Новые технологии в заготовительном производстве Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.2.017: 620.18

Е.И. Сизова, Г.Н. Иванов, О.В. Белянкина

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Рассмотрены и формализованы особенности заготовительного производства в машиностроении. В работе использована SADT методология представления структуры и технологии проектирования заготовок с учетом конструкторско-технологических ограничений. Представлены IDEF диаграммы технологии проектирования и классификации технологических процессов получения заготовок в машиностроения. Рассмотрены критерии и выбор метода производства заготовки из исходных материалов в жидком и твердом состоянии. Разработаны и представлены IDEF диаграммы структуры выбора метода производства исходной заготовки, базы данных оригинальной классификации по видам методов получения заготовки, выбора наиболее экономичного технологического процесса получения заготовки, рассмотрены технологические и конструкторские ограничения для исходных материалов в жидком и твердом состоянии в виде таблиц.

Ключевые слова: заготовка, заготовительное производство, методы получения заготовок, технология, структура, информационные технологии, критерии, конструкторско-технологические ограничения, диаграмма, база данных, трудоемкость, машиностроение, жидкое состояние, твердое состояние, SADT, IDEF3, IDEF диаграммы, таблица.

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. Сложность выбора метода получения заготовки состоит в том, что часто сталкиваются противоположные технические тpебования. Решение этого вопроса многовариантное, выбор одного из вариантов затруднено и часто основано на инженерной интуиции и практическом опыте. Кроме того, принятие решений происходит в условиях производственных многофакторных ограничений, ограничений материальных ресурсов, экономических возможностей, энергетических ресурсов, нали-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 2. С. 169-180. © 2017. Е.И. Сизова, Г.Н. Иванов, О.В. Белянкина.

чия квалифицированных кадров, транспортных расходов, возможностей кооперации, времени для подготовки производства и др. [2, 3].

Анализ отечественного и зарубежного опыта заготовительного производства показал, что в машиностроении применяют множество различных технологических методов получения заготовок и оборудования. Основные из них: различные методы литья, методы пластического деформирования и формообразования (ковка, штамповка, высадка), сварка, размерная резка из проката, порошковая металлургия.

Для решения учебно-практических задач конструкторско-технологической подготовки производства и автоматизации проектирования в заготовительном производстве, визуализации обобщенного опыта была использована методология SADT [1] (Structured Analisys and Design Technique — технология структурного анализа и проектирования) разработана Дугласом Т. Россом в 1969—1973 гг. Технология изначально создавалась для проектирования систем более общего назначения по сравнению с другими структурными методами, выросшими из проектирования программного обеспечения. SADT — одна из самых известных и широко используемых методик проектирования. Новое название методики, принятое в качестве стандарта — IDEF0 (Icam DEFinition) — часть программы ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing — интегрированная компьютеризация производства).

Рис. 1. Диаграмма А-0 «Выбор метода производства исходной заготовки»

Исходный

материал

_

Раоочии" чертеж детали (РЧД) -

САПР ЗП

Анализ чертежа детали и условий эксплуатации

Параметризация

заготовю

' Эксплуатационные ограничения

ТЗ на деталь -

Конструкторско-технологическая юдготовка производства I (КТПП) исходной заготовки

Параметры КТПП ^

Технико-экономические »граничения КТ ПП

Выбор наиболее

технологического процесса поучения исходной заготовки Оц. 3

кт

§ ограничения _>

не

Квалификация [сполнителей

Конструкторские параметры выбранного метода

Технологический уровень

заготовительного -'производства (ЗП)

7 Разработка чертежа заготовки и оснастки, РД на ТТ1 получения

исходной заготовки

|......

Тип

_призБодства исходной заготовки

Метод

получения

исходной

ТОБКИ

Чертеж

исходной

заготовки

База знаний ЗП -

Рис. 2. Диаграмма АО «Выбор метода производства исходной заготовки»

ТЗ на деталь

V

Ознакомление со служебным назначением (СН) изделия. Анализ типа производства

Г араметр кзация СН

База

знании

ЗП

Ограничения СН

_5Т _

Ограничения по ТТр

Критический анализ технических требований (ТТр) и различных норм шредеяяклцих служебное назначение изделия

Параметризация ТТр

точненные ограничения СН

' Изучение РЧД.

анализ возможности выполнения служебного назначения, точности, требуемой служебным назначением, выявления

допущенных ошибок & "

i (В!8В

Уточненная параметризация СН

-Л"

I

Изучение служебного назначения деталей, анализ технических требовании и требований со стороны технологии, выявление требований к конструкции деталей 0£ " 4

Технологический уровень

заготовительного ■"производства (ЗП)

Тш призводства ^исходной заготовки

Эксплуатационные

ограничения

V

Параметризация заготовки

нфикация исполнителей

Рис. 3. «Диаграмма А1 «Анализ чертежа детали»

о-зкономически!

Параметры КТПП

:е ограничения КТ Ш.1 ^

¡ыбор критериев выбора метода получения заготовки. Параметризация

САПР ЗП-

л

Техннко-зкономнческне ограничения КТ ПП

Разработка БД по методам получения заготовки Ор."_ 2

ТЭП км^ратгыт методов получения ■заготовки ¥, м

Уточнение конструкции детали по результатам выбранного метода Ор. 4

1С

исполнителен

♦

аап

Тип

призводсгва .исходной отовки

Технологический ,ровень

аготовитепьного ровзводства (ЗП)

ТЗна ;еталь

Разработка КТ документа пин на выбранный метод

КТ

ограничения

Конструкторские параметры выбранного метода

Рис. 4. Диаграмма АЗ «Выбор наиболее экономичного технологического процесса получения исходной заготовкий»

Выбрать метод получения ЖВДМД_

-ГОТС!

V

запроса БД

з 1

'Ор.

Фу]: И Ш >НИ| Я >Ш4Н И е - БД

2

на

л

V

Выбор материала

в твердом состоянии

4

32

^-

Получение методом _ШЕШ_

-

Получение методом

шшшо.

ор.

Получения методом ттрр«-риятщи_

10

Выбор материала в жидком состоянии X

5 | —33

ашш.

^-

Выдать комбинированное состояние материала

X

и

к:

Получить из композиционных

13

материалов

^-

Получить рР печатью

» ... ..I..... ... ~

^-

Получение методом размерной резки

Ъ-

Получение методом _сварки_

11

О

$5

О

36

о

о

-32-

38

15

Выбранный метод получения заготовки |

Рис. 5. Диаграмма АЗ. 2.1 «Разработка БД по методам получения заготовки»

В статье представлена разработанная функционально-информационная модель, диаграммы А-0 и АО в формате IDEF0 «Выбор метода производства исходной заготовки» (рис. 1, рис. 2). На IDEF диаграммах А-0 и АО представлены постановка исходной задачи (рис. 1 А-0) и структурная декомпозиция, рис. 2 АО «Выбор метода производства исходной заготовки». В структурной декомпозиции представлена последовательность и структурный инструмент решения ввиде исходной информации, ограничений, инструментария решения и рабочих реззультатов этапов и выходных данных. На рис. 3 представлена диаграмма IDEF0 «Диаграмма А1 «Анализ чертежа детали». Диаграмма IDEF0, рис. 4, «Выбор наиболее экономичного технологического процесса получения исходной заготовкий». На рис. 5 представлена диаграмма А3.2.1 в формате IDEF3 «Разработка БД по методам получения заготовки». На диаграмме представлена разработаная оригинальная классификация современных методов получения заготовки. За основу классификация технологий получения заготовок, применяемых в настоящее время в машиностроении, выбрано состояние исходного материала, а именно твердое, жидкое, комбинированное. В состав представленной структуры базы данных включены и методы сварки и размерной резки. Рассмотрение в качестве критерия исходное состоение материала позволяет сформировать качественные и ресурсные показатели изготавливаемого изделия на начальном этапе технологии изготовления.

В современном машиностроительном производстве заготовки получают в основном двумя методами — литьем или обработкой давлением (пластическим деформированием). Иногда для крупногабаритных деталей допускается использование сварных заготовок или комбинированных (т.е. полученных сваркой предварительно отштампованных или отлитых отдельных элементов сложнопрофильной формы). В современном многопрофильном заготовительном производстве получило развитие использование материалов в комбинированном состоянии (аддитивные технологии 3D печати). Представленная в статье технология проектирования заготововки открытая и может быть дополнена новыми видами технологии производства заготовки.

Технологические и точностные ограничения процессов получения заготовок, учитываемые в базе данных, приведенны в табл. 1. «Технологические и точностные ограничения литейного заготовительного производства» [4, 5, 6] и табл. 2. «Техно-

Технологические и точностные ограничения литейного заготовительного производства [4, 5, 6]

Метод получения заготовок Масса заготовок, т Наименьшая толщина стенок, мм Точность выполнения Параметр шероховатости Ra, мкм Материал Тип производства

1 2 3 4 5 6 7

Разовые формы

Литье в песча-но-глинистые формы: ручая формовка по деревянным моделям до 100 3-5 (чугун), 5-8 (сталь), 1Т17 80-20 Чугун, сталь, специ- единичное и мелкосерийное

Машинная формовка по металлическим моделям до 10 3-5 3-8 (цветные сплавы) 1Т16- 17 1Т14-16 20-5 20-5 альные сплавы серийное, крупносерийное и массовое

Литье по выплавляемым моделям Литье в оболочковые формы до 0,15 до 0,15 0,5 3-5 (сталь), 1-15 (алюминий) 1Т11-12 1Т13-14 10-25 10-25 Трудно обрабатываемые сплавы. Чугун, сталь, цветмет сплавы серийное и массовое

Многократные формы

Центробежное литье Литье под давлением 0,001-1 до 0,1 5-6 0,5 1Т 13-14 1Т 8-12 40-10 5,0-0,63 Чугун, стать, цветные сплавы. Цветные сплавы крупносерийное и массовое

Литье в кокиль 7 (чугун) 4(сталь) 0,5 (цветные сплавы) 15 (чугун) 10 (сталь) 1Т 12-15 20-25 Чугун, сталь, цветные славы серийное и массовое

Технологические и точностные ограничения заготовительного производства при обработке давлением [4, 5, 6]

Метод получения заготовок Размер или масса заготовок Наименьшая толщина стенок, мм Точность выполнения Параметр шероховатости Ra, мкм Материал Тип производства

1 2 3 4 5 6 7

Ковка: на молотах и прессах до 250 т 3-5 на молотах по ГОСТ 7829-70, на прессах по ГОСТ 7062-79 до 12,5 углеродистые и легированные стали единичное и мел-косе-рийное

на молотах в подкладных кольцах и штампах радиально-ковочных машинах до 10 кГ диаметр прутка (трубы) до 150 мм ГОСТ 7829-70 0,1-0,6 (горячая) 0,04-0,4 (холодная) до 12,5 до 0,4 (холодная) мелко-серийное

Штамповка: на молотах и прессах на горизонтально-ковочных машинах выдавливание до 0,4 т до 30 кГ диаметр до 200 мм 2,5 2,5 Классы Т4-Т5, ГОСТ 7505-89 12,5-3,2 то же серийное и массовое

на чеканных и кривошип-но-коленча-тых прессах до 0,1 т 2,5 на 25-30% выше, чем на молотах

логические и точностные ограничения заготовительного производства при обработке давлением» [4, 5, 6]. Представленные ограничения включены в критерии и методику «Выбор наиболее экономичного технологического процесса получения исходной заготовки», диаграмма IDEF0 A3 (рис. 4).

Представленная технология точностных и размерных ограничений может быть использована для комбинорованного состояния материала, получения методом размерной резки, методом сварки.

Представленные в табл. 1 и табл. 2 конструкторско-техноло-гические ограничения выбраны в результате анализа перечня используемых данных для проектирования заготовок в дейсту-ющем производстве и технической литературе, используются для выбора метода получения заготовки.

Выбор способа получения заготовки — очень сложная, иногда трудноразрешимая задача, так как часто различные способы могут надежно обеспечить технические и экономические требования, предъявляемые к детали [7, 8, 9].

Задача выбора заготовки должна решаться комплексно со смежными задачами технологической подготовки производства. За счет рационального выбора метода получения заготовки и назначения экономически обоснованных припусков на механообработку можно снизить такие важнейшие технико-экономические показатели изготовления как трудоемкость и технологическую себестоимость изготовления.

Представленный в статье выбор метода изготовления исходной заготовки, с учетом разработанной и представленной классфикации, может быть использован для автоматизации в условиях мелкосерийного и серийного заготовительного производства, конструкторско-технологической подготовки производства и при решении учебно-практических задач.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маклаков С. В. CASE-средства разработки информационных систем. BPwin и Erwin. — М.: ДиалогМифи, 2001. — 206 с.

2. Афонькин М. Г., Магницкая М. В. Производство заготовок в машиностроении. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1987. — 256 с.

3. Моисеев М. П. Экономика технологичности конструкций. — М.: Машиностроение, 1981. —253 с.

4. Акаро И. Л., Андриевский Р. А., Аржанов А. Ф. и др. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. Технологии заготовительных производств. Т. III-2. Под общ. ред. В. Ф. Мануйлова. — М.: Машиностроение, 1996. — 736 с., ил.

5. Справочник технолога — машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова — М.: Машиностроение, 1985. т. 1. — 656 с.; т. 2. - 496 с.

6. Гусев А. А. и др. Технология машиностроения (специальная часть). — М.: Машиностроение, 1986. — 480 с.

7. Егоров М. Е. и др. Технология машиностроения. — М.: Высшая школа, 1976. — 526 с.

8. Картавов С. А. Технология машиностроения (специальная часть). — К.: Вища школа, 1984. — 272 с.

9. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / Под общ. ред. А. А. Панова. — М.: Машиностроение, 1988. — 736 с. tj^re

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Сизова Елена Игоревна1 — кандидат технических наук, доцент, Иванов Геннадий Николаевич1 — кандидат технических наук, доцент, Белянкина Ольга Владимировна1 — кандидат технических наук, доцент, 1 МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: kaftmr@mail.ru.

The paper presents and formalizes the features of blank production in mechanical engineering. The study used the methodology of the SADT representation of the structure and design technology of billets with the design and technological restrictions. Presented IDEF diagrams technology design and classification of technological processes of production of parts in mechanical engineering. Considered criteria and the choice of method of production of blanks from a source material in liquid and solid state. Developed and presented IDEF diagram of the structure of the choice of method of production of the billet, the original database klassifikatsii by types of methods for blanks, select the most economical process of obtaining billets, technological and design constraints for the initial materials in liquid and solid state in the form of tables.

Key words: blank, blank production, methods of obtaining blanks, technology, structure, information technology, criteria, technological restrictions, chart, the database, the complexity, mechanical, liquid state, solid state, SADT, IDEF3, IDEF diagrams, table.

AUTHORS

Sizova E.I}, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Ivanov G.N.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Belyankina O.K.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, 1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: kaftmr@mail.ru.

REFERENCES

1. Maklakov S. V. CASE-sredstva razrabotki informatsionnykh sistem. BPwin i Erwin (CASE-Information system development tools. BPwin & Erwin), Moscow, DialogMifi, 2001, 206 p.

UDC 669.2.017: 620.18

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 2, pp. 169-180.

E.I. Sizova, G.N. Ivanov, O.V. Belyankina

NEW TECHNOLOGIES IN THE BLANK PRODUCTION

2. Afon'kin M. G., Magnitskaya M. V. Proizvodstvo zagotovok v mashinostroenii (Blanking in machine building), Leningrad, Mashinostroenie, 1987, 256 p.

3. Moiseev M. P. Ekonomika tekhnologichnosti konstruktsiy (Design producibility economics), Moscow, Mashinostroenie, 1981, 253 p.

4. Akaro I. L., Andrievskiy R. A., Arzhanov A. F. Mashinostroenie. Entsiklopediya. Tekhnologii zagotovitel'nykh proizvodstv. T. III-2. Pod red. V. F. Manuylova (Machine building. Encyclopedia. Manufacturing technologies. vol. III-2. Manuylov V. F. (Ed.)), Moscow, Mashinostroenie, 1996, 736 p.

5. Spravochnik tekhnologa mashinostroitelya. Pod red. A. G. Kosilovoy, R. K. Meshche-ryakova (Mechanical engineer's manual. Kosilova A. G., Meshcheryakov R. K. (Eds.)), Moscow, Mashinostroenie, 1985, vol. 1, 656 p.; vol. 2, 496 p.

6. Gusev A. A. Tekhnologiya mashinostroeniya (spetsial'naya chast') (Machine building technology (special unit)), Moscow, Mashinostroenie, 1986, 480 p.

7. Egorov M. E. Tekhnologiya mashinostroeniya (Machine building technology), Moscow, Vysshaya shkola, 1976, 526 p.

8. Kartavov S. A. Tekhnologiya mashinostroeniya (spetsial'naya chast') (Machine building technology (special unit)), Kiev, Vishcha shkola, 1984, 272 p.

9. Obrabotka metallov rez,aniem: Spravochnik tekhnologa. Pod red. A. A. Panova (Metal processing by cutting: Manufacturing engineer's manual. Panov A. A. (Ed.)), Moscow, Mashinostroenie, 1988, 736 p.

ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ (СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)

ОСВОЕНИЕ ГЕОРЕСУРСОВ РОССИЙСКОГО ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА И СТРАН АЗИАТСКО-ТИХООКЕАНСКОГО РЕГИОНА. ВЫПУСК 2

Дышин А.В., Тонких А.И., Андреев А.В., Бабарыка А.С., Белов А.В., Белов В.А., Голосов А.М., Григорьев А.А., Дорошев А.Ю., Жабыко Л.Л., Кинаев Н.Н., Котякова Д.А., Лушпей В.П., Макишин В.Н., Малков А.А., Непомнящий А.А., Николайчук Д.Н., Опана-сюк Н.А., Петько Д.Д., Сагуленко Е.А., Саматова Л.А., Усольцева Л.А., Шепета Е.Д., Яценко М.А., Яценко С.Н.

Представлены результаты исследований по обоснованию перспективных направлений развития топливно-энергетического комплекса Российского Дальнего Востока и стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Предложен минерально-сырьевой кластер Дальневосточного федерального университета, в котором рассматриваются перспективные направления развития горного образования в рамках взаимодействия с горными предприятиями, ведущими российскими и зарубежными вузами, совместные проекты с РАН. Представлены перспективные инновационные тренды в горно-металлургической промышленности Дальневосточного Федерального округа.

Ключевые слова: Дальний Восток, топливно-энергетический комплекс, горнодобывающая промышленность, углеводородное сырье, горное образование.

THE DEVELOPMENT OF GEO-RESOURCES IN THE RUSSIAN FAR EAST AND THE ASIA-PACIFIC REGION. ISSUE 2

The results of studies on substantiation of perspective directions of development of fuel and energy complex of the Russian Far East and the Asia-Pacific region. Methodical aspects of the prospects of cooperation of Russia and Japan in the field of development of fuel and energy resources of the Far East. The proposed mineral resource cluster of the far Eastern Federal University, where promising directions of development of mining education within the framework of cooperation with the mining industry, leading Russian and foreign universities, joint projects with the Russian Academy of Sciences. Presented by promising innovative trends in the mining and metallurgical industry of the far Eastern Federal district.

Key words: Far East, fuel and energy complex, mining industry, hydrocarbons, mining and education.