свести время их изготовления к минимуму.

За рубежом АРЛ и АРКЛ также применяют в различных отраслях, но наибольшее распространение они получили в пищевой и фармацевтической промышленности.

Традиционно большую группу АРЛ и АРКЛ представляют системы для мойки, сушки, дезинфекции, наполнения и укупорки банок и бутылок, а также наклеивания этикеток на них. Их выпускают американские, итальянские, французские, английские и другие фирмы.

Но все же металлообработка стала той областью, где впервые нашли применение роторные линии. Именно в ней родились и были отработаны многие типовые конструктивные решения технологических роторов для различных формоизменяющих, термохимических, контрольных и других операций, определившие в дальнейшем возможность распространения роторных линий в других отраслях производства.

АРЛ и АРКЛ обладают очень высокой производительностью и в первую очередь решают проблемы комплексной автоматизации массовых производств.

ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Основой создания любой технологической машины, автоматической линии, системы и комплекса есть технологический процесс. На начальном этапе проектирования, основываясь на результатах теоретических и экспериментальных исследований, устанавливают минимальную продолжительность обработки для каждой технологической операции, а итак, и период tp рабочего походка создаваемой машины.

Технологический процесс изготовления изделий на роторных системах характеризуется тремя значениями производительности:

- технологической- это производительность идеальной роторной машины с up инструментальными блоками при условиях непрерывного действия, абсолютной надежности и бесконечной долговечности. Технологическая производительность определяется по формуле:

Пт= up/ tp ,

Цикловой - она учитывает, что период рабочего цикла каждого инструмента технологической машины состоит из промежутков времени, затрачиваемого на осуществление рабочих tp и холостых tp ходов. Частота и автоматизм повторения исполнительными органами рабочего цикла разрешают однозначно определить цикловую производительность роторных машин:

Пц= up / (tp+ tх)

-ожидаемой - она показывает число объектов или деталей, которая может обработать технологическая машина в единицу времени при ожидаемых условиях эксплуатации:

По= up / (tp+ tх+Е(tп))

где Е(tп) - математическое ожидание продолжительности вынужденных простоев роторной машины, которые приходятся на каждую обработанную деталь в ожидаемых условиях эксплуатации.

Основным условием трудоспособности автоматических линий является равенство цикловых производительностей всех технологических и транспортных роторов Пц=const, при котором обеспечивается синхронность работы всех механизмов. Таким образом, режимы обработки самостопорящейся гайки должны выбираться исходя из условия обеспечения этого равенства.

На основании изучения условий работы узла изделия, можно предложить несколько вариантов конструкции изделия (смотри рисунок 2). Гайка, которая имеет в своей верхней части широкое нейлоновое кольцо, разрешает использовать ее в в особенно нагруженных узлах, однако высокое кольцо утрудняет изготовление. Гайки с неметаллическими вставками в средней части разрешают исключить такие слесарные операции, как завальцовка, кернение, калибрование вставки, однако сложность изготовления пазов для вставок и необходимость запрессовки колец по уже нарезанной резьбе затрудняют автоматизацию технологического процесса изготовления. Конструкция гайки с скошенной головкой разрешает снизить усилие завальцовки, однако снижается стойкость режущего инструмента, применяемого при обработке. Таким образом, предложенная на рисунке 1 конструкция является оптимальной.

Варианты конструкций самостопорящихся гаек

Разработка технологического процесса изготовления изделий на автоматических линиях роторного типа в самом общем случае содержит у себя такие этапы, как выбор или разработка конструкций рабочих и транспортных машин, анализ базирования и выбор режимов обработки исходя из условия обеспечения равенства производительностей, проектирования рабочих машин. Важное значение при создании многономенклатурних роторных систем имеет маршрутизация предметов обработки. При создании многономенклатурних роторных систем используется, в основном, простая маршрутизация, при которой сумма технологических каналов равняется сумме инструментальных блоков всех роторов, и редко, смешанная, при которой число технологических каналов кратно числу инструментальных блоков соседних роторов или эти числа имеют общий множитель. При разработке технологического процесса обработки самостопорящейся гайки, учитывая разную продолжительность операций, более всего целесообразно применять смешанную маршрутизацию предметов обработки.

Анализируя конструкцию деталей, а также принимая во внимание особенности роторных систем, при разработке технологического процесса изготовления самостопорящейся гайки, должны быть решенные такие задачи:

1. Выбор оптимального способа получения заготовок.

2. Автоматизация процессов нанесения покрытия и слесарных операций. Выбор или создания оптимальных конструкций роторных машин, которые разрешают более всего полно реализовать возможности автоматических линий роторного типа.

3. Выбор оптимальных режимов обработки, которые разрешают осуществить технологический процесс изготовления самостопорящейся гайки, с минимальными затратами.

При разработке структуры многономенклатурного технологического процесса непрерывного действия основными исходными данными являются годовая программа выпуска деталей и некоторые технико-экономические характеристики роторной линии. Годовая программа выпуска гайки одного типоразмера составляет 250000 штук. Таким образом, годовая программа линии составит 1млн. штук, что соответствует массовому типу производства. При условии, что линия будет работать в одну смену по восемь часов на протяжении года, действительная производительность линии составит:

Пд=1000000/(254ґ8ґ60)=8,2 (шт. /мин).

На начальном этапе проектирования технологического процесса примем коэффициент технического использования линии ктв=0,65. Тогда цикловая производительность:

Пц=Пд/ктв=8,2/0,65=12 (шт. /мин.)

С учетом коэффициента производительности (в=0,8) технологическая производительность:

Пт=Пц/в=12/0,8=15(шт. /мин.)

Материал корпуса гаек пластичный и разрешает получать заготовки методами пластической деформации, а именно методом холодного объемного штампования выдавливанием, которое обеспечит высокую точность размеров и расположение поверхностей. Методы штамповки выдавливанием высоко автоматизированные, а оборудование, применяемое при получении заготовок, разрешает одновременно получать заготовки нескольких типоразмеров. Из всех возможных способов, наиболее рациональным, с точки зрения качества поверхностного слоя деталей, является комбинированное выдавливание, при котором кольцевое тонкостенное выступление выходит прямым, а корпус гайки обратным выдавливанием. Такая схема обеспечивает минимальные деформации, которые благоприятно сказывается на процессе штампования

На всех операциях обработки необходимо придерживаться принципов постоянства и совмещения баз, поэтому целесообразно использовать одну схему базирования при обработке всех поверхностей, и вдобавок избранная схема базирования должна отвечать известным конструкциям машин. Исходя из этого, наиболее оптимальная схема базирования самостопорящейся гайки, представленна на рисунке обеспечивает погрешность обработки, которая выражается нижеприведенной формулой . При условии закрепления самоцентрирующим устройством, с прибавлением усилия закрепления перпендикулярно оси детали, погрешности базирования Еб и погрешность закрепления Ез равняются нулю. Тогда погрешность обработки Е равняется погрешности приспособления Епр:

Е = (Еб2+Ез2+Епр2)0,5

Схема базирования для операции завальцовки должна обеспечивать возможность самоустановки детали под обрабатывающим инструментом.

Технологический процесс обработки самостопорящейся гайки, на многономенклатурной роторной линии включает такие операции:
1. Обработка внутренних поверхностей гаек.
2. Контроль полученных отверстий.
3. Нарезание резьбы.
4. Нанесение защитного покрытия.
5. Сушка.
6. Фосфатирование.
7. Промывка.
8. Сборка.
9. Завальцовка.
10. Калибрование вставки.

ПЕРЕЧЕНЬ НЕРЕШЕННЫХ ВОПРОСОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ.
Крепежные детали (гайки, винты, болты и т.п.) широко используются в конструкциях машин, как правило, в больших количествах, поэтому при получении этих изделий особенно остро стоит вопрос повышения производительности труда.
Целью работы является повышение технико-экономических показателей производства деталей с деформированным торцом путем применения многономенклатурных роторных систем как средства комплексной автоматизации производства а также синтез технологической структуры на базе АРЛ и АРКЛ для полной обработки изделия, включая такие процессы, как термообработка (фосфатирование поверхности), сборка и пластическое деформирование торца (завальцовка).
Основной задачей при создании такой технологической структуры будет проектирование технологического ротора для пластического деформирования торца, который позволит повысить производительность этой операции и заменить ручной труд на машинный.
Также в магистерской работе будет разработана структура многономенклатурной автоматической роторной линии, что позволит производить на такой линии обработку деталей разных типоразмеров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ:

1. Обоснована возможность совместного изготовления большого числа крепежных изделий на одной технологической линии, что может быть использовано для создания новых технологических модулей для выпуска ограниченного числа номенклатур изделий.
2. Разработана структурная схема АРЛ и определены технико-экономческие показатели для условий многономенклатурного производства на поточно-пространственных технологических модулях, что может быть использовано как образец для создания новых высокоэффективных роторных систем.
3. Разработана структура комплексного многономенклатурного технологического процесса непрерывного действия для производства крепежных изделий на поточно-пространственных системах роторного типа, что позволит повысить технико-экономические показатели производства крепежных изделий.
4. Проанализированы геометро-кинематические параметры новых роторных машин для завальцовки самостопорящихся гаек, что позволит обоснованно подойти к анализу возможности применения поточно-пространственных технологических ситем в других отраслях промышленности
5. Проанализирована возможность одновременной завальцовки и калибрования вставки на роторой машине

МЕТОДЫ, СРЕДСТВА И НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

1. Обснована возможность совместного изготовления большого числа крепежных изделий на одной технологической линии.
2. Систематизированы основные положения структурного синтеза многономенклатурных роторных машин.
3.Применены новые поточно-пространственные технологические системы роторного типа для условий многономенклатурного производства.
4. Разработана структурная схема АРЛ и определены технико-экономческие показатели для условий многономенклатурного производства на поточно-пространственных технологических модулях.
5. Разработана структура комплексного многономенклатурного технологического процесса непрерывного действия для производства крепежных изделий на поточно-пространственных системах роторного типа.
6. Проанализированы геометро-кинематические параметры новых роторных машин для завльцовки самостопорящихся гаек.

При проведении научных исследований были проанализирована имеющаяся научная литература по производству крепежных изделий и роторных линий. При исследовании новых поточно-пространственных технологических модулей широко применяется компьютерное моделирование; при расчете технико-экономических показателей применяются методы математической статистики. При разработке комплексного технологического процесса используется теория графов.

ВЫВОДЫ

Переход к комплексной автоматизации производства на базе систем роторных машин позволяет получить технико-экономический эффект: повышение производительности в 1,2-1,4 раза; сокращение производственного цикла обработки в 2,8-3,0 раза; сокращение производственных площадей в 1,4-1,5 раза; снижение себестоимости продукции в 1,1-1,3 раза.

НЕРЕШЕННЫЕ ВОПРОСЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Современное состояние вопросов комплексной автоматизации и многономенклатурного производства на базе роторных систем позволяет определить круг задач, которые должны быть решены при проектировании какой-либо роторной линии, в том числе линии для производства самостопорящихся гаек:
1. Сокращение коэффициента использования машин, находящихся в одной линии.
2. Решение проблем кинематической сложности машин.
3. Обеспечение универсальности машин и их достаточной загруженности
4. Сокращение количества законов движения рабочих и транспортных органов.
5. Унификация внешних форм деталей.

Ближайшими задачами комплексной автоматизации производства следует считать замену ручного труда при выборочном контроле качества продукции, разработку систем контроля качества продукции, разработку систем контроля качества поверхности деталей, создание автоматизированного управления системами роторных линий в условиях цехов-автоматов. Решение этих задач позволит дополнительно высвободить рабочих, занятых однообразными операциями контроля, внедрить систему бригадного обслуживания и, как следствие, повысить технико-экономическую эффективность роторных линий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кошкин Л. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. - 2-е изд. стереотип. - М.:Машиностроение,1986. - 320 с., ил.
2. Кошкин Л. Н. Комплексная автоматизация производства на базе роторных линий., Изд. 2 - е, переработ. и доп. М., "Машиностроение", 1972, 351 стр.
3. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М., "Машиностроение", 1973, 640с.
4. Клусов И. А. Проектирование роторных машин и линий: Учеб. пособие для студентов машиностроит. спец. Вузов. - М.: Машиностроение, 1990. -320 с.
5. Роторные линии. И. А. Клусов И. А. Р. Сафарянц М., Машиностроение - 1969, 195 стр.
6. Остафьев В. А., Маслов В. П. Роторные и роторно - конвейерные линии в металлообработке. - К.: Тэхника, 1988. - 135с.
7. Автоматические роторные линии / И. А. Клусов, Н. В. Волков, В. И. Золотухин и др. - М.: Машиностроение, 1987. - 288с., ил.
8. Прейс В. В. Технологические роторные машины: вчера, сегодня, завтра. - М.: Машиностроение, 1986. - 128с., ил.
9. Васильев С. П. Производство крепежных изделий. Учебник для ПТУ. М., "Металлургия", 1981, 104с.
10. Петриков В. Г., Власов А. П. Прогрессивные крепежные изделия. - М.: Машиностроение, 1991.- 256с.: ил.
11. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые соединения. Библиотека конструктора. М., "Машиностроение", 1973, стр. 256.
12. Владимиров Ю. В., Герасимов В. Я. Технологические основы холодной высадки стержневых изделий. - М.: Машиностроение, 1984.
13. Мисожников В. М. Холодная высадка крепежных деталей: обзор. - М.: ЦИНТИМАШ, - 64с.
14. Якухин В. Г. Оптимальная технология изготовления резьб. - М.: Машиностроение, 1985 - 184с.
При проведении исследований широко использовались ресурсы интернета.