Анализ режимов термической обработки заготовок и процесса ручного составления технологической карты для единичного производства

Анализ процесса термической обработки заготовок

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

ВВЕДЕНИЕ

Все большее количество промышленных предприятий внедряют на производстве системы автоматизированного проектирования технологических процессов. Автоматизация технологического процесса позволяет улучшить качества регулирования процессом, улучшить эргономику труда операторов процесса и хранить информацию о ходе технологического процесса.

Объектами автоматизации проектирования технологических процессов является совокупность действий проектировщика, разрабатывающих технологический процесс и оформляющий результат разработок в виде конструкторской или технологической документации.

Основные требования, выдвигаемые предприятиями к системам автоматизированного проектирования технологических процессов, заключаются в следующем:

– минимальная стоимость системы при достаточном количестве взаимосвязанных специализированных рабочих мест;

– поэтапное развитие системы в соответствии с финансовыми возможностями предприятия и приоритетом решаемых задач;

– краткие сроки внедрения и окупаемости новых систем.

Для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операции обработки информации:

– поиск и выбор из всевозможных источников информации;

– анализ выбранной информации;

– выполнение расчетов;

– принятие проектных решений;

– оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования на последующих стадиях проектирования.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операции, это себя оправдает, так как позволит в дальнейшем развивать систему на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции [1].

Термической обработкой называется технологический процесс тепловой обработки металлов и сплавов, в результате которого изменяются их свойства в желательном для нас направлении. Это достигается путем изменения структуры металла и сплава.

Следовательно, задачей термической обработки является изменение строения обрабатываемых материалов.

Любая термическая обработка состоит из трех операции, следующих одна за другой:

– нагрев до определенной температуры;

– выдержка при заданной температуре;

– охлаждение от заданной температуры до комнатной.

Таким образом, процессами термической обработки управляют два основных элемента – температура и время. Поэтому любой процесс термической обработки можно изобразить в виде графика, где по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс – время [2]. График термической обработки представлен на рисунке 1.1.

При термической обработке стали нужно точно знать температуры, при которых в ней происходят те или иные превращения. Эти температуры называют критическими. В справочниках нижней критической температурой называют А_с1, верхней критической температурой – А_с3.

Рисунок 1.1 – График термической обработки

Регулируя температуру и время, можно осуществить такие виды термической обработки стали как: закалка, нормализация, отжиг, отпуск.

Закалка – вид термической обработки, при которой сталь нагревают до больших температур, после чего сталь быстро охлаждают. Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с применяют отпуск. В качестве закалочных сред для углеродистых сталей применяют воду и различные водные растворы, а для легированных сталей используют масло и воздух.

Нормализация – вид термической обработки, при которой сталь нагревают на 30-50° выше критических температур А_с3 и после выдержки при этих температурах охлаждают на воздухе. Нормализация является дешевой операцией, чем отжиг, так как печи исполльзуются только для нагрева и выдержки изделия при температуренагрева, а охлаждение производится вне печи. Кроме того нормализация ускоряет процесс термической обработки.

Отжиг – вид термической обработки, когда сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают пр этой температуре некоторое время, а затем медленно охлаждают [2]. Целью отжига является либо устранение дефектов предыдущих операций (ковки, литья и д.р.), либо подготовка структуры для последующей обработки резанием или закалки. Отжиг стали может служить для выполнения задачи обратной закалке в случаях когда закаленную деталь требуется обработать режущим инструментом, согнуть или резать. После отжига сталь очень лего поддадется обработке.

Отпуск – вид термической обработки, применяемый для уменьшения или полного снятия напряжений, уменьшения твердости закаленной стали и увеличения пластичности. Нагрев стали происходит до температуры А_с1, выдержка при этой температуре и последующим охладжением. С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижаются, показатели пластичности и ударная вязкость увеличиваются. Нагрев при отпуске производят в масляных ваннах, а так же в печах с воздушной атмосферой.

На каждый процесс термической обработки детали, составляется конструкторская документация. В процессе разработки конструкторской документации составление технологических карт занимает значительное время. Процесс составления технологической карты технологом в ручном варианте осуществляется следующим образом. Из кузнечно-прессового бюро технологу выдается технологический процесс на деталь и чертеж детали. В соответствии с требованиями чертежа и маркой стали, технолог выбирает наиболее рациональным режим термообработки (закалка, нормализация, отжиг, отпуск). Заполняя технологическую карту на термообработку технолог вносит данные о химическом составе стали (S, Cu, Mn, Si, P, Cr, Ni) и механические свойства стали (разрыв, текучесть, удлинение, сужение, ударная вязкость, твердость). Для каждой группы марок сталей применимы те или иные режимы термообработки в зависимости от ее механических свойств [2].

Для построения графика термического процесса технолог использует справочник металлов. Из него технолог берет данные о критических точках температуры. На основании этих данных технолог указывает на графике температуру выдержки заготовки. Для определения длительности термообработки заготовок технолог либо использует готовую инструкцию (к примеру на ЗАО НКМЗ для технологов разработаны инструкции, согласно которым они строят график термического процесса для различных режимов термообработки, назначают время термообработки) либо рассчитывает время термообработки по формулам (расчетные формулы приведены в пункте 1.2)

Проектирование технологических процессов термической обработки заготовок ставит перед собой цель установить наиболее экономичный способ обработки. При этом обработка деталей температурой должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к прочности и пластичности металлов из которых изготовлена заготовка [3].

Автоматизация проектирования технологического процесса термообработки заготовок позволит увеличить производительность труда технолога за счет выполнения работ с большей точностью и более быстрым поиском справочной информации в базе данных, автоматизации расчета норм времени на термообработку заготовок и заполнения технологической карты. Сценарий развития проектирования технологического процесса термообработки представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Сценарий развития предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок»

Этап	Описание работ	Описание действий
	Изучение технической документации в бюро термообработки	Рассматривается вопрос о том как осуществляется документооборот в бюро
	Изучение процесса составления технологической карты термообработки заготовок	Рассмотрение различных режимов термообработки (закалки, нормализации, отпуска, отжига). Расчет норм времени для режима термообработки
	Выполнение анализа современного ПО для решения поставленной задачи	Изучается современное ПО для автоматизации проектирования технологических процессов
	Выполнение анализа средств разработки ПМК	Сравнение различных средства разработки. На основании критериев выбирается средство разработки, наиболее оптимально отвечающее запросам для реализации поставленной задачи
	Составление технического задания на разработку ПМК	Указываются задачи, которые должен выполнять ПМК, требования предъявляемые к ПМК и к программной документации
	Разработка структуры, логической и физической модели ПМК	Разрабатываются диаграммы прецедентов, классов, последовательностей, разрабатываемого ПМК

Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок» представлен на рисунке 1.2.

На уровне отрасли ставится цель уменьшения времени на проектирование технологического процесса за счет внедрения системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

На уровне предприятия выделяют следующие цели:

– создание электронных архивов – позволяет осуществлять быстрый поиск информации, хранение информации в цифровом виде;

– обеспечение функциональности – ПМК выполняет проектирование технологических процессов с минимальным участием технолога;

– стандартизация конструкторской документации – единая структура документов позволяет быстро извлекать необходимую информацию.

Рисунок 1.2 – Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок»

На уровне отдела:

– уменьшение сроков на составление конструкторской документации;

– уменьшение сроков на обучение технолога.

На уровне проектировщика:

– расчет параметров технологического процесса – расчет норм времени термического режима, определение расчетного размера детали;

– выбор справочных данных;

– составление конструкторской документации;

– поиск однотипных технологических процессов;

– выбор наиболее экономичного режима обработки детали.

Формализация бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Определения глоссария предметной области представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Глоссарий предметной области «Проектирование технологических процессов на термообработку»

№	Термин	Определение термина
	Технологическая карта	рабочий документ, в котором отражены вопросы, связанные с изготовлением деталей или сборкой изделий
	Технологический процесс	часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства
	Термическая обработка металлов	процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении
	Технолог	человек, занимающийся составлением технологической документации
	Нормализация	нагрев металла до температуры выше Ас3, с последующим охлаждением на воздухе
	Отжиг	нагрев металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки и приводящей металл в более устойчивое состояние
	Закалка	нагрев стали до больших температур, после чего сталь быстро охлаждают
	Отпуск	операция, следующая за закалкой, заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержки и охлаждения
	Заготовка	промежуточный продукт металлургического производства, получаемый электролизом, литьем или пластической деформацией, предназначенный для дальнейшей обработки
	Чертеж	документ, содержащий контурное изображение изделия и другие данные, необходимые как для изготовления, контроля и идентификации изделия, так и для операций с самим документом

Рассмотрим границы бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты» представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты»

№	Поставщик	Вход	Документ (Форма)
От внутренних поставщиков
	Конструктор	Техническое задание	Техническое задание
	Технолог	Чертеж	Чертеж
	Цех	Чертеж, технологическая карта	Чертеж, технологическая карта

Таблица 1.4 – Выходы бизнес-процесса «Составление технологической карты»

№	Потребитель бизнес-процесса	Наименование выхода бизнес-процесса	Наименование документа (Форма)
Внешним клиентам
	Бюро технолога	Готовый технологический процесс	Технологический процесс
Внутренним клиентам
	Технолог	Технологическая карта	Технологическая карта

Выделим прецеденты для определения границ бизнес-процесса «Составление технологической карты». Начальным прецедентом является предоставление технологу технологического процесса на изготовление детали и чертеж детали. Конечным прецедентом является технологическая карта на термический процесс, которая отправляется в цех термообработки.

Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты» описаны в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты»

№	Наименование события	Описание события
	Получение технологической документации на деталь	Технологу предоставляется технологический процесс на изготовление детали и чертеж детали. В зависимости от требований чертежа составляется технологическая карта термообработки заготовок
	Получение технологической документации для термической обработки заготовки	В цех термообработки предоставляется технологическая документация, включающая в себя технологический процесс на изготовление детали, чертеж детали и технологическую карту

Рассмотрим технологию управления бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Владелец бизнес-процесса выполняет планирование хода бизнес-процесса на определенный срок с помощью плана управления бизнес-процессом, который представлен в таблице 1.6

Таблица 1.6 – План управления бизнес-процессом «Составление технологической карты»

№	Наименование работы (задачи, задания, функции)	Срок исполнения/ Периодичность контроля	Показатели
Плановое значение	Фактическое значение
	Анализ чертежа и технологического процесса на деталь. Цель – установить требуемые полученные после термообработки механические свойства заготовки	0.2- 0.5 часов/ каждый раз при поступлении нового чертежа	Установление требуемых механических свойств заготовки	Уточнение данных для расчета норм времени термического режима
	Расчет норм времени для термического процесса	1-2 часа /для каждого изделия	Подбор экономичного способа термообработки заготовок	Определение температуры и времени термического режима
	Заполнение технологической карты для термического процесса	2-3 часа /для каждого изделия	График термического процесса	Технологическая карта с данными о заготовке и графиком термического процесса

Участие сотрудников в реализации бизнес-процесса «Составление технологической карты»представлено в виде матрицы ответственности бизнес-процесса, в которой указаны:

– должность владельца бизнес-процесса;

– должность владельцев подпроцесса и их заместителей;

– должность всех сотрудников, участвующих в выполнении подпроцесса.

Должности:

ОТ – ответственный за выполнение подпроцесса;

УЧ – участвует в выполнении подпроцесса;

ИН – получает информацию о ходе и результатах подпроцесса.

Ответственность работников за исполнение бизнес-процесс «Составление технологической карты» представлено в виде матрицы ответственности, представленной в таблице 1.7

Таблица 1.7 – Матрица ответственности сотрудников за выполнение бизнес- процесса «Составление технологической карты»

Подпроцесс	Должности
Должность владельца бизнес-процесса	Должность владельца подпроцесса
Управление бизнес-процессом «Составление технологической карты»	Главный технолог	Технолог
Анализ поставленной задачи	УЧ	ОТ
Разработка правил построения графика термического процесса	ИН	ОТ
Составление технологической карты	ИН	ОТ

Таблица 1.8 – Показатели качества для контроля и управления бизнес- процессом «Составление технологической карты»

№	Наименование показателя	Описание	Периодичность контроля
Показатели качества продукта (выхода) бизнес–процесса
	График термического процесса	Температура выдержки в печи не должна превышать 30° от критической температуры стали	После выполнения бизнес-процесса
Показатели качества сырья (исходных материалов, входа) бизнес–процесса
	Температур ный режим	Выбор температурного режима и отклонений Дt, скорости нагрева (Vн) и скорости охлаждения (Vохл) из справочника сталей	В начале выполнения бизнес-процесса
	Нормы времени на ТО	Для диаметра детали от 0.5 м до 2 м определяется по справочникам норм времени на ТО

Дата добавления: 2014-01-04