1. Впервые разработана классификация резьбовых изделий с позиции автоматизации сборочного процесса, позволяющая установить границы применяемости видов сборки.

2. Описание технологического процесса сборки резьбовых изделий, выполняемых на роторных машинах.

3. Для процесса автоматизированного проектирования роторно-сборочной системы впервые разработан комплекс математических моделей и алгоритмов реализации этих процедур, которые учитывают основные технологические конструкторские и экономические факторы, влияющие на производительность системы.

1. слесарно-доделочные работы (зачистка заусенцев, опыливание, сверление отверстий, нарезание резьбы и пр.);

2. пригоночно-поводочные работы (пригонка поверхностей, непредусмотренная технологическим процессом сборки, а также «нормальные» пригоночно-доводочные операции, предусмотренная ТУ на сборку;

3. слесарно-вспомогательные работы (изготовление прокладок, пружин, шайб и других деталей);

4. балансировка деталей и сборочных единиц;

5. собственно-сборочные работы;

6. обкатка и испытание сборочных единиц и изделий;

7. разборка и демонтаж изделия;

8. консервация и упаковка.

профильные.

    Показано на рисунке 4 :

Рисунок 4 – Классификация соединений по форме сопрягаемых поверхностей [33, 39]

    С точки зрения автоматизации можно рассматривать каждый сборочный процесс можно рассматривать как единство и взаимосвязь трех компонентов: объектов автоматизации, технологического процесса и средств, обеспечивающих выполнение поставленной задачи.
    В качестве объекта автоматизации были выбраны резьбовые соединения, так как они являются наиболее распространенным видом разъемных соединений [2, 32, 40] и встречаются практически во всех изделиях машиностроения, судостроения, автомобилестроения, и иных областях промышленности. Это следует также и из выше перечисленных классификаций, из которых, видно, что разъемные неподвижные соединения, представителями которых являются резьбовые соединения, составляют 45% (рисунке1.3).
    Еще одном аргументом в вопросе выбора может служить необходимость снижения трудоемкости сборки резьбовых соединений по отношению к другим видам соединений [41]. Соотношение видов соединений по трудоемкости представлена на рисунке1.5.

Рисунок 5 – Соотношение видов соединений по трудоемкости

    По вопросу автоматизированной сборки резьбовых соединений существует целый ряд проблем, требующих детальных разработок, а именно: до настоящего времени отсутствует системный подход к анализу и синтезу процесса автоматизированной сборки резьбовых соединений. Который бы позволил увидеть разнообразные группы факторов, влияющие на процесс сборки, учитывать их изменения и взаимосвязь в различных ситуациях и влияние на конечный результат, а также создавать обобщенные модели, описывающие весь процесс и отдельные его составляющие.
    Для решения этих вопросов необходимо, прежде всего, провести анализ способов сборки резьбовых соединений.

2.1.2 АНАЛИЗ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ «ВЕНТИЛЬ АВ – 013М»

    Основным элементом при сборке резьбового соединения является деталь “Корпус”, который является элементом вентиля АВ – 013М ручного (см.рис. 6) предназначенного для установки в пневмосети, работающие на воздухе, гелии, азоте, аргоне. Он предназначен для крепления на нём деталей вентиля и присоединения непосредственно к сети, и является основным элементом вентиля.

Рисунок 6 – Вентиль АВ – 013М

    Вентиль ручной имеет следующие характеристики: давление рабочей среды 40 МПа, температурный диапазон работоспособности ± 50°, условный проходной диаметр 10мм, габаритные размеры 163х160х47 мм.
    Схема соединения входящих в состав сборочной единицы показана на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема соединений входящих в состав сборочной единицы "Вентиль АВ – 013М"

    В резьбовом соединении все детали разделяются на две группы: соединяемые и соединяющие. В сборочной единице одна из деталей бывает несущей: к ней прикрепляются остальные. Несущей деталью является корпус вентиля. Поэтому соединяемые детали разделяются на основные (базовые) и присоединительные (комплектующие) [32]. К базовым деталям относятся те детали, которые, обладая большой массой и размерами, остаются обычно неподвижными в процессе сборки и являются пассивными. Именно к ним присоединяют остальные детали. Базовые детали объединяют все остальные в одну сборочную единицу или изделие. К ним относятся: клапан, втулка, винт, корпус верхний.
    Соединение резьбовых деталей производится с разных направлений и под разными углами. В частности, оно осуществляется вдоль горизонтали (справа, слева, спереди или сзади), а также под разными углами к вертикали и горизонтали[6,32,37, 38, 39].
    Разные детали, образующие соединение, при автоматической сборке ведут себя неодинаково [18, 32, 39]. Об их способности к осуществлению этого процесса можно судить по таким признакам:

гайка.

    Для сборки резьбовых соединений применяются различные виды устройств, которые включают в себя следующие группы:
    1) загрузочные – служат для накопления и перемещения в пространстве собираемых объектов (лотки, бункеры и др.);
    2) установочные – служат для правильной взаимной установки базовых и присоединительных объектов с требуемой точностью и фиксации в требуемом положении;
    3) ориентирующие – предназначены для придания объектам сборки требуемого положения в пространстве;
    4) рабочие – служат для выполнения конкретных соединений (наживления, завертывания, предварительной и окончательной затяжки и стопорения);
    5) контрольные – служат для проверки момента затяжки и др. требуемым показателям качества (испытательные стенды, устройства для контроля и др.);
    6) комбинированные – соединяют в себе два и более из рассмотренных выше типов приспособлений (вибробункер с встроенным ориентирующим устройством и т. п.).
    Основными инструментами для механизированной и автоматизированной сборки резьбовых соединений являются разнообразные типы гайковертов, патронов резьбозавертывающих головок, полуавтоматов и автоматов, конструкции которых выбирают в зависимости от способа сборки, основные разновидности которых можно представить следующей схемой (рис. 8).

Рисунок 8 – Схема основных разновидностей способов сборки резьбовых соединений

    Из достаточно большого количества представленных способов сборки выделим только такие, которые обладают преимуществами, делающих их особенно рациональными и эффективными для массового производства, а именно, способы сборки с помощью автоматизированных и автоматических систем.

2.2 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

2.2.1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

    Деталь корпус, относится к классу призматических деталей. Изготавливается из стали 12Х18Н10Т ГОСТ4543-71, которая имеет следующий химический состав: С=0.12%, Cr=18%, Ni=10%, T»1%, S=0.02%, P=0.035%. Данная сталь относится к конструкционным жаропрочным сталям и имеет такие физико-механические свойства: sв=530МПа, sт =236МПа, удовлетворительно обрабатывается резанием.
    На чертеже детали имеются все виды, сечения и разрезы, необходимые для представления конструкции детали. Размеры проставлены с отклонениями, параметры шероховатости соответствуют точности поверхностей. Допуски формы и расположения поверхностей достаточно обоснованы и не вызывают трудностей при их достижении (увязанные поверхности обрабатываются на одном установе). В конструкции данной детали не имеются лишних элементов.
    Конструкция детали позволяет вести обработку, как на универсальном оборудовании, так и на специализированном. Обработка детали возможна с применением универсального и специального режущего и мерительного инструмента доступ, которого к обрабатываемым поверхностям свободен. На детали все элементы технологичны, кроме отверстия, т. к. отверстия находится на цилиндрической поверхности. Самыми точными поверхностями являются отверстия Ф13h8 и Ф22h8. Их получаем сверлением, зенкерованием и развёртыванием. Поверхности резьбовые М36х2-6g и М22х1,5-6g получаем двукратным точением, а резьбу нарезаем резцом. Квадрат 38h12х38h12 получаем фрезерованием на горизонтально-фрезерном станке с использованием специальной фрезы.
    Деталь жесткая и это не ограничивает выбор режимов резания. Нет смысла заменять её сборной.
    Все поверхности детали доступны и не вызывают трудностей в обработке.
    Требования по радиальному биению 0,05мм можно обеспечить при обработке заготовки в трёхкулачковом патроне.
    Несмотря на указанные недостатки, деталь является технологичной.

2.2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПРОИЗВОДСТВА

     По заданной годовой программе выпуска деталей Nг=100000 шт./год и заводским данным по трудоёмкости изготовления детали определяем:
    Тип производства [42]:
    Такт выпуска деталей:


    где: Fd – действительный годовой фонд времени при двухсменной работе,
    Fd =3890 ч.
     D – годовая программа выпуска деталей D=100000
    t=1,9 мин.
    к=0,8 – поправочный коэффициент.
    Коэффициент серийности [42]:


     где: tшс=3,25 мин – среднее штучное время изготовления детали по данным заводского технологического процесса.
    Кс=0,57 , что соответствует массовому типу производства.

2.2.3 ВЫБОР МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

    При выборе заготовки для заданной детали назначаем метод её получения, определяем конфигурацию, размеры, допуски и припуски на обработку и составляем технические требования, предъявляемые к заготовке.
    Для получения заготовки возможны следующие методы: литьё, ковка, штамповка, резка проката.
    Ковка не применяется, т.к. это экономически не выгодно, заготовка не будет соответствовать необходимой конфигурации.
    Литьё не используем, т.к. сталь 12Х18Н10Т высоколегированная сталь, которая имеет плохие литейные свойства.
    Использование проката ограничивается из-за формы детали и низкого коэффициента использования металла,


    где: Mz – масса заготовки,
    Md – масса детали,


    Ким=0.18,
    что недопустимо в условиях массового производства.
    Применение штамповки в закрытых штампах нецелесообразно, т.к. заготовка имеет сложную конфигурацию. Из ковки и штамповки принимаем штамповку в открытых штампах, т.к. этот метод обеспечивает получение более точной заготовки, снижение значений припусков и повышение коэффициента использования металла.
    В качестве экономического обоснования приведем пример расчёта стоимости штампованной и литой заготовки.
    Стоимость литой заготовки:


    где: Ci – базовая стоимость 1 т отливок, Ci=9800 грн [43] (c учётом коэффициента инфляции );
    Q – масса заготовки, Q = 0,66 кг;
    Kt –коэффициент точности, для отливок 2го класса точности Kt = 1.05 [43];
    Kc – коэффициент сложности, для заготовок 2й группы сложности Kc = 0,9 [43];
    Kb – коэффициент массы заготовки, для заготовки из легированной стали массой до 20 кг Kb = 0,4 [43];
    Km – коэффициент материала, для легированной стали Km = 1,93 [43];
    Kn – коэффициент серийности, для 1й группы серийности Kn = 0,5[43].
    q – масса готовой детали;
    S1 – цена 1 т отходов, S1 = 750 грн.
    S = 114 грн.
    Стоимость штампованной заготовки:


     где:
    Q = 0,66 кг,
    Kt – коэффициент точности, для нормальной точности Kt = 1 [43];
    Kc – коэффициент сложности, для 3й степени сложности Kc = 1, [43];
    Kb – коэффициент массы заготовки, для заготовки из легированной стали массой до 20 кг; Kb = 0,75 [43];
    Km – коэффициент материала, для легированной стали Km = 1,79 [43];
    K = 1 [43].
    Sшт = 407 грн.
    Из расчётов видно, что стоимость штампованной заготовки выше стоимости отливки, однако, материал детали – высоколегированная сталь, которая имеет плохие литейные свойства. Литьё нельзя применить из-за больших технологических трудностей, возникающих при его выполнении в условиях данного предприятия.
    Из всех проанализированных способов получения заготовки выбираем штамповку в открытых штампах т.к. форма заготовки максимально приближена к готовой детали, что позволяет значительно сократить припуски на механическую обработку, а также с учётом партии выпуска данных деталей это наиболее производительный метод.

    Расчёт размеров заготовки:

    1 Расчетная масса штамповки [43]:

    mp = mд*к,

    где: mд – масса детали,

    к – расчётный коэффициент, к=1.5,

    mp = 0,44*1,5=0,66 кг.

    2 Группа стали: сталь12Х18Н10Т относится к группе М1[43].

    3 Масса фигуры:

    mф=((еП*(1,05*Д)2/4)*1,05*L+1.053*а2*в)*7800,

    где: Д – диаметр детали,
    L – длина детали,
    а – ширина квадрата,
    в – длина квадрата,

    mф=(((3,14*(1,05*0,022)2/4)*1,05*0,016)+((3,14*(1,05*0,022)2/4)*1,05* 0,016))+((3,14*(1,05*0,036)2/4)*1,05* 0,027)+(1,053*0,0382*0,032))*7800=0,775 кг.
    4 Степень сложности:

    С=mp /mф ,
    где:
    С – расчётный коэффициент,
    mф – масса фигуры, в которую вписывается деталь, mф = 0,775 кг,
    С= 0,66/0,775= 0,85

    Исходя из коэффициента определяем степень сложности С1[43].
    5 Класс точности: принимаем Т4 [43].
    6 Определяем исходный индекс: 9 [43].
    На фаски, канавки, отверстия, пазы назначаем кузнечные напуски. Полученные данные заносим в таблицу 1.1:

    Таблица 1.1 – Определение размеров поковки


    Для упрощения формы штамповки принимаем Ф 38,8+0,8-0,4 за квадрат 40.2+0,8-0,4 .

3 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

    В результате проведенных исследований выполнено следующее:

1. Решена важная народно-хозяйственная задача, состоящая в повышении эффективности роторных машин для сборки резьбовых изделий путем компоновок на базе пространственно функционального подхода;

2. Проведен анализ резьбовых соединений, входящих в состав сборочной единицы – «Вентиль АВ – 013М»;

3. Произведен анализ технологичности;

4. Выбран метод получения заготовки.

    Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи: