12.04.2018

Унификация заготовок при ХОШ и ПГОШ


Номенклатура продукции основных машиностроительных отраслей превышает 140 тыс. наименований и непрерывно возрастает. Причем выпуск продукции в единичном исполнении составляет 42 %, серийностью от 10 до 100 шт. в год - 20 % и только 38 % продукции выпускается в условиях серийного, крупносерийного и массового производства.

Несмотря на то, что большинство деталей стандартизовано, их изготовление осуществляется заводами только в объеме своих потребностей. Так, из каждых 100 предприятий 51 изготавливает зубчатые колеса, 65 — крепежные изделия, что касается кузнечно-штамповочного производства, то из каждых 100 предприятий 86 изготавливают поковки, 76 - штампованные заготовки.

Объем подетальной специализации по 11 машиностроительным отраслям не превышает 7...10 %, при этом в станкостроении, приборостроении и электротехнической промышленности - около 3 %, в энергетическом и тяжелом машиностроении и машиностроении для легкой и пищевой промышленности - 6...10 %, в сельскохозяйственном машиностроении - 17%, автомобилестроении - 26 %. Уровень межотраслевой кооперации по машиностроению не превышает по деталям 2...3 %, по заготовкам - 6 %. В то же время в США и станах Западной Европы, например, в Германии, производством заготовок, деталей, узлов и комплектующих изделий занято 60 % предприятий, а остальные 40 % являются предметно специализированными, занимающимися изготовлением оригинальных деталей и окончательной сборкой машин.

За счет сокращения общего количества типоразмеров при унификации деталей и заготовок серийность производства увеличивается в среднем в 1,5...2,5 раза, при этом среднее число деталей и заготовок, приходящихся на один унифицированный типоразмер, как правило, в 2...3 раза выше. Сокращение разнотипности заготовок и поковок приводит к уменьшению требуемого количества исходного материала, штампового инструмента и обеспечивает возможность применения более совершенных групповых технологических процессов отрезки заготовок и формообразования поковок.

Опыт внедрения технологии ХОШ и ПГОШ в производство показывает, что актуальной задачей, особенно в условиях мелкосерийного производства, является сокращение сортамента применяемого проката за счет унификации заготовок. Кроме того, большое внимание уделяется проблеме получения качественных заготовок с необходимыми точностными параметрами.

Так как решение задач унификации на основе группирования по общности прутковых заготовок потребовало создания и использования отдельных методик с обоснованием и выбором соответствующих критериев, остановимся на их реализации подробнее.

В условиях многономенклатурного производства для повышения серийности получаемых заготовок при одновременном уменьшении количества диаметров используемого пруткового металла необходимо проводить их группирование по общности диаметров. При этом высвобождаются площади производственных и складских помещений, уменьшается число типоразмеров инструмента и его переналадок. Ho, с другой стороны, такая унификация ведет к некоторому повышению затрат, связанных с изменением параметров поковок, увеличением расхода металла и назначением в связи с этим дополнительных формоизменяющих переходов. Осуществление назначенных переходов влечет за собой не только изготовление сменных деталей для унифицированного штампового блока, но и предварительную технологическую проработку возможных вариантов.

При использовании комплексных процессов, например отрезки сдвигом — закрытой продольной осадки, возможна унификация исходных прутков по диаметру. Однако задача определения диаметра d и длины l отрезаемой заготовки при ряде ограничений является многовариантной. Во-первых, учитывая условие продольной устойчивости при закрытой осадке, необходимо, чтобы отношение Hd < N (где N - величина, зависящая от механических свойств материала). Во-вторых, для отрезки сдвигом без недопустимых искажений формы требуется, чтобы относительная длина заготовки Hd > M (где M - величина, зависящая от способа и механической схемы отрезки сдвигом). Другим ограничением при определении размеров исходной заготовки является относительная степень деформации при осадке w. Для алюминиевого сплава АД1 установлено, что M= 0,9, N = 1,73 и w = 2,2.

Таким образом, из прутка диаметром d можно изготовить заготовки, имеющие разные коэффициенты к = dVl. Следовательно, можно сгруппировать исходные заготовки по диаметрам прутков, сократить их сортамент, унифицировав тем самым используемые прутки.

Определение рационального варианта группирования исходных заготовок связано с решением многовариантной задачи и сопровождается большими объемами вычислений.

Из имеющихся машинных методик группирования заготовок предпочтительны методика и реализующий ее программный комплекс, построенные на принципах искусственного интеллекта. При этом разработанные алгоритмы распознавания не изменяются при варьировании числом признаков, описывающих заготовки, и количеством используемых заготовок.

Математическое обеспечение позволяет рассчитывать рациональный вариант группирования. При известных параметрах комплексных поковок и технологических процессов их изготовления можно рассчитать размеры исходных заготовок, используемых в качестве признаков и принимаемых за начальный вариант группирования. Однако для каждой комплексной поковки наряду с рассчитанным вариантом могут быть выбраны заготовки с другими параметрами для реализации альтернативных вариантов технологии. При этом анализируются технологические возможности каждого из вариантов.

Выбор рационального количества диаметров прутков для изготовления всей номенклатуры комплексных поковок, применение которых обеспечивает уменьшение технологической себестоимости, в различных производственных условиях осуществляется с помощью различных методик. Так, например, при вводе в эксплуатацию новых производств, кузнечных цехов, участков или при техническом перевооружении существующих производств следует использовать методику и программный комплекс, основанный на методе потенциальных функций, подробно изложенные в гл. 2. Значения признаков для группирования хранятся в программно организованном массиве.

Отличием предлагаемой методики от описанной в гл. 2 является оценка качества группирования, для которой использовались критерии геометрической близости. В качестве средней меры компактности группы wi (i = 1, N) принимают величину I1, характеризующую степень близости параметров заготовок:
где nwi - количество заготовок, попавших в группу со, ; K(wi, wi) - элемент главной диагонали матрицы мер близости K(wi, wi), формирование которой проводится в соответствии с формулой (2.50).

На начальном этапе группирования количество групп N принимается равным исходному количеству заготовок. Группирование заготовок тем эффективнее, чем больше величина I1 при прочих равных условиях.

С другой стороны, чем дальше друг от друга расположены группы, тем меньше ошибок при распознавании. Это условное расстояние описывает средняя мера близости I2 между формируемыми группами и вычисляется по формуле
где K(wi, wj) - матрица мер близости размерностью NxN, элементы которой вычисляются по формуле (2.49).

Вариант группирования предпочтительнее при минимальных значениях величины I2.

Критерий качества группирования по геометрическим признакам IG учитывает обе рассмотренные меры близости:
Предпочтительным является такое количество групп заготовок N, при котором величина критерия IG принимает максимальное значение.

В другой ситуации при внедрении новых технологических процессов в условиях действующего производства, когда номенклатура заготовок ограничена имеющимся на складе сортаментом металла, эффективным средством создания групп исходных заготовок является использование разработанной машинной методики, основанной на применении концепции дивергенции. В этом случае критерием группирования, наряду с геометрической близостью, определяемой по одному признаку - диаметру заготовки, является годовая программа выпуска поковок. Количество групп определяется заранее по числу заготовок с наибольшими программами выпуска со значениями диаметров, либо совпадающими с величинами диаметров прутков, имеющихся на складе, либо отличающихся на небольшую величину. Путем численных оценок величина коэффициента коррекции диаметров заготовок принята равной Kz = 1,08. Это объясняется наибольшей вероятностью правильной классификации.

В целях наименьшей потери металла в отход близкие значения диаметров из числа заготовок с меньшими сериями классифицируются и формально распределяются в ту или иную группу, характеризующуюся значением диаметра прутка стандартного ряда. Физически происходит округление значения диаметра в меньшую или в большую сторону в зависимости от того, в какую именно группу попала поковка, с пересчетом длины заготовки.

Общим для обеих ситуаций является корректирование технологических процессов изготовления поковок на каждом этапе группирования путем назначения, если это необходимо, дополнительных переходов штамповки. Это предусмотрено в алгоритме моделирования технологических процессов. Корректирование технологии ведет к дополнительным затратам на штамповый инструмент, что при сравнительно небольших программах выпуска деталей может нивелировать экономию средств на материал. Поэтому в алгоритме предусмотрен технико-экономический анализ скорректированного технологического процесса, который включает расчет и сравнение указанных затрат по вариантам. Путем сравнения вариантов группирования исходных заготовок технологом принимается решение о правомерности варианта группирования при уменьшении затрат производства, либо о его неприемлемости в связи с увеличением затрат из-за роста расходов на материал или расходов на изготовление оснастки.

Возможность изготовления поковок требуемой конфигурации из ограниченного количества заготовок проверяется с помощью итеративного моделирования и расчета параметров технологических процессов. Вариант унификации заготовок уточняется технологом по мере необходимости.

Унификация заготовок проводилась на примере номенклатуры комплексных поковок, полученных на этапе классификации и группирования деталей. Начальным вариантом являются предварительно рассчитанные параметры заготовок, которые определялись с помощью алгоритма технологического проектирования. В табл. 3.10 представлены конструктивные признаки заготовок для всей номенклатуры комплексных поковок, рассматриваемых ранее.
Анализ результатов показывает, например, что для изготовления номенклатуры комплексных поковок класса 1 (стержневые с односторонним утолщением) эффективным является использование семи типоразмеров заготовок диаметрами 8, 16, 22, 25, 44, 55 и 60 мм. Графики, представленные на рис. 3.11 а, б, в, иллюстрируют зависимости величин мер близости I1, I2 и величины критерия IG от количества групп заготовок N. В этом случае при изготовлении деталей ХОШ и ПГОШ расход металла на годовую программу составляет 98400 кг при коэффициенте использования металла (КИМ), равном 0,65.
Дальнейшее уменьшение количества групп заготовок нецелесообразно, так как значительно увеличивает годовой расход металла. Например, для 5-ти типоразмеров заготовок с сочетанием диаметров, соответствующим 6-му шагу группирования 16, 25, 44, 55, 60 мм, годовой расход металла составляет 118080 кг при КИМ = 0,52, а для трех типоразмеров (O 25, 44, 60 мм) расход металла увеличивается до 152900 кг при КИМ = 0,36.

Напротив, увеличение количества типоразмеров заготовок, например, получение поковок из прутков восьми диаметров (8, 16, 18, 22, 25, 44, 55, 60 мм) незначительно снижает расход металла на годовую программу выпуска - 96850 кг из-за небольшой серийности деталей добавляемой группы при КИМ = 0,66. Однако в этом случае увеличиваются затраты на инструмент, которые перекрывают уменьшение затрат на металл.

Группирование той же номенклатуры стержневых поковок в соответствии с предложенной методикой, основанной на применении концепции дивергенции, показало отличие двух вариантов объединения поковок по общности исходных заготовок. В последнем количество групп определялось заранее в соответствии с годовыми программами выпуска и задавалось равным 4.

Поковки распределились следующим образом: группа 1, заготовка диаметр 8 мм - 1 поковка; группа 2, заготовка диаметр 15 мм - 1 поковка; группа 3, заготовка диаметр 22 мм - 5 поковок; группа 4, заготовка диаметр 60 мм - 3 поковки.

Полученный вариант группирования требует назначения большого числа переходов при изготовлении поковок, что ведет к увеличению затрат на формоизменяющий штамповый инструмент по сравнению с первым вариантом группирования.

Наибольшая эффективность при унификации заготовок достигается при анализе всех рассматриваемых классов выборки при большом разнообразии заготовок. Унификация 55 заготовок пяти классов поковок показала, что при изготовлении целесообразно ограничиться девятью диаметрами прутков. Распределение заготовок по группам отражено в табл. 3.11. Каждой группе соответствует диаметр прутка стандарного ряда. Кроме того, табл. 3.11 содержит номера заготовок, вошедших в группу, количество заготовок в каждой группе, а также суммарную серийность групп.
Для стабилизации точностных параметров поковок одной из важных задач является уменьшение рассеяния объема отрезаемых штучных заготовок. Погрешность объема заготовок наряду с другими факторами, как то: нестабильность нагрева и механических свойств металла, условий смазки и др., - приводят к колебаниям удельной силы при штамповке в пределах 15 %, что в свою очередь оказывает влияние на стойкость инструмента. Выявлению влияния рассеяния размеров заготовок на колебание их объема (массы) были посвящены экспериментальные исследования в производственных условиях ПО "Москвич".

Точность массы отрезаемых заготовок зависит: от колебаний размеров сечения проката bп, неточности отрезанной заготовки по длине bl, нестабильности реза bp и погрешности дозирующего устройства bу. Общая погрешность массы отрезанной заготовки может быть оценена:
Обработка результатов экспериментальных исследований включала статистический анализ точности размеров и массы заготовок по методу больших и малых выборок. При проведении исследований по методу больших выборок их объем составлял n = 50...100. По результатам измерений строились гистограммы распределения размеров заготовок, попавших в выборку, с расчетом среднего значения m, среднеквадратичного отклонения o и дисперсии o2, которые принимались в качестве оценок параметров m0, o0 и o02 распределения генеральной совокупности, из которой взята выборка.
Для проверки гипотезы нормальности распределения генеральной совокупности использован критерий согласия Пирсона x2. Вероятности р(x2) определяли по табличным данным. Если значения р(x2) превосходили 0,05, то гипотеза нормальности закона распределения принималась.

Для выявления взаимосвязи между анализируемыми величинами использован математический аппарат корреляционного анализа. О характере и силе связи судили по величине коэффициента корреляции r. Определение параметров уравнений регрессии осуществлялось в соответствии с методом наименьших квадратов.

В результате статистической обработки экспериментальных данных установлено, что погрешности линейных размеров и массы заготовок носят случайный характер, распределение которых подчиняется нормальному закону с вероятностью 0,97. В табл. 3.12 приведены данные о времени проведения экспериментальных исследований и данные об используемых выборках.

С целью исключения образования дефектов и стабилизации диаметральных размеров заготовок при штамповке в цехе используется предварительно обточенный горячекатаный прокат диаметром 45 ± 0,2 и 43 ± 0,2. Анализ показал, что рассеяние размеров поперечного сечения не превышает 1,27 %. Следовательно, определяющее влияние на рассеяние массы заготовок в этом случае оказывают колебания длины отрезаемых заготовок. Теоретический расчет операционных размеров заготовок и поковок позволяет прогнозировать величину поля рассеяния длины заготовок и высотных размеров получаемых поковок.

Для этого использован статистический метод минимизации полей рассеяния размеров поковок и исходных заготовок.

Поле рассеяния размера L определяется:
где хi - размеры исходной заготовки (D0, L0) и поковки (D1, d1, L); exi = dL/dxi - передаточное отношение, характеризующее влияние х, на величину замыкающего звена L.; Лі - коэффициент относительного рассеяния размеров хi, принимаемый исходя из закона распределения кривой рассеяния; wxi - поле рассеяния размера хі, m - число звеньев, входящих в размерную цепь; i - порядковый номер звена; t - коэффициент риска.

Так как кривая рассеяния размеров заготовок имеет нормальный закон распределения, как было показано выше, то величина wxi = boxi, и коэффициент риска t = 0,27; oxi - среднеквадратичное отклонение размера xi.

Для данных условий принимают: ai1 = 1/9, t = 3,0. Затем устанавливают требуемое положение координаты середины поля рассеяния размера L. При одностороннем припуске:
где zmin = Ra + T + pL + e; Ra - параметр шероховатости получаемой поверхности; T — глубина дефектного слоя; pL — погрешность формы, значение которой входит в состав суммарной погрешности.
По полученным значениям рассчитывают координату середины поля допуска операционного размера L0:
где Awi - координата середины поля рассеяния размера хi, входящего в размерную цепь.

На основе найденных параметров рассчитывают верхнее Aвн и нижнее Анн предельные отклонения операционного размера L0:
Схема расположения полей рассеяния размеров заготовки и поковки представлена на рис. 3.12.

Реализующая используемый метод расчета подпрограмма входит в состав программного комплекса генерирования и синтеза технологии ХОШ и ПГОШ в качестве блока 29.

Выдерживать рассчитанные отклонения размеров заготовок в процессе их изготовления является задачей технологической дисциплины. Колебания длины заготовок зависят от многих факторов, среди которых нарушение зазора между отрезными ножами вследствие износа инструмента, затупления или выкрашивания режущих кромок инструмента, нарушения регулировки и износа упора, определяющего длину отрезаемой заготовки, отскока подаваемого прутка. Рис. 3.13, а, б отражает зависимости массы заготовок от их длины при отрезке на сортовых ножницах, построенные для различных выборок.
Своевременное диагностирование состояния инструмента (ножей, упоров), прогнозирование их стойкости, устранение нарушений технологических параметров позволяет исключить грубые отклонения размеров и ограничить их рассеяние полем допуска на длину.

Одним из путей уменьшения колебаний массы заготовок до ±0,5 % является их сортировка по массе с созданием 3...5 технологических групп. Перед штамповкой проводится корректирующая подналадка оборудования, что стабилизирует точностные параметры получаемых поковок и позволяет минимизировать вероятность перегрузки деформирующего инструмента.





Яндекс.Метрика