Inżynieria wytwarzania IV semestr Wykłady

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

1

Materiały dydaktyczne

Inżynieria wytwarzania

Semestr IV

Wykłady




2

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.




3

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.




4

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




5

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




6

Rys. 5. Przykłady obróbki kształtowej

Rys. 6. Przykłady obróbki obwiedniowej




7

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.




8

Pp F - F Aγ

Pr Pr

Pp

O - O

N - N

P - P

Widok S

Pr

Ps

P Ps

Aγ

Aγ

Pp

Ps

Pr

Po

Po

S

γf

γp

γn

Aγ

Aα

Aα

Aα

Aα

γo

βf

βo

βn

βp

αp

αn

αf

αo

P

εr

Pf

F F O

O

N

N

κr

κ'r

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




9

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:

1000

Dnvc

π= [m/min], bądź 60000

Dnvc

π= [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 ;2o

zw

ff = frezowanie .

z

ff o

zf =

Posuw minutowy (prędkość posuwu) ft – jest to wielkość przesunięcia przedmiotu

obrabianego w czasie jednej minuty (występuje przy frezowaniu):

,znff zft =

gdzie z – liczba ostrzy narzędzia;

n – prędkość obrotowa [obr/min].




10

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:

,2

dDa

−= [mm]

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:




11

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.




12

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;




13

- 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




14

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




15

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.




16

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.




17

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.




18

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.




19

Rys. 14 Ogólny podział obrabiarek

Klasyfikacja obrabiarek skrawających:

a) tokarki:

• uchwytowe,

• kłowe,

• tarczowe,

• rewolwerowe,

• karuzelowe,

• zataczarki,

b) wiertarki:

• stołowe,

• stojakowe,




20

• 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.




21

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.

1

2

2

1

1

2d

d

z

zi ===

ω

ω

Ponieważ przełożenie całkowite łańcucha jest równe iloczynowi przełożeń poszczególnych

przekładni więc:

...4321

⋅⋅⋅⋅= iiiiI

Łańcuch kinematyczny może realizować następujące funkcje:

- przeniesienie napędu,

- zmiana prędkości przenoszonego ruchu,

- zmiana rodzaju przenoszonego ruchu (np. obrotowy na prostoliniowy),

- zmiana kierunku ruchu.




22

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.




23

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




24

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.




25

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.




26

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,




27

• 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.




28

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




29

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




30

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




31

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.

Inżynieria wytwarzania IV semestr Wykłady

Documents

Transcript of Inżynieria wytwarzania IV semestr Wykłady