OSNOVI, DEFINICIJA I ZNAČAJ TEHNOLOŠKOG PROCESA Proizvodnja i proizvodni sistem Proizvodnja predstavlja osnovno područje ljudske djelatnosti neophodne za zadovoljenje potreba učesnika u procesima rada, radnih sistema i stabilnog razvoja društva u skladu sa utvrđenim ciljevima. Postoje brojne definicije proizvodnje, a neke od njih su: "Proizvodnja predstavlja svrsishodnu djelatnost usmjerenu na dobivanje upotrebnih vrijednosti i prisvajanje prirodnih resursa za ljudske potrebe što znači da predstavlja opšti uslov za razmjenu materije između čovjeka i prirode odnosno vječiti prirodni uslov za život ljudi pa stoga i jeste jednako svojstvena svim oblicima ljudskog društva." "Proizvodnja predstavlja usmjerenu aktivnost koja ima za cilj dobivanje proizvoda korisnih za društvo čija struktura varira u širomim granicama kako po vrsti tako i po kvalitetu i količini“
Slika 1. Osnovni model transformisanja raspoloživih resursa u proizvode Sistemi koji služe za ostvarivanje ciljeva proizvodnje, odnosno dobivanje proizvoda neophodnih za zadovoljenje potreba društva nazivaju se proizvodni sistemi. U projektantskom smislu, korisna i dovoljno precizna definicija proizvodnog sistema glasi: "Proizvodni sistem je skup različitih elemenata koji su u takvoj međusobnoj vezi da kao cijelina daju bolji rezultat od rezultata koje samostalno mogu da proizvedu njegovi delovi." Ova definicija sistema ima dvije važne posljedice. Prvo, svi sistemi imaju podsisteme i svi sistemi su dio većeg sistema. Iz toga slijedi da je svijet sistema po svojoj prirodi neograničen: ma gdje se povukla granica, elementi važni za sistem postojaće izvan nje. Razvoj proizvodnih sistema u osnovi uslovljen je: -
sposobnošću predviđanja događaja; brzinom usvajanja novih tehnoloških rješenja; kvalitetom postupaka promjene stanja, oblikovanjem elemenata sistema i relacija između njih i njihovih karakteristika; kvalitetom organizacije sistema; kvalitetom upravljanja postupcima promjene stanja; efikasnošću i kvalitetom funkcija sistemske podrške-logistike.
Unutar proizvodnog sistema vrši se transformacija ulaznih veličina u nizu postupaka promjene stanja u izlazne veličine projektovanog kvaliteta i vrijednosti. Transformacija je progresivna i izvodi se kretanjem elemenata sistema što je i uslov obavljanja transformacije. Tokom pomenute transformacije unutar proizvodnog sistema diferenciraju se tri toka: materijala, energije i informacija. U skladu sa proizvodnim programom i projektovanom tehnološkom procesu ovi tokovi su različitog oblika i intenziteta.
1
Slika 2. Funkcionalni prikaz proizvodnog sistema Klasifikacija proizvodnih sistema S obzirom na različite kriterije klasifikacije, mogu se diferencirati različite vrste proizvodnih sistema. Statički, odnosno dinamički proizvodni sistemi - Statički proizvodni sistemi su oni čija je karakteristika da su njihovi elementi, veze i sve karakteristične veličine tokom vremena konstantni. S druge strane kod dinamičkih sistema dolazi do promjene neke od veličina u vremenu. Detreministički, odnosno stohastički proizvodni sistemi - Deterministički proizvodni sistemi funkcionira u skladu s unaprijed poznatim i stabilnim pravilima, te ukoliko je poznato postojeće stanje i obilježja transformacije moguće je sa sigurnošću predvidjeti njegovo ponašanje u budućnosti. Stohastički sistemi se ne ponašaju uvijek jednako u istim situacijama. S obzirom da se ne može sa sigurnošću predvidjeti broj ni obilježja situacija u kojima će se sistem naći, njegovo se ponašanje može samo prognozirati. Otvoreni, odnosno zatvoreni proizvodni sistemi - Karakteristika otvorenih sistema je postojanje brojnih veza s okolinom. Oni su sposobni dobiti dovoljno informacija o okolini, te djelovati na promjene ili im se prilagoditi. Proizvodni sistem je otvoren sistem ako s okolinom razmjenjuje materijal, informacije, energiju, itd. U cilju opstanka na tržištu neophodno je stalna prilagođavanje proizvodnog sistema promjenama okoline. Zatvoreni sistemi nemaju nikakvu povezanost s okolinom, odnosno nemaju nikakvih ulaza izvana niti bilo kakvih izlaznih veličina. Oni su više teoretska kategorija, jer u dužem vremenskom razdoblju niti jedan sistem ne može biti zatvoren. Kompleksnost proizvodnog sistema (jednostavni, složeni i vrlo složeni sistemi). Kompleksnost sistema ovisi o broju elemenata, broju njihovih međusobnih veza i pravilima interakcije. S povećanim stepena kompleksnosti povećavaju se i zahtjevi za opisom sistema. S obzirom na navedenu klasifikaciju moguće je zaključiti da su gotovo svi proizvodni sistemi u opštem smislu dinamični, orijentirani prema cilju, stohastički, otvoreni i kompleksni sistemi. Proizvodni sistemi obuhvaćaju skup tehnoloških sistema i ostalih tehničkih određenih informacionih i energetskih struktura, koji na određeni način obezbjeđuju vršenje postavljenih ciljeva proizvodnog procesa i realizaciju projektovanih rješenja.
2
z a v s k
r š n
l a d
t o t o t o
k k k
a
i š t e
d
k
o p
n r o
i
j
e
l
l a u n i z v ot
o
v
a
Z
g
o k o l i n a ( t r ž iš t e)
a
do b av ljači
d
A
kupci
a
L
p r i p r e m a t e h n o l o š k o p r o c e s a
m a r k e ti n g
r
a t e r u i j l aa l z a n a U k o n t r o l a
m
u p r a v l j a n j e su sta v o m
b
i š t e
u p rav ljan je p ro iz v o d n jo m
o
l a d
m o n ta ž a p r o i z v o d a
s k
t r o
p
r a v l j a n j e o v č a n i m do k a o v i m a
m a t e r i j a l a i n f o r m a c i j a e n e r g i j e
I Z
L
A
Z
Slika. Osnovni tokovi proizvodnih sistema Ukupan proces rada proizvodnog sistema naziva se proizvodni proces, koji u suštini predstavlja skup aktivnosti neophodnih za izvršenje postupka promjene ulaznih u izlazne veličine sistema, na putu stvaranja nove vrijednosti. Najznačajniji dio proizvodnog procesa jednog proizvodnog sistema realizira se na tehnološkim i obradnim sistemima.
Slika. Kibernetski model proizvodnog sistema 3
Tehnološki sistemi Tehnološki sistemi predstavljaju osnovni dio proizvodnog sistema, koji omogućava prevođenje ulaznih u izlazne veličine u potrebnom obliku i karakteru. Dakle, tehnološki sistem obuhvata liniju ili skup mašna gdje se od sirovina ili polufabrikata dobivaju gotovi dijelovi ili gotovi sklopovi. Tehnološki sistem obuhvata: -
obradne sisteme; montažne sisteme; sisteme za rukovanje materijalom; upravljanje zalihama; upravljanje kvalitetom; upravljanje alatima i priborima; upravljanje održavanjem; skladišne sisteme; upravljačke sisteme.
Tržište od privrede zahtijeva efikasnu proizvodnju, poslovanje i razvoj kao i brzo prilagođavanje potrebama tržišta. Da bi se zadovoljile i potrebe tržišta, neophodno je programirati, pripremiti i organizovati proizvodnju sa minimalnim troškovima.
4
Osnovni zadatak programiranja proizvodnje i poslovanja je da se odredi vrsta i količina proizvoda koja će se proizvoditi za jednu ili više godina i koji se mogu uspješno plasirati na tržištu. Za uspješan plasman proizvoda na tržištu, potrebno je izdržavati međusobnu konkurenciju proizvođača. Tržište je mehanizam privrednog razvoja društva, gdje se proizvođači međusobno bore za potrošača da mu ponude robu dobrog kvaliteta i niske cijene. Jedan od važnijih faktora, koji ima utjecaj na uspješnost poslovanja, je priprema proizvodnje koja rješava probleme svakog radnog mjesta. Pripremu proizvodnje moguće je podijeliti na: -
-
tehničku pripremu i operativnu pripremu.
U okviru tehničke pripreme nalazi se kotistrukciona i tehnološka priprema procesa proizvodnje. Struktura pripreme proizvodnje prikazana je šemom na sljedećoj slici.
Slika. Struktura pripreme proizvodnje Konstrukciona priprema bavi se oblikovanjem proizvoda. Da bi se došlo do novog proizvoda, potrebno je definisati prijedlog projektnog zadatka na osnovu koga se vrši projektovanje i konstruiranje. U okviru konstrukcione pripreme vrši se standardizacija i tipizacija proizvoda kao cjeline ili standardizacija pojedinih njegovih elemenata. Na osnovu razrađene konstrukcione dokumentacije izrađuje se prototip koji služi za ispitivanje. Cilj ovih ispitivanja je da se utvrdi
5
tehnička ispravnost i funkcionalnost proizvoda i da se potvrde rezultati ostvareni projektiranjem i konstruisanjem. Na osnovu ispitivanja prototipa, organi tehničke kontrole izdaju atest o tehničkoj i funkcionalnoj podobnosti i ispravnosti proizvoda. Razrađena konstrukciona dokumentacija služi tehnološkoj pripremi za razradu tehnološkog procesa. Tehnološki proces se razrađuje za izradu prototipa. Izradom prototipa, prema razrađenom tehnološkom procesu, uočavaju se greške koje treba ispraviti. Analizom tehnološkog procesa izrade prototipa, tehnička priprema izdaje atest o tehnološkoj izvodljivosti proizvoda. Ova dva atesta potvrđuju prihvatanje prototipa, tj. da je funkcionalno i tehnički ispravan, prikladan za proizvodnju i da će njegova proizvodnja biti rentabilna. Osim projektovanja tehnoloških procesa, tehnološka priprema projektuje i potrebne alate, naprave i mjerila za određeni proizvodni proces. U okviru tehnološke pripreme važno mjesto zauzima studij rada koji pomaže pri rješavanju problema u preduzećima na unapređivanju proizvodnje. Studija rada proučava i analizira svaki rad i odvijanje cijelog proizvodnog procesa i na osnovu tog proučavanja i analize predlaže mjere za poboljšanje postojećeg načina rada i određivanje ispravnog vremena izrade. Operativna priprema procesa proizvodnje bavi se planiranjem aktivnosti u pripremi i proizvodnji da bi se izvršio predviđeni plan proizvodnje. Ona planira i lansira pripremu i nabavku sirovina materijala i alata za određeni plan proizvodnje. Pored toga, priprema potrebnu radnu dokumentaciju, otklanja zastoje i čekanja u proizvodnji, prati i evidentira izvršenje operativnih planova proizvodnje. Proces proizvodnje i tehnološki proces Pod proizvodnim procesom podrazumijeva se cjelokupna aktivnost ljudi i mašina na preradi i obradi sirovina i poluproizvoda u gotov proizvod. Ovaj se proces sastoji od: -
rada na proizvodnim radnim mjestima, kontrole na kontrolnim radnim mjestima, unutrašnjeg transporta, uskladištenja materijala, alata, gotovih proizvoda itd., održavanja sredstava za rad, zaštite radnika na radu, snabdijevanja proizvodnje sirovinama, materijalom, vodom itd. i neminovnih gubitaka u proizvodnom procesu zbog raznih uzroka.
Projektovati proizvodni proces znači projektovati sve faze rada, i to u smislu potrebnog vremena, materijala, opreme, radnika, građevinskog prostora, energije, vode i sirovina itd. Proces proizvodnje može se podijeliti na: a) proizvodnju sirovina, b) proizvodnju dijelova i c) montažu. Dio proizvodnog procesa, koji se obavlja na proizvodnim radnim mjestima, naziva se tehnološkim procesom ili postupkom. To je onaj dio procesa proizvodnje kroz koji prolazi materijal na putu od sirovine do gotovog proizvoda kada mu mijenjamo oblik, dimenzije, mehaničke, fizičke i hemijske osobine tj. to je skup svih obrada na predmetu obrade koje se izvode određenim sredstvima za rad na određenom prostoru i uz određene režime obrade. U pojedinačnoj proizvodnji, a također i maloserijskoj, proizvodni proces sastavljen je od više tehnoloških procesa, što zavisi od broja proizvoda koji se izrađuje u isto vrijeme u proizvodnom procesu. Kod velikoserijske i masovne proizvodnje, proizvodni proces se može izjednačiti sa
6
tehnološkim procesom ukoliko se na proizvodnim radnim mjestima proizvodi samo jedan ili nekoliko sličnih proizvoda. Najveći dio tehnološkog procesa se obavlja na mašinama alatkama kada se vrši obrada poluproizvoda u gotove proizvode. Osnovni problem svakog tehnološkog procesa je kako i na koji način postići zahtijevani kvalitet proizvoda, a da troškovi proizvodnje budu minimalni. Svaki tehnološki proces izrade jednog proizvoda dijeli se na cikluse proizvodnje, postupke i radne operacije. Pod ciklusom proizvodnje podrazumijeva se vremenski interval u kome se odvija proces proizvodnje. On se sastoji od: -
tehnološkog vremena, tj. vremena neposredne proizvodnje, vremena unutrašnjeg transporta, vremena tehnološke kontrole i vremena neizbježnih gubitaka koji prate proizvodni proces.
Postupak rada objedinjuje više istih ili raznovrsnih operacija koje čine jednu cjelinu, a odnose se na izradu dijela proizvoda ili na sklapanje podsklopa, sklopa ili cijelog proizvoda. Postupci rada se dijele na postupke izrade i postupke montaže. Operacija je dio postupka rada koji se obavlja na jednom radnom mjestu u kome se vrše fizikalne, hemijske i strukturalne promjene na predmetu rada. To su, na primjer, zagrijavanje za plastičnu deformaciju, uzdužna obrada skidanjem strugotine, jedna provlaka na valjačkom stanu, drobljenje rude u aglomeraciji, pranje šećerne repe prije sječenja, bojenje namještaja itd.. Može biti operacija izrade i operacija montaže. Operacija je jedini događaj tehnološkog i proizvodnog procesa u kojem se zaista stvara nova vrijednost. Ostali događaji ovih procesa su samo pomoćni događaji i predstavljaju izraz nemoći nauke i tehnologije da ih eliminiše boljim sredstvima za rad i boljim međusobnim povezivanjem. Tehnološki proces ne može da postoji zasebno nego samo u okviru proizvodnog procesa kao njegov dio. Svaki rad ima svoju tehnologiju odnosno tehnološki proces. Tehnološki procesi se mogu klasifikovati po različitim kriterijima, od kojih se najviše koriste podjela prema: a) prema karakteru izlaza na procese za: dobijanje nekih početnih materijala (na primjer livenog gvožđa, čelika, drvenih oblica, nafte itd) i preoblikovanje početnih materijala u neke gotove proizvode; -
b) prema karakteru predmeta obrade na procese za: -
preradu materije, proizvodnju energije i prerada informacije;
c) prema primjenjenoj vrsti energije i karakteristikama procesa na: mehaničke (obrada skidanjem strugotina, kovanje, valjanje, mljevenje, drobljenje, prosijavanje), - toplotne kod kojih se vrše promjene djelovanjem toplote (topljenje, kondenzovanje, sušenje, ekstrakcija itd.); - toplotno - mehanički tehnološki procesi dovode do oblikovanja istovremenim djelovanjem mehaničkog i toplotnog dejstva (livenje pod pritiskom, kovanje, valjanje itd.), - hemijske, biološke, fizičko-hemijske i fizičko-biološko-hemijske procese koji su manje prisutni u industrijama metalskog kompleksa; -
7
d) prema stepenu mehanizacije i automatizacije upotrebljenih sredstava za rad na: ručne procese (montaža uglavnom), - mehanizovane, - automatizovane i - razne kombinacije prethodnih vrsta. -
Nivo tehnologije tehnoloških procesa Stanje tehnologije i tehnoloških procesa u mašinskoj proizvodnji je veoma heterogeno i različitog tehnološkog nivoa, zavisno od proizvodnje, procesa obrade, vrste proizvoda, te prisutnosti proizvoda na međunarodnom tržištu, gdje vladaju tržišno priznate norme kvaliteta, cijene i rokova isporuke.
Kod projektiranja tehnoloških procesa postoji stalna potreba da se proces inovira, unaprijedi i podigne na viši tehnološki nivo. To je moguće postići primjenom kriterija i metoda revitalizacije procesa ili implementacijom novih tehnologija. Maksimalni tehnološki skok efikasnosti postiže se primjenom nove tehnologije u odnosu na postojeću. Tehnološki skok revitalizirane tehnologije nešto je manji, jer se revitalizacijom neproduktivna tehnologija ne može dovesti na tehnološki nivo nove tehnologije. Ipak revitalizirana tehnologija daje drugu - uspješniju sliku tehno-ekonomskog stanja proizvodnje. Primjenom revitalizacije utemeljene na znanju ili implementacijom nove tehnologije smanjuje se vrijeme rada po jedinici proizvoda, odnosno povećava se potrebno vrijeme za pripremu proizvodnje. Također, manja je potrošnja materijala i energije, kraće vrijeme izrade i bolji kvalitet proizvoda. Primjenom novih metoda u konstruiranju (CAD), projektiranju tehnologije (CAPP), programiranju i upravljanju procesom izrade (CAM) ili još bolje njihovim integriranjem (CAD/CAPP/CAM) moguće je izlazne parametre proizvoda, troškove pripreme i izrade, kvalitet proizvoda, dizajn, vrijeme pripreme proizvodnje, dovesti na nivo optimalnosti. Eksplicitni pokazatelj tehnološke razvijenosti nacionalne ekonomije jest tehnološka složenost proizvoda i tehnološki nivo tehnologije. Tehnologije višeg tehnološkog nivoa imaju veće ukupne troškove (veće investicije u proizvodnu opremu) u odnosu na konvencionalne tehnologije (obradni sistemi jeftiniji). Međutim, novim tehnologijama se ostvaruje daleko veći prihod, tako da je i dobit znatno veća u odnosu na konvencionalne tehnologije.
8
Slika. Rezultati ulaganja (troškovi, prihodi, dobit) u proizvodne tehnologije različitog stepena tehnološke složenosti
Dakako, navedeni pokazatelji važe za proizvod odgovarajuće tehničko - tehnološke složenosti proizveden prikazanim tehnologijama. Razvoj obradnih sistema sa visokim stepenom automatizacije (specijalne, automatske linije, CNC obradni sistemi, fleksibilni obradni sistemi) postavio je nove i složenije zahtjeve pred tehnološku pripremu proizvodnje. To se ogleda u tome što su nove tehnologije istakle potrebu bržeg uvođenja automatizacije u projektiranju tehnoloških procesa i proizvoda. Osnovno obilježje modernih obradnih sistema je znatno smanjenje utroška količine direktnog živog rada, jer se veliki dio pomoćnih zahvata izvodi automatski i unaprijed programirano. Tako je razvojem obradnih sistema od pojave revolver tokarilice s klasičnim upravljanjem, pa sve do primjene numeričkih, odnosno kompjuterski upravljanih obradnih sistema udio živog rada u odnosu m ukupni rad stalno smanjivan, da bi danas u savremeno organiziranoj proizvodnji bio sveden na minimum. Dakle, sve manji utrošak direktnog živog rada govori o nivou automatizacije proizvodnje, te zamjene živog rada radom automata i robota. Sa smanjenjem direktnog živog rada raste proizvodnost obradnih sistema i produktivnost po jednom radniku (slika 1.11), što je rezultat boljeg vremenskog iskorištenja obradnih sistema (slika 1.12).
Slika 1.12. Vremensko iskorištenje obradnih sistema različitog nivoa automatizacije
9
Značaj projektiranja tehnološkog procesa Projektirani tehnološki proces je skup teorijsko - naučnih znanja i praktičnih iskustava usmjerenih na definiranje slijeda, postupaka i režima procesa obrade s ciljem pretvaranja nižih upotrebnih vrijednosti pripremka u više kvalitetne vrijednosti gotovog proizvoda. Tehnološki proces jednako je važan pri projektiranju novog proizvoda kao i pri usavršavanju ili revitalizaciji postojećeg. Pri tome važi opšte saznanje da nijedno tehničko - tehnološko rješenje nije toliko danas dobro da već sutra ne može biti još i bolje. Dakle, jednom projektirano tehnološko rješenje nije zauvijek konačno, jer je tehnološki proces dio jednog šireg i kompleksnijeg dinamičkog sistema koji je podložan neprekidnom i intenzivnom razvoju utemeljenom na sveukupnom tehničko - tehnološkom progresu u svijetu. Kako postoji neprekidna potreba da se projektiraju novi proizvodi ili da se usavršavaju postojeći, to postoji i nužnost da se projektiraju novi i po mogućnosti moderni tehnološki procesi. Pri tome treba postaviti zahtjev da novo projektirani tehnološki proces mora biti trenutno najbolje moguće tehnološko rješenje ili da tehničko - tehnološko rješenje bude znatno kvalitetnije od već postojećeg. Projektirani tehnološki proces ima aplikativni značaj s velikim i dalekosežnim posljedicama na produktivnost i ekonomičnost proizvodnje, što direktno utiče na profitabilnost, plasman i dalji razvoj proizvoda. Zbog toga, ako projektirani tehnološki proces nije odgovarajućeg tehnološkog nivoa taj nedostatak nije moguće otkloniti drugim dodatnim proizvodnim, ekonomskim ili
10
organizacijskim zahvatima. Ovo je posebno važno kod savremenih tehnoloških procesa, gdje je sve manji uticaj neposrednih operatera u proizvodnji, a sve veći uticaj programera procesa proizvodnje. Pri projektiranju i razvoju modernih tehnoloških procesa treba imati u vidu znatno kraći raspoloživi vremenski period za razvoj novih proizvoda i tehnologije. Višestruko je skraćeno vrijeme od ideje do primjene i plasmana na tržište, što prikazuje istorijski razvoj nekih proizvoda dat na slici 2.1.
Dakle, kvalitetno postavljeni tehnološki proces je osnovni temelj kvalitetne i profitabilne proizvodnje i glavno polazište organizacije i ekonomije proizvodnje, kvaliteta proizvoda, rokova isporuke i tržišne uspješnosti. Ciljevi projektovanja tehnološkog procesa Ciljevi projektovanja tehnološkog procesa mogu biti: uvođenje novog proizvoda u program postojećeg proizvodnog sistema. Ovo je stalan cilj kod pojedinačne i maloserijske proizvodnje; - projektovanje u cilju racionalizacije postojeće proizvodnje. Ovo je razvojni cilj proizvodnih sistema sa višim tipovima proizvodnje i u domenu je najčešće organizacijskih jedinica razvoja; - projektovanje u cilju izgradnje novih proizvodnih sistema. -
U realizaciji ovih ciljeva postoje razlike u: ograničenjima koja postoje u projektovanju koja se smanjuju prema gornjoj hijerarhiji (redoslijedu), - frekvenciji realizacije koja opada prema gornjem redoslijedu i - broju i detaljnosti raspoloživih informacija koji opadaju prema gornjem redoslijedu. -
Zadaci projektovanja tehnološkog procesa Projektovanje tehnološkog procesa čini široki skup raznovrsnih aktivnosti koje se
11
po metodama izvršenja i redoslijedu mogu grupisati u slijedeće podskupove odnosno faze: -
-
analiza proizvoda, izbor početnog oblika - pripremka, izbor tehnoloških baza (za mehaničke i toplotno -mehaničke procese) utvrđivanje tipa proizvodnje, definisanje vrste i redoslijeda operacija, definisanje vrste i redoslijeda kontrole, izbor mašina i postrojenja za izvršavanje operacija i kontrola, izbor alata, pribora, pristroja i pomagala, određivanje vremena potrebnog za izvršavanje operacija i kontrole, određivanje potrebnog profila izvršilaca i formiranje tehnološke dokumentacije.
Za izvršavanje svakog od ovih zadataka važe određeni principi i metodologija rada. -
prijem i podešavanje mašine, predaja probnog komada kontroli, predaja izradaka, predaja dokumentacije, predaja specijalnih alata, prijem i zamjena standardnih alata i potrošnog materijala, raspremanje i čišćenje mašine, alata i pribora na radnom mjestu.
Tipizirani zahvati izrade su: -
-
stavljanje pripremka na mašinu, podešavanje pripremka, stezanje pripremka, podešavanje mašine, obrada, zaustavljanje mašine, mjerenje i kontrola, otpuštanje i skidanje izratka sa mašine.
Obradni, tehnološki i proizvodni procesi U obradnom procesu izvodi se transformacija materijala pripremka, energije i informacija u gotov proizvod (izradak), u okruženju obradnog sistema. Dakle, u obradnom procesu dolazi do promjene jedne ili više osobina, npr. geometrijskog oblika, i/ili hemijskog sastava, strukture materijala, mehaničkih osobina i slično. Tehnološki proces je dio proizvodnog procesa. Tehnološki proces obuhvata propisani redoslijed postupaka obrade koje treba izvesti da bi se dobio geometrijski oblik zadanih dimenzija, tačnosti, kvaliteta obrade i drugih osobina. Tehnološki procesi mogu biti jednostavni i složeni. Jednostavni procesi pretvaraju pripremak u proizvod u hodovima koji se odvijaju određenim i propisanim redoslijedom. Složeni tehnološki procesi se izvode sa više rednih ili paralelnih zahvata, koji mogu biti diferencirani i/ili koncentrirani. Kada se u jednom zahvatu istovremeno nalazi više alata, čija se vremena obrade preklapaju ili slijede govori se o simultanim procesima obrade (automati, specijalne mašine, automatske linije i si.).
12
Slika 2.4. Model tehnološkog procesa obrade
Tehnološki proces izvodi se n više operacija, pri čemu se u svakoj operaciji izvodi odgovarajuća transformacija postojećeg stanja obratka u novo stanje (slika 2.4.).
Proizvodni proces se odvija u proizvodnom sistemu (slika 2.5.). Svoje postojanje proizvodni sistem opravdava izvršavanjem proizvodnog procesa. Proizvodni proces obuhvata sve radnje tokom izrade nekog proizvoda: glavne i pomoćne operacije i zahvate, kontrolu kvaliteta, zastoje ili čekanja tokom izrade, međuoperacijski transport obratka - materijala, međuoperacijska kontrola, površinska zaštita, montaža i skladištenje. Prema tome, cilj proizvodnog procesa je proizvodnja definiranog proizvoda uz zahtijevani kvalitet, vrijeme izrade i najniže moguće troškove. Osnovni sistemi projektiranja tehnoloških procesa obrade Individualni tehnološki procesi (ITP) se projektiraju i primjenjuju za obradu jednog određenog proizvoda - izratka, uzimajući u obzir veličinu serije, raspoloživu proizvodnu opremu i
13
zahtjeve određene crtežom. Grupni tehnološki procesi (GTP) se projektiraju za formiranu grupu tehnološki sličnih izradaka. Da bi se po grupnom tehnološkom procesu mogli obraditi svi dijelovi iz grupe, GTP mora obuhvatiti sve operacije i zahvate pomoću kojih će biti obrađene sve površine dijelova iz grupe. Zbog toga se pri projektiranju GTP projektiranje izvodi za kompleksni dio, koji je reprezentant grupe i ujedno najsloženiji dio grupe. Tipski tehnološki procesi (TTP) projektiraju se za tipove izradaka, bitno veće sličnosti nego GTP, jedinstvenih konstrukcijskih i tehnoloških obilježja. Dakle osnovna osobina TTP je jedinstvo tehnološkog procesa pri obradi svakog dijela istog tipa. Do tipova dijelova se dolazi na osnovu kriterija da dijelovi istog tipa moraju imati iste obrade i njihov redoslijed, odnosno iste operacije i zahvate procesa obrade. Na osnovu navedenog može se zaključiti da isti tip sačinjavaju dijelovi istog geometrijskog oblika i datog opsega dimenzija, dok su razlike male i odnose se na materijal, tačnost obrade i slično. Prema tehnološkom nivou tehnološki procesi mogu biti konvencionalni (klasični) i nekonvencionalni (CNC, ACC, NC), a realiziraju se proizvodnim sistemima koji mogu biti kruti (obično konvencionalni), ili fleksibilni (obično CNC i FMS), ili kombinirani. Osnovna struktura tehnološkog procesa i utjecajni faktori Kod projektiranja tehnološkog procesa obrade polazi se od strukture, koja je obično standardna za svaki tip obrade. Najčešće su razlike moguće po pitanju širine razrade tehnološkog procesa, tj. da li se proces obrade projektira za individualne, tipske ili grupne tehnološke procese, odnosno da li se radi o procesu obrade za konvencionalne ili nekonvencionalne obradne sisteme. Razvojem i primjenom novih informatičkih tehnologija CAD/CAPP/CAM uslijedila je odgovarajuća promjena strukture tehnološkog procesa. Podaci koje tehnolog upisuje u tehnološku dokumentaciju moraju biti detaljno obrađeni i prikazani u obliku programa prema kojem upravljačka jedinica upravlja obradnim sistemom. Struktura tehnološkog procesa može biti data u skraćenom obliku, npr. definirani samo nazivi operacija ili detaljno određena do najmanjih zahvata - mikrozahvata. Koja će od ove dvije granične strukture biti primijenjena zavisi od vrste proizvodne opreme, stepena automatizacije, veličine serije, složenosti proizvoda i zahtijevane tačnosti. Kod pojedinačne i maloserijske konvencionalne proizvodnje operatoru, koji upravlja obično univerzalnom mašinom biti će prepušten izbor najvećeg broja elemenata obrade (faze i zahvati) od stezanja obratka, izbora faza i zahvata i njihovog redoslijeda, izbora pomoćnih sredstava - alata do režima obrade (brzina rezanja, posmak, dubina, broj prolaza, itd.). Kod potpuno automatiziranog obradnog sistema, bez obzira na tehnički nivo upravljanja (mehanički, hidraulični, električni, numerički, kompjuterski) neophodno je tačno i detaljno definirati sve zahvate, faze i operacije, alate i režime obrade. Količina proizvoda utiče na stepen razrade procesa, i to s porastom količine detaljnija je razrada, odnosno za malokoličinsku proizvodnju primjenjuje se najmanje detaljizirana razrada procesa. Dakako, ima izuzetaka, posebno kada su u pitanju NC i CNC obradni sistemi gdje je razrada procesa detaljna. Zbog svega navedenog dobro je strukturu tehnološkog procesa posebno promatrati za konvencionalne, odnosno za numerički upravljene mašine, jer postoji velika razlika u nivou razrade procesa i metodu ispisa i prenosa geometrijskih, kinematskih i tehnoloških informacija. Ove su razlike rezultat načina upravljanja obradnim sistemima, tako je kod prvih obradnih
14
sistema upravljačka jedinica mehanička ili elektro-hidraulična ili čovjek-operater, dok je kod drugih kompjutersko (CNC) upravljanje. Struktura tehnološkog procesa za konvencionalne i CNC upravljane obradne sisteme prikazana je na slici 2.6, gdje razrada počinje analizom konstrukcije proizvoda, a završava formiranjem tehnološke dokumentacije. Struktura tehnološkog procesa obrade zavisi od niza utjecajnih faktora, koji više ili manje utiču na sadržaj procesa, tehnološki nivo razrade, redoslijed operacija i zahvata, produktivnost i ekonomičnost procesa, itd. Svi utjecajni faktori mogu se prikazati u šest grupa: 1.
Faktori zavisni od vrste i tipa obrade: tip obrade: tokarenje, glodanje, bušenje, brušenje, izvlačenje, istiskivanje itd. vrsta obrade: gruba, završna (fina).
2.
Faktori zavisni od obradne mašine:
3.
vrsta mašine: univerzalna, automat (jednovreteni, viševreteni), obradni centar, itd., vrsta automatizacije: automatska, poluatomatska, fleksibilna, vrsta upravljanja: klasična, CNC, ACC, itd., kinematske osobine: brzina obrtanja, posmak, snaga mašine, tačnost i preciznost obrade, veličina i krutost mašine, vrijeme pripreme mašine, vrijednost norma sata rada.
Faktori zavisni od alata: vrsta i geometrijski oblik alata, vrsta materijala alata (brzorezni čelik, tvrdi metal, keramika), hemijski sastav i struktura materijala alata, fizikalne osobine alata (tvrdoća, postojanost, itd.), tip alata (jedna oštrica, više oštrica itd.), izmjena alata (ručna, poluatomatizirana, automatizirana), podešavanje alata (na mašini, izvan mašine), cijena alata.
4.
Faktori zavisni od izratka i pripremka:
5.
vrsta materijala izratka, složenost izratka (geometrijski oblik, dimenzije, površine obrade, tačnost obrade), geometrijski oblik i dimenzije izratka, tolerancije oblika i položaja, površinska hrapavost, stanje pripremka (oblik, dimenzije, vrsta, težina), fizikalno - hemijske osobine materijala, stanje materijala i površinske kore pripremka.
Faktori uslova obrade:
parametri režima obrade, vrsta sredstva za podmazivanje i hlađenje, stabilnost i krutost obratka,
15
način stezanja obratka. 6.
Faktori zavisni od vrste proizvodnje i složenosti obrade:
tip proizvodnje (pojedinačna, serijska, masovna), količina proizvoda (10, 50, 100, 1000 kom.), složenost obrade (jednokomponentne i višekomponentne obrade, glodanje tokarenje - bušenje ili hladno istiskivanje - tokarenje -termička obrada - brušenje sastavljanje itd.).
Stepen detaljnosti projektovanja tehnoloških procesa Stepen detaljnosti projektovanja tehnološkog procesa se iskazuje preko broja informacija i njihove definisanosti u projektu, odnosno izlaznim dokumentima projektovanja. Može da bude različit od naznaka faza tehnološkog procesa i dimenzija osnovnih parametara iskazanih za čitav radni nalog (sklop), do definisanih pokreta u izvođenju procesa rada (instruktažni list). Svaki od ovih stepena detaljnosti projektovanja ima svoje efekte i cijenu projektovanja čiji odnos treba da bude optimalan (maksimalan). Stepen detaljnosti projektovanja tehnološkog progesa zavisi od: vrste projekta tehnološkog procesa odnosno namjene projekta. Kod projekta koji se pojavljuju u investicijskom procesu stepen detaljnosti raste što je projekat bliže realizaciji, odnosno od idejnog do glavnog projekta, o tipa proizvodnje gdje detaljnost i preciznost raste sa tipom proizvodnje, o stalnost proizvodnje gdje detaljnost raste što je stalnost proizvodnog programa veća i o
16
o
nivoa stručnosti izvršilaca gdje stepen detaljnosti opada što je stručnost viša.
Podloge za projektovanje tehnološkog procesa Sastav podloga za projektovanje tehnoloških procesa zavisi od cilja projektovanja. Ako se radi o projektovanju novog proizvodnog sistema onda ove podloge treba da sadrže: -
proizvodni program, obim proizvodnje, dokumentaciju proizvoda (sklopni i radionički crteži) i rezultate analize proizvoda sa stanovišta stepena obuhvatnosti izrade.
Ako se radi o rekonstrukciji i modernizaciji proizvodnog sistema onda uz gornje podloge treba dodati: -
pregled mašina i postrojenja postojećih sa karakteristikama i pregled alata, pribora, pristroja i pomagala postojećih.
Isto vrijedi i za uvođenje novog proizvoda u postojeći proizvodni sistem gdje se dodaju još i
17
podloge: -
-
katalozi materijala koji se mogu nabaviti na tržištu, katalozi standardnih i tipskih alata, pribora, pristroja i pomagala koji se mogu nabaviti na tržištu, normativi vremena, materijala, energije i drugih resursa, različiti priručnici o režimima rada, uslovima i propisima, sistematizovani pregledi realizovanih istih ili sličnih tehnoloških procesa sa upisanim uočenim nedostacima.
Što je širi skup ovih podloga to će projektovanje moći da bude detaljnije, tačnije i produktivnije. Uočava se potreba stvaranja banaka podataka o parametrima tehnoloških procesa.
18
OSNOVNI TIPOVI PROIZVODNJE PROIZVODNJE
i
KLASIFIKACIJA TIPOVA
Vidovi proizvodnje Pod vidom proizvodnje podrazumijevaju se organizaciono-tehničke karakteristike proizvodnog procesa. Efikasnu organizaciju industrijske proizvodnje moguće je postići prelaskom na proizvodnju uskog asortimana proizvoda u velikim količinama i uskom specijalizacijom proizvodnog procesa. Proizvodnja velikog broja sličnih proizvoda omogućava uvođenje lančanog sistema rada. U industrijskim organizacijama proizvodnja se može podijeliti na: -
pojedinačnu proizvodnju, serijsku proizvodnju i masovnu proizvodnju.
Osnovne karakteristike pojedinačne proizvodnje su širok asortiman proizvoda koji se izrađuju u malim količinama. Proizvodi se ne pojavljuju i razlikuju se prema konstrukciji i tehnologiji izrade. Kupci naručuju proizvode i svaki postavlja svoje, uslove u pogledu konstrukcije i kvaliteta. Ovakav način proizvodnje zahtijeva primjenu, univerzalne tehnološke opreme, standardne alate, a za ostvarivanje ovakvog vida proizvodnje potrebna je visokokvalifikovana i univerzalna radna snaga. Proizvodnju prate česti prekidi, planiranje se vrši na osnovu iskustva od oka, iskorištenje kapaciteta je slabo, a troškovi proizvodnje su vrlo visoki. Tehnološki postupak za pojedinačnu proizvodnju je jednostavan i razrađen grubo, operacije nisu raščlanjene jer su vezane za univerzalne mašine, primjenjuju se univerzalni alati i pribori, a troškovi pripreme su visoki. Ovakav način proizvodnje treba izbjegavati i težiti ka serijskoj i masovnoj proizvodnji. Serijska proizvodnja je takav vid proizvodnje u kojoj se izrađuje određeni broj proizvoda u seriji. Proizvodi, izrađeni u serijama, imaju isti oblik, dimenzije, masu i od istog su materijala. Osnovne karakteristike ove proizvodnje su: -
-
-
priprema rada se izvodi za cijelu seriju, tehnološki postupak se radi za seriju, radna snaga je kvalifikovana i polikvalifikovana, primjenjuje se specijalizovana, a također i univerzalna tehnološka oprema, podjela rada je razrađena, bolje se koriste kapaciteti, razrađeni su normativi materijala, alata i vremena i izrade i troškovi su mnogo manji nego kod pojedinačne proizvodnje.
Serijska proizvodnja može biti maloserijska i srednjeserijska. Maloserijska proizvodnja je bliska pojedinačnoj proizvodnji i odlikuje se velikim brojem tipova (serija proizvoda), a malim brojem komada. Srednjeserijska proizvodnja je bliska masovnoj proizvodnji i odlikuje se malim brojem tipova (serija) proizvoda sa velikim brojem komada. Tehnološki postupak za serijsku proizvodnju je razrađen detaljnije, obuhvaćen je veći broj faktora koji ima uticaj na tehnološki proces. Osnovne karakteristike masovne proizvodnje su uzak asortiman proizvoda koji se izrađuju u velikim količinama. Masovna proizvodnja zahtijeva uvođenje automatizacije i mehanizacije u proizvodni proces. Tehnološki proces se odvija najčešće po lančanom sistemu koji zahtijeva tačan redoslijed operacija od jednog do drugog radnog mjesta sa određenim ritmom rada. Izrada svakog dijela je do detalja razrađena, tok operacije je određen prostorno i vremenski. Vrijeme trajanja operacije je vezano za radni takt jer postoji stroga zavisnost između uzastopnih radnih operacija. U 19
masovnoj proizvodnji radna mjesta imaju stalne operacije, podjela rada je detaljna, iskorištenje kapaciteta je maksimalno, radna mjesta i tehnološka oprema su specijalizirani, a radna snaga je jeftina i niže kvalifikacije. Masovna proizvodnja se odlikuje niskim troškovima proizvodnje i visokom produktivnošću. Planiranje proizvodnje, kontrola proizvodnog procesa, kontrola kvaliteta je jednostavna i ne zahtijeva veći broj režijskog osoblja. Za ovu proizvodnju je bitno osigurati tržište i sirovinsku bazu.
20
Određivanje tipa proizvodnje Tip proizvodnje je značajan uticajan faktor na izbor rješenja u tehnološkom procesu i nivo njegove razrade. Kao mjera na osnovu koje se može zaključiti o kojem tipu se radi može se uzeti koeficijent serijnosti iskazan relacijom:
gdje je: tii - vrijeme i-te operacije i R - ritam proizvodnje
uz: Kk - koristan kapacitet i qj - količina proizvodnje za određeni vremenski period.
Ako se poznaje veličina Kser može se odrediti tip proizvodnje po slijedećim kriterijumima: Kser <1 ili Σtii 1 ili Σtii < R - znači da je proizvodnja neprekidna odnosno imamo serijsku proizvodnju. a)
Da bi se utvrdilo o kojoj serijskoj proizvodnji se radi treba uzeti dopunski kriterijum najdužeg vremena trajanja operacije (timax)
c)
o
za timax/R<1 ili timax < R
- radi se o srednjeserijskoj proizvodnji,
o
za timax/R>1 ili timax > R - radi se o velikoserijskoj proizvodnji
Kser =1 ili Σtii = R znači da se radi o masovnoj proizvodnji neprekidnog tipa s tim da na mjestima dužih operacija moraju biti uvedena dva ili više radnih mjesta.
21
KLASIČNA I NOVA PROIZVODNA FILOZOFIJA Karakteristike svjetskog tržišta u današnjim uslovima su dominacija zahtjeva kupaca i globalizacija tržišta, što ima za posljedicu višestruko povećanje konkurencije. Više nije problem proizvesti proizvod već ga prodati. Kao posljedica ovakvoga stanja dolazi do prihvaćanja tzv. marketing koncepcije poslovanja koja podrazumijeva prilagođavanje proizvođača potrebama potrošača, kako bi se na tržištu uspostavio najbolji odnos između njih i ostvarili najbolji rezultati. Da bi se u tome uspjelo neophodno je odgovoriti zahtjevima tržišta u dužem nizu godina, a sve u uslovima kada tržište kontinuirano postavlja sve složenije zahtjeve u pogledu produktivnosti, kvaliteta i brzine osvajanja novih proizvoda. Rastuća globalizacija tržišta i pristup većeg broja zemalja svjetskom tržištu, kao i stalno ubrzanje tehničkog napretka, zahtijevaju od firmi povećanu fleksibilnost pri oblikovanju proizvoda i/ili usluga. Za dugoročno održavanje njihovih konkurentskih sposobnosti kao i osiguranje inovacionih mogućnosti, industrija zahtijeva nove, proširene prilagodljive metode i postupke za poboljšanje, prije svega, procesa razvoja proizvoda. -
Kupac u središtu interesa Transparentni odnosi kupacdobavljač E-bussines Kratki životni vijek proizvoda Razvoj za buduće potrebe kupca FLEKSIBILNA TRAŽNJA
-
Fleksibilnost proizvodnje Smanjenje vremena pripreme i obrade Niži proizvodni troškovi CA..(CAD, CAM, CAP, CAPP, CAMI,...) FTS, CIM JIM, MRP Promjene prema zahtjevima za kapacitetom
-
Fleksibilnost organizacije
-
Virtualna organizacija ISO,..., TQM, TPM KAIZEN "Outsourcing" Brzo prihvaćanje novih metoda i strategija
-
-
-
ZNANJE
Fleksibilnost kadrova Znanje o znanju Znanje za rješavanje a ne samorješavanje Brzo mijenjanje vještina i sposobnosti Intelektualni kapital Promjena strukture radnog vremena Kontinuirano obrazovanje
I INVE NT IVNOST
GLOB ALIZACIJA Povećanje društvenih odnosa diljem svijeta koji povezuju udaljena područja tako da lokalne događaje oblikuju događaji koji se odvijaju kilometrima daleko. A. Giddens
Slika 1.1. Organizacijske i tehnološke promjene u strukturi proizvodnje
Novi uslovi poslovanja na globalnom tržištu okarakterizirani su: pojavom potpuno novih proizvoda na tržištu, razvojem postojećih proizvoda, povećanjem kvaliteta i pouzdanosti proizvoda, boljom usklađenosti kvaliteta i cijene sa funkcijom proizvoda, razvojem dizajna i ergonomije, velikim uticajem mode, velikom konkurencijom, smanjenjem cijena proizvoda, te kratkim i tačno utvrđenim rokom isporuke (just-in-time) doveli su do toga da raniji elementi konkurentske sposobnosti , prema Adam Smith-u, koji su se ogledali kroz jeftine faktore proizvodnje (jeftin rad, jeftin kapital, jeftina energija, jeftin transport i jeftino korištenje infrastrukture) danas budu, sasvim izmijenjeni (Poter, 1997.):
22
stalno inoviranje proizvoda i procesa te poboljšanje organizacije, upravljanja i kvaliteta; jaka konkurencija na domaćem tržištu; visokozahtjevna domaća potrošnja; visokorazvijeni domaći dobavljači i kooperanti. U odnosu na znanje niti jedna zemlja, niti jedna industrija, firma ili pojedinac, nemaju prirodnu prednost: prednosti su u želji za učenjem, inventivnosti pojedinca, sposobnosti menadžera da motiviraju, povećavaju i iskoriste individualno znanje. Znanje i inventivnost zaposlenika koji se nazivaju zajedničkim imenom intelektualni kapital, postali su najveća vrijednost jedne firme. Kao što se da primijetiti novo tržišno okruženje rezultiralo je i stvaranjem nove, savremene proizvodne filozofije čiji su osnovni principi: 1. Nije problem proizvesti već prodati. Međutim, veliki je problem proizvesti: kvalitetno, brzo i uz što niže cijene. 2. Konkurencija se pobjeđuje "oružjem": kvalitet, cijena, rok. Kvalitet
Rok
Cijena
Slika 1.2. Elementi konkurentnosti proizvoda
3. I u trenutku najvećih poslovnih rezultata postojećeg programa proizvodnje treba imati jasno koncipiran novi program proizvodnje. D
*** *** Novi program
T [god]
Slika 1.3. Razvoj novog proizvodnog programa
4.
Plan nije ništa, a planiranje je sve.
5. U proizvodnji se samo na proizvodnim radnim mjestima stvara nova vrijednost, sve ostalo je trošak. 6. Kontrolu kvaliteta ne treba razvijati već je svoditi na najmanju moguću mjeru.
D=PC-TR
TR
PC=TR+D
PC
D
Slika 1.4. Filozofija uspjeha
23
7.
Procese i tokove vremenski i količinski dobro isplanirati, da se odvijaju tačno na vrijeme ( just-in-time).
8.
U organiziranom ponašanju treba slijediti netroškovni princip, odnosno princip stalnog snižavanja troškova. Troškovni princip, odnosno princip stalnog priznavanja troškova onakvih kakvi jesu preko cijene proizvoda treba eliminirati.
9. Ne treba proizvoditi ni velike ni male serije, već optimalne. 10. Radnike ne treba otpuštati već motivirati, a otpuštati samo one koje nije moguće motivirati. 11. Kvaliteta proizvoda se može povećati samo povećanjem kvaliteta organiziranja, odnosno nivoa organiziranosti. 12. Ako su: ideja, brza odluka i rizik osnovne odrednice glavnog menadžera, onda su: adekvatan uvid u postojeće stanje, brza i tačna identifikacija uzroka poremećaja i efikasna organizacija korekcije postojećeg ka željenom stanju osnovne odrednice menadžera u proizvodnji. 13. Poštovati svaku ideju, a provoditi-realizirati samo dobre. 14. Dobri kadrovi mogu nadomjestiti loš plan, ali nikakav plan ne može nadomjestiti loše kadrove.
Postojeća
Nova
Tržište
4× 20%
16× 5%
1× 50%
8× 33%
Veliki rizik
Visoki troškovi menadžmenta
Vjerojatnoća uspjeha na tržištu
Mali rizik Postojeća
Nova
Tehnologija
Slika 1.5. Uspjeh i rizik proizvoda na tržištu
24
KLASIFIKACIJA TEHNOLOŠKIH PROCESA I TEHNOLOGIJE OBRADE U opštem slučaju, tehnološki procesi zahtijevaju primjenu više tehnologija, od kojih su najpoznatije: -
Livenje; Zavarivanje; Obrada plastičnim deformisanjem; Obrada rezanjem; Elektroerozivna obrada, Obrada laserom; Termička obrada.
Osim ovih tehnologija koje su poznate i kao osnovne, u tehnološkim procesima izrade proizvoda koriste se i druge, uslovno nazvane pomoćne tehnologije: -
Doterivanje; Ispravljanje; Balansiranje; Odmašćivanje; Označavanje; Kontrola; Pakovanje itd.
Podjela proizvodnih tehnologija Prema DIN 8580 izvršena je podjela na šest glavnih grupa i to s obzirom na: -
stvaranje oblika izmjenu oblika (forme) izmjenu svojstava materijala
Podjela se izvodi na šest sljedećih grupa: Primarno oblikovanje – je postupak proizvodnje nekog čvrstog tijela (obratka ili izratka) iz materijala proizvoljnog oblika putem stvrdnjavanja zajedničkog, npr. klasično livenje, livenje pod pritiskom itd. Deformisanje – je tehnološki postupak plastične izmjene oblika čvrstog tijela uz zadržavanje iste mase i ojačavanje kompaktnosti (neprekidnosti) obratka. Razdvajanje – je postupak izmjene oblika iz sirovine, polufabrikata ili pripremka, uz redukciju (umanjenje) zapremine obratka tokom obrade npr. rezanje, sječenje, probijenje itd. Spajanje – je tehnološki postupak trajnog povezivanja dva ili više elemenata u novu cijelinu, npr. zavarivanje, lijepljenje, itd. Zaštita – je nanošenje trajnog zaštitnog sloja na materijal, npr. laka, keramike, itd. Izmjena svojstava materijala – je postupak promjene karakteristika nekog postojećeg materijala npr. žarenje, sinterovanje, kaljenje, itd.
25
26
27
28
29
30
31
32
33
NIVO TEHNOLOGIJE I SLOŽENOST PROIZVODA Proizvod Proizvod je središnja tačka svake proizvodnje. Kvalitetan i jeftin proizvod je osnova razvitka svake proizvodne firme i garancija njenog opstanka zbog čega se dizajnu proizvoda posvećuje posebna pažnja. Na globalnom tržištu samo neznatan broj firmi ima tu privilegiju da doživljava male promjene svojih proizvoda, dok je velika većina firmi suočena sa stalnim i čestim izmjenama svojih proizvoda. Moderni menadžment je razvio više načina promatranja uvođenja novih proizvoda: tržišno povlačenje, tehnološko guranje i među funkcionalni pristup. Tržišno povlačenje. Prema ovome načinu, trebalo bi proizvoditi ono što se na tržištu može prodati. U tome slučaju nove proizvode određuje tržište, s vrlo malo obzira prema postojećoj tehnologiji i proizvodnim procesima. Zahtjevi kupaca su primarna osnova za uvođenje novog proizvoda. Tipovi novih proizvoda se određuju na temelju potreba tržišta, odnosno zahtjeva kupaca, a potom se izrađuju. Tehnološko guranje. Prema ovome pristupu, trebalo bi prodavati ono što se može proizvesti. To znači da bi novi proizvodi proizašli iz proizvodne tehnologije s malo obzira prema tržištu što implicira da je na marketingu zadatak da iznađe tržište i proda izrađene proizvode. U tome slučaju trebalo bi agresivnim istraživanjem i razvojem organizirati proizvodnu proizvoda koji bi imali znatnu prednost na tržištu.
Prihod, troškovi
Međufunkcionalni pristup. Kod ovoga pristupa uvođenje novog proizvoda nije ni tržišno povlačenje, ni tehnološko guranje, već je određeno koordiniranim aktivnostima između funkcija. Rezultat tih aktivnosti trebali bi biti proizvodi koji se mogu proizvesti i prodati tehnologijom koja može ostvariti najbolje prednosti.
[nj]
Iznos za pokrivanje prethodnih troškova
Prethodni troškovi
Dobitak
Prihod
Troškovi
0 Prethodni troškovi
Prelomna tačka
Planiranje proizvoda
Razvoj, konstruisa., priprema proizvodnj.
Definiranje Slika proizvoda
Vođenje marketinga
Porast
Konstant.
Vrijeme
Stagnacija
Opadanje
Životni tok proizvoda na tržištu Proizvodnja 1.6. Uspjeh firme i razvoj proizvoda
Razvoj proizvoda kao proces obuhvata sve aktivnosti vezane za dobivanje i obradu informacija o izradi, korištenju i reciklaži jednoga proizvoda, a njemu kao funkciji firme pripadaju parcijalna područja istraživanja i predrazvoja, kao i sopstveni razvoj i konstruiranje, ispitivanje i proračun. Kao izrazito timska aktivnost razvoj proizvoda nameće i probleme 34
zajedničkoga rada, procesa mišljenja, ergonomije, itd. Već ranije je navedeno da uslijed pritiska konkurencije centralni značaj pri razvoju proizvoda ima trougao: cijena-kvalitetavrijeme. Ova tri aspekta s druge strane uslovljavaju traženje kompromisa između njih, a u istoj ravni spram značaja kod procesa razvoja proizvoda je i fleksibilnost, odnosno spremnost za brzo reagiranje na zahtjeve tržišta. Bez obzira na različite pristupe koji se koriste za razvoj novog proizvoda, redoslijed osnovnih faza u tom procesu u uglavnom je sličan. Općenito se može reći da pri razvoju novi proizvod prolazi kroz sljedeće faze: stvaranje ideja, izbor ideje o proizvodu, prethodno oblikovanje proizvoda , izrada prototipa, testiranje i oblikovanje konačnog dizajna proizvoda, pri čemu je potrebno napomenuti da oblikovanje novog proizvoda ne ide u postupnom slijedu od početka do kraja, nego se neki koraci mogu preskočiti, a neki ponoviti i po više puta. 1.
2.
3.
4.
5. 6.
Stvaranje ideje - Ideja se javlja u čovjeku kao rezultat njegove stvaralačke imaginacije ili je proizvod-rezultat čovjekovog akumuliranog znanja o sadašnjim ili viziji budućih potreba tržišta. Same ideje proizlaze sa tržišta (izvode se iz potreba kupca) ili iz tehnologije (potiču od raspoložive ili nove tehnologije). Izbor ideje o proizvodu - Cilj je identificiranje najbolje ideje iz skupa ponuđenih ideja. Pri samom izboru, koji obično predstavlja timski rad, potrebno je prikupiti mnogo informacija o kupcima (sadašnji i potencijalni kupci novog proizvoda, kvalitetu proizvoda koji kupac očekuje, primjedbama kupaca na trenutne aktualne proizvode,…), o konkurenciji (informacije o domaćim i stranim firmama koje proizvode proizvode slične namjene, informacije date kroz kataloge, prospekte, informacije o obimu proizvodnje, informacije o procjeni potreba tržišta, ...). Prethodno oblikovanje proizvoda - Ova faza se odnosi na izbor najboljeg dizajna proizvoda na temelju prihvaćene ideje o novom proizvodu. Nakon što se dizajn proizvod razvije i odobri prilazi se izradi prototipa, jednog ili više njih za potrebe daljnjih ispitivanja. Izrada prototipa - Pri izradi prototip može poprimiti više različitih oblika, a sve u cilju iznalaženja što boljeg rješenja i približavanja željenom dizajnu (izgledu konačnog proizvoda). Ako je potrebno, prototip se može tokom izrade i modificirati kako bi što bolje zadovoljio potrebe kupca. Testiranje - Vrše se različita ispitivanja prototipa u cilju zadovoljenja željenih osobina (mehaničke, termičke, optičke, …). Oblikovanje konačnog dizajna proizvoda - u ovoj fazi se radi specifikacija proizvoda i crteži. Na temelju provedenih testiranja prototipa može se prići nekim izmjenama u završnom dizajnu. Nakon toga pristupa se kompletiranju proizvodnih specifikacija kako bi proizvodnja mogla da krene.
Oblikovanje proizvoda je prvi korak i osnovno polazište u projektiranju tehnoloških procesa obrade. Konstrukcija proizvoda je temelj od kuda polaze sve tehno-ekonomske karakteristike proizvodnje (tehnologija, kvalitet, tehnologičnosti, troškovi, proizvodnost, cijena, perspektivnost - tržišna podobnost). Dobra i tehnologična konstrukcija proizvoda olakšava primjenu savremene tehnologije, niže troškove izrade i uspješniji plasman. Zbog toga, dobro oblikovan proizvod mora zadovoljiti kriterije: tehnologičnosti, kvalitete, proizvodnosti, ekonomičnosti, funkcionalnost i estetičnosti, normativnosti, eksploatabilnosti, sigurnosti, ekologičnosti, recikličnosti, ergonomičnosti i tržišnosti. Troškovi proizvodnje se mogu minimizirati primjenom optimalne tehnologije obrade, minimalnim utroškom energije i materijala, dobrom tehnološkom organizacijom procesa izrade, proizvodnjom bez škarta, itd. Tržišnost proizvoda se postiže cijenom, kvalitetom i rokom isporuke proizvoda. 35
Metode oblikovanja i razvoj proizvoda Zadnjih godina su razvijene nove strategije oblikovanja i razvoja proizvoda vezane za znatno skraćenje vremena razvoja, veću konkurentnost na tržištu, povećane zahtjeve kupaca, što je rezultiralo primjeni novih metoda inženjerskog oblikovanja proizvoda. Do sada je razvijeno više metoda, kao što su: -
konstruiranje s obzirom na izradu (DFM - Design for Manufacturing), konstruiranje s obzirom na montažu (DFA - Design for Assembly), konstruiranje s obzirom na izradu i montažu (DFMA- Design for Manufacturing and Assemblv), konstruiranje s obzirom na analizu potencijalnih grešaka i posljedica (FMEA Failure Mode and Effect Analvsis), nova strategija razvoja proizvoda (New Strategies in Development of Products) ili simultano projektiranje proizvoda (Simultaneus Engineering).
Svaka od navedenih metoda ima osnovni cilj smanjiti vrijeme oblikovanja i razvoja, postići viši nivo savršenstva proizvoda, koristeći pri tome sva raspoloživa naučno - stručna, informatička i ekspertna znanja (slika 3.1.).
Geometrijske i tehnološke podloge Geometrijske informacije dobivene pomoću crteža izratka ili CAD sistema su podloge za projektiranje putanje kretanja alata, odnosno za skidanje viška materijala u procesu obrade. U obradnom procesu alat se kreće po programiranim segmentima ovisno o vrsti obradnog sistema (konvencionalni ili CNC) i geometriji izratka. Prema tome, geometrijska podloga za projektiranje tehnološkog procesa obrade određena je konturom izratka i koordinatama - mjerama, kako bi se u procesu obrade dobio izradak definiran crtežom (slika 3.6).
36
Tehnološke podloge pri projektiranju tehnološkog procesa određene su tehnološkim parametrima koji definiraju obradni proces. Tehnološki parametri ovise o vrsti procesa obrade (struganje, plastična obrada, termička obrada, itd.), vrsti obradnog sistema i materijalu obratka, tako za obradu skidanjem strugotine su: -
-
definiranje pripremka i njegove geometrije, definiranje režima obrade (brzina, posmak, dubina), način i broj stezanja obratka (baziranje i stezanje), broj prolaza pri obradi (gruba i fina obrada), kvalitet obrađene površine (određen crtežom), sistematizacija alata (redoslijed izmjene alata), izbor obradnog sistema (konvencionalni ili nekonvencionalni).
37
TEHNOLOŠKA ANALIZA PROIZVODA Sistem analize proizvoda Bez obzira o kakvom se tehnološkom nivou projektiranog procesa obrade radi potrebno je postupak projektiranja započeti analizom konstruktivne dokumentacije proizvoda, odnosno izratka. Kod konvencionalnih tehnoloških procesa obrade iz crteža proizvoda se dobivaju prve važne informacije o geometriji, dimenzijama, vrsti materijala, propisanoj tačnosti i funkciji proizvoda. Kod nekonvencionalnih tehnoloških procesa obrade crtež proizvoda je izlaz iz CAD sistema i ako se radi o integriranom CAD/CAM sistemu to su istovremeno ulazni podaci za programiranje CAM sistema upravljanja radom obradnog sistema. Analiza konstruktivno-tehnološke dokumentacije Analizom crteža ne utvrđuje se samo tehničko - konstruktivna tačnost crteža (standardi, format, numeracija i slično) već i tehnološka ispravnost crteža proizvoda. Nekontrolisani crteži upućeni u proizvodnju dovode do vrlo velikih zastoja i gubitaka, jer dolazi do mnogobrojnih naknadnih upita, korektura i dopunjavanja crteža, za koje vrijeme vrlo skupi proizvodni kapaciteti stoje neiskorišteni, a čiji je krajnji rezultat tada neekonomična proizvodnja. Stoga je potrebno izmjene i dopune pravovremeno unositi u crteže kako bi se izbjegli nepotrebni gubici u proizvodnji. Moguće su: -
-
funkcionalne izmjene, izmjene vezane za sastavljanje, izmjene dijelova ili grupa dijelova, izmjene tehnologije, izmjene dimenzija i opisa, izmjene radi poboljšanja uslovljene radnim iskustvom, izmjene dokumentacije.
Isto tako načinjene izmjene treba podvrći kontroli kako bi se izbjeglo da umjesto dobrih dobijemo loše izmjene. U tom smislu treba ispitati: -
stvarne potrebe za izmjenama, kako će se izmjene na crtežu jednog dijela odraziti na izmjene na crtežima drugih dijelova, kako će izmjene uticati na funkciju proizvoda, te montažu sastavnih dijelova, da li će izmjene umanjiti projektovane funkcije proizvoda, kako će se izmjene odraziti na tehnologiju obrade, alate, uređaje i proizvodna sredstva, da li će izmjene uticati na izmjene materijala, stanja zaliha i slično, kakav će biti uticaj izmjena na troškove obrade i cijenu proizvoda, uticaj izmjena na vremenske normative, posebno na rok isporuke proizvoda.
Kada se ima u vidu da će se svi nabrojani mogući uticaji izmjena odraziti na cijenu proizvoda, onda se može kazati da problem smanjenja cijene koštanja nije moguće posmatrati odvojeno od konstrukcionih i tehnoloških rješenja. Zapravo, ako su ova rješenja optimalna, može se očekivati niža cijena proizvoda, a
38
to je moguće ostvariti kada se konstruktori i tehnolozi ne zatvaraju u uzak krug "tehničkih problema", već se interesuju za cijenu i strukturu troškova. Kod modernih tehnoloških procesa ovi su poslovi integrirani. Konstruktivna analiza crteža Konstrukcija proizvoda je prava i polazna osnova za projektovanje tehnološkog procesa. Da bi ispravno projektovao tehnološki proces, tehnolog, na prvom mjestu, mora poznavati funkciju i namjenu proizvoda. Do ovih saznanja on dolazi proučavanjem šema, tehnoloških podataka, opisa, namjene, sklopnih i radioničkih crteža. Pored toga, tehnolog ima stalnu saradnju sa konstruktorom, a ova saradnja započinje još u fazi izrade projektne i konstrukcione dokumentacije. Cilj ove saradnje je da se tehnolog na vrijeme upozna sa svim elementima novog proizvoda. U toku ove saradnje, tehnolog često daje konstruktoru niz korisnih savjeta u pogledu konstrukcije s gledišta tehnologije izrade. Konstruktor vodi računa na prvom mjestu da projektuje i konstruiše proizvod koji će biti tehnički ispravan i funkcionalan. Malo vodi računa o mogućnostima izrade o konkretnim uslovima proizvodnje. Jasno je, da se ista funkcija i tehnička ispravnost može ostvariti i drugim rješenjima koja se, sa gledišta tehnologije izrade, povoljnija. Konačni cilj konstruktora i tehnologa je dobijanje proizvoda koji je tehnički ispravan i funkcionalan, a jeftin proizvod i konkurentan na tržištu sličnih proizvoda. Za proizvod, koji ispunjava navedene uslove, kaže se da je tehnologičniji. Pregled crteža u pogledu konstruktivne tačnosti je prva etapa u konstruktivno tehnološkoj analizi crteža. Greške koje se u ovoj fazi rada uoče treba odmah otkloniti kako bi kod tehnološke analize dati crteži u potpunosti odgovarali tehničkim noramtivima i standardima. Analizom konstruktivne tačnosti treba obuhvatiti slijedeće: -
-
-
Provjeriti da li je crtež tako jasan da se može čitati bez zastoja kako u procesu proizvodnje ne bi smo prouzrokovali zastoje tražeći dopunska obavještenja. Analizirati da li se svi potrebni elementi vide na crtežu, da li je dovoljan broj presjeka, da li su date sve kote za izradu, da li je crtež ispravno kotiran, da li su date tolerancije, da li su znakovi za kvalitet obrade jasni i dovoljni. Da li su data dozvoljena odstupanja od pravilnog geometrijskog oblika i dozvoljena odstupanja međusobnih odnosa površina. Da li će konstruktivne baze moći poslužiti i kao tehnološke kako bi greška obrade bila manja. Da li dati konstruktivni mjerni nizovi odgovaraju zahtijevanom stepenu tačnosti. Da li postoji mogućnost da se neke površine ne obrađuju ili obrađuju uz pojednostavljenje oblika, a da zadovolje propisanu namjenu. Da li je upotrijebljeni materijal propisano označen i da li odgovara. Da li je predviđena termička obrada, površinska zaštita, i ako jeste, da li odgovara.
Analizu radioničkog crteža obavljati sljedećim redom:
opšti pregled crteža, pregled propisanog materijala, pregled kota, pregled dozvoljenih odstupanja i znakova obrade i 39
pregled s obzirom na mogućnost ugradnje. Opštim pregledom utvrđuje da li je dio nacrtan u skladu sa pravilima tehničkog crtanja, da li ima dovoljno projekcija i presjeka na osnovu kojih se može stvoriti jasna slika kako predmet izgleda. Pored toga, utvrđuje se da li su sve oznake jasne, da li ima sastavnicu, da li je izabrana pogodna standardna razmjena, te da li ima dopunskih oznaka. Pregled materijala je značajan jer on ima znatnog uticaja na troškove izrade. Pravilnim izborom materijala olakšat ćemo izbor polaznog sirovog materijala za proizvodnju. Također, mora se provjeriti da li je konstruktivni oblik u skladu sa načinom dobivanja poluproizvoda. Pregledom kota utvrđujemo da li postoji dovoljan broj kota koje definišu geometrijski oblik, da li je izvršeno ispravno kotiranje i jesu li sve kote dovoljno jasne. Osim toga, se provjerava da li je konstruktor izabrao pogodne konstrukcione baze, ima li nepotrebnih kota i kota koje se ne mogu mjeriti. Pregledom dozvoljenih odstupanja i znakova obrade tehnolog provjerava da li su na svim mjestima, gdje je to potrebno s obzirom na funkciju dijela, propisana dozvoljena odstupanja, da li su ona prestroga i da li treba propisivati nova dozvoljena odstupanja da bi ostvario zahtijevani kvalitet i dozvoljena odstupanja. Provjerava znakove obrade i utvrđuje da li su sve površine snabdjevene odgovarajućim znakovima obrade, te da li su ti znakovi u saglasnosti sa propisanim dozvoljenim odstupanjem dimenzija. Na kraju analize tehnolog provjerava konstruktivni oblik s obzirom na mogućnost ugradnje. Za ovu analizu mora imati sklopni crtež. Analizirajući radionički crtež, tehnolog vodi pribilješke i sve sporne momente rješava zajedno sa konstruktorom. Samo saradnjom svih koji su angažovani na projektovanju i konstruisanju, kao i tehnologa koji projektuju tehnološki postupak, može se dati tehnologična konstrukcija. Tehnološka analiza crteža Kada tehnolog dobije konstruktivni crtež, treba analizirati: upotrebna svojstava proizvoda, mogućnosti izrade i mogućnost sastavljanja proizvoda. Dakle, prije razrade tehnološkog procesa potrebno je analizirati tehnologičnost date konstrukcije proizvoda. Za konstrukciju kažemo da je tehnologična ako zahtjeva manje vrijeme izrade, jeftiniju opremu i materijal, manju količinu opreme i materijala, jednostavnije operacije, kraće vrijeme pripreme proizvodnje itd. Pošto ne postoji apsolutno tačan metod određivanja nivoa tehnologičnosti primjenjuje se metoda komparacije sličnih proizvoda ili konstrukcija. Pošto je konstukcioni crtež prva podloga prilikom projektiranja tehnološkog procesa, to treba najprije obaviti analizu tehnologičnost proizvoda, a zatim analizu tehnologičnosti dijelova iz kojih je proizvod sastavljen. Analiza tehnologičnosti proizvoda sastoji se u analizi pokazatelja tehnologičnosti, kao što su: 1. Pokazatelj ponavljanja kp=np/n np - broj dijelova u novoj konstrukciji, koji se ponavlja iz prethodne konstrukcije, n - ukupan broj dijelova u novoj konstrukciji.
40
2. Pokazatelj standardizacije: ks=ns/n ns - broj standardiziranih dijelova u novoj konstrukciji. 3. Pokazatelj unifikacije: ku=nu/n nu - broj unificiranih dijelova u novoj konstrukciji. 4. Pokazatelj normalizacije: kn=nn/n nn - broj normaliziranih dijelova u novoj konstrukciji. 5. Pokazatelj usvojenosti: ku=n0/(n-ns) n0 - broj (količina) osvojenih dijelova, 6. Pokazatelj jednoobraznosti dimenzija: kj=nj/n nj - broj jednoobraznih veličina (mjera), kao što su tipizirane mjere, navoji, prečnici i slično, n - ukupan broj mjera koje posjeduje proizvod ili dio. 7. Pokazatelj razuđenosti ili kompaktnosti: kr=Vg/Vs Vg - zapremina proizvoda koju čine gabitarne dimenzije, Vs - stvarna zapremina proizvoda. 8. Pokazatelj tačnosti: kr=nv/n nv - broj dijelova u grupi sa većim stepenom tačnosti, n - ukupan broj dijelova. 9. Teoretski pokazatelj iskorištenja materijala: ki1=Gč/Gk Gč - čista težina izrađenog dijela (konstruktivna težina), Gk - kalkulativna težina materijala dijelova. 10. Stvarni pokazatelj iskorištenja materijala: ki2=Gč/Gs Gs - težina sirovog materijala 11. Pokazatelj odnosa sirove i kalkulativne težine: ki3=Gs/Gk 12. Pokazatelj iskorištenja materijala cijelog proizvoda (sklopa)
41
13. Pokazatelj racionalnog izbora materijala 14. Pokazatelj učešća odlivaka 15. Pokazatelj učešća otkovaka: 16. Pokazatelj učešća mašinske obrade u ukupnoj obradi: 17. Pokazatelj učešća ručnog rada u ukupnoj obradi: 18. Pokazatelj pripreme za obradu. Prilikom ispitivanja pogodnosti proizvoda za izradu u uslovima automatske proizvodnje treba ispitati: -
-
-
-
stepen složenosti obrade, mogućnost pojednostavljenja oblika radi postizanja tehnologične konstrukcije, mogućnost unifikacije novog proizvoda sa proizvodima koji se nalaze ili su se ranije nalazili u proizvodnom programu, mogućnost unifikacije pojedinih površina obrade na novom proizvodu i mogućnost usaglašavanja sa prethodno proizvedenim proizvodima (slika 3.7), mogućnost postizanja zahtijevanog stepena tačnosti obrade u uslovima visoke automatizacije, potrebni dodaci za obradu, mogućnost primjene optimalnog oblika pripremka, mogućnost brzog stezanja, moguće pojave grešaka u obradnom procesu, mogućnost koncentracije operacija i zahvata, mogućnosti sinhronizacije vremena rezanja, mogućnost primjene optimalnih režima obrade, mogućnost postavljanja složenih operacija na početak obradnog procesa.
Za jednu konstrukciju može se reći da je tehnologična ako izrada traje kratko vrijeme, a za proizvodnju koristimo jeftinu i malu količinu tehnološke opreme sa kojom rukuje radna snaga sa nižom kvalifikacijom. Pored ovih osnovnih faktora, čija tehnologičnost ima utjecaj i količina i vrsta materijala koju treba ugraditi u konstrukciju, jednostavnost operacija, mali broj operacija, kraća priprema proizvodnje itd.
Slika 3.7. Primjer unifikacije elemenata izratka
42
Ako proizvod u pogledu upotrebnih svojstava izraženih preko odgovarajućih pokazatelja zadovoljava date kriterije, tada nisu potrebne izmjene konstrukcije proizvoda, već se pristupa analizi proizvoda u pogledu mogućnosti izrade. Ukoliko ne se može komparirati novi sa sličnim proizvodom, jer takav možda ne postoji, tada analizu treba izvršiti na bazi više varijantnih rješenja. Tada za jedno varijantno rješenje kaže se da je tehnologičnije u odnosu na drugo ako ima niže troškove izrade uz isti konačni kvalitet proizvoda ili na osnovu prethodno definiranih kriterija određuje se koja je konstrukcija tehnologičnija. Konstrukcije, koje se nemaju sa čime usporediti, analiziraju se na sljedeći način:
analiza konstrukcije proizvoda u cjelini i analiza detalja.
Složene konstrukcije se sastoje od većeg broja dijelova i sklopova koji osiguravaju ispravnu funkciju proizvoda. Jasno je, da će tehnologičnost tog proizvoda zavisiti od tehnologičnosti izrade svakog dijela kao i njihove montaže u gotov proizvod. Zbog toga, analiza konstrukcije proizvoda se u cjelini svodi na analizu pojedinačnih dijelova. Konstrukcija se raščlanjuje na sastavne dijelove i svrstavaju se u grupe prema sljedećim kriterijima:
grupe dijelova prema osvojenosti, grupe dijelova prema propisanim materijalima, grupe dijelova prema složenosti za izradu grupe dijelova prema zahtijevanom kvalitetu i grupa dijelova prema mogućnosti ugradnje.
Kod analize konstrukcije proizvoda prema osvojenosti, tehnolog utvrđuje u kojoj mjeri je konstruktor koristio standardne dijelove koji su propisani odgovarajućim standardima ili internim fabričkim standardima. Dijelovi koji su standardizovani po međunarodnim npr. ISO mogu se nabaviti na tržištu znatno jeftinije nego da te dijelove sami proizvodimo. Dijelovi koji su obuhvaćeni internim fabričkim standardima su dijelovi koje je fabrika osvojila i za koje ima razrađene i provjerene tehnološke procese izrade, nabavljene alate i opremu. Takvi dijelovi su jeftiniji u poređenju sa novim i sličnim dijelovima. Konstrukcije koje su sastavljene od većeg broja standardnih dijelova su ispravno riješene sa gledišta tehnologije izrade. Analizirajući konstrukciju prema propisanim materijalima za izradu pojedinih dijelova, tehnolog sve dijelove svrstava u grupe srodnih materijala sa približno istim cijenama (npr. grupe ugljeničnih čelika, grupe legiranih čelik itd.). Tehnološki je dobro riješena konstrukcija koja koristi jeftinije domaće materijale u odnosu na konstrukcije koje i uvozne materijale. Pri analizi konstrukcije prema složenosti dijelova za izradu, dijelove svrstavamo u pet klasa, i to:
prva klasa: jednostavni dijelovi koje izrađujemo jednostavnim i jeftinim postupcima izrade kao što su dijelovi koje dobijamo savijanjem, isijecanjem, dubokim izvlačenjem itd.; druga klasa: dijelovi rotacionog oblika koji se mogu izrađivati visokoproduktivnom metodom obrade kao što su osovinice, osovine, čahure, stepenasta vratila itd.; treća klasa: dijelovi plosnatog oblika koji se ne mogu izrađivati visokoproduktivnim metodama kao što su klizači, ploče, klinovi itd.; četvrta klasa: dijelovi specijalnog oblika za koje moramo imati i specijalnu tehnološku opremu kao što su sve vrste zupčanika, lančanici, koljenasta vratila, bregaste osovine itd.; peta klasa: dijelovi složenog oblika na kojima treba izvesti velik broj raznovrsnih
43
operacija kao što su razne vrste kućišta itd. Redoslijed klasa je dat prema složenosti za izradu i može se zaključiti da su konstrukcije, koje imaju veći broj dijelova prve i druge klase dobro tehnološki riješene, dok su konstrukcije, koje imaju veći broj dijelova treće, četvrte i pete klase, loše riješene, s gledišta tehnologije izrade. Analiza konstrukcije prema zahtijevanom kvalitetu izrade se izvodi na taj način da svi dijelovi svrstaju u grupe sa istim dozvoljenim odstupanjima dimenzija. Ako konstrukcija ima više dijelova sa strožijim dozvoljenim odstupanjima, utrošiti će se više vremena za izradu pa je konstrukcija tehnološki lošije riješena. Kod analize konstrukcije prema mogućnosti ugradnje, utvrđuje se da li je konstrukcija ispravno riješena sa gledišta montaže, tj. da li je montaža jednostavna, ručna ili mašinska, da li će biti potrebnih dotjerivanja i dorađivanja pojedinih dijelova pri montaži itd. Osim toga, utvrđuje se da li je konstrukciju moguće rastaviti na više zasebnih sklopova koji se mogu montirati, ispitati i samo ispravni ugraditi u novi proizvod. Konstrukcije, koje imaju veći broj takvih sklopova i kod kojih ima malo operacija dotjerivanja i prilagođavanja, su tehnološki dobro riješene. Analizirajući konstrukciju, tehnolog vodi pribilješke i nastoji da u suradnji sa konstruktorom dobije bolju konstrukciju koja će biti tehnološki lakše izvodljiva. Nakon završene analize konstrukcije proizvoda u cjelini, te eventualnih izmjena konstrukcije, tehnolog pristupa analizi svakog dijela. Za analizu dijelova koriste se radionički crteži. Pored radioničkih crteža koriste se sklopni crteži u koje ti dijelovi ulaze. Samo u sklopu može se ocijeniti funkciju dijela i ocijeniti koje zahtjeve treba ispuniti pri izradi,te da li postoji mogućnost da neke od površina ostavi neobrađene, a da to neće smetati funkciji i montaži. Analiza dijelova je potrebna da bi se stekao uvid u skup zahtjeva kojima svaki dio konstrukcije treba udovoljiti. Bolje rečeno, da bi proizvod bio tehnologičan, potrebno je ostvariti tehnologičnost svakog dijela koji ulazi u sastav proizvoda. Pokazatelji tehnologičnosti proizvoda primjenjuju se i prilikom ispitivanja tehnologičnosti dijelova. Treba naglasiti da analiza proizvoda na bazi datih parametara nije nimalo laka i jednostavna. Naprotiv, to je dosta kompleksan i odgovoran zadatak, gdje će se pravi odgovor dobiti tek nakon detaljne razrade svih nabrojanih pokazatelja. Konačna verifikacija tehnoloških karakteristika izradaka obaviće se u obradnom procesu. Da bi se analiza tehnologičnosti dijela mogla izvesti, potrebno je izvršiti slijedeće: 1. 2. 3.
Kontrolirati crteže dijelova u pogledu tehničko konstruktivne ispravnosti. Kontrolirati konfiguraciju dijela u pogledu mogućnosti izrade, Kontrolirati propisani materijal u pogledu: • kvaliteta materijala, • uticaja materijala na cijenu izrade, • stanja materijala (žaren, normaliziran, kaljen) i • oblika materijala (vučen, valjan, otkovak).
4.
Kontrolisati nominalne dimenzije, tolerancije i znakove obrade po pitanju: • ispravnosti i sveobuhvatnosti datih kota, • vrijednosti tolerancija i njihove nužnosti s obzirom na funkciju datog dijela, • znakova obrade i usklađenosti sa datim tolerancijama, • kontrole mjernih nizova (nominalne mjere i tolerantnih polja).
44
OBLIKOVANJE PROIZVODA SEKVENCIJALNO I SIMULATANO Simultano projektiranje proizvoda Potreba da se novi proizvodi razvijaju u što kraćem vremenu, te da budu kvalitetni, a troškovi što niži dovela je do razvoja simultanog - paralelnog (istovremenog) projektiranja u kojem se simultano integriraju konstrukcioni, tehnološki, ekonomski i drugi zahtjevi. Prema tome, nova strategija razvoja proizvoda počiva na dva ključna zahtjeva: istovremeno inženjerstvo i brz razvoj proizvoda. Istovremeno inženjerstvo označava prelazak sa dosadašnjeg konvencionalnog tj. sekvencionalnog, iterativnog, tradicionalnog razvoja proizvoda na istovremeno - simultano, ili neprekidno što znatno skraćuje vrijeme razvoja (slika 3.2.). Brzi razvoj podrazumijeva razvoj modela proizvoda direktno iz CAD podataka.
Početak serijske
Početak serijske proizvodnje SRP
proizvodnje KRP
Vrijeme
Slika 3.2. Konvencionalni i brzi razvoj proizvoda
Primjena CAD značajno utiče na osiguranje kvaliteta, vrijeme oblikovanja i izbor optimalnog oblika proizvoda. CAD - sistem se mora implementirati u proces oblikovanja proizvoda, ne samo zbog oblikovanja, već i zbog planiranja tehnologije, pripreme procesa obrade, kontrole kvaliteta i izrade proizvoda (slika 3.3.). Za primjenu CAD - sistema neophodno je formirati grupe podataka o budućem proizvodu, kao što su: klasifikacijski broj, podaci za identifikaciju, tehnološki podaci i podaci za grafičko modeliranje (slika 3.4.). Prikaz na slici 3.3 pokazuje da je CAD i sistem razvoja proizvoda teško odvojiti od same proizvodnje, jer su CAD podloge bitne za planiranje procesa obrade (CAP), kontrolu kvaliteta (CAQ) upravljanje obradnim sistemom - izradom (CAM), te za planiranje proizvodnje (PPS). U proizvodnom procesu treba uočiti mjesta gdje se mogu ostvariti prednosti primjene računara. Primjenom integriranog CAD/CAM poboljšava se kvalitet proizvoda, sniženje cijena koštanja, skraćuje vrijeme izrade proizvoda, povećava se proizvodnja itd. CAD sistem omogućuje laku izradu tehničke dokumentacije, kao i izradu do najmanjih detalja. Na temelju ovih podataka i raspoloživih podataka u CAD - sistemu formiraju se četiri grupe podataka:
Administrativne baze podataka: arhivi dokumenata s crtežima, sastavnicama i 45
listama dijelova. Tehnološke baze podataka: tehnološki standardi, podaci o materijalu, podaci o tehnološkoj opremi, preporuke i si. Proizvodne baze podataka: podaci o proizvodu, identifikacioni i klasifikacioni broj, opisni podaci, geometrijski, topološki i dimenzioni podaci. Programske baze podataka: promjenljivi podaci bitni za obradu proizvoda.
Primjenom CAD - sistema u procesu konstruiranja i razvoja proizvoda povećava se broj varijantnih rješenja, brzina izrade i tačnost konstrukcije. Tok konstruiranja uz primjenu računara prikazanje na slici 3.5.
46
TEHNOLOŠKI MJERNI NIZOVI Tehnološki mjerni nizovi Pri projektiranju tehnološkog procesa izrade potrebno je analizirati crtež izratka po pitanju ispravnosti postavljenih mjera. Postoji niz mjera na crtežu izratka, kod pojedinih operacija obrade, kontrole i montaže. Članovi niza su obično međusobno zavisni, tako da promjena vrijednosti jednog člana utiče na promjenu vrijednosti ostalih članova mjernog niza (slika 2.7).
Slika 2.7. Tehnološki mjerni niz
Da bi se mjerni niz mogao analizirati potrebno je da bude zatvoren u okviru određene konture (slika 2.7b.). Međusobna zavisnost članova niza i njihovih tolerancija je osnovno svojstvo mjernih nizova, na kome se temelje svi proračuni i analize. Mjerni nizovi mogu biti: konstrukcijski, tehnološki, montažni i kontrolni. Tehnološki mjerni nizovi kod procesa obrade su u cilju postizanja odgovarajuće tačnosti i oblika izratka. Metode rješavanja mjernih nizova Postoji niz metoda rješavanja mjernih nizova kao:
47
-
metoda apsolutne zamjenljivosti, metoda nepotpune zamjenljivosti, metoda grupne zamjenljivosti, metoda podešavanja i metoda reguliranja.
Pri rješavanju mjernih nizova koriste se slijedeće oznake: A∆ - nominalna vrijednost završnog člana, A∆g - gornja granična vrijednost završnog člana, A∆d - donja granična vrijednost završnog člana, δ ∆ = T∆ - tolerancija završnog člana, Ai - nominalna vrijednost i-tog sastavnog uvećavajućeg ili umanjujućeg člana, Agi - gornja granična vrijednost i-tog uvećavajućeg ili umanjujućeg sastavnog člana, Adi - donja granična vrijednost i-tog uvećavajućeg ili umanjujućeg sastavnog člana, n - broj uvećavajućih sastavnih članova, m - ukupan broj članova u mjernom nizu uključujući i završni član. Metoda apsolutne zamjenljivosti Apsolutna zamjenljivost propisana tačnost završnog člana postiže bez prethodnog podešavanja, izbora, promjene vrijednosti jednog ili više sastavnih članova u mjernom nizu. Primjenom ove metode postiže se apsolutna zamjenljivost dijelova i sklopova. Završni član mjernog niza: i=n
m-1
A∆ = Σ Ai - Σ Ai , i=l
n+1
, odnosno gornja granična vrijednost završnog člana: n
m-1
A∆ g = Σ Agi - Σ Adi 1
n+l
, ili donja granična vrijednost završnog člana: n
m-1
Σ Adi - Σ Agi
A∆ d =
i
n+1
Postoje tolerancija neke mjere: T i = δ i = A g i - A di
δ ∆=
δ ∆ = A ∆ g - A ∆ d , to je:
i
n
m-1
n
m-1
1
n+1
1
n+1
Σ Agi - Σ Adi - ( Σ Adi - Σ Agi ),
, ili T∆ = δ ∆ = δ 1 +δ 2 +δ 3 + ... +δ m-1 Dakle, tolerancija završnog člana linijskog mjernog niza jednaka je zbiru tolerancija svih sastavnih članova toga niza. Korespondentna granična odstupanja imaju oblik: n
m-1
48
ε∆ g =
Σ εgi - Σ εdi 1
n
ε∆ d =
n+l
m-1
Σ εdi - Σ εgi 1
n+l
Određivanje nepoznatih tolerancija sastavnih članova mjernog niza Često se u tehničkim proračunima koristi teorija mjernih nizova za određivanje tolerancije i greške sastavnih članova, na osnovu date tolerancije ili greške završnog člana mjernog niza. Kako je u ovom slučaju broj nepoznatih veći od broja jednadžbi to nije moguće dobiti jednoznačno rješenje, bez prethodnog uvođenja dopunskih uslova. Postoje tri osnovna načina rješenja ovog problema. a) Metoda jednakog uticaja Ako se pretpostavi jednak utjecaj svih sastavnih članova na toleranciju ili grešku završnog člana mjernog niza bit će:
δ 1 = δ 1 = δ 1 = δ 1 = δ 1 =...= δ m-1 = δ s Kako je: m-1
δ∆ =
Σ δ i = (m-1) δ s 1
, to je: δ S = δ ∆ /(m-1), gdje je: δ S - srednja vrijednost tolerancija sastavnih članova mjernog niza. b) Metoda jednake točnosti c) Metoda prethodnog izbora tolerancije Primjeri izračunavanja tehnoloških mjera niza Tehnološki mjerni nizovi se primjenjuju: kod određivanja dimenzija obratka po operacijama, izračunavanja parcijalne i ukupne greške obrade, reguliranja obradnog sistema, proračuna dodataka za obradu, određivanja tehnoloških mjera kada se tehnološke i konstruktivne baze ne poklapaju, itd. Pri projektiranju tehnološkog procesa često se ne postižu poklapanja tehnoloških i konstruktivnih baza, zbog čega se javlja greška baziranja. Obzirom da su tehnološke i konstruktivne mjere i tolerancije međusobno povezane, to je vrlo lako uspostaviti matematičku vezu koja će u procesu obrade osigurati propisani nivo tačnosti konstruktivnih mjera i tolerancija i pored toga što nije postignuto jedinstvo baza. Veza se obično definira primjenom metoda apsolutne ili nepotpune zamjenljivosti. Kod rješavanja tehnoloških mjernih nizova potrebno je voditi računa o izboru završnog člana, jer ukoliko se odabere neodgovarajući završni član i to tako da se prethodno izaberu tolerancije ostalih sastavnih članova, osim k-tog. Ako je ovako izračunata tolerancija k-tog člana neprihvatljiva po veličini i položaju, tada treba prethodno izabrane tolerancije smanjiti uz uslov da to dozvoljavaju realni uslovi prakse (tehnološki, konstrukcijski). Izbor završnog člana ovisi i o redu izvođenja tehnologije obrade. Da bi to uočili prikazat će se na nekoliko primjera izbora završnog člana mjernog niza i postupak proračuna tehnoloških mjera na osnovu konstruktivnih.
49
Primjer 2.1. Za dati obradak na slici 2.8, sa tročlanim mjernim nizom potrebno je analizirati tehnološke mjere za tri načina obrade te odrediti toleranciju završnog člana.
Prvi način (slika 2.8.b). Predmet se obrađuje na mjeru B, a zatim se poprečnom obradom čela 1 postiže mjera C čime se automatski postiže mjera A. Mjera A je završni član tehnološkog niza od tri člana, pa je: A = B+C, kao što se vidi u nizu nema umanjujućih članova, tako daje
δ ∆ = δ B + δ C. Ako su u crtežu unesene tolerancije δ A i δ B za mjere A i B, tada će mjera C biti tehnološka, tako daje: C = A-B Ili, δ C = δ A - δ B čime se postiže propisani nivo tačnosti konstruktivnih mjera A i B. Drugi način (slika 2.8 c). Prvo se obrađuje poprečnim struganjem čelo 2, tako da se postiže mjera A, nakon čega slijedi obrada na mjeru B čime se automatski postiže mjera C. Mjera C je sada završni član, pa je: C=A-B , Cg = Ag - Bd, C d = A d - B g , Pošto je:
δ c = Cg - Cd = Ag - Bd - (Ad - Bg), δ A = Ag - Ad, δ B = Bg - Bd , to je tolerancija završnog člana:
δ c = δ A + δ B. Treći način (slika 2.8 d). Prvo se obraduje čelo 2 čime se postiže mjera A. Zatim se izvodi cilindrično struganje manjeg prečnika na mjeru C, tako se automatski postiže mjera B. Mjera B je završni član, tako daje: B= A-C
50
ili tolerancija završnog člana:
δ B = δ A + δ C. Prikazani primjer 2.1, pokazuje da je izbor završnog člana A, B ili C i izračunavanje tolerancije završnog člana uslovljeno redoslijedom procesa obrade. Primjer 2.2. U procesu rada obradak je obrađen na date mjere, s tim da u narednoj operaciji treba ostvariti tehnološke mjere X j . Pod uslovom da je konstruktivna baza K-K, a tehnološka T-T (nije postignuto jedinstvo baza), treba odrediti nominalnu vrijednost i toleranciju mjere X i, kako bi se obezbijedila data tačnost konstruktivnih mjera Ai. Za završni član uzima se mjera A2 (slika 2.9 b) pa je: A2 = A1 –X1 X1 = A1 –A2 = 30- 10 = 20 mm.
Slika 2.9. Određivanje tehnoloških mjera pomoću konstruktivnih Granična odstupanja završnog člana dobiju se iz izraza:
εg2 =εg1 - εdx1 0,08 = 0 - εdx1
εdx1 = - 0,08 mm . εd2 =εd1 - εgx1 -0,08 =- 0,10 - εgx1
εgx1 = - 0,02 mm . Tehnološka mjera je: −0 , 02
X1= 20 − 0,08 mm, odnosno
δ x1 = 0,06 mm.
Kontrola dobivenih odstupanja: m-1
δ∆ = Σ δi 1
51
δ 2 = δ 1 +δ x1 = 0,10 + 0,06 = 0,16 mm . Izračunato δ 2 odgovara propisanoj vrijednosti δ 2 na crtežu, što znači daje tehnološka mjera Xi tačno određena. Obzirom na identičnost mjera A1 = A5 i −0 , 02
A 2 = A4, to je i X2 = Xi = 20 − 0,08 mm. Na crtežu su date konstrukcijske mjere A1, A3 i A5, tako da je moguće odrediti tehnološku mjeru X3 (slika 2.9 c). Završni član ima vrijednost: X3=A3-(A 1 + A5) = 60 mm . Granična odstupanja završnog člana su:
εgx3 =εg3- (εd1 +εd5 ) , εgx3 = 0,35 mm., εdx3 =εd3- (εg1 +εg5 ) , εdx3 =-0,15 -(0 + 0), εdx3 = - 0,15 mm . Tehnološka mjera:
X3 = 60
−0 , 35 − 0 ,15
mm.
Kontrola dobivenih odstupanja: m-1
δ ∆ = Σ δ i = δ 1+δ 2+δ 5 1
δ ∆ =0,10+0,30+0,10=0,50 mm. Postoje δ ∆ = δ ∆ x3 , to je dobivena tehnološka mjera tačna. Za dati primjer prikazane su konstruktivne i tehnološke baze zbog izračunavanja tehnoloških mjera i njihovih tolerancija. U realnim uslovima procesa obrade moglo bi doći i do izbora drugih baznih površina. Područje primjene prikazanih metoda Metoda apsolutne zamjenljivosti ima slijedeće prednosti:
na vrlo jednostavan način moguće je odrediti tačnost sastavnih članova u odnosu na završni član mjernog niza, koji je najčešće zadan. postiže se visok stepen kooperacije između kooperanata ili pogona različitih proizvodnih programa, pojednostavljen je postupak postavljanja i reguliranja elemenata obradnog sistema.
Nedostaci ove metode su:
Vrijednosti graničnih odstupanja sastavnih članova mjernog niza manje su u odnosu na druge primijenjene metode. To je i osnovni razlog da korištenjem
52
metode apsolutne zamjenljivosti tehnološki proces može biti neekonomičan. Radi toga metod apsolutne zamjenljivosti treba koristiti tamo gdje se traži visok stepen tačnosti i gdje je mjerni niz s malo članova. Isto tako metoda apsolutne zamjenljivosti primjenjuje se i kod velikih serija, jer se tada obično koriste tačnija sredstva rada (mašine, pribori) kao i metode tehnološke razrade i obrade, što omogućuje postizanje veće produktivnosti i tačnosti.
Ostale metode se primjenjuju kada je srednja vrijednost tolerancije sastavnih članova određena po izrazu:
δ s = δ ∆ /(m-1) neekonomična ili kada je m-1
Σ δ i >δ ∆
, odnosno δ s > δ ∆ /(m-1)
1
53
IZBOR TEHNOLOŠKIH BAZA Postizanje određenje tačnosti proizvoda vezano je za niz poteškoća koje izazivaju odstupanja. Zahtjevi u pogledu tačnosti određeni su u većini slučajeva funkcijom dijelova u sklopovima. Pri postavljanju uslova u pogledu tačnosti od strane konstruktora, mora se voditi računa o mogućnostima mehaničke obrade što povezuje rad konstruktora i tehnologa. Sve površine koje formiraju jedan dio nisu podjednako bitne za funkciju. Neke od površina se izdvajaju kao posebne i od njih zavisi funkcija proizvoda ili tehnologija izrade pa se nazivaju osnovnim površinama. Te površine jednog dijela sa površinama drugih dijelova obrazuju kinematske parove kao što su rukavac vratila i ležište, klip i cilindar itd. Ove osnovne površine kvalitetno se obrađuju i od tačnosti njihove izrade zavisi i kvaliteta rada mašine. Ostale slobodne površine koje formiraju konfiguraciju dijela, često se ne obrađuju ili se obrađuju sa znatno manjom tačnošću u odnosu na osnovne površine. Zahtijevana tačnost dimenzija postiže se izborom odgovarajućih dozvoljenih odstupanja. Dimenzije sa dozvoljenim odstupanjima postavljaju se na svim onim površinama koje moraju imati tačan međusobni položaj. Pored značajnih površina često se pojavljuju linije ili tačke u odnosu na koje se zadaju pojedine dimenzije značajne za funkciju dijela ili tehnologiju izrade. Sve te površine, linije i tačke, koja su bitne za funkciju dijela ili tehnologiju izrade, nazivaju se zajedničkim imenom - baze. Vrste baza i njihova podjela Prema funkciji i značaju za proizvodnju baze mogu se podijeliti na: -
-
konstrukcione, tehnološke i - mjerne baze. Konstrukcione baze predstavljaju površine, linije ili tačke u odnosu na koje se nanose kote i dozvoljena odstupanja koja definišu oblik i dimenzije predmeta. Nanošenje dimenzija na radionički crtež treba izvoditi tako da radnik u procesu proizvodnje čita kote, prenosi ih na radni predmet, a svako preračunavanje kota treba izbjegavati. Kotiranje dijelova mora se izvoditi kombinovanim načinom jer osigurava dobro raspoređivanje dozvoljenih odstupanja i izbjegava se preračunavanje dimenzija (slika 4.1). U radionički crtež unose se konstrukcione mjere do kojih konstruktor dolazi proračunom i usvajanjem i koje određuju funkciju proizvoda. Ove kote se daju od izabrane baze.
54
Kod kombinovanog kotiranja tolerancije susjednih mjera se ne prenose na susjedne mjere. Maksimalna dužina dijela, prema slici 4.1, je 100,3 mm, a minimalna dužina 99,7 mm. Ako bi ss kotiranje izvelo lančanim načinom, slika 4.2, tada bi se dozvoljena odstupanja sabirala, pa bi maksimalna dužina iznosila 101,4 mm, a minimalna 98,6 mm. Jasno je, da su odstupanja ukupne dužine znatno van granica koje su dobivene kada odabrana pogodna baza i pravilno izvršeno kotiranje. Kod razrade konstrukcione dokumentacije, konstruktor mora voditi računa o funkcionalnim površinama. Ako konstruktor ovom pitanju ne posveti dovoljno pažnje, tehnolog će imati mnogo problema pri projektovanju tehnologije izrade, a kvalitet proizvoda neće biti dobar. Dimenzioniranje crteža mora teći određenim redom: -
izabrati i odrediti baze, dimenzioniranje vršiti od baznih površina, mjere koje određuju bazne površine moraju biti ograničene dozvoljenim odstupanjima.
Na slici 4.3. prikazano je kotiranje i dimenzionisanje vratila. Bazne površine su ∅30k6 i ∅50m7 jer su bitne za funkciju vratila. Rukavac ∅30k6 dolazi u sklop sa ležištem i da bi se obezbijedila funkciju ležišta, propisuju se dozvoljena odstupanja rukavca, a također, moraju se propisati i odgovarajuća dozvoljena odstupanja ležišta da bi se obezbijedio klizni sklop. Također, na koti ∅50m7 treba obezbijediti sklop zupčanika sa vratilom koji mora biti stezni i osiguran klinom. Pored propisivanja dozvoljenih odstupanja za vratilo, moraju se propisati i dozvoljena odstupanja za provrt u glavčini zupčanika ali tako da se formira presovani sklop. Također, moraju se propisati i dozvoljena odstupanja za žlijeb klina u samom vratilu i glavčini zupčanika, a osim toga i dimenzije klina moraju biti u granicama dozvoljenih odstupanja. Radionički crtež predstavlja osnovnu podlogu za projektovanje tehnološkog postupka. Između konstruktora i tehnologa postoje različita gledanja na međusobne položaje pojedinih površina. Konstruktor posmatra dio u onom položaju kako funkcioniše u samom sklopu, a tehnolog ga posmatra kroz proces proizvodnje.
Slika 4.3. Konstrukokme baze Na taj način može se reći da tehnolog posmatra ne jedan dio nego seriju dijelova koji su međusobno povezani i oblikom i dimenzijama koje se postepeno mijenjaju idući od poluproizvoda ka gotovom proizvodu. U procesu proizvodnje pojavljuju se posebne površine koje su bitne za proizvodni proces i nazivaju se tehnološkim bazama. Tehnološke baze predstavljaju skup površina, linija ili tačaka u odnosu na koje se predmet orijentiše u toku obrade i mjerenja. 55
U procesu izrade radni predmet mora biti postavljen, centriran i stegnut u stezni uređaj (alat) koji određuje tačan položaj radnog predmeta u odnosu na mašinu i alat. Ovo dovođenje radnog predmeta u određeni položaj naziva se baziranje. Proces izrade se ostvaruje međusobnim kretanjem alata i predmeta stegnutog u steznom uređaju. U samom procesu proizvodnje radnik ne posvećuje istu pažnju svim površinama i neke mogu imati lošiji kvalitetu obrađene površine sa dozvoljenim odstupanjima koja pripadaju otvorenim kotama. Sa gledišta tehnologije izrade za postizanje određene tačnosti dimenzija, geometrijskog oblika, položaja površina i kvaliteta obrađene površine, veoma su značajne površine koje osiguravaju tačan položaj radnog predmeta u odnosu na mašinu i alat. Te površine se nazivaju tehnološkim baznim površinama. Tehnološke baze mogu biti osnovne i pomoćne. Osnovne tehnološke baze su one površine koje su značajne za funkciju proizvoda, dok su pomoćne baze one površine koje nisu bitne za funkciju proizvoda, a koje je tehnolog odabrao da bi olakšao izradu i poboljšao baziranje. Tehnološke baze mogu biti neobrađene, prethodno obrađene ili konačno obrađene površine. Baziranjem, radnom predmetu oduzima se određeni broj stepeni slobodna kretanja. Svako tijelo u prostoru ima šest stepeni slobode kretanja: -
tri stepena slobode translacije u pravcu osa x, y i z, tri stepena slobode rotacije oko osa x, y i z (slika 4.4).
Oduzimanje slobode kretanja postiže se pravilom šest tačaka. U ravni xOy nalaze se tri tačke (1, 2 i 3). Translaciju u pravcu ose z onemogućava tačka (1), rotaciju oko x ose onemogućavaju tačke (1 i 2) i rotaciju oko ose y tačke (2 i 3). U ravni yOz se nalaze dvije tačke 4 i 5 koje onemogućavaju translaciju u pravcu x ose i rotaciju oko z ose. U ravni xOz se nalazi tačka 6 koja onemogućava translaciju u pravcu y ose.
Slika 4.4. Baze Kod obrade na strugu, predmet izvodi glavno obrtno kretanje i zbog toga mu mora oduzeti tri stepena slobode translacije i dva stepena slobode rotacije. Za obradu na bušilicama predmetu treba oduzeti svih šest stepeni slobode kretanja, itd. Mjerne baze predstavljaju površine, linije ili tačke u odnosu na koje se vrše mjerenja pri izradi ili kontroli. Može se desiti da su mjerne baze ujedno i tehnološke ili konstrukcione baze. Najbolje je kada su ove baze iste. Ukoliko ove baze nisu iste, projektovanje tehnološkog postupka postaje mnogo složenije jer zahtijeva preračunavanje dimenzija i uvođenje novih tolerancija, često mnogo strožijih nego što je to potrebno za ispravnu
56
funkciju dijela u sklopu. Izbor tehnoloških baza Pravilan izbor tehnoloških baza je jedan od najvažnijih problema koje treba riješiti pri projektovanju tehnološkog postupka. Da bi se moglo odlučiti koju površinu ili više površina treba izabrati za baze, potrebno je, prvenstveno, upoznati ispravnu funkciju dijela u sklopu, kao i zahtijevanu tačnost koju treba ostvariti u procesu proizvodnje. Osim toga, izbor načina baziranja i definiranje baznih površina izvodi se ovisno o vrsti i geometriji izratka i izabranoj vrsti pripremka. Pri tome treba zadovoljiti uslove stabilnosti, tačnosti izrade i mogućnosti obrade većeg broja površina obratka s jednim baziranjem, odnosno stezanjem.
Koje površine će se odabrati za baze, zavisi od redoslijeda operacija, vrste mašine, alata i pribora za stezanje. Proces baziranja sastoji se od postavljanja radnog predmeta u stezni uređaj, centriranja i stezanja. Od pravilno izvršenog baziranja zavisi kvalitet obrađene površine, odstupanje od propisane tačnosti, vrijeme izrade i produktivnost rada. Izbor baznih površina vezan je za prvu operaciju iz koje proizlaze ostale operacije. Kod prve operacije bazne površine su neobrađene površine i one, u toku prve operacije (prvog baziranja), ostaju neobrađene. Prvim baziranjem i obradom u toku prve operacije određuje se položaj obrađenih površina u odnosu na neobrađenu baznu površinu. Prvom operacijom odstranjuje se najviše materijala (gruba obrada). Baza za prvu operaciju mora biti određena već i kod dobivanja poluproizvoda (odlivak, otkivak itd.). Pri izradi poluproizvoda mora se posvetiti posebnu pažnju površinama koje će poslužiti kao bazne površine i one moraju biti što kvalitetnije izrađene, a i oblik mora biti prilagođen alatu za stezanje. Pri izboru baza neophodno je držati se sljedećih pravila: -
bazna površina mora omogućiti lako postavljanje i centriranja radnog predmeta, kao i skidanje po završetku obrade; bazne površine moraju imati dovoljnu dužinu da bi obezbijedili ispravno stezanje radnog predmeta;
57
-
-
da osiguraju što manje deformacije radnog predmeta zbog djelovanja sila rezanja i sopstvene mase; neobrađene baze (površine) treba koristiti samo kod prve operacije dok se ne dobiju obrađene površine koje mogu poslužiti kao baze; vrijeme postavljanja, centriranja i stezanja (baziranja) mora biti što je moguće kraće; držati se principa da se iste baze koriste kod različitih operacija ako je moguće izvesti obradu.
Po pravilu, za prvu tehnološku bazu treba birati najveću površinu. Primjer izbora baza za obradu ležišta dat je na slici 4.5. Ako je polazni poluproizvod odlivak, tada će se za prvu baznu površinu odabrati površinu A da bi se poravnalo postolje sa gornje strane i odstranio dodatak za obradu dt = 3,5 mm. Po završetku ove obrade ležište okrećemo i za baznu površinu koristi se obrađena površina B i obrađuje se postolje sa donje strane odstranjujući dodatak dt = 2,5 mm pazeći da debljina stope bude 50±0,1 mm. Ova obrađena površina služi kao baza za obradu otvora ∅110H7 i nije teško ostvariti rastojanje ose otvora od postolja 110+0,2 mm. Pri baziranju radnog predmeta nastaju greške koje uzrokuju odstupanje u procesu obrade. Te greške su: greške nepravilnog izbora baza, greške stezanja i greške steznih alata.
Greške nepravilnog izbora baza nastaju zbog nepoklapanja tehnoloških i mjernih baza. Na slici 4.6. dat je primjer obrade predmeta na strugu.
Slika 4.6. Greške baziranja na strugu Tehnološke baze su A i C. Površina C služi za stezanje, a površina A za naslanjanje. Neka svaka od dimenzija ima svoje dozvoljeno odstupanje. Kota a je obređena rastojanjem
58
površina A i B. Pošto je površina A tehnološka, a ujedno i mjerna baza, to će greška baziranja biti jednaka nuli. Kota c je određena rastojanjem između površina A i D, a kako se i ovdje tehnološka i mjerna baza podudaraju i ovdje je greška baziranja jednaka nuli. Međutim, kota b koja je ograničena površinama B i D ne može se izraditi u okviri svojih dozvoljenih odstupanja ako se insistir na kotama c i a sa njihovim dozvoljenim odstupanjima. Primjer: a =20 ±0,1 mm, b =30 ±0,1 mm i c =50 ±0,15 mm, prema slici 4.6.a a može se zaključiti da će odstupanja kote b biti u granicama ±0,25 mm, a to je znatno više nego za postaviljene uslove. Izborom zajedničke mjerne i tehnološke baze, slika 4.6.b, ostvaruju se kote a i c u granicama njihovih dozvoljenih odstupanja dok će odstupanja kote b biti u granicama odstupanja ovih kota.
Na slici 4.7. prikazana je izrada žlijeba. Prema ovoj slici tehnološka baza A nije i mjerna baza. Jasno je vidljivo da zahtjeve u pogledu tačnosti nije teško ostvariti na kotama, 40-0,1mm, i 15-0,1mm. Međutim, nije moguće postaviti bilo koja odstupanja kote 25. Ako se postavi da kota 25 ima odstupanje -0,1 mm, to će kota 15 imati odstupanja ±0,1 mm, što je dva puta veće nego što se zahtijeva. Na slici 4.7.b. tehnološka i mjerna baza su iste i ako se za kotu 25 postave odstupanja (od -0,1 do -0,05), ostvariće se odstupanje kote 15 koje je zahtijevnmo, tj. ±0,1 mm. Iz izloženog može se zaključiti da mjerne i tehnološke baze moraju biti iste da bi se izbjegle greške baziranja, a ako to nisu, onda se moraju propisivati nova odstupanja koja su strožija. Greške stezanja javljaju se zbog smanjivanja mjera koje nastaju zbog sila stezanja. Greške stezanja mogu se odrediti pokusima za svaki konkretni slučaj. Osnovni uzroci koji izazivaju ove greške su deformacije predmeta i pojedinih elemenata preko kojih se prenose sile stezanja. Alati koji imaju male deformacije pri stezanju, malo utiču na greške pri stezanju pa ih možemo zanemariti. Greške steznih alata nastaju zbog netačnosti izrade alata, habanja pojedinih elemenata steznog alata, nepravilnog postavljanja predmeta u stezni uređaj itd. Pri postavljanju radnog predmeta na mašini u stezni uređaj, bazne površine ne zauzimaju tačan položaj kako se zahtijeva. To može nastupiti zbog raznih uzroka kao, npr., zazor između elemenata steznog uređaja i baznih površina (slika 4.8) itd. Neka se predmet bazira otvorom ∅50 sa odstupanjem ±0,3 mm pomoću čepa za oslanjanje čiji je prečnik ∅50, a dozvoljeno je -0,1 mm. Najveće odstupanje nastaje kada je otvor izrađen sa najvećom mjerom, a čep sa najmanjom i tada će greška postavljanja biti: ∆, =
∆ 0,3 + 0,1 = = 0,2mm 2 2
Pored grešaka koje su nabrojane, odstupanja u procesu obrade nastaju i zbog grešaka pri mjerenju. Mjerni instrumenti i alati u toku upotrebe se habaju pa im se tačnost pokazivanja mjernih veličina smanjuje. Promjenom temperature mijenjaju se dimenzije predmeta i alata, a 59
također, i subjektivne greške radnika koji mjeri, dovode do odstupanja u procesu izrade.
Pravila izbora tehnoloških baza Problem izbora tehnoloških baza postavlja se od prve idejne razrade tehnološkog procesa, kao osnovni preduslov za kvalitetnu izradu projekta tehnološkog procesa obrade. Dakle, izbor tehnoloških baza prethodi postavljanju prve operacije obrade, a kako se baš u prvim operacijama skida najveća količina materijala to je neobično važno da se kvalitetno riješi baziranje u prvoj operaciji. Radi toga će ovaj problem biti posebno razmotren. U prvoj operaciji moraju se zadovoljiti dva osnovna zahtjeva: -
ispravno postaviti površine koje će se obrađivati u odnosu na one koje se neće obrađivati, ispravno raspodjeliti dodatke za obradu na površine koje se u daljenjem toku procesa obrađuju.
Prvi zahtjev može se ostvariti tako da se odabere bazna površina: -
-
-
-
koja se neće obrađivati u narednom toku tehnološkog procesa, koja će omogućiti postizanje najbolje tačnosti, od koje polaze mjere za obradu, što znači da tada postoji mogućnost podudaranja tehnoloških i konstruktivnih baza, koja ima male dodatke za obradu, koja ima veću dužinu (površinu) i da je što ravnija i koja može istovremeno da posluži za obradu većeg broja površina.
Dakle, treba provesti u najvećoj mogućoj mjeri tzv. jedinstvo baze. Ovo će biti i garancija da će sve obrađene površine biti u ispravnom međusobnom položaju. Drugi zahtjev može se ostvariti tako da se onoj površini koja će biti bazna odrede mali dodaci za obradu još u fazi određivanja dodataka obrade. Radi toga prije nego se odluči koja će se površina uzeti za tehnološku bazu, treba potpuno upoznati funkciju radnog predmeta u sklopu i na taj način zaključiti koja je mjera na predmetu prioritetna u pogledu postizanja propisane tačnosti. Kod izbora oslonih površina stalno treba imati na umu moguća odstupanja na sirovom komadu, i to naročito kod otkivaka i odlivaka. Kod odlivaka treba voditi računa o tome da su odstupanja u smjeru koji je okomit na pravac spajanja kalupa obično veća, a da se jezgra pri livenju uslijed uzgona uvijek pomjera, te da su odlivene rupe veoma nesigurne kao baze. Kod otkovaka treba voditi računa o vijencu koji ostaje poslije krzanja, kao i o greškama koje se javljaju pri kovanju. Primjer izbora tehnoloških baza prikazan je na slici 3.21.
60
Najtačnija obrada se postiže kada je moguće cijeli tehnološki proces obrade izvesti pomoću samo jedne bazne površine. Ipak, u najvećem broju slučajeva obradu nije moguće izvesti pomoću jedne baze, niti na jednoj obradnoj mašini. Kod obrade nekoga obratka (slika 3.19) s više stezanja, prva bazna površina je neobrađena površina, pa se zove gruba osnovna površina (GOP). Pomoću ove površine obrađuje se nova površina, tzv. čista osnovna površina (ČOP) koja će poslužiti za obradu većeg broja narednih zahvata i operacija.
Konstruktivne baze određuju položaj elementa u konstrukciji, sklopu u odnosu na druge elemente sa kojima se spaja. Kontrolne baze su površine, linije ili tačke od kojih se vrši očitanje dimenzija pri mjerenju izratka. Često je u prvoj operaciji obrade nemoguće obraditi ČOP, pa se tada obrađuje pomoćna osnovna površina (POP) koja služi za obradu ČOP. Postoje konstruktivne, kontrolne i tehnološke baze. Tehnološke baze određuju položaj obratka u odnosu na rezni alat i mogu biti baze za oslanjanje i baze za centriranje. Oslone baze su površine obratka po kojima se on oslanja u steznom alatu. Baze za centriranje služe za provjeru položaja obratka. Preporuka je da se za oslonu bazu koristi konstruktivna baza, jer je tada greška
61
baziranja ∆b =0 (slika 3.20 a). Kada se ove baze ne poklapaju greška baziranja postoji, tj. ∆b>0 (slika 3.20 b). Na slici 3.20 c, greška baziranja ∆b=∆bh=0 , odnosno ∆b2-∆ bh>0 . Ukoliko konstruktor ne može izvršiti izmjene na crtežu (slika 3.20 c) tada će tehnolog predložiti konstrukciju steznog alata prema slici 3.20.d, kako bi greška baziranja poprimila vrijednost ∆bh-∆bh=0.
d. Zajedničke konstruktivne i tehnološke baze Slika 3.20. Nastavak
Primjer 3.1: Izračunati grešku baziranja pri lokaciji radnog predmeta slika 3.22, i predložiti lokacijsku bazu tako da greška baziranja bude ∆b = 0.
62
a.
Greška baziranja (slika 3.22 a), ∆b = 0, jer se podudara tehnološka i konstruktivna baza.
b.
Greška baziranja (slika 3.22 b), ∆b = 0,28 mm radi toga što se tehnološka (A) i konstruktivna (B) baza ne podudaraju.
Greška ∆b = 0,28 mm ulazi u ukupno odstupanje dimenzije 20 a dobivena je na slijedeći način:
±0,15
mm (slika 3.22 c),
∆b = Hmax- Hmin= 50,14 - 49,86 = 0,28 mm. Kada bi se postigla dimenzija 20 mm, opet bi bilo moguće odstupanje ±0,14 mm, tako da za obradu glodanjem ostaje 0,30-0,28 =0,02 mm, odnosno ± 0,01 mm, stoje veoma malo. Prema tome, da bi se glodanje moglo izvesti potrebno je datu toleranciju izmijeniti tako daje: T50 = ∆b = T20 -∆ , gdje je: T20 i T50 - tolerancija dimenzija 20 i 50 mm,
∆ - ukupno odstupanje (osim greške baziranja) koja se uzima za dimenziju 20 mm iz tablice srednje ekonomske tačnosti obrade površina. Pri ∆ = 0,1 mm dobije se: T50 = T20 - ∆ = 0,30 - 0,10 = 0,20 mm , T50 = 0,20 mm, odnosno kota koju treba unijeti u crtež je 50 ± 01 mm. Međutim, ukoliko dato odstupanje nije dozvoljeno mijenjati tada je rješenje u promjeni tehnološke baze (slika 3.22 d), gdje je greška baziranja ∆b = 0, jer se tada poklapa tehnološka i konstruktivna baza. Pri izboru baznih površina treba voditi računa i kod izbora dodataka za obradu. Posebno treba imati na umu moguća odstupanja kod odlivaka i otkivaka. Kod odlivaka su odstupanja u smjeru okomitom na pravac sklapanja kalupa obično veća, te da se jezgro pri lijevanju uslijed uzgona uvijek pomjera. Odliveni otvori su veoma nesigurni kao baze. Kod otkivaka treba voditi računa o vijencu koji ostaje pri krzanju. Posebnu važnost određivanja baznih površina ima pri obradi na automatskim i agregatnim mašinama gdje su kretanja alata strogo definisana u odnosu na ove površine. Ponekad se za ove mašine u slučaju početnog oblika kao otkovka i odlivka stvaranja bazne površine vrši na posebnoj mašini kao posebna operacija pa tek onda nastavlja obrada na njima. Primjeri izbora baza Pri obradi kratkih predmeta na strugu predmeti se stežu u steznu glavu sa tri šape. Na slikama 4.9. i 4.10. prikazano je stezanje predmeta u steznu glavu sa tri šape preko baznih površina A i B. Za obradu dugačkih predmeta, pored stezanja u steznu glavu, potrebno je predvidjeti i dopunsku baznu površinu, a to je gnijezdo za centriranje površina C, slika 4.11. Pri završnoj obradi na strugu, da bi se dobio tačan oblik i dimenzije obrada se izvodi između šiljaka, pa su bazne površine gnijezda za centriranje (slika 4.12).
63
Za obradu komada male dužine i velikog prečnika koristi se planska ploča, a primjeri baziranja prikazani su na slikama 4.13. i 4.14. Okomitost ose na površinu može se prikazati na slici 4.15. za primjer kućišta dizalice. Da bi se osiguralo ispravno postavljanje, centriranje i stezanje, koristi se specijalni dodatak za stezanje na kome je narezan navoj.
Primjera baziranja radnih predmeta koji se obrađuju obradom na bušilici ima dosta, a prikazani su sljedeći. Na slici 4.16. prikazano je stezanje predmeta u steznu glavu.
Na slici 4.17. prikazano je baziranje ručice na čijim krajevima treba izbušit dvije rupe. Da bi se osigurala paralelnost osa otvora i da su ose na određenom rastojanju, koriste se specijalni uređaji. Ručica se oslanja na dva oslonca 1. i 2. sa donje strane i na prizmu 3. Sa prizmom 4 vrši se pritezanje silom F.
64
65
IZBOR PRIPREMAKA U okviru ove faze projektovanja tehnološkog procesa određuju se: -
kvalitet materijala, oblik materijala i dimenzije materijala.
Kvalitet materijala proizvoda (izratka) je definisan u konstruktivnoj dokumentaciji proizvoda i to određenje u tehnologiji treba da se poštuje jer je nastalo kao rezultat proračuna i izbora u postupku konstruisanja. Vrstu materijala odredio je konstruktor pri izboru i proračunu da bi obezbijedio određenu otpornost i vijek trajanja proizvoda. Međutim, često nije moguće takav materijal nabaviti pa se traže odgovarajuće zamjene. Zamjene se vrše uz konsultaciju sa konstruktorom ili uz određene proračune i ispitivanja materijala. U tom smislu se vrši analiza namjene i konstrukcija proizvoda. Polazni oblik sirovog materijala za proizvodnju određuje tehnolog. Da bi izabrao pravilno polazni oblik sirovog materijala, mora poznavati broj komada koji će se izraditi i proizvodne mogućnosti preduzeća. Izabrati polazni materijal (poluproizvod) znači utvrditi način njegovog dobivanja (kovanjem, presovanjem, livenjem itd.), utvrditi njegove dimenzije dodavanjem odgovarajućih dodataka kako bi se obradom na mašinama alatkama dobili proizvod određenog oblika, dimenzija i kvaliteta. Za racionalan izbor poluproizvoda neophodno je uzeti u obzir sve faktore koji utiču na obradu i troškove proizvodnje. Konačno rješenje može se donijeti samo poslije kompleksne ekonomske analize uspoređujući cijenu koštanja proizvoda i troškove mehaničke obrade. Pri izboru poluproizvoda, moraju se uzeti u obzir ekonomske mogućnosti preduzeća, tehnološki proces dobijanja poluproizvoda, broj komada predviđen za proizvodnju, mogućnost automatizacije i mehanizacije dobivanja poluproizvoda, kvalitet poluproizvoda, greške u tehnološkom procesu i mogućnosti njihovog izbjegavanja. Osim toga, mora se voditi računa o ekonomskim pokazateljima, a to su: cijena koštanja poluproizvoda, procent iskorištenja materijala i mogućnosti da se za kratko vrijeme obradom na mašinama alatkama postigne određeni oblik, dimenzije i kvaliteta. Pored analize mogućnosti izrade poluproizvoda u preduzeću, potrebno je razmotriti mogućnosti dobijanja poluproizvoda u drugim preduzećima koja imaju potrebnu tehnološku opremu i koja mogu ponuditi nižu cijenu koštanja poluproizvoda. Pri izboru načina dobivanja poluproizvoda treba težiti maksimalnom približavanju poluproizvoda po obliku i dimenzijama ka gotovom proizvodu. Time se smanjuje vrijeme obrade na mašinama alatkama. Poluproizvodi Za projektovanje tehnološkog postupka vrlo je važno pravilno izabrati polazni oblik sirovog materijala za proizvodnju. Na radioničkom crtežu konstruktor je dao podatke o vrsti materijala, a također i geometrijski oblik je podešen uslovima dobivanja poluproizvoda. Tehnologu stoje na raspolaganju razne vrste poluproizvoda koje može birati za obradu na mašinama alatkama. Zavisno od vrste materijala i broja komada koji će se
66
izrađivati, bira se polazni poluproizvod za obradu. U savremenoj industrijskoj proizvodnji, jedan od osnovnih pravaca razvoja i usavršavanja tehnologije obrade na mašinama alatkama je pravilan izbor poluproizvoda. Poluproizvod mora imati ekonomski konstruktivni oblik koji osigurava mogućnost primjene najracionalnijih metoda obrade sa visokom produktivnošću i najmanjim gubitkom materijala koji odlazi u obliku strugotine. Usavršavanjem dobivanja poluproizvoda, koji imaju približan geometrijski oblik i mala odstupanja dimenzija od gotovih proizvoda, omogućava se smanjivanje broja operacija obrade skidanjem strugotine, što se svodi na čistu obradu za postizanje konačnih dimenzija i kvaliteta obrađene površine. Potrebno je imati na umu da izbor poluproizvoda zavisi od vida proizvodnje i određenosti proizvodnog programa. Vrste poluproizvoda Polazni oblici poluproizvoda za obradu na mašinama alatkama mogu biti: -
-
odlivci od crnih i obojenih metala, otkivci, valjani poluproizvodi i poluproizvodi od nemetala.
Odlivci od crnih i obojenih metala dobivaju se različitim postupcima livenja. Dijelovi proste konfiguracije sa jednom ravnom površinom, koja ne mora biti glatka, u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji najčešće se liju u podu livnice. To su pravougaone ploče, ploče sa rebrima, štapovi rešetki za peći, razne vrste okvira itd. Poluproizvodi većih masa liju se u zatvorenim formama u podu livnice. Izrada formi za dijelove prizmatičkog oblika vrši se pomoću modela, a dijelove rotacionog oblika pomoću šablona. Formovanje može biti ručno i mašinsko. Ručno formovanje se koristi za dijelove manjih masa u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Mašinsko formovanje se koristi u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Pri formovanju većeg broja komada, koriste se metalni modeli, a za manje serije — modeli izrađeni od drveta. Mašinskim formovanjem poboljšavaju se uslovi rada, povećava se tačnost dijelova i smanjuju se dodaci za obradu. U progresivne metode izrade poluproizvoda spada livenje u metalnim kalupima, tj. kokilama. Kokile se izrađuju od livenog gvožđa i čelika. U poređenju sa livenjem u pješčanim formama ovaj postupak je pogodan za serijsku i masovnu proizvodnju, znatno se skraćuje vrijeme livenja, uslovi za rad su mnogo povoljniji, dodaci za obradu su manji. Za izradu odlivaka sa sitnozrnastom strukturom i povišenim mehaničkim osobinama, koristi se centrifugalno livenje. Najčešće se izrađuju odlivci rotacionog oblika i cijevi. Livenje pod pritiskom najviše se isplati u krupnoserijskoj i masovnoj proizvodnji. Liju se dijelovi manjih masa i složene konfiguracije od legura cinka magnezijuma, aluminijuma, a rjeđe od legura bakra. Čvrstoća odlivaka, dobivenih livenjem pod pritiskom, je za 20 do 30 % veća od odlivaka dobivenih livenjem u pješčanim kalupima.
67
Poluproizvodi izrađeni kovanjem i presovanjem imaju veliku primjenu za izradu dijelova od čelika i legura obojenih metala. Slobodno kovanje se izvodi na kovačkim čekićima i presama u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Dijelovi dobiveni slobodnim kovanjem imaju velike dodatke za obradu i velika odstupanja geometrijskog oblika i dimenzija. Zbog toga imamo velike gubitke materijala u obliku strugotine i dugo vrijeme obrade. Koristi se pri izradi predmeta velike mase, a kod manjih masa, samo pri pojedinačnoj proizvodnji. Kovanje i presovanje u kalupima koristimo u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Može se obavljati u toplom i hladnom stanju. Mogućnost kovanja i presovanja u kalupima pri pojedinačnoj proizvodnji ograničeno je visokom cijenom kalupa. Broj komada u seriji, za koji se isplati kovanje i presovanje u kalupu, utoliko je manji ukoliko je razlika u cijeni veća između polaznog materijala za kovanje i gotovog otkivka. Izgled predmeta pogodnih za izradu kovanjem i presovanjem dat je na slici 2.2. Presovanje i kovanje se može obaviti u jednoj ili više gravura. Presovanjem u hladnom stanju postižemo veću tačnost proizvoda. Gubici materijala su minimalni, dodaci za obradu su mali pa je i obrada skidanjem strugotine svedena na minimum. Mnogi dijelovi mogu biti izrađeni od limova, raznim postupcima kao što su odsijecanje, prosijecanje, savijanje i duboko izvlačenje. Debljina ostaje ista ili se neznatno mijenja u odnosu na polaznu debljinu. Poluproizvodi dobiveni valjanjem mogu biti: -
-
šipkasti materijal različitog presjeka i dimenzija, fazonski čelik raznih dimenzija, nosači raznih profila i dimenzija, valjani limovi, šavne i bešavne cijevi,
68
-
valjani obruči — bandaže itd.
Šipkasti materijali izrađuju se okruglog, kvadratnog, pravougaonog i šestougaonog presjeka (slika 2.3).
Poluproizvodi moraju imati određene mehaničke osobine i dobru obradljivost. Da bi se to postiglo i da bi se odstranila unutrašnja naprezanja nastala u procesu dobivanja poluproizvoda, potrebno je, često izvršiti termičku obradu (otpuštanje; normalizaciju i dr.). Površine, koje se obrađuju obradom skidanjem strugotine, moraju imati odgovarajuće dodatke za obradu i dozvoljena odstupanja dimenzija. Površine poluproizvoda, koje ne obrađujemo, moraju biti ravne i glatke i moraju odgovarati po dimenzijama i obliku kako je to definisano radioničkim crtežom. Površine poluproizvoda, koje su namijenjene kao neobrađene baze, moraju biti ravne i glatke, po mogućnosti bez nagiba. Prije početka obrade skidanjem strugotine poluproizvodi moraju biti podvrgnuti kontroli mehaničkih, fizičkih i hemijskih osobina. Sve uočene greške treba otkloniti i samo ispravne komade podvrgavati obradi. Izbor vrste i oblika polaznog oblika materijala - pripremka Izbor polaznog oblika materijala, tehno - ekonomski zadatak tehnologa.
odnosno
pripremka
je
vrlo odgovoran
Na izbor vrste i oblika pripremka utiče: geometrijski oblik i tehnološka složenost izratka, količina proizvodnje, vrsta osnovnog materijala, zahtjevan kvalitet i funkcija izratka u eksploataciji, eksploatacijski, tehnološki i ekonomski uslovi. Osnovni kriterij pri izboru pripremka je da ukupni troškovi materijala i izrade budu minimalni (slika 3.35). Pravilo je da manji gubitak materijala doprinosi i manjem utrošku energije koja će biti utrošena na transformaciji pripremka u izradak. Polazni oblik materijala za velike serije, se obično dobiva postupkom vrućeg i hladnog deformiranja (kovanje, izvlačenje, ististkivanje i dr.) ili savremenim metodama livenja (livenje pod pritiskom, precizni - mikro liv). Kod pojedinačne i maloserijske proizvodnje primjenjuje se konvencionalno livenje, zavarivanje i šipkasti (valjani ili vučeni)
69
materijal koji se može koristiti i kod velikoserijske proizvodnje ukoliko se tehnološki proces izvodi na poluatomatskim i automatskim mašinama.
Konstrukcionim crtežom definiran je kvalitet i vrsta osnovnog materijala, pa je ograničen izbor polaznog oblika materijala, npr. ako je materijal liveno željezo ili čelični liv tada će polazni oblik biti odljevak. Funkcija izratka u eksploataciji također utiče na polazne osobine materijala pripremka. Tako, ako se traži dinamička izdržljivost polazni oblik se obično dobiva deformiranjem, dok za izratke statičkog opterećenja pripremak može biti odljevak. U eksploataciji materijal treba da odgovori zahtjevima u pogledu statičke i dinamičke čvrstoće, površinske čvrstoće, tvrdoće, otpornosti prema trošenju, koroziji i dr. Tehnološki uslovi i postojeće proizvodne mogućnosti utiču na izbor pripremka u toliko što se polazni oblik materijala može dobiti na više načina, a odabire se onaj postupak koji zadovoljava tehnološke kriterije optimalnosti. Ekonomski kriteriji određuju polazni oblik materijala koji će imati minimalne troškove izrade. U svakoj konstrukciji materijal znatno utiče na cijenu proizvoda, i to ne samo zbog osnovne cijene materijala, već i zbog oblika pripremka. Dakle, pri izboru polaznog oblika pripremka treba primjenjivati savremene metode izrade s malim dodacima za mašinsku obradu, jer to znatno skraćuje vrijeme obrade i cijenu izrade. Izbor dimenzija početnog materijala Dimenzije početnog materijala biraju se tako da se obezbijedi tačna i kvalitetna obrada izratka. Ove dimenzije biraju se vodeći računa o: - dimenzijama izratka, - zahtjevima kvaliteta obrade, posebno kvaliteta obrađene površine i tačnosti oblika, - troškovima obrade, - dimenzijama materijala koji se mogu naći na tržištu, - unifikaciji dimenzija zbog uslova transporta, skladištenja i nabave. Svi ovi faktori upućuju na izbor minimalnih dimenzija početnog materijala koji obezbjeđuju traženi kvalitet (nepravilnost oblika, struktura površinskog sloja pripremka).
70
Postupak izbora početnog materijala Postupak izbora početnog materijala je složen postupak koji sadrži više aktivnosti i na koji utiče više faktora. Prirodan redoslijed i njihova klasifikacija na podskupove po karakteru na: -
-
prikupljanje informacija o količini proizvodnje, količinama nabave, raspoloživim materijalima na tržištu, tolerancijama, standardima itd., odabiranje različitih mogućnosti za upoređivanje, izračunavanje potrebnih količina materijala, procjenjivanje relativnih troškova, procjenjivanje relativnih investicija, procjenjivanje relativnih dobitaka i donošenje odluke o izboru.
Izbor optimalne varijante pripremka Pri projektiranju procesa obrade potrebno je izabrati optimalni pripremak tj. pripremak koji zadovoljava tehničko-tehnološke kriterije izratka i ima minimalne ukupne troškove (troškove pripremka i obrade). Na osnovu tehničke dokumentacije (dimenzija i geometrijskog oblika) izratka, te na osnovu karakteristika materijala i veličine serije tehnolog određuje polazni oblik materijala, čime praktično počinje projektiranje tehnološkog procesa obrade. Za izbor optimalnog pripremka potrebno je imati realni skup mogućih pripremaka i ukupne troškove za svaku moguću varijantu. Ukupni troškovi mogu se prikazati u obliku: T = (Mt+R+A+S + E ) z + T0+ Tp, odnosno, varijabilni troškovi: Tv = (Mt+R+A+S+E) z = k×z i fiksni troškovi: Tf=T0 + Tp = k', gdje su: Mt - troškovi osnovnog materijala, R - troškovi rada operatera, A - troškovi alata, S - troškovi mašine, E - troškovi energije, To - troškovi održavanja, Tp - troškovi pribora i uređaja, z - količina izradaka. Ukupni troškovi su: T = Tv + Tf = k × z + k' Troškovi po jednom izratku su: t = k +k'/z Ako postoje tri realne varijante za izbor optimalnog pripremka (slika 3.36) potrebno je odrediti troškove za:
71
1.
varijantu: T1 = k1⋅ z + k1',
2.
varijantu: T2 = k2⋅ z + k2',
3.
varijantu: T3 = k3 ⋅ z + k3'.
Grafički broj izradaka određuje se iz uslova: T1 = T2 , odnosno T2 = T3
Ukupni troškovi po jednom izratku zavisni od veličine serije za pet varijanti pripremka prikazani su na slici 3.37. Pripremak otkovan u preciznom alatu ima najmanje ukupne troškove, ali za količinu od 10.000 komada izradaka. Najveći su troškovi po jednom izratku za pripremak oblika valjanog profila, gdje je i najveći utrošak materijala, jer se obrada izvodi sa skidanjem strugotine.
Prema tome, postupak obrade i količina proizvodnje značajno utiču na izbor oblika i vrste pripremka i ukupne troškove izrade. Ušteda utroška materijala je veća s primjenom progresivnih postupaka obrade. Tako supstitucijom obrade struganjem (slika 3.38 a) s hladnim kovanjem (slika 3.48 b) ušteda materijala iznosi 65%, odnosno 49%.
72
Planirani postupak obrade također predodređuje masu materijala pripremka (slika 3.38), količinu skinutog materijala, utrošak energije i vrijeme obrade. To pokazuje da je izbor polaznog materijala i oblika pripremka zavisan i od planiranog procesa obrade. Zbog toga, pri definiranju pripremka potrebno je imati orijentacioni plan obrade, koji će nakon izbora pripremka biti detaljno određen.
Na slici 3.39, su prikazane četiri varijante polaznog oblika materijala: valjani, hladno vučeni, otkovak i otpresak.
73
Stepen iskorištenja materijala kod površinskih pripremaka Da bi se dobio kvalitetan prosječeni komad, širina trake B treba da bude veća od širine radnog komada (slika 3.40). Sa svake strane radnog komada dodaje se dodatak b po širini trake, kao i razmak b između susjednih komada. Koliki će biti razmak i dodatak b u osnovi ovisi o debljini trake s i širini trake B.
Slika 3.40. Raspored komada na traci
Da bi se utvrdio optimalni stepen iskorištenja materijala potrebne je razraditi nekoliko varijanti rasporeda i odabrati onu za koju je stepen iskorištenja materijala najpovoljniji, uz uslov da konstrukcija i izrada alata neće biti problematična. Na slici 3.41, su prikazane četiri metode rasporeda komada sa različitim stepenima iskorištenja materijala.
Iskorištenje materijala ovisno o vrsti obrade Stepen iskorištenja materijala zavisi od vrste pripremka, ali isto tako i od vrste postupka obrade. Geometrijski oblik, masa i vrsta pripremka utiče na tok procesa obrade, vrijeme obrade, iskorištenje materijala i troškove obrade. Prema tome pravilan izbor pripremka presudno utiče na tehnološki proces i troškove proizvodnje (tabela 3.4 i 3.5).
74
75
GREŠKE OBRADE Odstupanje u procesu izrade Tačnost izrađenog proizvoda predstavlja odstupanje realnog predmeta od geometrijski, idealnog prototipa. Konstruktor radioničkim crtežom definiše oblik, dimenzije kvalitetu obrađene površine, mehaničke i druge osobine. Prema radioničkom crtežu razrađuje se tehnološki postupak nastojeći da se ostvare sve zamisli konstruktora. Razrađeni tehnološki postupci služe, da se u radionicama, na pojedinim radnim mjestima, izrade radni predmeti. Proces proizvodnje je realan proces u kome se javlja niz grešaka koje dovode do odstupanja kod izrađenih proizvoda. Nijedan izrađeni dio neće biti potpuno isti niti će imati idealne dimenzije, oblik i kvalitetu obrađene površine. Postoji niz faktora koji uslovljavaju odstupanja u procesu obrade, a to su: greške mašine, greške alata, geometrija alata, netačnosti mjernih alata, greške materijala, greške radnika i dr. Odstupanje izrađenog proizvoda od zadanih vrijednosti određeno je sljedećim elementima: -
odstupanjem dimenzija, odstupanjem geometrijskog oblika, odstupanjem međusobnog položaja površina i osa, odstupanjem kvaliteta obrađene površine.
-
Kako ne postoji mogućnost postizanja idealnih proizvoda, moraju se propisivati dozvoljena odstupanja. Dozvoljena odstupanja u procesu izrade Izrađeni proizvodi odstupaju od idealnih veličina u većoj ili manjoj mjeri, što zavisi od postavljenih zahtjeva u pogledu tačnosti. Konstruktor radioničkim crtežom mora predvidjeti veličine dozvoljenih odstupanja. Dozvoljena odstupanja predstavljaju granice u kojima se neka veličina mora kretati da bi proizvod mogao biti upotrebljiv. Ako se gotove veličine nalaze van granica dozvoljenih odstupanja, proizvodi postaju neupotrebljivi i proglašavaju se škartom. Dozvoljena odstupanja treba birati tako da proizvodi mogu ostvariti svoju funkciju. Smanjivanjem dozvoljenih odstupanja postavljaju se strožiji uslovi za obradu čime se povećavaju troškovi proizvodnje, a kvaliteta proizvoda raste. Obrnuto, povećavanjem dozvoljenih odstupanja, troškovi proizvodnje opadaju, a također i kvaliteta proizvoda. Da bi se omogućila zamjenljivost dijelova, u serijskog i masovnoj proizvodnji, neophodno je obezbijediti da svi izrađeni dijelovi budu u granicama dozvoljenih odstupanja. Na ovaj način se izbjegava svaka dorada prilikom montaže i zamjene pojedinih dijelova. Da bi se obezbijedila ispravna funkcija proizvoda, laka i jednostavna montažu, kao i zamjenljivost dijelova, propisuju se sljedeće vrste dozvoljenih odstupanja : -
dozvoljena odstupanja dimenzija, dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika, dozvoljena odstupanja položaja i dozvoljena odstupanja kvaliteta obrađene površine.
76
Dozvoljena odstupanja dimenzija Na radioničkom crtežu konstruktor mora dati sve kote koje jasno definišu proizvod. Neke od kota koje su značajne za funkciju i montažu ograničene su dozvoljenim odstupanjem dimenzija, a ostale su bez propisanih dozvoljenih odstupanja. Kote koje nemaju dozvoljenih odstupanja nazivaju se otvorenim kotama ili slobodnim mjerama. Troškovi proizvodnje u znatnoj mjeri zavise od veličine propisanih dozvoljenih odstupanja dimenzija. Smanjivanjem dozvoljenih odstupanja dimenzija postavljaju se strožiji uslovi za proizvodnju što zahtijeva uvođenje dodatnih operacija obrade i to po pravilu skupljih, vrijeme izrade postaje duže, pažnja radnika mora biti veća, tehnološka oprema kvalitetnija itd. Sve to prouzrokuje povećanje troškova proizvodnje. Sa druge strane, povećanjem dozvoljenih odstupanja skraćuje se vrijeme izrade, omogućava se upotreba tehnološke opreme koja ima manju tačnost, a procent škarta se smanjuje. Troškovi proizvodnje do određene veličine dozvoljenih odstupanja opadaju, a prekoračenjem određenih vrijednosti dozvoljenih odstupanja troškovi ostaju isti. Upotrebna vrijednost proizvoda (prodajna cijena) je, također, u funkciji dozvoljenih odstupanja dimenzija. Ona raste sa smanjivanjem dozvoljenih odstupanja i opada sa porastom dozvoljenih odstupanja, a može biti i jednaka nuli ako su prekoračena dozvoljena odstupanja i proizvod postane škart. Zakonitost promjene troškova proizvodnje i upotrebne vrijednosti od veličine dozvoljenih odstupanja dimenzija je prikazana dijagramom na slici 3.1.
Slika 3.1. Zavisnost između upotrebne vrijednosti, troškova proizvodnje i dozvoljenih odstupanja
Iz dijagrama je vidljivo da postoje dvije vrijednosti dozvoljenih odstupanja dimenzija u kojim su troškovi proizvodnje i upotrebne vrijednosti isti (tačka A i B). Sa takvim dozvoljenim odstupanjima dimenzija uspijeva se da se prodajom pokriju troškovi proizvodnje, a pri tome nema ostatka dohotka. Ako su dozvoljena odstupanja manja od ∆D1 ili veća od ∆D2, troškovi proizvodnje su veći od upotrebne vrijednosti, pa se radi sa gubitkom. Dozvoljena odstupanja dimenzija ∆D treba birati tako da upotrebna vrijednost proizvoda bude relativno visoke, a troškovi proizvodnje što manji. Kod ovakvog izbora dozvoljenih odstupanja dimenzija postiže se najveći ostatak dohotka. Smanjivanjem dozvoljenih odstupanja sa ∆D na ∆D' rastu troškovi proizvodnje i upotrebna vrijednost, ali 77
troškovi brže rastu (∆t' > ∆u'), pa je ostatak dohotka manji. Povećanjem dozvoljenih odstupanja sa ∆D na ∆D", smanjuju se troškovi proizvodnje i upotrebna vrijednost, ali sada upotrebna vrijednost mnogo brže pada u odnosu na troškove proizvodnje (∆u" > ∆t"), pa je ostatak dohotka, također, manji. Propisivati velika ili mala dozvoljena odstupanja dimenzija nije opravdano iz ekonomskih razloga. Dozvoljena odstupanja odnose se na linearne dimenzije (slika 3.2).
Pri formiranju sklopova, razlikuju se unutrašnje i vanjske površine. Obradom unutrašnjih površina dimenzije se povećavaju i sve unutrašnje mjere nazivaju se zajedničkim imenom — provrt ili rupe. Obradom vanjskih površina, dimenzije se smanjuju i sve vanjske mjere se nazivaju zajedničkim imenom — osovine ili čep. Sva dozvoljena odstupanja dimenzija po JUS-u svrstana su u 20 kvaliteta od IT0,1 do IT18, pri čemu je kvaliteta IT0,1 najbolji, a kvaliteta IT18 najgrublji. Položaj tolerantnog polja u odnosu na nultu liniju nema nikakvog uticaja na troškove proizvodnje. Položajem tolerantnih polja za osovinu i otvor u odnosu na nultu liniju, ostvaruju se različite vrste sklopova (čvrsti, prelazni i klizni). Izbor kvaliteta dozvoljenih odstupanja dimenzija bira se u zavisnosti od namjene proizvoda. Orijentaciono može se preporučiti ovakav izbor kvaliteta dozvoljenih odstupanja dimenzija: -
-
kvalitete dozvoljenih odstupanja od IT0,1 do IT6 uglavnom se koristi pri izradi mjernih instrumenata, kontrolnih mjerila, u preciznoj mehanici i izradi drugih predmeta gdje se zahtijeva velika tačnost dimenzija; kvalitete od IT5 do IT11 se koristi u opštem mašinstvu za izradu sklopova; kvalitete od IT12 do IT18 se koristi za izrade dijelova sa većim odstupanjima dimenzija i gdje površine dijelova ne ulaze u sklopove.
Označavanje dozvoljenih odstupanja dimenzija na radioničkim crtežima vrši se na različite načine što se vidi na slici 3.3.
Slika 3.3. Označavanje dozvoljenih odstupanja
Otvorene kote ili slobodne dimenzije su, također, ograničene dozvoljenim odstupanjima 78
koja se najčešće propisuju internim fabričkim standardima. Dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika Odstupanje geometrijskog oblika pri obradi Pri obradi dijelova uvijek postoje, osim dužinskih odstupanja, i odstupanja od predviđenog geometrijskog oblika. Dakle, kako je god nemoguće prilikom izrade ostvariti idealne dimenzije tako je isto nemoguće ostvariti apsolutno tačan geometrijski oblik površine. Kod površina koje ne dolaze u dodir sa drugim površinama nije toliko bitno da li će se postići tačan geometrijski oblik, dok je kod površina koje su u kontaktu, važna tačnost geometrijskog oblika, pa otuda treba poznavati i dozvoljena odstupanja oblika (slika 3.11).
Slika 3.11. Tolerancijski prostor
U slučaju odstupanja stvarnog oblika od idealnog cilindra upotrebljava se pojam "tolerancijski prostor", umjesto pojma "tolerancijsko polje". Tolerancijski prostor je šupalj cilindar najmanjeg dozvoljenog prečnika dmin i najvećeg dozvoljenog prečnika dmax (slika 3.12). Na slici 3.12., radi se o odstupanju stvarnog oblika od idealnog kruga. Po pravilu smatra se da odstupanja oblika zadovoljavaju ako se nalaze u dozvoljenim granicama, tj. kada se konture izrađenog predmeta nalaze u tolerancijsom prostoru. Ako ovako definisana dozvoljena netačnost oblika ipak ne zadovoljava date uslove, tada je potrebno propisati dozvoljeno odstupanje od tačnog (idealnog) oblika. Propisivanje tolerancija za tačnost oblika treba izbjegavati, jer se time znatno povećavaju troškovi proizvodnje, a isto tako ponekad je vrlo teško-provjeravati tačnost oblika, posebno kad se radi o dugačkim šupljim cilindrima i slično.
Geometrijski oblik je značajna karakteristika radnog predmeta i od njega zavisi ispravna funkcija u sklopu i mogućnost montaže. U toku izrade nije moguće ostvariti idealan geometrijski oblik kako se to zahtijeva radioničkim crtežom. Zbog toga je potrebno propisati dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika. To su odstupanja radnog predmeta od zamišljenog idealnog geometrijskog oblika u uzdužnom i poprečnom presjeku. Odstupanja geometrijskog oblika mogu se podijeliti u dvije grupe: - odstupanja rotacionih površina, odstupanja ravnih površina.
79
Odstupanja rotacionih površina od idealnog oblika mogu se posmatrati u poprečnom i uzdužnom presjeku. Idealni oblik poprečnog presjeka je krug, a uzdužnog presjeka je pravougaonik.
Slika 3.4. Idealni oblik osovinice sa poprečnim i uzdužnim presjekom
Pri izradi nije moguće ostvariti idealni kružni presjek, a u toku izrade mogu se javiti dvije greške: ovalnost i poligonalnost (sl. 3.5).
Ovalnost i poligonalnost najčešće se kontroliše pomoću komparatora (slika 3.6). Odstupanja nisu ista u različitim poprečnim presjecima duž cijelog radnog predmeta. Maksimalno odstupanje geometrijskog oblika ne smije preći granicu dozvoljenih odstupanja dimenzija. Dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika u poprečnom presjeku kreću se u granicama od 35 do 65% od dozvoljenih odstupanja dimenzija. Odstupanja geometrijskog oblika u uzdužnom presjeku predmeta rotacionog oblika mogu biti: koničnost, izbočenost, udubljenost, savijenost i valovitost (slika 3.7).
Slika 3.7. Greške geometrijskog oblika u uzdužnom presjeku a) konusnost; b) ispupčenost; c) udubljenost; d) savijenost; e) valovitost
Odstupanja geometrijskog oblika u uzdužnom presjeku mogu se javiti i kod otvora. Sve što važi za vanjske rotacione površine, važi i za otvore.
80
Dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika u uzdužnom presjeku zavise i od dužine radnog predmeta, ali ova greška ne smije preći 100% od dozvoljenih odstupanja dimenzija. Najčešće se dozvoljeno odstupanje kreće u granicama od 30 do 70% dozvoljenih odstupanja dimenzija.
Greške geometrijskog oblika u uzdužnom presjeku kontrolišu se komparatorom pomjeranjem uzduž ose predmeta. Valovitost obrade površine je periodično odstupanje od idealne površine kod koje je odnos između koraka L i visine vala L/H u granicama od 50 do 1000. Ako je ovaj odnos manji od 50, onda govorimo o hrapavosti obrađene površine, a za veće odnose od 1000 kažemo da površina nije valovita. Valovitost je posljedica vibracija u sistemu mašina, alat i predmet, a također, i zbog neravnomjernosti procesa obrade. Valovitost se javlja i kod obrade ravnih površina. Odstupanja ravnih površina mogu biti od pravca ili od ravni. Odstupanje od pravca je najveće dozvoljeno odstupanje ∆, koje se dobiva ako se radni predmet sječe sa ravni koja je okomita na zadanu površinu na mjestu presjeka. Odstupanje od ravni je najveći razmak obrađene površine od zadani ravni na bilo kome mjestu posmatrane površine (slika 3.8).
81
Dozvoljena odstupanja položaja Za funkciju dijelova u sklopu, a također i montažu, neophodno je da površine i ose budu u tačno određenom položaju. Radioničkim crtežom definišu se međusobni položaji površina i osa, a u toku izrade to je teško ostvariti. S obzirom da nije moguće tačno ostvariti međusobni položaj, moraju se propisivati dozvoljena odstupanja položaja. Odstupanja položaja mogu se podijeliti na: odstupanja od paralelnosti, odstupanja od okomitosti i udar.
Odstupanja paralelnosti definisana su mjerenjem rastojanja a1 i a2 na udaljenju l (slika 3.9). Ona mogu biti: o odstupanja paralelnosti površina. o odstupanja paralelnosti površine i ose, o odstupanje paralelnosti dvije ose. Odstupanja od okomitosti prikazana su na slici 3.10. i mogu biti: o odstupanje okomitosti dvije površine, o odstupanje okomitosti ose i površine i o odstupanje okomitosti dvije ose.
Slika 3.10. Odstupanje od okomitosti a) okomitost površina; b) okomitost ose i površine; c) okomitost dvije ose
Odstupanja okomitosti kontrolišu se pomoću ugaonika od 90°, graničnih mjerila a1 i a2 i mjernih čepova. Određuje se mjerenjem rastojanja a1 i a2 na udaljenju l (slika 3.11).
Slika 3.11. Kontrola okomitosti
82
Udar je dozvoljeno odstupanje od zadane baze. Javlja se kod dijelova rotacionog oblika. Može biti: o radijalni udar i o aksijalni udar (slika 3.12).
Radijalni udar predstavlja ekscentričnost rotacione površine u odnosu na osu rotacije ili neku drugu rotacionu površinu. Aksijalni udar predstavlja odstupanje čeone površine u odnosu na osu predmeta ili neku drugu rotacionu površinu. Udar se najčešće kontroliše pomoću komparatora kako je prikazano na slici 3.12. - okretanjem radnog predmeta koji je predstavljen između šiljaka. Dozvoljena odstupanja kvaliteta obrađene površine Eksploataciona svojstva mašinskih dijelova i njihov vijek trajanja u znatnoj mjeri zavise od stanja njihove površine. Za razliku od teoretske površine koja je definisana radioničkim crtežom, stvarna površina ima neravnine različitog oblika i dimenzija koje su nastale u procesu obrade. Visina, oblik i pravac rasprostiranja neravnina na obrađenoj površini predmeta zavisi od više faktora: režima obrade, uslova hlađenja i podmazivanja alata za rezanje, hemijskog sastava i mikrostrukture obrađivanog materijala, geometrije alata, tipa i stanja mašine alatke, alata za stezanje i drugih pomoćnih pribora. Razlikuju se sljedeća odstupanja od teoretske površine: makrogeometrijska odstupanja, o valovitost obrađene površine i o mikrogeometrijska odstupanja (slika 3.13). o
Sva odstupanja stvarne površine u odnosu na teorijsku površinu moraju biti u granicama dozvoljenih odstupanja dimenzija.
Slika 3.13. Izgled isječka obrađene površine sa velikim povećanjem
Makrogeometrijska odstupanja i valovitost obrađene površine spadaju u odstupanja geometrijskog oblika.
83
Mikrogeometrijska odstupanja ili mikroneravnine, nastaju pri obradi kao rezultat dejstva rezne ivice alata na obrađenu površinu, a također, zbog plastičnih deformacija obrađivanog materijala u procesu rezanja. Mikroneravnine određuju hrapavost obrađene površine.
Slika 3.10. Model nastajanja mikrogeometrije profila
Geometrijskim razmatranjem uz korištenje trigonometrijskih relacija, se određenim aproksimacijama i matematskim transformacijama dobivaju se izraz za početnu teoretsku hrapavost: S 2 hmin rhmin Rth = + 1 + 2 8r 2 S Diferenciranjem teoretske hrapavosti po posmaku izjednačavanjem prvog izvoda sa nulom dobije se izraz za minimalni posmak: Smin=(2 r hmin)1/2 Pošto za najmanji posmak (smin) i minimalnu dubinu struganja (hmin) imamo i najmanju hrapavost (Rth = hmin), to se iz prethodne jednačine dobiva minimalna polazna hrapavost: Rmin=s2min/2 r odnosno Rth≈ s2/8r Završavajući geometrijsku interpretaciju profila obrađene površine, može se izvesti zaključak da na hrapavost utiču: -
radijus vrha noža (r), posmak (s), brzina rezanja (v) i minimalna dubina rezanja (hmin).
Hrapavost obrađene površine pri obradi skidanjem strugotine je posljedica oblika alata, režima rezanja, nepravilnosti površine alata, osobina materijala alata i predmeta, naslage na grudnoj površini alata itd. Razlikuju se hrapavost u pravcu glavnog kretanja I i hrapavost u pravcu pomoćnog kretanja II, (slika 3.14). Hrapavost u pravcu glavnog kretanja je manja i zavisi od vrste materijala predmeta i brzine rezanja, dok je hrapavost u pravcu pomoćnog kretanja znatno veća i zavisi od poluprečnika zaobljenja vrha noža i koraka. Hrapavost u pravcu pomoćnog kretanja može se odrediti prema obrascu: H = R − R2 −
s2 [mm] 4
gdje je: H [mm] — visina neravnina,
84
R [mm] — poluprečnik zaobljenja vrha noža, s [mm] — korak ili posmak. Na osnovu ovog izraza jasno je da se na hrapavost u pravcu pomoćnog kretanja može utjecati smanjivanjem koraka i povećavanjem poluprečnika zaobljenja vrha noža.
Slika 3.14. Hrapavost u pravcu glavnog (I) i pomoćnog (II) kretanja; a) obrada ravnih površina; b) obrada rotacionih površina
Hrapavost obrađene površine u pravcu pomoćnog kretanja, koja je određena na osnovu geometrije alata i koraka, ne daje potpunu sliku o stvarnoj hrapavosti površine zbog toga što na nju utiču i drugi faktori. Stvarni oblik žljebova koje ostavlja alat u procesu obrade nije pravilan zbog deformisanih i iščupanih metalnih zrna, netačnosti u vodicama alata i mašine, kao i ležištima glavnog vretena. Imajući u vidu da se proces rezanja svrstava u slučajne procese, to je i kvaliteta obrađene površine mjerodavnije posmatrati sa tog stanovišta. Ovo tim prije što nakon početnog perioda rezanja počinje proces habanja alata u kom slučaju sječivo gubi svoju geometriju i nastajanje hrapavosti dalje teče kao slučajni proces. Da bi se hrapavost mogla ispitati i da bi se odredile granice dozvoljenih odstupanja hrapavosti, mora se definirati površina predmeta. Na slici 3.15. dat je uvećani isječak obrađene površine. Geometrijska površina (1) je površina koja je definisana radioničkim crtežom bez uzimanja u obzir grešaka oblika i hrapavosti. Stvarna površina ograničava tijelo i odvaja ga od okoline. Približna slika stvarne površine zove se efektivna površina (2). Presjek efektivne površine sa ravni (3), čiji je položaj u odnosu na geometrijsku površinu dogovorom utvrđen, zove se efektivni profil (4). Izbočine i udubljenja stvarne površine zovu se zajedničkim imenom, neravnine.
Slika 3.15. Isječak obrađene površine
Skup svih neravnina koje obrazuju reljef površine, a koje se posmatraju u granicama dogovorenog isječka takve dužine koji eliminiše greške oblika i valovitosti, zove se hrapavost obrađene površine. Za ocjenu hrapavosti obrađene površine po JUS-u, koriste se dva parametra i to:
85
o o
srednje odstupanje profila Ra (µm) i srednja visina neravnina u 10 tačaka Rt (µm).
Da bi se ispravno ocijenila hrapavost obrađene površine uzima se pogodan isječak efektivnog profila, dužine l, tako da budu eliminirani drugi tipovi nepravilnosti (ovalnost, valovitost, ogrebotine, naprsline i slično). Ova dužina naziva se referentna dužina, slika 3.16.
Slika 3.16. Srednje odstupanje profila
Srednji razmak k između dva vrha efektivnog profila u granicama referentne dužine zove se korak neravnina. Prema JUS-u, sve obrađene površine svrstane su u 12 klasa kvaliteta obrađene površine. Osnova za klasifikaciju klasa obrađene površine je srednje odstupanje profila Ra u µm. Vrijednosti srednjeg odstupanja profila uzete su iz geometrijskog niza brojeva čiji je faktor približno 2. Klasa N1 ima najmanje odstupanje profila: Ra = 0,025µm, a klasa NI2 je najgrublja i ima: Ra = 50 µm. Na radioničkim crtežima moraju se predvidjeti klase kvaliteta obrađene površine. Oznaka kvaliteta obrađene površine izražava se brojčanom vrijednošću stepena najveće dozvoljene hrapavosti koju površina smije imati poslije završenog postupka oblikovanja. Oznaka za kvalitetu obrađene površine sastoji se od oznaka u obliku kukica i broja klase obrađene površine. Kukice mogu biti zatvorene i otvorene. Otvorene kukice se koriste za označavanje klasa kvaliteta obrađene površine koje se postižu obradom bez skidanja strugotine. Zatvorene kukice se koriste za označavanje klasa kvaliteta obrađene površine koje se postižu obradom skidanja strugotine. Odstupanja dimenzija stoje u direktnoj vezi sa klasama obrađene površine. Moguće je postići kvalitetno obrađenu površinu, a da su odstupanja velika, ali nije moguće postići mala odstupanja dimenzija sa velikom hrapavošću obrađene površine. Tačnost i kvaliteta obrade U automatskoj proizvodnji, koja se realizira na obradnim NC i CNC sistemima, potrebna mjerna veličina memorirana je na nosiocu informacija što utječe na veću tačnost i kvalitetu obrade u odnosu na konvencionalnu proizvodnju, gdje ovim parametrima upravlja operator. Također, kod konvencionalne obrade operator utvrđuje ostvarenu dimenziju pomoću mjernog pribora, dok kod NC i CNC obradnih sistema senzorski se mjeri pozicija alata, čiji se položaj korigira prema potrebi u zatvorenom regulacijskom krugu. Prema tome, osnovne pretpostavke veće tačnosti su: -
veća tačnost obradnog sistema, manji ili skoro nikakav utjecaj čovjeka na tačnost obrade, tačno programiran rad obradnog sistema, veća koncentracija operacija i zahvata obrade, 86
-
sa jednom površinom izvesti veći broj obrađenih površina.
Kako se ne može ostvariti apsolutno tačno poklapanje zadane i ostvarene veličine neminovna je pojava proizvodne greške zbog čega se propisuju dozvoljena odstupanja, koja mogu biti: -
-
dozvoljena odstupanja dimenzija, dozvoljena odstupanja geometrijskog oblika (makrogeometrijska odstupanja), dozvoljena odstupanja kvaliteta površine (mikrogeometrijska odstupanja), dozvoljena odstupanja položaja, dozvoljena ostala odstupanja (mehanička, hemijska).
Da bi greška obrade bila manja, a time postignuta tačnost veća, na alatnim mašinama se to postiže: -
metodom probnih prolaza, primjenom mjernih alata, pribora i prethodnim podešavanjem mašine, upotrebom mjernog sistema za automatsku kontrolu, podešavanje mašine i alata.
Utjecajni faktori tačnosti obrade Jedan od osnovnih pokazatelja proizvodnje je produktivnost i kvaliteta proizvoda. Pod tehničkim kvalitetom proizvoda u užem smislu smatra se tačnost dimenzija i kvalitet obrađene površine. Faktori koji utiču na tačnost izratka su mnogobrojni, a neki od njih su i međuzavisni. Skup utjecajnih faktora na tačnost obrade izratka prikazan je na slici 3.8. Osnovni utjecajni faktori tačnosti obrade su: faktori zavisni od kvaliteta i tačnosti mašine, faktori zavisni od kvaliteta lokacije mašine, faktori zavisni od pripremka i steznog pribora, odnosno od njihove veze koja se ostvaruje baziranjem i faktori zavisni od obradnog alata i kvaliteta uređaja za stezanje, odnosno lokacije alata. Pored niza prikazanih utjecajnih faktora koji utiču na dobiveni kvalitet obrađene površine, najuticajniji faktor je svakako vrsta obrade. Tako se superfinišom može postići tačnost klase 2, dok drugim postupcima obrade to nije moguće osvariti, odnosno finim struganjem se može postići tačnosti klase 6, ili kovanjem u kalupu tek se može postići tačnost klase 9. Prema tome, određivanjem vrste i načina obrade u postupku razrade tehnološkog procesa određen je i interval klasa tačnosti koje je moguće postići, odnosno limitiran je mogući najveći stepen tačnosti (za struganje klasa 6, rendisanje klasa 9 itd.). 87
Između tolerancije dužinskih mjera i stepena površinske tačnosti postoji korelacija koja osigurava da se i najveća hrapavost površine nađe u okviru propisanog tolerancijskog polja. To znači da veličina neravnine mora biti manja od datog polja tolerancije. Iz ovog slijedi da je moguće obraditi površinu male hrapavosti (superfiniš) i uz malu tačnost dimenzija (grube tolerancije), dok visoku tačnost dimenzija (fine tolerancije) nije moguće nikada ostvariti uz visoku hrapavost površine. Metode za postizanje tačnosti Analiza utjecaja različitih faktora na kvalitetu obrade ukazuje da nije moguće govoriti o tačnosti jednog ili drugog metoda bez uzimanja u obzir svih uslova u kojima se te metode ostvaruju. Stanje tehnološke opreme i kvalifikaciona struktura zaposlenih radnika su značajni faktori koji utiču na tačnost obrade. Također, pri istim uslovima moguće je postići bolji kvalitet proizvoda mijenjajući režim obrade (smanjivanje koraka i dubine rezanja, povećanjem brzine rezanja itd.), ali tada vrijeme izrade postaje veće pa su troškovi proizvodnje povećani.
Povećanjem vremena trajanja operacija, korištenjem skupe tehnološke opreme i korištenjem radne snage sa višom kvalifikacijom povećava se tačnost (kvaliteta) proizvoda, ali troškove izrade, također se povećavaju. Zavisnost troškova izrade i dozvoljenih odstupanja prikazana je na slici 3.17.a. Snižavati troškove izrade može se samo do određene granice Qa zbog toga što troškovi izrade ne zavise samo od dozvoljenih odstupanja nego i drugih faktora, kao što su tehničke karakteristike mašine alatke, uređaja za stezanje i drugih pribora. Posmatrajući dijagram, vidi se da ga je moguće rastaviti na tri dijela. U dijelu dijagrama 1, pri malim snižavanjima dozvoljenih odstupanja, troškovi naglo rastu, pa je ovakav način obrade neekonomičan. Dio dijagrama 2 predstavlja oblast dozvoljenih odstupanja gdje se promjenama dozvoljenih odstupanja mijenjaju i troškovi proizvodnje. Dio dijagrama 3 pokazuje da se povećanjem dozvoljenih odstupanja ne mijenjaju bitno troškovi proizvodnje. U većini slučajeva vidno je, da treba koristiti takvu obradu koja odgovara dijelu dijagrama 2. Prelaskom na dio dijagrama 1, obrada postaje neekonomična. Tačnost koja se postiže takvom obradom naziva se dostignutim tačnostima datog metoda obrade. Obrada u takvim uslovima se koristi samo tada ako na raspolaganju ne postoji neki drugi, bolji metod obrade. U takvim uslovima proizvodnje procent škarta je vrlo veliki. Obradu koja odgovara dijelu dijagrama 3 koristi se kada se ne zahtijeva velika tačnost. Međutim, i ova obrada može biti neekonomična jer, primjenom drugog metoda obrade, postiže se istu tačnost, ali za kraće vrijeme i niže troškove proizvodnje. Oblast proizvodnje koja odgovara dijelu dijagrama 3, naziva se oblast garantovane točnosti datog metoda obrade.
88
U većini slučajeva, u praksi, rad u oblasti sa garantovanom ili dostignutom tačnosti datog metoda obrade nije ekonomičan. Tačnost koja odgovara dijelu dijagrama 2 naziva se ekonomskom tačnosti obrade datog metoda. Izbor metoda obrade kojim se postiže ekonomska tačnost može se ostvariti upoređivanjem dva ili više metoda obrade. Na dijagramu, slika 3.17.b, prikazane su tri metode obrade A, B i C (npr., A — poliranje, B — brušenje i C — struganje). Ako su dozvoljena odstupanja veća od ∆D2, tada se koristi metoda C jer ostale za istu tačnost imaju veće troškove proizvodnje. Za dozvoljena odstupanja koja su manja od ∆D1 koristi se metodu A. Ostala dozvoljena odstupanja koja se nalaze u granicama između ∆D1 i ∆D2 ostvarujemo metodom obrade B. Interval dozvoljenih odstupanja od ∆D1 do ∆D2 naziva se oblast ekonomske tačnosti metode obrade B. Na osnovu ovakvih analiza utvrđene su ekonomske metode obrade za pojedine klase obrađene površine. Greške obrade Greške obrade su stalna pojava u svakom procesu obrade gdje se mijenja geometrijski oblik, dimenzije ili struktura materijala. Osnovni kriterij tačnosti izrade je da nastala greška obrade mora biti manja od dozvoljene tolerancije tj., ∆< T. Ukoliko proizvedeni izradak ima grešku ∆<T ne ispunjava ni tehnološke niti ekonomske kriterije Postoje dvije osnovne grupe grešaka, i to: - greške prije obrade (slika 3.14 a) i greške u toku procesa obrade (slika 3.14 b)
-
Geometrijska greška Geometrijska greška obrade ∆i-1 nastaje uslijed neostvarenih geometrijskih veličina
89
(slika 3.15.), npr. neosnost obrađenih površina prethodnog i tekućeg zahvata.
Metodska greška Metodska greška postaje kada se primjenjuje približna metoda obrade umjesto stvarne metode. Približna rješenja se mogu primijeniti kada je veličina metodske greške manja od dozvoljenog odstupanja, tj. kada je ukupna greška obrade manja od propisane tolerancije. Na slici 3.16, je prikazan približni (teoretski) oblik ozubljenja (2) i stvarni (1). Greška baziranja Greška baziranja nastaje pri postavljanju obratka u steznu napravu. Baziranje obratka znači jednoznačno određivanje položaja obratka u odnosu na rezni alat. Bazne površine mogu biti: površine, linije ili skup tačaka pomoću kojih se obradak orijentira u odnosu na alat. Određivanjem bazne površine obratka postiže se unifikacija steznih mjesta svih obradaka date serije. Obradak može biti postavljen u steznu napravu tako daje polubaziran (slika 3.17 a), baziran (slika 3.17 b) i totalno baziran (slika 3.17 c).
90
U tehnološkom postupku izrade označavaju se bazne površine i stezanje obratka pomoću određenih simbola, kako je prikazano na slici 3.18. Greška stezanja Greška stezanja javlja se uslijed elastičnih deformacija obratka, reznog i steznog alata. Prilikom stezanja dolazi do slijeganja konstruktivne baze 1-1 uslijed dejstva sila stezanja (slika 3.25 a).
Ako prilikom stezanja konstruktivna baza zadrži položaj 1-1, tada će se pri obradi dobiti dimenzija ∆, pa je greška stezanja: ∆sA=0. Pri obradi serije elemenata, ukoliko je slijeganje baze konstantno, moglo bi se kazati daje za tu grupu elemenata greška stezanja: ∆s =0. Ukoliko se proces obrade izvodi sa alatima veće krutosti, greška stezanja će biti manja pa se može zanemariti. Ipak, i tada je dobro usporediti grešku sa dozvoljenim odstupanjem na crtežu izratka.
91
Greške elastičnih deformacija Tehnološki sistem: mašina - rezni alat - stezni alat - obradak nije idealno krut, već ima određenu elastičnost koja omogućuje pomake površina obratka pri prelasku iz statičkog u dinamičko stanje procesa obrade. Pri uzdužnom struganju veličina elastične deformacije ovisi o intezitetu komponenti sile rezanja (F1, F2, F3) i karakteristika materijala, odnosno geometriji i dimenzijama obratka (slika 3.26). Veličina sile ovisi o režimu obrade i vrste materijala obratka. Tako režim obrade (dubina, posmak i brzina rezanja) preko intenziteta sile utiče na tačnost obrade. Dijagram pokazuje da se uticaj sila F1 i F3 može u praktičnim računima zanemariti. Odnos L/D također utječe na veličinu greške, jer ako L/D → max, tada je krutost manja, a greška obrade veća ili ako L/D → min, tada je krutost veća, a greška obrade manja.
Slika 3.27. Utjecaj krutosti obratka, odnosa L/D na veličinu greške ∆
Greške toplinskih deformacija Toplinske deformacije utječu na pojavu greške obrade. Pri zagrijavanju dolazi do promjene dimenzija alata, obratka, te nekih elemenata mašine (slika 3.28).
Greške dodatka za obradu Greške dodatka za obradu su rezultat nejednakih dodataka za obradu, a nastaju kao posljedica netačnosti već izvedenih zahvata i operacija procesa obrade.
92
Greške istrošenosti alata i podešavanje Greške istrošenosti su posljedica trošenja alata i drugih elemenata tehnološkog sistema. Kolika će biti istrošenost zavisi o: vrsti materijala koji se obrađuje, vrsti materijala alata, konstrukciji i geometrijskom obliku alata, metodi obrade, brzini rezanja, posmaku, dubini rezanja, sredstvu za hlađenje, vremenu neprekidnog rada i slično. Veličina habanja može se odrediti i eksperimentalnim putem pomoću krivih habanja (slika 3.30 b). Podešavanje alata utječe na ostvarenu grešku u toku obrade. Kolika će biti greška obrade kao posljedica podešenosti alata zavisi u koji je položaj postavljen alat. Osnovno pravilo je da alat treba biti tako postavljen da se u tok obrade postignu mjere u okviru zadanih tolerancija. Dakle, alat treba podesiti unutar polja tolerancije T gdje se može očekivati polje rasipanja mjera (∆R).
Slika 3.31. Položaj radne mjere Dr i odstupanja
Za tehnologa je važno da zna koje se stvarne mjere mogu postići u svakom konkretnom procesu obrade imajući u vidu mogući intenzitet i vrstu greške koja se može pojaviti. Pri normalnoj proizvodnji serije elemenata može se očekivati da će se dobiti najveći broj komada sa srednjim vrijednostima propisanih odstupanja. U slučaju da neka od navedenih grešaka poraste toliko da po intenzitetu nadmaši ostale greške, postoji opasnost da se proizvede veći broj neispravnih dijelova zašto treba osigurati nadzor procesa kako bi se otklonio uzrok greške. Ukoliko se dobije veliki broj komada koji ne zadovoljavaju propisane dimenzije i oblik, potrebno je pronaći uzrok nastanka greške i otkloniti ga. Greške unutrašnjih naprezanja Greške unutrašnjih naprezanja su rezultat procesa obrade. Zaostala naprezanja pored utjecaja na dimenzije i geometriju obratka utiču i na pojavu mikro pukotina i postojanost obratka. Utjecaj unutrašnjih naprezanja na tačnost obrade se smanjuje primjenom odgovarajućih postupaka termičke obrade ili drugih postupaka, što ovisi o karakteristikama obratka. Greške dinamike obradnog sistema
93
Greške dinamike obradnog sistema nastaju uslijed razlike položaja obratka u odnosu na alat u statičkom i dinamičkom stanju (vibracije, centrifugalne sile, zazori).
94
IZBOR VARIJENTE TEHNOLOŠKOG PPROCESA Izbor varijante tehnološkog procesa Izbor varijante tehnološkog procesa, kao i tehnološkog postupka u okviru određenog tehnološkog procesa je kompleksan i odgovoran zadatak tehnologa. Ovisno o vrsti proizvoda, njegove funkcije, geometrijskog oblika, zahtijevane tačnosti tehnološki proces obrade se može sastojati iz operacija različitih vrsta obrade, npr. obrade struganjem (tokarenje, bušenje, glodanje, rezanje navoja itd.), obrade deformiranjem (izvlačenje, istiskivanje, probijanje itd.), termičke obrade (žarenje, napuštanje, kaljenje itd.), obrade zavarivanjem (plinsko, elektrootporno, TIG, MIG, itd.), površinske obrade, itd. Ovo pokazuje da postoji veliki broj mogućih kombinacija varijanti procesa obrade i redoslijeda operacija (slika 3.42). Dakle, u principu broj mogućih tehnoloških procesa je vrlo velik. Međutim, iz mogućeg skupa tehnoloških varijanti, na temelju karakteristika izratka, može se vrlo brzo definirati određeni broj varijanti koje imaju realnu podlogu za izbor najpovoljnijeg procesa ili postupka obrade. Pri izboru varijante tehnološkog procesa ili postupka obrade osnovni kriterij su minimalni troškovi. Da bi se odredili troškovi treba postaviti odgovarajuće matematičke modele. To znači da se u okviru pojedinih procesa za svaku operaciju i zahvat moraju definirati troškovi, čiji zbir daje ukupne troškove. Dakle, iz skupa analiziranih procesa ili postupka usvaja se onaj koji daje najmanje troškove obrade uz uslov da zadovoljava utvrđene tehničko-tehnološke kriterije izratka.
95
REDOSLJED OPERACIJA I ZAHVATA Strukturu tehnološkog procesa čine događaji operacije i kontrole koji se moraju odabrati i poredati tako da sigurno obezbjeđuju transformaciju odabranog početnog oblika u izradak (proizvod) traženog oblika, dimenzija i kvaliteta. Vrsta operacija se bira tako da se obezbijedi: -
obrada sa što manje operacija, što veća jednostavnost operacija, što veći obim obrade na jednom radnom mjestu, što manji broj mijenjanja položaja obratka unošenja greške, - što kraće vrijeme obrade, - minimalni troškovi obrade i - određeni uslovi rada.
(stezanja) zbog mogućnosti
Redoslijed operacija se određuje tako da: - to predstavlja prirodan i nužan tok transformacije pripremka u izradak, - rezultat prethodne operacije predstavlja osnovu i podršku narednoj operaciji i - se u narednoj operaciji koristi i sačuva kvalitet postignut u prethodnoj operaciji. Prva operacija treba da bude takva da obezbijedi: - najviše skidanje materijala kako bi se u nastavku tehnološkog procesa transportovale što manje mase materijala, - otkrivanje što više mogućih grešaka u početnom materijalu (posebno vrijedi za odlivke i otkivke) kako bi se uložilo što manje rada u eventualno loše pripremke, - tehnološke odnosno bazne površine za stezanje i pravilan položaj obratka u narednim operacijama. Ponekad prva operacija i služi samo za ovu svrhu (slučaj korištenja odlivaka i otkivaka kao pripremka za agregatne mašine i transfer linije). Zadnja operacija treba biti takva da obezbjedi: - smanjenu mogućnost oštećivanja u daljem toku proizvodnog procesa, - olakšana završna kontrola, - da se izradak ne zagubi (označavanje), - olakšanu predaju skladištu ili kupcu. Vrste i redoslijed događaja kontrole određuju se tako da se obezbijedi: - sigurno utvrđivanje karakteristika pripremka, obratka i izratka u obrađenim momentima tehnološkog procesa, - pravovremeno otkrivanje mogućih grešaka kako bi se spriječilo stvaranje lošeg proizvoda, smanjenje štete zbog grešaka i omogućio eventualni popravak uočene greške, - metode i postupak kontrole treba da obezbijede najmanje troškove kontrole, - odgovarajući obim kontrole koji treba da odgovara karakteristikama proizvoda, karakteristikama operacija, obimu proizvodnje i tipu proizvodnje, - postupke kontrole birati tako da što manje zahtijevaju posebno mjesto kontrole. Uticajni faktori na izbor vrste i redoslijeda događaja u tehnološkom procesu su: - karakteristike proizvoda (oblik, dimenzije, kvalitet materijala, kvalitet obrade, broj dijelova, međusobni položaj dijelova),
96
-
obim proizvodnje, tip proizvodnje, stalnost proizvodnje u vremenu, mogućnost obezbjeđenja mašina i alata (za nove proizvodne sistema), mogućnosti postojećih mašina i alata (za postojeće proizvodne sisteme), - karakteristike početnog oblika materijala (ovo je uzajamna i povratna veza). Tehnološki proces se može projektirati u raznim varijantama, tako da postoji mnogo rješenja s različitim obimom i različitim redoslijedom operacija. Redoslijed radnih operacija ovisi od:
veličine serije (slika 4.5 i slika 4.6), raspoloživog obradnog sistema, vrste i oblika pripremka, obradnog postupka (struganje, plastično oblikovanje, lijevanje), baziranja i stezanja obratka (valjani profil, odljevak, otkovak), koncentracije operacija i zahvata, mogućnosti otkrivanja greške u materijalu ili intenziteta pojave greške u procesu obrade, vrste primijenjenog alata.
97
Zlatna pravila pri projektiranju strukture procesa glase: Konačni oblik izratka treba postići sa što manjim brojem što jednostavnijih operacija. Prve operacije trebaju biti one koje omogućuju najveću promjenu polaznog oblika materijala pripremka. Prve operacije su obično one koje dovode do najvećeg škarta. Prve operacije trebaju biti one koje će najprije pokazti grešku u materijalu.
Postoje tri osnovne mogućnosti redoslijeda obrade: redni (R), paralelni (P) i kombinirani (RP) što daje devet kombinacija. Izbor metoda obrade Poslije izbora polaznog sirovog materijala, tj. poluproizvoda za proizvodnju veoma je značajno pravilno odabirati metode obrade kojim će se postići traženi oblik, dimenzije i kvalitet. Izbor metode obrade zavisi od: tačnosti i čistoće obrađene površine koju je odredio konstruktor, ekonomske opravdanosti izabranog metoda za date uslove (određenost programa, posjedovanje odgovarajuće tehnološke opreme, materijal predmeta, itd.) i zahtjeva u pogledu kvaliteta površinskog sloja. Geometrijski oblik ima značajan uticaj na izbor metoda obrade. Dijelove rotacionog oblika obrađujemo na strugovima i okruglim brušenjem; ravne površine i razne vrste žljebova obrađujemo na glodalicama i ravnim brušenjem; obradu otvora izvodimo na bušilici, glodalici. i unutrašnjim brušenjem. U tehnologiji obrade detaljno su opisane operacije koje se izvode na pojedinim vrstama mašina. Redoslijed obrade Obradu na mašinama alatkama može se podijeliti u tri dijela: gruba obrada, čista obrada i fina obrada. Zavisno od zahtijevanog kvaliteta obrađene površine i dozvoljenih odstupanja, na jednom proizvodu mogu biti zastupljene jedna, dvije ili sve tri vrste obrade. Projektujući tehnološki postupak izrade, tehnolog mora odrediti ispravan redoslijed obrade. Za određivanje redoslijeda obrade koriste se razni kriteriji. Najčešće korišteni kriterijum je kvaliteta postignute obrade. Na svim površinama prvo izvodimo grubu, a zatim čistu i na kraju finu obradu. Grubom obradom odstranjuje se najveća količinu viška materijala. Ona se izvodi velikim dubinama rezanja i korakom, i malim brzinama rezanja, što izaziva velike otpore koji znatno deformišu predmet i alat. Pri ovoj obradi oslobađaju se i unutrašnji naponi. To izaziva velika odstupanja, dimenzija, geometrijskog oblika i kvaliteta obrađene površine. Osnovne karakteristike ove obrade su veliki presjek strugotine (veliki korak i velika dubina rezanja) što zahtijeva velike sile rezanja. Pored toga, potrebne su i velike sile stezanja koje zajedno sa
98
silama rezanja izazivaju deformacije geometrijskog oblika i površinskog sloja materijala. Zbog velikih sila rezanja i stezanja, deformacije radnog predmeta su velike, odstupanja dimenzija su, također, velika, a kvalitet obrađene površine je loš. Ovoj obradi odgovaraju klase obrađene površine N10, N11 i N12. Ako poslije grube obrade sljeduje čista obrada, zadovoljava se N11 klasom kvaliteta obrađene površine. Čistu obrada se izvodi poslije grube obrade na svim površinama gdje se to zahtijeva, a također i na površinama koje treba fino obraditi. Obrada se izvodi malim dubinama rezanja, malim korakom i većom brzinom rezanja što dovodi do smanjenja otpora rezanja i manjih deformacija radnog predmeta. Čistom obradom postiže se približna tačnost dimenzija i geometrijski oblik, a kod većih odstupanja i konačna tačnost. Ova obrada se odlikuje malim dubinama rezanja i malim korakom, a sa većim brzinama rezanja, što osigurava postizanje veće tačnosti i boljeg kvaliteta obrađene površine. Sile rezanja i stezanja su male, pa su deformacije radnog predmeta također male. Ovoj obradi odgovaraju klase kvaliteta obrađene površine N7, N8 i N9. Finu obrada se izvodi na kraju tehnološkog procesa izrade, kako bi se izbjegla oštećenja obrađene površine i postigao željeni kvalitet. Ovom obradom odstranjuje se mala količina materijala velikim brzinama rezanja sa malim dubinama i korakom. Dakle obrada se izvodi vrlo malim dubinama rezanja, malim korakom i vrlo velikim brzinama rezanja. Ovim načinom obrade osigurava se završnu tačnost dimenzija, geometrijskog oblika i kvaliteta obrađene površine. Sile rezanja i stezanja su vrlo male pa su deformacije radnog predmeta minimalne. Sve ovo osigurava postizanje malih odstupanja dimenzija, geometrijskog oblika i postizanje dobrog kvaliteta obrađene površine. Finoj obradi odgovaraju klase kvaliteta obrađene površine N4, N5 i N6. Mašine alatke, na kojima se vrši gruba obrada, zbog velikih sila rezanja, pri gruboj obradi, brzo gube tačnost tako da na njima nema mogućnosti postizanja željenog kvaliteta. Zbog toga je poželjno razdvojiti grubu obradu od čiste i izvoditi ih na različitim mašinama. Međutim, kada se radi o predmetima velike mase gdje bi skidanje predmeta sa jedne mašine i postavljanje na drugu izazivalo veće teškoće i kada bi se za to gubilo dosta vremena, opravdano je grubu i čistu obradu izvoditi na istoj mašini ali se držati pravila da prvo treba obaviti grubu, a zatim čistu obradu. U izvjesnim slučajevima dolazi do odstupanja od prethodnih pravila kako bi se povećala ekonomičnost obrade. Tako površine na kojima ne smije biti grešaka, kao što su naprsline, ogrebotine, poroznost itd., pri obradi se stavljaju na prvo mjesto. Ako se pri obradi utvrde ove greške, komad se odbacuje kao škart i na taj način se štedi vrijeme, jer na odbačenim predmetima nisu izvođene obrade drugih površina. Na redoslijed obrade ima uticaj i izbor tehnoloških baza. Bazne površine moraju biti obrađene odmah na početku obrade. Za obradu baznih površina važno je odabrati prvu neobrađenu bazu. U svim slučajevima gdje je to moguće za prvu neobrađenu bazu biraju se površine koje kasnije nije potrebno obrađivati. Ako takvih površina nema, često se ostavljaju posebni dodatci pri izradi poluproizvoda koji će poslužiti kao neobrađena baza, a kasnije će taj dio biti odsječen. Pri određivanju redoslijeda obrade neophodno je odrediti ispravno mjesto termičke obrade. Poslije termičke obrade (kaljenje i otpuštanje), možemo predvidjeti brušenje, jer obrada drugim metodama nije racionalna, a ponekada je i nemoguća. Pri obradi navoja i sličnih površina, zbog mogućnosti oštećenja pri transportu od jednog mjesta do drugog, a, također, i pri stezanju, ove operacije se ostavljaju za kraj tehnološkog procesa.
99
Ispravnim izborom redoslijeda obrade može se znatno uticati na konačne rezultate tehnološkog procesa, smanjenje vremena izrade, procenta škarta, a također, postići bolji kvalitet obrađene površine. Određivanje potrebnih operacija i redoslijeda rada Projektovanjem tehnološkog postupka tehnolog raščlanjuje obradu na operacije. Oblik i dimenzije radnog predmeta, broj komada, raspoloživ radni prostor i tehnološka oprema odredit će broj operacija. Ako se prilikom obrade predviđa da se na jednom radnom mjestu obradi više površina radnog predmeta, kaže se da se je izvršila koncentraciju operacija. Međutim, ako se obrada rasporedi na više radnih mjesta, kaže se da je izvršena diferencijacija radnih operacija. Diferencijacijom operacija obrada se raščlanjuje na više manjih operacija. Ovaj način se koristi kada je na raspolaganju veća količina tehnološke opreme, veći radni prostor i radna snaga niže kvalifikacije. Kod ovog načina projektovanja tehnološkog procesa, trajanje operacija treba da bude približno istog vremena kako ne bi došlo do stvaranja uskih grla. Ciklus proizvodnje traje duže.
100
Operacija je osnovna jedinica tehnološkog procesa i mora biti potpuno definisana. Za projektnu dokumentaciju sadržaj operacije je kratak. Upisuju se podaci o vrsti obrade i koje se površine obrađuju (struganje, brušenje itd.). U pojedinačnoj proizvodnji operacije nisu raščlanjene i obrada se vezuje za univerzalne mašine alatke. Sve vrste obrade koje možemo postići na mašini, uključujemo u jednu operaciju. U serijskoj obradi operacije su raščlanjene na veći broj. Razrada operacije je detaljna. Na slici 5.3. prikazan je redoslijed operacija i zahvata pri izradi čahure.
101
102
Primjer Za izradak prikazan na slici 4.7 treba prikazati redoslijed operacija i zahvata, ako se obrada izvodi na univerzalnom strugu:
103
DODATCI ZA OBRADU Dodatak za obradu je sloj materijala koji treba odstraniti obradom skidanjem strugotine da bi se ostvario proizvod određenih dimenzija, oblika i kvaliteta obrađene površine. On se dodaje na sve površine koje treba obrađivati skidanjem strugotine. Dodatak za obradu u količinskom smislu je razlika mase između pripremka i izratka. Dodatak za obradu je neophodan, iako predstavlja gubitak materijala i ima tehno-ekonomski značaj, jer veliki dodatak za obradu povećava gubitak materijala, vrijeme obrade i cijenu izrade. Međutim, da bi se od pripremka dobio definirani i kvalitetni izradak potrebni su dodaci za obradu, koji ovise o vrsti i tačnosti obrade. Dodatak za obradu sadrži u sebi sve nepravilnosti i greške koje nastaju u periodu dobijanja poluproizvoda i same obrade skidanjem strugotine. Dodatak za obradu može biti: dvostruko simetričan (slika 3.33 a), dvostruko asimetričan (slika 3.33 b) i dodatak samo sa jedne strane (slika 3.33 c).
Slika 2.4. Simetrični dodatak za obradu
Simetrični dodatak za obradu javlja se pri obradi rotacionih vanjskih i unutrašnjih površina, a također, pri obradi ravnih površina koje su paralelne, slika 2.4. Asimetrični dodatak za obradu javlja se kod obrade dijelova koji nisu rotacionog oblika kada se na dvije paralelne suprotne površine dodaju različiti dodaci za obradu (slika 2.5). Specijalni oblik asimetričnog dodatka se javlja kada se suprotna strana ne obrađuje.
Slika 2.5. Asimetričnii dodatak za obradu
Svaki poluproizvod, zavisno od metode njegovog dobivanja, ima veća ili manja odstupanja dimenzija i geometrijskog oblika koja se nazivaju proizvodnim odstupanjima. Pri obradi na mašinama alatkama te greške se smanjuju i pri izvođenju svakog zahvata one se stalno smanjuju. Veličina greške pri izvođenju zahvata zavisi od metode obrade, režima rada, 104
geometrije alata, tačnosti mašine i drugih tehnoloških faktora. Za postizanje visoke tačnosti obrađenog predmeta potrebno je za svaki zahvat predvidjeti odgovarajuće dozvoljeno odstupanje koje će kompenzirati greške prethodne obrade. Greške u procesu obrade izazivaju odstupanja dimenzija, geometrijskog oblika, hrapavosti obrađene površine i stvaranja deformacionog sloja. Greške geometrijskog oblika, kao što su ovalnost, poligonalnost, koničnost, savijenost itd., moraju se nalaziti u polju dozvoljenih odstupanja dimenzija. Hrapavost obrađene površine određena je srednjim odstupanjem profila Ra. Svakom vidu obrade odgovara određena hrapavost obrađene površine koja varira najčešće u dvije do tri klase obrađene površine. Opšte je pravilo da mala odstupanja dimenzija možemo postići sa malom hrapavošću obrađene površine. Površinski sloj se znatno razlikuje od osnovnog materijala. On ima izmijenjenu kristalnu strukturu, a također, u njemu se javljaju unutrašnja naprezanja. Taj sloj naziva se, najčešće, deformacionim slojem. Veličina deformacionog sloja zavisi od vrste materijala i postupka obrade. Veličina dodatka za obradu mora biti takva da u sebi sadrži sve nepravilnosti postupka obrade. Da bi se postiglo ekonomično skidanje viška materijala, a pri tome ostvarila određena tačnost dimenzija geometrijskog oblika i kvaliteta obrađene površine, obrada se može podijelili u tri dijela: -
gruba obrada, čista obrada i fina obrada.
Grubom obradom se skida veliku količinu materijala. Gruboj obradi odgovara dodatak za grubu obradu δ 1 (mm). Čistom obradom se postiže približna tačnost dimenzija i geometrijskog oblika, a kod većih odstupanja i konačnu tačnost. Dodatak za čistu obradu označava se sa δ 2 (mm). Finu obrada se izvodi u većini slučajeva na kraju procesa obrade kako bi se izbjegla oštećenja fino obrađenih površina. Dodatak za finu obradu označava se sa δ 3 (mm). Dodaci za obradu se mogu odrediti statistički i analitički. Statističko-eksperimentalna metoda polazi od kvalitetnih mogućnosti pojedinih tehnoloških postupaka obrade. Veličina dodatka za obradu određuje se iz tabličnih podataka. Nedostatak ove metode je što se dodatak za obradu određuje na osnovu sličnih postupaka obrade, a ne konkretnih uslova. Analitička metoda se odnosi na stvarni postupak obrade, gdje ukupni dodatak za obradu mora biti jednak ili veći od sume svih očekivanih grešaka u procesu obrade. Osnovne prednosti analitičke metode u odnosu na statističku metodu su: ekonomičnija upotreba materijala, kraće vrijeme izrade, manje trošenje alata i manji broj potrebnih prolaza i zahvata obrade. Ukupni dodatak za obradu ravan je zbiru dodataka za grubu, čistu i finu obradu, tj.:
δ = δ 1 + δ 2 + δ 3 [mm].
105
Slika 2.6. Dodaci za obradu
Na slici 2.6. dat je prikaz dodatka za obradu ako je polazni, sirovi materijal u obliku šipke. Dimenzije sirovog komada na osnovu ove slike mogu se odrediti prema obrascu : ds = d + δ 1 + δ 2 + δ 3 [mm]. Izračunatu vrijednost treba zaokružiti na prvu veću standardnu vrijednost šipkastog materijala. Dužina sirovog materijala: L s = L+2( δ lp + δ 2p + δ 3p ) [mm]. Dodatak za obradu ovisi o vrsti materijala izratka, metodi dobivanja pripremka (odljevak, otpresak, otkovak), veličini i geometrijskom obliku izratka, režimu obrade, načinu stezanja i baziranja obratka, zahtijevanom stepenu tačnosti i kvaliteti obrađene površine, te tipu proizvodnje.
Konstrukcija i izrada radioničkog crteža poluproizvoda Poluproizvodi za obradu skidanjem strugotine imaju veće dimenzije koje su uvećane za veličinu potrebnih dodataka za obradu. Površine, koje se ne obrađuju skidanjem strugotine, ostaju neizmijenjene. Svaki način dobivanja poluproizvoda ima svoje specifičnosti o kojim konstruktor mora voditi računa pri konstruiranju dijelova. Dijelovi koji se izrađuju livenjem, kovanjem ili presovanjem, pored radioničkog crteža,
106
moraju imati i odgovarajući crtež odlivka, otkivka ili otpreska. Ovaj crtež izrađuje tehnolog. Da bi se smanjio procent škarta, mora se detaljno pregledati radionički crtež i utvrditi da li su njegov oblik i dimenzije u skladu sa tehnologijom dobijanja poluproizvoda. Oblici i dimenzije poluproizvoda moraju biti takvi da garantuju oblik i dimenzije gotovog proizvoda koji se postižu minimalnim skidanjem strugotine. Izrada radioničkog crteža za dijelove koji se izrađuju livenjem prikazan je na slici 2.7. Površine koje se obrađuju skidanjem strugotine se uvećavaju za veličinu potrebnih dodataka. Prečnik otvora ležišta umanjujemo za tri dodatka zbog toga što se zahtijeva klasa obrađene površine N5. Na slici 2.8. prikazan je crtež gotovog vratila i crtež otkivka koji je dobiven slobodnim kovanjem.
107
REŽIM I VRIJEME OBRADE Određivanje parametara režima obrade Nakon planiranja procesa obrade i izrade plana obrade površina prelazi se na određivanje režima obrade. Režim rada iskazuje se parametrima koji određuju stanja i dinamiku promjene stanja obradnog sistema i obradnog procesa u kojem se vrši transformacija pripremka (ulaza) u izradak (izlaz - proizvod). Režim obrade zavisno od vrste materijala obratka, obradne mašine, zahtjevanog kvaliteta obrađene površine, izvršenog izbora alata može se odrediti: o statistički na osnovu iskustvenih (tabličnih) podataka o izvedenih sličnih procesa obrade i o analitički, izračunavanjem parametara režima obrade. Veličina parametara režima rada određuje se na jedan od dva načina: a) na bazi vrijednosti gore navedenih karakteristika biraju se vrijednosti iz tabela i dijagrama koje su nastale kao rezultati eksperimentalnih istraživanja iskustava. Ovaj postupak je dobar za primjenu kad se radi o pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Ovako određena veličina parametara najčešće samo slučajno može da ispadne optimalna, ali je postupak njihovog određivanja brz i jeftin, a ako se posmatra velik broj slučajeva rezultat ne odstupa mnogo od optimalnog; b) proračunom optimalnih vrijednosti parametara gdje se koriste zakonitosti dobivene eksperimentalno (dobar primjer je obrada skidanjem strugotine) ili dobivene na bazi kinematike mašine za koju se određuju parametri režima rada. Pri ovome se kao kriterijumi za proračun parametara režima rada koriste: o mogućnosti mašine, o mogućnosti alata i o mogućnosti materijala obratka. Sam proračun se može tipizirati i modelirati, te napraviti računarski program koji daje mogućnost tačnog i brzog utvrđivanja optimalnih parametara režima rada za date uslove posmatrane operacije. Ovi postupci izbora optimalnih vrijednosti parametara režima rada posebno se obrađuju u disciplinama koje izučavaju pojedine vrste tehnologija (obrada rezanjem strugotine, kovanje, zavarivanje, termička obrada itd.) i neće biti razmatrane ovdje. Parametri režima obrade ovise o vrsti procesa, odnosno postupka obrade. Tako je proces obrade skidanjem strugotine određen: o o o o o o
brzinom rezanja v (m/min), dubinom rezanja a (mm), posmakom rezanja s (mm/o), brzinom obrtanja n (min' ), brojem prolaza i, postojanosti alata r(min).
Kod termičke obrade osnovni su parametri: o o o o
temperatura zagrijavanja (t °C), brzina zagrijavanja (t °C/min), brzina hlađenja (t °C/min), vrijeme zadržavanja (min ili h), 108
o
vrsta sredstva za hlađenje.
Režim plastične obrade materijala određenje slijedećim parametrima: o o o o o o o o
brzina deformiranja tj. brzina kretanja alata v (m/s) brzina deformacije ε (s-1), stepen deformacije ε, ukupna deformacija εu , temperatura deformacije Td (°C), granična deformacija εg, granica plastičnog tečenja materijala k0 = σ0,2 , hladno očvršćivanje materijala kϕ za ϕ = ϕ 1 tj. k0+∆k= k1.
Veličina parametara režima rada se određuje u zavisnosti od: o o o o o
karakteristika izratka (kvalitet, dimenzije, oblik), karakteristika materijala obratka (mehaničke i toplotne karakteristike), karakteristika odabrane mašine (nivoi i rasponi tehnoloških mogućnosti), karakteristika odabranih alata i troškova obrade.
Postupak određivanja optimalnih parametara režima rada pogodan je za primjenu kod serijske i masovne proizvodnje. Određivanje parametara režima rada ne vrši se detaljno kod projektovanja novih proizvodnih sistema već samo okvirno za reprezentante da bi se moglo izvršiti dimenzioniranje kapaciteta (broj mašina i alata). Kod projektovanja tehnoloških procesa za postojeće proizvodne sisteme to je njegov sastavni dio, a odabrane vrijednosti parametara režima rada se unose u tehnološku dokumentaciju (kartu tehnološkog procesa, operacioni list, instruktažni list). Posebno ovo vrijedi za više tipove proizvodnje. Određivanje vremena obrade Kod projektiranja tehnološkog procesa pored tehnološke analize izratka, izbora pripremka, metoda procesa obrade, redoslijeda operacija i zahvata režima rada, izbora alata i obradne mašine potrebno je odrediti i vrijeme izrade za svaku vrstu obrade, operaciju i zahvat. Pri tome se pretpostavlja izvršilac prosječnih sposobnosti odgovarajuće uvježban (kvalifikovan) i poznavanje uslova rada. Vrijeme izrade ovisi o konstruktivnoj i tehnološkoj složenosti izratka, traženom kvalitetu, dimenzijama izratka, obliku pripremka, planiranom procesu obrade, veličini serije i obradnom sistemu. Vrijeme izrade je temelj racionalnog planiranja proizvodnje, efektivnosti rada, troškova proizvodnje i proizvoda, te vrednovanja rezultata rada. Potrebno vrijeme za izvođenje zadatka ili norma služe za: o
o o
o
odmjeravanje količine rada na radnim mjestima odnosno broja izvršioca, te kao osnova za plaćanje rada, dimenzionisanje kapaciteta radnih sistema, upravljanje radnim sistemima odnosno za raspoređivanje rada u prostoru i vremenu i praćenje rada i izradu kalkulacija cijene koštanja proizvoda.
Potrebno vrijeme ili norma odnosno njihovi dijelovi se određuju na jedan od načina: -
iskustveno kad je rezultat nedovoljno tačan, promjenjiv za isti posao u vremenu ili za različite procjenjivače, dobije se brzo i uz relativno
109
-
-
male troškove. Ova metoda je pogodna za primjenu u pojedinačnoj ili maloserijskoj proizvodnji, te u idejnim projektima; statistička metoda predstavlja viši kvalitet od prethodne metode jer koristi podatke o vremenu trajanja izvršnih ili sličnih poslova u realnim uslovima. Za primjenu je neophodno imati na raspolaganju statističke podatke; metodama mjerenja rada kojima se dobiju sređeni podaci o elementima rada u zavisnosti od vrste rada, primjenjenih sredstava rada i uslova rada.
U proizvodnim sistemima vrijeme se uglavnom vezuje za operaciju. Ukupno vrijeme za izvršenje jedne operacije se može prikazati kao: Ti = Tpz + Toc , gdje je: Tpz pripremno-završno vrijeme, a Toc - vrijeme operacionog ciklusa. Pripremno - završno vrijeme Ovo vrijeme odnosi se na pripremanje radnog mjesta za izvršenje određene operacije (zadatka) na skupu od N proizvoda i uređenje radnog mjesta poslije završetka operacije. Pripremno - završno vrijeme se može podijeliti na pripremno (Tp) i završno (Tz) odnonso osnovno (Tpzo) i dodatno (Tpzd) Tpz = Tpzo + Tpzd = Tp + Tz Što je veći broj istih zadataka odnosno operacija za koje se priprema radni sistem jedinično vrijeme (tpz) se smanjuje. U pripremno - završno vrijeme spadaju: -
upoznavanje sa dokumentacijom, radom i uputstvima, obezbjeđenje materijala, alata i pribora, pripremljenog za obradu, pripremanje i podešavanje sredstava za rad (namještanje, provjeravanje, učvršćavanje i skidanje pribora i alata, premještanje dijelova i uređaja itd), izvođenje probnog rada, predaja gotovih proizvoda, materijala, dijelova i dokumentacije, raspremanje sredstava rada i dovođenje u početno stanje (skidanje, alata, pribora, dijelova uređaja itd.), vraćanje alata, naprava i pribora u skladište i alatnicu.
Pripremno - završno vrijeme mogu obavljati radnici koji izvršavaju operaciju ili radnici pripreme rada posebno namjenjeni za to, što zavisi od tipa proizvodnje i organizacije proizvodnog sistema. Ovo vrijeme se određuje konkretno za svaki radni sistem, svaku operaciju, složenost posla, uvježbanost radnika i stepen organizacije proizvodnje. Elemente pripremno - završnog vremena treba definisati, sistematizovati i standardizovati u tabelama i dijagramima odakle se uzimaju po potrebi. Vrijeme operacionog ciklusa Za N operacija, zahvata ili izrade dijelova Toc se prikazuje kao: Toc = N ⋅ tii , gdje se tii - vrijeme trajanja zadatka može iskazati kao tii= tcr+tid, gdje su: tcr - vrijeme radnog ciklusa i tid - dodatno vrijeme tcr=tio+tip, gdje su: tio - osnovno vrijeme operacije, tip - pomoćno vrijeme operacije. Osnovno vrijeme operacije ili tehnološko vrijeme je vrijeme potrebno za direktnu 110
promjenu oblika, položaja, izgleda ili osobina dijelova odnosno obratka. To je jedino korisno vrijeme u tii i treba učiniti da njegovo učešće treba da bude što veće. Ovo vrijeme može biti: -
mašinsko tiom odnosno vrijeme koje obavlja mašina bez učešća čovjeka, mašinsko - ručno vrijeme tiomr u kojem rade mašina i čovjek i ručno vrijeme tior u kojem radi čovjek.
Mašinsko vrijeme operacije se može odrediti pomoću formula, tabela i dijagrama, a na osnovu režima rada. Ručno i ručno - mašinsko vrijeme se određuje snimanjem ili metodom unaprijed određenih vremena. Pomoćno vrijeme operacije je vrijeme za izvođenje pomoćnih zahvata koji omogućavaju obavljanje osnovnog zahvata. I ova vremena mogu biti mašinsko, ručno mašinsko i ručno. Neki od ovih zahvata su: -
uzimanje predmeta rada ili alata, namještanje, premještanje i skidanje obratka, pokretanje i zaustavljenje mašine, razna mjerenja i kontrole tokom rada, promjena režima rada u toku operacije, podešavanje alata, pribora ili uređaja, podešavanje pribora za hlađenje, izmjena alata u toku operacija, oštrenje alata u toku operacije i ostvarenje pomoćnih hodova alata.
I ova vremena treba izračunati, standardizovati i složiti u pregledne tabele i nomograme. Dodatno vrijeme se obično rastavlja na: tid=tidz+tido+tidlp gdje su: tidz - dodatno vrijeme za zamor, tido - dodatno vrijeme zbog djelovanja okoline i tidlp - dodatno vrijeme za lične potrebe izvršilaca.
Postoji više načina određivanja vremena obrade, ipak najviše se koristi: metoda snimanja vremena postupka obrade, statističko - tablična metoda izbora vremena na temelju sličnih postupaka obrade, grafička i analitička metoda izračunavanja vremena obrade na temelju izabranih parametara režima obrade.
111
Kod mašina sa glavnim kružnim kretanjem tehnološko vrijeme se odredi pomoću izraza (slika 4.22): tt =
L L L δ i= i= sm n⋅s n⋅s a
gdje su: L - dužina puta alata ili obratka, sm= n s - posmična brzina pomoćnog kretanja (mm/min), s - posmak (mm/o), i - broj prolaza, a - dubina rezanja (mm), δ - dodatak za obradu (mm). Kod mašina sa glavnim pravolinijskim kretanjem tehnološko vrijeme iznosi (slika 4.23): tt =
B i n⋅s
B - dužina puta alata u pravcu kretanja alata (mm), n - broj duplih hodova/min, s - posmak (mm) za dupli hod (mm/hod).
Slika 4.23. Dužina puta alata
Za analitičko određivanje vremena različitih postupaka obrade postoji izvorna literatura (struganje, glodanje, brušenje, bušenje, itd.), koja se koristi pri projektiranju procesa i određivanju tehnološkog vremena. Grafička metoda koristi nomograme za određivanje vremena obrade pri čemu su temelj L analitički izrazi. Tako za izraz t = (min) postoji nomogram prikazan na slici 4.24. n⋅s Određivanje dubine rezanja i broja prolaza Dubina rezanja određuje se na osnovu dodatka za obradu. Veličina dubine rezanja
112
zavisi od: - Vrste obrade (gruba, fina) Kod grube obrade dubina (a>2 mm za tokarenje) poprima maksimalnu vrijednost, odnosno minimalan broj prolaza, što zavisi od snage mašine i geometrije alata, te je: F⋅ v=Pu⋅η =a⋅ s⋅ fs⋅ v ⇒ a =
Pu ⋅ η s ⋅ fs ⋅ v
gdje je: Pu (W) - ukupna snaga pogonskog motora, η - stepen iskorištenja snage, fs (N/mm2) - specifična sila rezanja, v (m/min) - brzina rezanja. Kod fine obrade dodatak ima minimalnu vrijednost (a<2 mm za tokarenje, a=0,1÷0,4 mm za brušenje i a=0,1÷0,3 mm za razvrtanje itd.), što je potrebno da se postigne propisani kvalitet obrade. Također, dubina obrade ovisi od: Geometrijskog oblika i dimenzija pripremka. Kod pripremka sa velikim odnosom (L/D) dubina rezanja je ograničena pojavom vibracija i elastičnih deformacija, što utiče na tačnost i pojavu greške obrade. - Krutosti obratka i debljine stijenke koja se obrađuje. Kod ovakvih obradaka dubina rezanja se određuje prema krutosti obratka. - Alata, koji svojom konstrukcijom i geometrijskim oblikom određuje maksimalnu dubinu rezanja (npr. za tvrdi metal a≈ 0,75h, gdje je h visina rezne pločice). -
Dubina rezanja za osnosimetrične obratke se izračuna prema izrazu:
gdje su: i - broj prolaza, ∆- dodatak za obradu, d0, d1 - početni i konačni promjer obratka. Određivanje posmaka obrade Kod određivanja posmaka postoje sljedeća osnovna ograničenja: -
radi povećanja produktivnosti, odnosno smanjenja vremena obrade (ts= L/ns) cilj je da vrijednost (ns) bude maksimalna tj. (ns) → (ns)max, kod zahvata završne obrade zbog kvaliteta obrađivane površine potrebno je minimizirati posmak s → smin, maksimalni i minimalni posmak je definiran za svaku obradnu mašinu ovisno od njene snage i konstrukcije, konstrukcija, geometrija i čvrstoća alata ograničavaju maksimalni posmak, stabilnost obradnog sistema (mašina-alat-obradak-stezni uređaj) utiče na izbor veličine posmaka.
Kod završne obrade posmak površine i tačnost dimenzija tj.:
se određuje s
113
obzirom na kvalitet obrađivane
gdje su: Rmax - maksimalna hrapavost površine - mikroneravnina (mm), r - radijus vrha alata (mm). Takođe, posmak se može odrediti prema izrazu:
gdje su: Cs - konstanta ovisna o materijalu obratka, x, y, u, z - eksponenti ovisni o materijalu obratka, ℵ0, ℵ1 - glavni i pomoćni ugao namještanja noža, a (mm) - dubina rezanja. Posmak pri gruboj obradi odredi se u odnosu na čvrstoću alata:
gdje su:
Rm (20÷25 kN/cm2) - dozvoljeno naprezanje držača alata, Ck1- konstanta ovisna o materijalu obratka, C0 - konstanta ovisna o dimenziji držača alata, x1, y1 - koeficijenti ovisni o materijalu obratka i materijalu alata, kF - popravni koeficijent glavne sile rezanja. Određivanje brzine obrade Brzina rezanja v je najvažniji parametar režima obrade, jer ima najveći uticaj na produktivnost procesa, vrijeme obrade i postojanost alata. Na intezitet brzine rezanja utiče: -
materijal pripremka i alata, geometrija reznog klina alata, dubina rezanja, posmak rezanja, postojanost alata, intenzitet hlađenja i podmazivanja,obradni sistem (mašine-obradak-alat-naprava).
Brzina rezanja kod struganja može se odrediti prema:
gdje su: Cv - konstanta, xv, yv - eksponenti brzine rezanja, a, s - dubina i posmak rezanja, T′ - postojanost noža, T' = T⋅ Kta⋅ Ktm , T - postojanost jednog noža za struganje na jednoj mašini, Kvs - vrsta struganja, Kpo - mehaničke osobine materijala, 114
Kk - površinska kora pripremka, KA - materijal pločice alata, Kℵ0, Kℵ1 - koeficijent glavnog i pomoćnog ugla namještanja noža, Kr - koeficijent radijusa vrha oštrice noža, Kta, Ktm - koeficijenti uticaja struganja sa više noževa.
IZBORA ALATA I MAŠINE Izbor steznog, reznog i mjernog alata Alati, pribori, pristroji i pomagala su sastavni dio obradnih sistema odnosno radnih mjesta kojima se izvodi neposredna transformacija pripremka u izradak ili koji olakšavaju tu transformaciju. Njihov izbor se vrši paralelno sa izborom vrste operacija i mašina na kojima će biti korišteni. Izbor alata je uslovljen : -
zahtjevima operacije, mogućnostima mašine, mogućnostima nabave, stepenom korištenja (naročito za pribore i pristroje), unifikacijom, cijenom, nabavnom i zahtjevima i troškovima održavanja.
-
-
Proces izrade dijelova na mašinama alatkama se ostvaruje primjenom različitih alata i naprava. Od pravilnog izbora alata i naprava zavisi ekonomičnost i kvalitet proizvoda. Projektujući tehnološki proces izrade, tehnolog mora odrediti sve potrebne alate. Sa stanovišta funkcije alati se uobičajeno klasifikuju na:
stezne alate, rezne alate i mjerne alate.
Sa stanovišta određenosti i širine karakteristika alati se klasifikuju na:
standardne, tipske i specijalne.
Pri izboru potrebnih alata treba nastojati da budu standardni jer su oni jeftiniji i lakše se mogu nabaviti, dok specijalne treba što više tipizirati. Izborom standardnih alata, otpada briga o projektovanju i izradi alata. Pored standardnih alata često se koriste nestandardni, tj. specijalni alati. Koriste se samo u onim slučajevima kada za to ima opravdanja, tj. kada se primjenom takvih alata osigurava bolji kvalitet proizvoda, skraćuje vrijeme izrade, olakšava rad radnika, povećava sigurnost pri radu itd. Nestandardni alati, ako osiguravaju skraćenje vremena izrade i olakšavaju rad radnika, moraju se provjeriti i sa ekonomskog stanovništva. Ako su troškovi izrade takvih alata veći od ekonomskog efekta, tada primjena takvih alata nije opravdana. Stezni alati - osiguravaju pravilan položaj radnog predmeta u odnosu na mašinu i alat. Izbor steznih alata se izvodi na osnovu već određenih baznih površina, projektirane vrste obrade i izabrane obradne mašine. Stezni alati, odnosno pomoćni uređaji za stezanje i vođenje obratka obuhvataju elemente: baziranje obratka (šiljci i linete, stezna glava na strugu), stezanje obratka (vijci s T glavom i stezna naprava na glodalici ili bušilici), baziranje alata (Morse čahure, matice za stezanje glodala, njihajuća stezna glava za navojne alate, itd.). Od kvaliteta steznih alata zavise odstupanja geometrijskog oblika i kvalitet proizvoda. Izbor steznog alata
115
zavisi od geometrijskog oblika radnog predmeta, vrste mašine alatke i tipa proizvodnje. Za pojedinačnu i maloserijsku proizvodnju koriste se standardni alati, dok za masovnu i velikoserijsku proizvodnju najčešće koriste specijalni stezni alati. Svaki stezni alat mora da osigura:
lako postavljanje i stezanje radnog predmeta, pravilan položaj predmeta u odnosu na mašinu i alat, skraćenje vremena postavljanja, centriranja i stezanja radnog predmeta kao i lako skidanje po završetku obrade, bolji kvalitet proizvoda i smanjenje troškova proizvodnje.
Rezni alati - omogućavaju obradu materijala skidanjem strugotine. Izbor reznih alata vrši se prema vrsti obrade (gruba, čista, fina i specijalna), geometrijskom obliku površine, zahtjevanom kvalitetu obrađene površine (slika 4.18.), vrsti materijala obratka, tehnološkom nivou mašine (klasični, CNC, NC, FMS), dodatku za obradu i tehnološkom sistemu: mašina obradak - alat - pribor. Takođe, izbor alata zavisi i od tehnološke operacije obrade (slika 4.19.). Alati mogu biti standardni i specijalni. Pri projektiranju tehnološkog procesa tehnolog nastoji izabrati standardne alate za koje navodi broj standarda (slika 4.20.), dok za nestandardne specijalne alate prikazuje crtežom oblik alata i opisno postavlja zadatak za konstrukciju i izradu alata. Kod izbora reznih alata, treba nastojati da se povećava brzina rezanja čime se postiže bolji kvalitet obrade i skraćuje vrijeme izrade. Izbor reznih alata zavisi od vrste obrade (gruba i završna) kao i od načina rada. Za obradu na strugu koristimo strugarske noževe, obradu glodanjem, razne vrste glodala itd. Za svaki zahvat u tehnološkom procesu mora se odrediti odgovarajući rezni alat.
116
Pri izboru alata tehnolog ima više mogućnosti. Osnovni uslov je da alat zadovolji tehnološke i ekonomske kriterije u pogledu kvaliteta i tačnosti obrade, postojanosti i troškova obrade. Kada više alata ispunjava tehnološke zahtjeve izbor se vrši na osnovu proračuna 117
ekonomičnosti. Određivanje alata povezano je s određivanjem režima obrade i njegove postojanosti, što je i konačni izbor alata. Mjerni alati - su veoma značajni u proizvodnom procesu i moraju biti dovoljno precizni. Oni moraju da imaju veću tačnost i do deset puta u odnosu na mjeru koju utvrđujemo mjernim alatom. Razradom tehnološkog postupka, tehnolog za svaki zahvat određuje koju vrstu mjernog alata treba upotrijebiti i koja je njegova tačnost. Treba nastojati da se koriste univerzalna mjerila za pojedinačnu i maloserijsku proizvodnju dok za velikoserijsku i masovnu proizvodnju trebaju koristiti specijalna mjerila. Kod izbora alata potrebno je koristiti znanja stečena u okviru tehnologije obrade, konstrukcija alata kao i kataloge sa preporukama proizvođača alata. Pribori, pristroji i pomagala se mogu klasifikovati sa stanovišta veze sa mašinom na kojoj se koriste i momentom i uslovima nabave na: -
redovan pribor, pristroje i pomagala koji idu kao sastavni dijelovi kod nabave kao dodatni pribor, pristroji i pomagala koji se nabavljaju posebno bilo odmah uz mašinu (što je obično jeftinije) ili poslije.
Pribori, pristroji i pomagala proširuju tehnološke mogućnosti mašina i često mogu da ukinu potrebu za nabavom neke mašine. Kod izbora pribora, pristroja i pomagala treba težiti da se mogu koristiti na više mašina. Konačan izbor se takođe vrši pri dimenzionisanju kapaciteta obradnih i proizvodnih sistema kad se u obzir uzima više uticajnih faktora i ograničenja. Kod projektovanja tehnoloških procesa za postojeće proizvodne sistema izbor se vrši iz postojećih pribora, pristroja i pomagala o čemu treba imati raspoložive informacije. Ako se radi o uvođenju novog proizvoda onda za više tipova proizvodnje masovnosti) treba razmatrati mogućnost nabave novih pribora, pristroja i pomagala ako to efekti njihove primjene opravdavaju. Izbor obradne mašine Pored izbora metode obrade, veoma je važan pravilan izbor odgovarajuće mašine alatke. Struktura obradnog sistema sa klasičnim upravljanjem određena je upravljačkom jedinicom (čovjek-operater), mašinom (energija), alatom, priborom i uređajima i materijalom (obradak). Tip mašine alatke treba birati tako da se obradom postiže odgovarajuća tačnost dimenzija, geometrijskog oblika, položaja površina i zahtijevani kvalitet obrađene površine. Ako se ti zahtjevi mogu ostvariti na različitim mašinama alatkama, tada su faktori koji će opredijeliti izbor mašine alatke: Energetske (instalirana snaga). Tehnološki prostor obrade (površina radnog stola, prečnici obrade, prostor procesa obrade - alati i obradak). o Kinematske osobine (broj obrtaja, stepenovanje obrtaja - brzina, raspodijela od nmin do nmax i dubina skidanja materijala amax), hodovi alata ili obratka (uzdužni, poprečni, vertikalni). o Tehnološke osobine (vrste postupaka obrade i izbor režima obrade, parametri procesa obrade, pozicioniranje obratka, mogućnost koncentracije operacija i zahvata). o o
118
o
o o o o o o
Informacijske osobine (upravljačka jedinica - upravljački računar, način programiranja rada i upravljanja, nositelj informacija). Stezna mjesta za alate i naprave, način stezanja, broj alata i broj steznih mjesta obratka i alata. Tačnost mašine (radna - tehnološka tačnost). Stepen automatizacije (klasična, automatska, CNC, fleksibilna). Masa mašine. Gabaritne dimenzije i radni prostor. Cijena mašine i troškovi obrade (KM/h).
Danas postoje moderne metode modeliranja i optimizacije izbora obradne mašine utemeljene na tehno-ekonomskoj analizi troškova obrade. Prema tome, postoje četiri osnovna kriterija pri izboru obradne mašine, i to: a. b. c. d.
tehničko - tehnološki kriterij, kriterij nivoa automatizacije, kriterij minimalnih troškova, kriterij maksimalne proizvodnosti.
Prva dva kriterija određena su složenošću proizvoda i zahtjevima procesa obrade, dok ostala dva kriterija su rezultat optimizacije obradnih procesa, gdje postoji funkcija cilja minimalnih troškova obrade, odnosno maksimalnih ekonomskih efekata. U tom cilju treba formirati model ukupnih troškova procesa obrade koji uzima u obzir troškove operatera, troškove mašine i pribora i troškove alata, što je prikazano u poglavlju 3.6.1. Ukupni troškovi prikazani su izrazom (3.77). Uključivanjem troškova za više vrsta mašina koje tehnološki odgovaraju i minimizacijom ukupnih troškova dolazi se do izbora optimalne mašine i optimalnih parametara procesa obrade, tj.: ∂T ∂T ∂T =0; =0; =0 ∂v ∂s ∂a Kada se radi o izboru CNC mašina potrebno je u ukupne troškove obrade uključiti i slijedeće troškove:
troškove CNC mašine i pribora, troškovi podešavanja alata izvan mašine, troškovi programiranja procesa obrade, troškovi simulacije procesa obrade.
Utjecaj tehnološkog nivoa i stupnja automatizacije mašine na troškove izrade i broj izradaka prikazan je na slici 3.44. Usporedba proizvodnih troškova po jednom proizvodu zavisno od broja izradaka za klasičnu i CNC upravljanu mašinu prikazana je na slici 3.45. Područje upotrebe tokarilica - strugova za šipkaste obratke do ∅ 80 mm
119
Univerzalne mašine alatke treba birati za pojedinačnu i maloserijsku proizvodnju, a odlikuju se širokim dijapazonom brzina i koraka kao i različitim dimenzijama radnih predmeta. Automati i poluautomati koriste se u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji. Specijalizirane mašine alatke, npr., agregatne mašine, koriste se u serijskoj i masovnoj proizvodnji i imaju veliku proizvodnost. Na ovim mašinama mogu se obrađivati u isto vrijeme više površina i sa više alata. Specijalne mašine koje su projektovane za izvođenje određene operacije, koriste se samo u masovnoj proizvodnji proizvoda koji će se proizvoditi nekoliko godina. Takve mašine se odlikuju velikom proizvodnošću jer su projektovane za određeni režim rada i one se izrađuju prema posebnoj narudžbi. Kod projektovanja tehnoloških procesa za postojeći proizvodni sistem izbor se vrši iz skupa raspoloživih mašina, što je bitno ograničenje, o kojima trebaju biti raspoloživi podaci (mašinska karta). Pri tome mora biti zadovoljen uslov da su tehnološke mogućnosti mašina (TMMi) veće od tehnoloških zahtjeva operacija (TZOi) odnosno: TMMi > TZOi Kod projektovanja novih proizvodnih sistema izbor mašina u ovoj fazi projektovanog proizvodnog sistema predstavlja prethodni izbor. Konačan izbor se vrši po dimenzionisanju kapaciteta proizvodnog sistema kad se uzimaju u obzir i drugi zahtjevi i ograničenja. Naime, veći dio operacija, bar u tehnologijama obrade metala, može se izvesti na više mašina zbog čega je u izbor potrebno uključiti i druge uticajne faktore.
120
PROJEKTOVANJE KLASIČNIH TEHNOLOŠKIH PROCESA Opšti principi projektovanja tehnološkog procesa Tehnološki proces obrade obuhvata transformaciju polaznog materijala, odnosno pripremka u finalni proizvod tj. izradak. Transformacija se izvodi koračnom metodom postepene promjene geometrijskog oblika, dimenzija, unutrašnjih svojstava materijala i vanjskih svojstava kvaliteta obrađenih površina (slika 4.1).
Klasični tehnološki procesi obrade se izvode na klasičnim obradnim sistemima i realizuju se klasičnim postupcima obrade. Klasični obradni sistemi imaju ručno upravljanje, gdje je još uvijek znatan uticaj operatora koji upravlja obradnom jedinicom. Operator utiče na tačnost obrade, produktivnost i stepen iskorištenja, te jednim dijelom i na tehnološki tok (slijed obradnih operacija i zahvata i pomoćnih zahvata). Projektovanje dobrog tehnološkog procesa nije lako ostvariti zbog djelovanja velikog broja faktora na proizvodni proces. Dobrim poznavanjem svih faktora koji imaju uticaja na proizvodni proces, kao i saradnjom sa svim službama u okviru preduzeća, može se očekivati da će ovaj zadatak biti uspješno riješen. Tehnologija i organizacija tehnološkog procesa proizvodnje su centralni faktori svake savremene proizvodnje dobara od upotrebne vrijednosti. Tehnologija je glavna pokretačka snaga transformacije materijala od sirovine do gotovog proizvoda. Prolazeći kroz pojedine faze prerade i obrade, materijal stalno povećava svoju upotrebnu vrijednost. Pored razvoja tehnologije neophodno je obezbijediti i brže usavršavanje radnika u proizvodnom procesu, tj. podići njihovu ukupnu nadgradnju. Razvojem tehnologije, čovjek se oslobađa niza zavisnosti i napora. Projektovanje tehnoloških procesa predstavlja najznačajniju problematiku savremene proizvodnje. Projektujući tehnološki proces, dovode se u međusobnu zavisnost svi faktori koji imaju utjecaja na proizvodnju. Tehnološki proces predstavlja osnovu za organizaciju svakog radnog procesa. Ne može se definisati niti projektovati organizacija radnog procesa bez prethodno projektovanih i utvrđenih tehnoloških procesa. Tehnološke procese treba međusobno povezivati, a to povezivanje treba zasnivati na načelima i kriterijima savremene tehnologije. Efikasnost savremene proizvodnje stalno raste. Uspješno
projektovanje
tehnološkog 121
procesa
podrazumijeva
projektovanje
odgovarajuće konstrukcione dokumentacije. Ova dokumentacija mora garantovati da će proizvodi biti funkcionalni, tehnički ispravni, trošiti malo energije i da će izrada biti jednostavna i jeftina. Da bi se ovo postiglo mora se ostvariti stalna saradnju konstruktora i tehnologa. Rezultat te saradnje je tehnologična konstrukcija.
Projektiranje tehnološkog procesa obrade sadrži slijedeće korake (slika 4.2): 1. Analiza dokumentacije geometrije izratka po pitanju: stepena geometrijske složenosti, tehnologičnosti, zahtijevanog stepena dimenzijske tačnosti, zahtijevanog kvaliteta površinske hrapavosti, baziranja i stezanja, izbora polaznog materijala i pripremka. Primjer analize konstruktivno - tehnološke dokumentacije data u tabeli 3.1.4.2.
122
2. Analiza količine proizvodnje - Nivo razrade klasičnog tehnološkog procesa zavisi i od količine proizvodnje, odnosno od veličine proizvodne serije. Stoga proizilazi potreba da se utvrdi tip proizvodnje, jer poznavanjem tipa proizvodnje može se donijeti odluka o nivou projektiranja tehnološkog procesa. Za izračunati tip proizvodnje, odnosno stepen serijnosti odgovara slijedeći nivo razrade tehnološkog procesa: -
maloserijska proizvodnja → svedeni - skraćeni tehnološki proces (definiranje procesa obrade do nivoa operacija bez zahvata), srednjeserijska proizvodnja → kod složenih proizvoda detaljna razrada tehnološkog procesa, kod manje složenih skraćena razrada, velikoserijska proizvodnja → detaljna razrada tehnološkog procesa, masovna proizvodnja → tehnološki proces razrađen do najsitnijih detalja.
3. Izbor vrste i oblika pripremka podrazumijeva definiranje: vrste pripremka, geometrijskog oblika, dimenzija s dodacima za obradu, stanje strukture i stanje površine. 4. Izbor metoda obrade zavisi od: tehnološke i geometrijske složenosti proizvoda, vrste i oblika pripremka, veličine serije proizvoda, upotrebnih svojstava proizvoda, troškova obrade i posebnih zahtjeva tržišta, mogućnosti primjene mehanizacije i automatizacije, raspoloživih obradnih sistema, toga da li se projektovani proizvod već nalazi na tržištu.
123
5. Izbor obradne mašine izvodi se prema: tipu proizvodnje tj. količini proizvodnje ili veličini serije, karakteristikama izratka (veličina, težina, materijal, dimenzije, tačnost obrade), karakteristikama polaznog materijala, odnosno pripremka (vrsta, oblik, dimenzije, materijal, težina i dr.), vrsti obrade (glodanje, struganje, bušenje), troškovima obrade (minimalni troškovi obrade). 6. Planiranje procesa obrade - je stvaralački rad tehnologa koji počiva na korištenju naučnih metoda, stručnih znanja i iskustvu. Programirani proces ima dalekosežni uticaj na sve tehno-ekonomske parametre proizvodnje, plasmana i budućnost proizvoda na tržištu. Zbog toga je potrebno poznavati ne samo metodologiju projektiranja procesa, već i način aplikacije na konkretne uslove proizvodne prakse. Polazni podaci za projektovanje tehnoloških procesa Za uspješno projektovanje tehnološkog procesa tehnolog mora imati polazne podatke koje mu dostavljaju odgovarajuće službe u preduzeću. Ti podaci su:
sklopni i radionički crteži proizvoda, crteži poluproizvoda (otkivaka, odlivaka itd.) i broj komada koji će se proizvoditi po mjesecima i godinama.
Pored ovih podataka, tehnolog mora poznavati proizvodne mogućnosti preduzeća kao i mogućnosti drugih preduzeća radi ostvarivanja kooperacije. Pri ovome mora dobro poznavati mašinski park, raspored pogona, raspored mašina po pogonima, kvalifikacionu strukturu zaposlenih radnika, organizaciju rada itd. Sklopni i radionički crteži su osnovna podloga za projektovanje tehnološkog procesa sa kojima se tehnolog mora detaljno upoznati. Dobro razrađeni sklopni i radionički crteži koji garantuju laku izradu, daju mogućnost porjektovanja dobrog tehnološkog procesa. Loše konstruktivno rješenje daje i lošu tehnologiju izrade. Polazni sirovi materijal ima veliki uticaj na tehnološki proces. Oblik i dimenzije poluproizvoda imaju uticaja na izbor mašina alatki, određuju količinu strugotine koju treba ostvariti u procesu obrade, a sve to ima uticaja na vrijeme rada i troškove proizvodnje. Broj komada je veoma značajan za projektovanje tehnološkog procesa. U pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji moraju se birati univerzalne mašine, standardne alate, otežan je izbor postupka za izradu poluproizvoda i sve to dovodi do povećanja troškova proizvodnje. Velikoserijska i masovna proizvodnja omogućava primjenu visokoproduktivne tehnološke opreme, uvođenje mehanizacije i automatizacije u tehnološki proces što smanjuje troškove proizvodnje. Određenost programa proizvodnje također ima velikog utjecaja na tehnološki proces. Projektovanje tehnoloških procesa Projektovanje tehnoloških procesa je složen i odgovoran radni zadatak koji od tehnologa zahtijeva dobro poznavanje tehnologije prerade i obrade materijala, tehničkog crtanja, konstruiranja kao i proizvodnih mogućnosti preduzeća za koju se projektuje tehnološki proces. Pored toga, tehnolog mora imati i odgovarajuće radno iskustvo vezano za poslove izrade i montaže, a također, da poznaje proizvodne mogućnosti drugih preduzeća radi ostvarivanja moguće kooperacije. Tehnolog mora stalno pratiti razvoj tehnologije, usavršavati svoj rad i koristiti iskustva
124
drugih. U radu, tehnolog se susreće sa raznim problemima i rješava sljedeće vrste zadatka: projektuje tehnološke procese za nove proizvode za koje treba nabaviti i postaviti novu tehnološku opremu, a često i izgraditi novu fabriku i zaposliti nove radnike, 2. projektuje tehnološke procese za nove proizvode kada ima na raspolaganju tehnološku opremu, zaposlene radnike i određenu organizaciju rada, 3. prati i analizira rad u postojećem proizvodnom procesu i 4. predlaže mjere za unapređivanje proizvodnje. 1.
Djelokrug rada tehnologa je veoma širok: sarađuju sa konstruktorima pri projektovanju i konstruisanju proizvoda, određuje i planira potrebnu tehnološku opremu, projektuje tehnološke procese, konstruiše alate, naprave i mjerila, sudjeluje u operativnoj pripremi procesa proizvodnje, tehnološke kontrole i organizacije unutrašnjeg transporta. Za uspješno rješavanje problema tehnolog mora imati jasno i precizno definiran radni zadatak, koji pripremaju ostale službe i funkcije u fabrici. Zadatak mora da sadrži: -
sklopne i radioničke crteže proizvoda, godišnje količine proizvoda, predviđanje vremena proizvodnje (jedna ili vise godina), raspoloživu tehnološku opremu, raspored pogona, te raspored opreme po pogonima, planove investicionih ulaganja u nove zgrade i tehnološku opremu i kadrove koji su na raspolaganju za određeni proizvodni program.
Polazna osnova za projektovanje tehnološkog procesa su sklopni i radionički crteži novog proizvoda sa kojima se tehnolog mora detaljno upoznati. Proučava šeme proizvoda, tehnički opis, sklopne i radioničke crteže, da bi stekao uvid u namjenu i funkciju proizvoda. Tehnolog se u ovu analizu uključuje još u fazi konstruisanja i daje prijedloge za izmjene geometrijskog oblika i vrste materijala za pojedine dijelove. Ova suradnja konstruktora i tehnologa daje bolja konstrukciona i tehnološka rješenja što olakšava izradu i montažu, smanjuje troškove proizvodnje i poboljšava kvalitet proizvoda. Nakon analize crteža, tehnolog bira najprikladniji oblik polaznog sirovog materijala za proizvodnju, najbolji redoslijed operacija i postupaka, radno mjesto za svaku operaciju s potrebnim alatima i priborima, određuje najbolji režim rada za svaku operaciju, određuje vrijeme za izradu, kontroliše ostvarivanje procesa proizvodnje i predlaže mjere za unapređenje proizvodnog procesa. Operacija i njeni sastavni dijelovi Izrada različitih dijelova najčešće se obavlja na nekoliko mašina sa različitim alatima, a obradu izvode radnici različitih kvalifikacija. Na taj način tehnološki proces izrade je podijeljen na operacije koje se vezuju za pojedina radna mjesta. Operacija je dio proizvodnog procesa koji se obavlja na jednom radnom mjestu. Ona traje neprekidno na jednom ili više istih predmeta rada, a može je obavljati jedan ili grupa radnika. Razlikuju se operacije izrade i operacije montaže. Tehnološka operacija se izvodi na obratku, pri čemu se mijenjaju geometrijska, fizikalna, dimenzijska i/ili hemijska svojstva materijala pripremka. Operacija je osnovna jedinica tehnološkog postupka obrade jednog ili više obradaka, koja se izvodi na jednom radnom mjestu. Radne operacije mogu biti složene kada sadrže više zahvata i jednostavne kada imaju jedan radni zahvat koji čini operaciju. Operacija se može shvatiti i kao obrada između dva stezanja, iako može biti i sa više stezanja obratka, kada se obrada između dva stezanja označava kao faza obrade (slika 4.3).
125
Radno mjesto je dio proizvodnog prostora koji je namijenjen za rad radnika. Ono je snabdjeveno odgovarajućim mašinama, priborima, alatima i drugim pomoćnim sredstvima. Dobro planiranje procesa proizvodnje zasnovano je na podacima koje daju pojedine operacije. Pri razradi tehnološkog procesa treba težiti ka smanjivanju broja operacija jer to dovodi do smanjenja broja potrebnih mašina, radnika, međuoperacionog transporta i proizvodnog prostora. Može se očekivati da smanjenjem broja operacija dolazi do snižavnja troškove proizvodnje. Operacija, kao osnovna jedinicu tehnološkog procesa, može se podijeliti na njene sastavne dijelove i to: -
postavljanje, centriranje i stezanje predmeta zahvate, prolaze i položaje.
Operacija započinje postavljanjem, centriranjem i stezanjem predmeta u stezni uređaj. To je fizički posao pri kome se ne mijenjaju oblik i dimenzije, a predmet se dovodi u određeni položaj u odnosu na mašinu i alat. U toku jedne operacije može biti jedno ili više postavljanja, centriranja i stezanja. Na slici 1.2. prikazana je obrada jedne osovinice u dva postavijanja, centriranja i stezanja.
Slika 1.2. Obrada osnovice u jednoj operaciji sa dva postavljanja, centriranja i stezanja; a) prvo postavljanje; b) drugo postavljanje
Da bi se obezbjedila obrada po cijelom presjeku često se mora mijenjati položaj predmeta mašini i alatu, pa novoobrađene površine ne mogu imati tačan odnos prema ranije obrađenim površinama. Zbog postizanja veće tačnosti, obrada se mora izvoditi sa jednim postavljanjem, centriranjem i stezanjem. Pri projektovanju tehnološkog procesa izrade broj stezanja se mora svesti na najmanju mjeru što se postiže izborom pogodnog steznog pribora.
126
Nalazeći se u steznom uređaju radni predmet može mijenjati položaj u odnosu na radne elemente mašine. Položaj predstavlja odnos predmeta prema mašini ili predmeta prema alatu za jedno stezanje. Obrada jednog predmeta može se obaviti sa jednim ili više položaja. Na slici 1.3, prikazana je obrada dva žlijeba na vertikalnoj glodalici. Obrada bi se mogla izvesti na dva načina. Poslije izrade žlijeba na strani II, predmet se skida sa stezanog uređaja i okreće za 180° i ponovo pričvršćava te se obrađuje žlijeb I. Tada se obrada izvodiu dva postavljanja, centriranja i stezanja. Međutim, ako se koristi stezni uređaj koji se može zakretati oko vertikalne ose što je i prikazano na slici 1.3 tada poslije izrade žlijeba II, zaokretanjem steznog uređaja oko vertikalne ose za 180° dovodi se površina I u položaj za obradu. Jasno je, da primjenom ovakvog steznog uređaja znatno se skraćuje vrijeme izrade jednog kanala. Obrada se izvodi sa dva različita položaja radnog predmeta u odnosu na alat, a izvršeno je samo jedno ostavljanje - centriranje i stezanje.
Slika 1.3. Obrada žljebova sa dva položaja
Pri izradi zupčanika na glodalicama, uz primjenu podionog aparata, za jedno stezanje radnog predmeta postoji onoliko položaja koliko zupčanik ima zuba. U ovom slučaju zupčanik u odnosu na alat uvijek mijenja položaj poslije narezivanja jednog međuzublja. Obradu na revolverskim automatima izvodi se jednim postavljanjem, centriranjem i stezanjem radnog predmeta, a okretanjem revolverske glave prema utvrđenom redoslijedu obrade dovode se odgovarajući alati u radne položaje, slika 1.4.
Slika 1.4. Obrada čahure na revolver strugu
Poslije stezanja predmeta obrada se izvodi zahvatima. Zahvat je dio operacije koji se odnosi na obradu jedne površine sa jednim alatom ili grupe površina sa grupom alata koji su istovremeno u zahvatu (slika 1.5.) i s određenim režimom obrade. Dakle, pri izvođenju zahvata ne mijenja se obrađivana površina, alat niti projektirani režim obrade. Sa promjenom bilo kojeg od navedenih parametara (površina, alat, režim obrade) započinje naredni zahvat. Kod obrade skidanjem strugotine zahvati mogu imati jedan ili više prolaza.
127
Najvažniji su tehnološki zahvati (zahvati obrade) kojima se mijenja oblik, dimenzije i druga svojstva materijala obratka. Dakle, prolaz je dio zahvata koji se ponavlja više puta. Pored obradnih (osnovnih) zahvata postoje pomoćni zahvati (postavljanje i skidanje obratka, stezanje i otpuštanje, zakretanje stola i obratka, podešavanje, pomicanje pozicioniranje alata, itd.).
Slika 1.5. Zahvati sa prolazima
Slika 1.6. Obrada sa dva prolaza
Prolaz je dio operacije ili zahvata koji se odnosi na jedno pomjeranje alata duž obrađivane površine sa konstantnom dubinom rezanja. Zahvat se može obaviti sa jednim ili više prolaza. Svi prolazi imaju isti korak i broj obrtaja dok dubina rezanja može biti ista ili različita (slika 1.6). Kada su dodaci za obradu veći, veći je i broj potrebnih prolaza, tako da se sa istim režimom obrade i istim alatom izvodi više prolaza (slika 4.4). Tek se posljednjim prolazom dobije traženi kvalitet obrađene površine. Potreban broj prolaza određuje se iz dodatka za obradu i režima obrade (dubine rezanja). Prolazi mogu biti radni i neradni. Radnim prolazom mijenjamo oblik i dimenzije, dok neradnim prolazom alat vraćamo u početni položaj. Osnovne podloge za projektiranje tehnološkog procesa obrade Projektiranje tehnološkog procesa je izuzetno kompleksan i odgovoran zadatak, jer od ispravno postavljenog tehnološkog procesa ovisi krajnji tehno-ekonomski rezultat ostvarene proizvodnje. Zbog toga, za kvalitetno postavljeni tehnološki proces obrade potrebna su teoretska znanja i praktična iskustva po pitanju: metoda obrade, izbora mašine, alata, režima obrade, pribora i mjernih instrumenata za traženi kvalitet obrade. Isto tako, da bi tehnološki proces zadovoljio tehno-ekonomske kriterije date proizvodnje, potrebno je odrediti optimalan režim obrade, kao i optimalan oblik polaznog sirovog komada. Već sada, sve više se traži da projektirani tehnološki proces bude rezultat primjene naučnih metoda obrade i savremenih tehničko -tehnoloških dostignuća, a manje stvar iskustva i rutine tehnologa. Projektiranje tehnološkog procesa dolazi u obzir pri usvajanju nove proizvodnje, usvajanju novog proizvoda u već postojećoj proizvodnji ili unapređenju i racionalizaciji postojeće proizvodnje. Za projektiranje tehnološkog procesa obrade, potrebno je imati: a. Konstruktivnu dokumentaciju proizvoda (crteže dijelova i sklopova) koja mora imati slijedeće podatke: -
projekcije i presjeke koji daju jasnu sliku o obliku obratka, potrebne mjere i tolerancije, oznake kvaliteta površinske obrade, podatke o predviđenoj vrsti materijala, - mehaničke karakteristike (tvrdoća, čvrstoća) nakon izvršene termičke obrade, - funkcija dijela ili proizvoda, - tehničke uslove za ispitivanje i prijem proizvoda. b. Ukupnu planiranu količinu proizvoda koja može biti iskazana mjesečno i godišnje. 128
c. Datoteku mašina koja treba da sadrži: -
-
vrstu i tip opreme sa tehničko - tehnološkim karakteristikama, specifikaciju i stepen tačnosti raspoloživog pribora koji postoji uz mašinu. uputstvo za rad na mašini (posebno po pitanju sigurnosti i zaštite), stezni, rezni i mjerni alat (datoteku alata i pribora), podatke o stepenu tačnosti i krutosti mašine, - raspored obradnih sistema u pogonu. d. Dokumentaciju (datoteke, i prospekte) za izbor alata. e. Dokumentaciju (datoteke, standarde) za izbor polaznog oblika materijala (odlivak, otkivak, otpresak i slično). f. Upustvo za programiranje procesa obrade sa datotekom podataka obradnog sistema. g. Ranija slična rješenja, posebno dokumentaciju ostalih proizvoda iz proizvodnog programa, kako bi se mogla primjeriti unifikacija, standardizacija ili normalizacija proizvoda i postupaka obrade. h. Tehnološku organizaciju proizvodnje. i. Raspoložive ljudske kapacitete po broju, strukturi i stepenu stručnosti. j. Obrasce ispise i nosioce informacija. Izlaz procesa projektovanja tehnoloških procesa Rezultat projektovanja tehnološkog procesa je skup informacija koje određuju faze i događaje transformacije odabranog početnog materijala u izradak, sredstvima sa kojima se to izvodi, te parametre režima rada. Ove informacije se definišu na određenim nosiocima informacija čiji sadržaj i oblik variraju od poslovnog sistema do poslovnog sistema. Uobičajeno se koriste: - karta tehnološkog procesa jednopozicionog tipa, - karta tehnološkog procesa višepozicionog tipa, - operacioni list i - karta toka procesa.
129
130
KONCENTRACIJA ZAHVATA Najjednostavniji način koncentracije operacija je kada dvije ili više operacija, koje se obavljaju na istim ili sličnim mašinama, spoje u jednu operaciju koju se obavlja na jednoj mašini. Na ovaj način smanjuje se ciklus proizvodnje dok se suština tehnološkog procesa ne mijenja. Koncentraciju operacija se susreće kod obrade na revolver strugovima. Alati su smješteni u revolverskoj glavi prema redoslijedu zahvata. Za jedno baziranje može se obaviti više zahvata čime se ciklus proizvodnje skraćuje, skraćuju se pomoćna vremena i postiže se bolji kvalitet proizvoda. Najbolja koncentracija operacija postiže se kada se više zahvata kombinuje u jedan. To se postiže primjenom višesječnih strugova, poluautomata i automata. Na ovaj način skraćuje se vrijeme izrade, a povećava proizvodnost. Za ovakav način obrade potrebna je specijalna oprema; pripremu mašine i podešavanje za određeni režim rada obavlja specijalizirani radnik, a samu obradu izvodi radna snaga niže kvalifikacije. Koliko će zahvata biti koncentrirano u jednoj operaciji zavisi od geometrijske složenosti izratka, nivoa razrade tehnološkog procesa, raspoloživih obradnih sistema i vrste pripremka. Koncentracija operacija i zahvata je istovremena obrada s više alata na većem broju površina i na jednom obradnom sistemu. Vrijeme obrade na takvim obradnim sistemima se značajno skraćuje, što je i glavni cilj koncentracije. Veći su učinci koncentracije kod dijelova složenog oblika koji imaju veliki broj površina za obradu. Koncentracija operacija može biti: o o o o
koncentracija nultoga reda (diferencijacija operacija), koncentracija prvoga reda, koncentracija drugoga reda, koncentracija trećega reda (totalna koncentracija).
Na slici 4.13, prikazan je primjer koncentracije zahvata za šestovreteni automat: zabušivanje - poravnavanje čeone površine glodanjem -bušenje - proširivanje - razvrtanje - upuštanje.
131
Diferencijacija tehnoloških operacija (koncentracija nultog reda) Diferencijacija tehnoloških operacija je svođenje operacija koje vremenski duže traju na zahvate, što je prihvatljivo kod procesa obrade gdje su velike razlike vremena obrade između pojedinih operacija i kod velikih serija.
Koncentracija zahvata prvog reda Kada se od ukupnog broja "r" zahvata (slika 4.14.) istovremeno (grupno) izvodi po "k" zahvata tada je vrijeme obrade koncentracije prvog reda (slika 4.16.):
132
Koncentracija zahvata drugog reda Kada se grupni zahvati prvog reda "s" rasporede na "m" više radnih pozicija na mašini, tada se na svakoj radnoj poziciji izvodi - skupnih m zahvata.
133
134
RAZRADA TEHNOLOŠKOG PROCESA Razrada tehnološkog procesa izrade Projektovanje tehnološkog procesa izvodi se na osnovu radioničkog crteža. Prije nego što otpočne razrada tehnološkog procesa neophodno je izvršiti analizu radioničkog crteža i utvrditi tehnologičnost dijela. Da bi se uspješno izvršila analiza radioničkog crteža, neophodno je imati i sklopni crtež sklopa u koji taj dio ulazi. Na osnovu detaljnog upoznavanja sa zahtjevima koje treba ostvariti pri izradi, te eventualne korekcije u dogovoru sa konstruktorom, da bi se olakšala tehnologiju izrade, pristupa se razradi tehnološkog procesa. Osim toga, neophodno je poznavati i broj komada koji će se proizvoditi mjesečno i u toku godine, te ukupan broj komada. Projektovanje tehnološkog procesa obavlja se sljedećim redoslijedom:
odrediti redoslijed i maršrutu operacija, izabrati polazni oblik poluproizvoda, razraditi redoslijed obrade i zahvata za svaku operaciju, odrediti alate (stezne, rezne i mjerne), režim rada i vrijeme izrade, usporediti više varijanti tehnološkog procesa i odabrati koji je najpovoljniji i izraditi potrebnu tehnološku dokumentaciju.
Stepen razrade tehnološkog procesa zavisi od više faktora:
namjene tehnološkog procesa, tipa proizvodnje (pojedinačna, serijska i masovna) i vrijednosti proizvoda.
Tehnološki proces može biti namijenjen za potrebe konkretne proizvodnje i za potrebe određene projektne dokumentacije. Tehnološki proces za konkretnu proizvodnju se detaljno razrađuje i on određuje tok odvijanja proizvodnje i direktno utiče na kvalitetu i troškove proizvodnje. On se prilagođava rasporedu pogona i radnih mjesta po pogonima, kao i raspoloživoj tehnološkoj opremi, raspoloživoj radnoj snazi i konkretnoj organizaciji proizvodnje. Razrada tehnološkog procesa za potrebe projektne dokumentacije nije detaljna i služi za projektovanje novih fabrika, rasporeda pogona, te nabavke odgovarajuće tehnološke opreme. Kada bude projektovan detaljni tehnološki proces, moraju se zadržati postavke koje su razrađene u projektnoj dokumentaciji jer je nabavljena i postavljena odgovarajuća tehnološka oprema. Tehnološki proces mora obezbijediti zahtijevanu kvalitetu proizvoda, a da se pri tome postigne što manji procenat škarta, veća proizvodnost i produktivnost. Kvaliteta proizvoda ima veliki utjecaj na tehnološki proces. Ukoliko su zahtjevi u pogledu kvaliteta strožiji, tehnološki proces postaje složeniji, traje duže, zahtijeva kvalitetniju tehnološku opremu, kvalifikovaniju radnu snagu, pa su i troškovi proizvodnje veći. Da bi se uspješno projektovali tehnološki postupci, zahtjeva se stalno usavršavanje, praćenje literature i iskustva drugih. Određivanje polaznog oblika poluproizvoda za proizvodnju je veoma važan posao koji ispravno mora riješiti sam tehnolog. Poluproizvodi mogu biti od različitih profila dobijeni valjanjem, istiskivanjem i drugim postupcima, kao i odlivci, otkivci, zavareni dijelovi i dr. Ukoliko su oblik i dimenzije poluproizvoda bliži gotovom proizvodu, utrošiće se manje vremena, energije, materijala i alata pa će i proizvodnost biti veća.
135
Redoslijed obrade, maršruta operacija, kao i redoslijed zahvata za svaku operaciju je bitan za skraćenje vremena izrade. Maršruta operacija treba da bude takva da materijal ide od skladišta sirovina do radnih mjesta i skladišta gotovih proizvoda po pravoj liniji i u jednom smjeru. Treba nastojati da se obrada ostvari sa što manje stezanja, jer na taj način postiže veću tačnost proizvoda. Stezni alati se biraju u zavisnosti od oblika radnog predmeta, radne mašine, zahtijevane tačnosti, te broja komada. Stezni alat ima veliki uticaj na tačnost geometrijskog oblika i vrijeme izrade. Rezni alati se biraju u zavisnosti od načina obrade (struganje, glodanje, brušenje itd.), vrste obrade (gruba, čista, fina), vrste zahvata (izrada žlijeba, navoja, uzdužna obrada, poprečna obrada itd.) i vrste materijala koji obrađujemo. Treba nastojati da se biraju takvi alati koji za istu postojanost daju veće brzine rezanja čime se direktno utiče na skraćivanje vremena izrade. Režim obrade se određuje za svaki zahvat i on je određen parametrima obrade, dubinom rezanja, korakom, brojem prolaza i brojem obrtaja. Može ga se odrediti na različite načine proračunom ili izborom preporučenih vrijednosti iz odgovarajućih tabela. Parametri obrade moraju biti prilagođeni odgovarajućim mašinama alatkama (korak i broj obrtaja) na kojim će se izvoditi obrada. Ukoliko parametri obrade nisu prilagođeni odgovarajućim mašinama alatkama, može se reći da režim obrade, a također, i vremena obrade nisu dobro određeni i da je takav tehnološki postupak neispravan. Tehnološki postupak izrade vratila i osovina Tehnološki postupak izrade vratila i osovina zavisi od oblika, materijala i zahtjeva koje je postavio konstruktor radioničkim crtežom. Vratila i osovine mogu biti glatka i stepenasta, puna i šuplja. Osnovne površine koje se obrađuju na vratilima i osovinama su površine rotacionog oblika. Zbog toga, njihova obrada se izvodi na strugovima i brusilicama za okruglo brušenje. Pored rotacionih površina, koje se obrađuju na uzdužnim struganjem i brušenjem, na vratilima i osovinama pojavljuju se i druge površine kao što su čeone površine na krajevima vratila i osovina kao i nasloni koji se javljaju pri prelazima sa jednog na drugi prečnik. Na vratilima i osovinama mogu biti na pojedinim površinama narezani navoji, urezani žljebovi za klinove, izbušeni radijalni otvori, izrađeni kanali za prstenaste uskočnike, konične fazonske površine. Na vratilima se često izrađuju i zubi zupčanika (pravi, kosi, konični), kao i pužni navoj. Izrada glatkih vratila i osovina, a također, razrada tehnološkog procesa, je znatno prostija nego kod stepenastih i uvijek, gdje je to moguće, treba primjenjivati glatka vratila i osovine. Pored jednostavnosti konstrukcije i izrade, kod glatkih vratila i osovina izbjegnuta je i koncentracija naprezanja osim na mjestima gdje su izrađeni žljebovi za klinove i kanali. Jedan od osnovnih nedostataka glatkih vratila i osovina je primjena distantnih čahura prilikom montaže. Pored toga, javljaju se problemi i pri montaži dijelova koji stvaraju čvrste sklopove, a koji se nalaze na izvjesnom rastojanju od krajeva. Stepenasta vratila i osovine nemaju prednjih nedostataka svojstvenih glatkim vratilima i osovinama, ali je njihova izrada složenija i skuplja. Cilindrične površine vratila i osovina mogu se podijeliti u dvije grupe: površine koje se obrađuju i površine koje se ne obrađuju obradom skidanjem strugotine. Površine koje se obrađuju obradom skidanja strugotine mogu biti slobodne ili formiraju sklopove sa drugim površinama. 136
Klasa obrađenih površina koje ne formiraju sklopove su najčešće N10 i N12. Čistoća obrade površina koje formiraju sklopove sa drugim površinama odgovara klasama N6 i N7, a rjeđe N4 i N5. Prije nego što se otpočne projektovanje tehnološkog procesa izrade za vratila i osovine, neophodno je izvršiti detaljnu analizu radioničkog crteža, tj. utvrditi njegovu tehnologičnost. Konstruktivni oblici i tehnologičnost izrade vratila i osovina Konstruktivni oblici vratila i osovina zavise od namjene i mogu biti veoma različiti. Na slici 7.1. dato je nekoliko konstruktivnih oblika vratila i osovina.
Slika 7.1. Konstruktivni oblici vratila i osovina
Pri analizi konstruktivnog oblika, neophodno je posvetiti pažnju kako tehnologiji obrade tako i mogućnosti montaže svih elemenata koji dolaze na vratilo ili osovinu. Sa gledišta montaže, svako vratilo i osovina moraju biti konstruirani tako da svi elementi koji se navlače pod pritiskom moraju do mjesta postavljanja prolaziti bez poteškoća. To znači, ako se na vratilo postavljaju dva ili više elemenata sa jedne strane, moraju se koristiti stepenasta vratila. Postavljanje i skidanje elementa 1 (slika 7.2.) uslovljeno je dimenzijama elementa 2. Ako bi se koristilo glatko vratilo, tada bi postavljanje elemenata 1 pod pritiskom bilo otežano. Poželjno je da prečnik vratila za element 2 bude manji, pa bi montaža bila jednostavnija i lakša. Da bi se olakšala montaža elemenata veće dužine i postigla lakša obrada, pogodno je u vratilu ili osovini izraditi dvije površine istog prečnika, a između njih smanjiti prečnik (slika 7.2.b). Za analizu vratila i osovine, pored radioničkog crteža, neophodno je imati i sklopni crtež sklopa u kome se nalazi vratilo ili osovina.
Slika 7.2. Montaža elemenata na vratilo
Vratila i osovine, koji se izrađuju pojedinačno i u malim količinama, obrađuju se na univerzalnim strugovima. Dužine pojedinih stepenica u takvim slučajevima nemaju bitnog utjecaja na tehnološki proces. U srednjoserijskoj i velikoserijskoj proizvodnji veoma je pogodno primjenjivati višesječne strugove. U tom slučaju, da bi se na minimum svela dužina hoda nosača alata, sa više noževa, a time i skratilo vrijeme izrade, neophodno je da dužine
137
pojedinih stepenica budu približno jednake ili djeljive sa najmanjom dužinom stepenice. Tada alati mogu biti postavljeni prema šemi na slici 7.3. Pošto se vratilo obrađuje sa dvije strane, tj. sa dva postavljanja, to dužine l2 na jednom kraju ne moraju biti jednake dužine l1 na drugom kraju. Pri razradi tehnološkog procesa, neophodno je obezbijediti istovremenu obradu sa alatima za uzdužnu i poprečnu obradu. Raspored alata za uzdužnu i poprečnu obradu, kao i njihovo dejstvo, treba podesiti tako da se otpori rezanja jednih uravnotežavaju sa otporima rezanja drugih. Uzdužnu obradu treba počinjati sa manjeg prečnika. Obaranje ivica, urezivanje žljebova i poprečnu obradu treba izvoditi u isto vrijeme kada se izvodi i uzdužnu obradu.
Slika 7.3. Šema obrade na višesječnom strugu
Broj alata koji istovremeno radi, tj. koji su u zahvatu, zavisi od krutosti mašine i radnog predmeta, a također, i od načina stezanja. Povećanje broja noževa u nosačima alata, koji istovremeno stupaju u obradu, dovodi i do moguće pojave vibracija, što se nepovoljno odražava na tačnost obrade, kvalitetu obrađene površine, alati se brže troše pa je potrebno često mijenjanje i regulisanje, što poskupljuje proizvodnju. Na slici 7.4. prikazane su šeme obrade vratila na višesječnom strugu. Da bi se olakšala proizvodnja stepenastih vratila, u mnogim slučajevima koristi se konstrukcije nosača alata sa jednim ili više noževa koji rade po kopiru. I pored povećanja hoda alata, rad uz primjenu kopirnog aparata omogućava povećanje proizvodnosti i do 25 % na račun skraćenja ukupnog vremena izrade zbog toga što se povećava brzina rezanja i korak, a također, smanjuje se priprema mašine i alata. Alat duže traje, a smanjuje se i utrošak energije. Na slici 7.5. prikazane su šeme obrade sa primjenom alata za kopiranje.
138
Da bi se smanjio asortiman alata, poželjno je da svi radijusi zaobljenja, oblici žljebova i skošenja ivica na jednom vratilu ili osovini budu isti. Za izlaz alata za rezanje navoja i alata za brušenje neophodno je predvidjeti odgovarajuće kanale širine b (slika 7.6). Širinu kanala b za izlaz alata na jednom vratilu ili osovini poželjno je izvesti istog oblika i dimenzija kako bi se smanjio asortiman alata. Ako vratilo ima više žljebova za klinove raspoređenih na različitim površinama, neophodno je da ti žljebovi budu na istoj strani da bismo skratili vrijeme izrade. Za glodanje zavojnih žljebova pužnim glodačem, a također, pri izradi kanala za žljebove za klinove ili ožijebljena vratila sa pločastim glodačima, potrebno je predvidjeti izlaz glodača l1. Izlaz glodača l1 zavisi od prečnika i dubine glodanja i najlakše se određuje grafički (slika 7.7).
Za smanjivanje asortimana alata za izradu žljebova, te za skraćivanje vremena pripreme mašine i pomoćnog vremena, poželjno je, gdje je to moguće, birati iste dimenzije žljebova na raznim dijelovima vratila. Poprečni otvori, gdje je to neophodno, treba da budu cilindrični ili ovalni (slika 7.8) jer se oni lako izrađuju. Polazni oblici sirovog materijala za izradu vratila i osovina Poluproizvodi za izradu vratila i osovina mogu biti šipke okruglog poprečnog presjeka, dobivene valjanjem u toplom stanju kao i otkivci i otpresci.
Glatka vratila, osovine i stepenasta sa malim razlikama u dimenzijama prečnika, izrađuju se od šipkastog materijala. Dimenzije šipke od koje će se izrađivati vratila i osovine određuju se na taj način što na površinu, koja je određena maksimalnim prečnikom, dodaju odgovarajuće dodatke za obradu (si. 7.9). Prečnik šipke može se odrediti prema obrascu: ds = d + δ t + δ 2 + δ s [mm]. Izračunati prečnik treba zaokružiti na prvi veći standardni prečnik šipkastih poluproizvoda prema odgovarajućim propisima i tabelama propisanim standardima. Dužina poluproizvoda će se odrediti prema obrascu: 139
ls = l + 2(δ 1p + δ 2p + δ 3p) [mm]. Ukoliko su zahtjevi u pogledu kvaliteta slabiji, pa nije potrebno predvidjeti sve tri vrste obrade (grubu, čistu i finu), tj. dodatke za grubu, čistu i finu obradu, to odgovarajuće treba izostaviti. Dužinu ls, nije potrebno zaokruživati na veće ili manje vrijednosti. Izgled vratila i otkivka dobivenog slobodnim kovanjem dat je na slici 2.8. Polazni oblik vratila i osovina može se dobiti presovanjem ili kovanjem u kalupima. Na slici 7.10. dat je izgled vratila i otkivak uvećan za veličinu dodataka, a također, uzet je u obzir i način dobivanja. Dodatak za grubu obradu (uzdužnu i poprečnu) bira se prema maksimalnoj dimenziji 180 mm i standardnim propisima.
Izrada žljebova i navoja Žljebovi na vratilima služe za formiranje sklopova između vratila i zupčanika, spojnica, remenica i drugih elemenata. Na jednoj površini može biti više žljebova, kada se govori o ožljebljenim vratilima. Oblici žljebova mogu biti različiti (slika 7.11). Žljebovi se mogu izraditi na više načina:
glodanjem pločastim glodačem, glodanjem pužnim glodačem, rendisanjem metodom kopiranja, provlačenjem.
Glodanje žljebova u serijskoj proizvodnji izvodi se na sljedeći način. Prvo se sa dva profilisana glodača izrade žljebovi potrebne dubine (slika 7.12), a zatim se, u sljedećoj operaciji, izvodi čista obrada bočnih površina sa dva glodača sa pločicama od tvrdih metala (slika 7.12). Ove operacije se izvode na horizontalnim glodalicama. Glodanje žljebova sa evolventnim profilom izvodi se pomoću pužnog glodača, slika 7.13.
140
Izrada žljebova za klinove može se izvesti na horizontalnim i vertikalnim glodalicama. Pri izradi na horizontalnoj glodalici, koristi se pločasti glodač čija je širina jednaka širini žlijeba (slika 7.14). Glodač zauzima odmah dubinu rezanja, a potom se uključi uzdužno kretanje stola skupa sa radnim predmetom.
Slika 7.15. Izrada žlijeba za segmentni klin
Izrada žljebova za segmentne klinove prikazano je na slici 7.15. Glodač širine B koja odgovara širini žlijeba je pločasti glodač i izvodi glavno obrtno kretanje, a radni sto izvodi vertikalno podizanje za dubinu t. Izrada žljebova za klinove na vertikalnoj glodalici izvodi se prema šemama na slici 7.16. Ovi žljebovi mogu biti otvoreni, poluotvoreni i zatvoreni.
Žljebovi se izrađuju na taj način da se radni sto, skupa sa predmetom, podigne pri čemu glodač zauzima potrebnu dubinu glodanja, a zatim se uključi uzdužno kretanje i glodanje se obavi na potrebnu dužinu. Na kraju hoda isključi se hod i sto podigne za novu dubinu i uključi 141
kretanje u suprotnom pravcu. Broj prolaza zavisi od dubine žlijeba. Da bi se obezbijedila izrada navoja na dijelovima vratila, potrebno je predvidjeti potreban izlaz alata širine b (slika 7.6. i slika 7.7). Obrada se može izvesti obradom na strugu ili glodanjem na glodalici sa primjenom višesječnih alata. Na slici 7.17. prikazana je izrada navoja na strugu. Alat je pravi nož za izradu navoja, a obrada se izvodi sa više prolaza. Broj prolaza zavisi od koraka i može se izabrati iz niza standardiziranih tabela. Mašinsko ili glavno vrijeme može se odrediti prema obrascu: ts =
l + l1 + l2 ⋅ 2 ⋅ i [min] n⋅s
gdje je: l [mm] — dužina navoja, l1 [mm] — ulaz noža, l2 [mm] — izlaz noža, n [min-1] — broj obrtaja predmeta, s [mm] — korak, i — broj prolaza.
Izrada navoja glodanjem na glodalici izvodi se primjenom specijalnog glodala koji je u obliku zavojnice koja je isprosijecana uzdužnim žljebovima da bi dobila sječiva alata. Na slici 7.18. data je šema izrade navoja glodanjem. Glodalo (2) se postavlja paralelno sa osom predmeta (1), a glodanje svih navoja ostvaruje se u isto vrijeme. Za jedan obrtaj predmeta (1) glodalo (2) se pomjeri za jedan korak koji odgovara navoju predmeta. Glodalo izvodi glavno obrtno kretanje brzinom v uz prethodno radijalno primicanje za dubinu žlijeba navoja. Predmet (1) izvodi samo pomoćno obrtno kretanje brzinom vp. Za potpuno narezivanje navoja potrebno je 1,2 do 1,3 obrtaja radnog predmeta (0,2 do 0,3 obrtaja potrebno je radi postizanja pune dubine navoja. Dužina glodala je nešto veća od dužine navoja na predmetu (obično za 2 do 3 navoja). Termička obrada dijelova vratila U tehnološkom procesu izrade dijelova obradom skidanja strugotine neophodno je predvidjeti ispravno mjesto za termičku obradu. Vrste termičke obrade zavise od vrste materijala predmeta, polaznog oblika sirovog materijala i zahtjeva koje je postavio konstruktor. Vratila mogu biti podvrgnuta termičkoj obradi u cjelini ili samo pojedini njegovi dijelovi. Vratila se podvrgavaju različitim vrstama termičke obrade kao što su: meko žarenje, poboljšanje, površinsko kaljenje, termo-hemijska obrada i otpuštanje. Da bi se omogućila obrada okaljenih dijelova, potrebno je izvršiti meko žarenje. Mekim žarenjem zagrijavaju se dijelovi do određenih temperatura; zadržavanjem na tim temperaturama izvjesno vrijeme, a zatim, postupnim hlađenjem osigurava se rekristalizacija i manje ili veće uravnoteženje strukture što omogućava lakšu obradu. Osim toga, žarenjem se uklanjaju naponi 142
nastali prethodnom mehaničkom obradom kao što su kovanje, presovanje. Poslije žarenja, materijal u većoj ili manjoj mjeri dobija prvobitna svojstva, tj. izvrši se rekristalizacija materijala. Mogu biti različite vrste žarenja, što zavisi od temperature žarenja. Za sve vrste žarenja karakteristično je lagano hlađenje. Poboljšanje je termička obrada koja se sastoji od kalenja i visokotemperaturnog otpuštanja. Cilj poboljšanja je da se na račun tvrdoće poboljšaju ostale mehaničke osobine. Poboljšanjem se povećava žilavost, granica razvlačenja, zatezna čvrstoća, istegljivost i kontrakcija poprečnog presjeka. Poboljšanje najčešće izvodimo prije cementacije. Površinskim kalenjem izvodi se djelimična termička obrada pojedinih dijelova vratila kao što su rukavci, zubi zupčanika i druge površine koje moraju imati veliku tvrdoću površine, a žilavo jezgro. Najbolje rezultate kod površinskog kalenja postižu se strujom visoke frekvencije. Prema dimenzijama rukavca ili drugog dijela vratila koji treba brzo zagrijati izrađuje se induktor. Pod dejstvom struje visoke frekvencije površina se brzo zagrije, a potom hladi, najčešće, vodom. Pored struje visoke frekvencije površine se mogu zagrijavati plamenom acetilena, pa po završenom zagrijavanju hladiti vodom. Rezultati površinskog kalenja zagrijavanjem plamenom su lošiji u odnosu na zagrijavanje strujom visoke frekvencije. Cementacijom u površinski sloj se uvodi ugljenik do određene dubine. Proces cementacije može se obaviti u čvrstom, tečnom i gasovitom sredstvu. Najbolji rezultati postižu se cementacijom u gasovitom sredstvu. Poslije cementacije obavezno se mora izvršiti kalenje i otpuštanje. Cementiraju se rukavci zuba zupčanika koji su izrađeni izjedna sa vratilom i žljebovi ožljebljenih vratila. Poslije obavljenog procesa cementacije, dobija se površinski sloj obogaćen ugljenikom čime se omogućava kalenje, a time postizanje velike tvrdoće površinskog cementovanog sloja, a jezgro ostaje meko i žilavo. Ovakva kombinacija mehaničkih osobina je veoma poželjna s obzirom na opterećenja dijelova vratila kao što su rukavci, žljebovi ožljebljenih vratila ili zubi zupčanika. Ove površine moraju biti veoma tvrde, čime se povećava otpor protiv habanja dok je jezgro ostalo nepromijenjeno i ima veliku žilavost. Površine dijelova koje nije potrebno cementirati moramo zaštititi ili ostaviti dovoljan dodatak za obradu da se sa tih površina može odstraniti cementovani sloj. Nakon obavljene cementacije i izvršene termičke obrade kalenja i otpuštanja, izvodi se još brušenje kako bi se dobile i konačne dimenzije, a također, i određeni kvalitet obrađene površine. Otpuštanjem se uklanjaju djelomično unutrašnji naponi nastali nakon termičke obrade kalenjem. Otpuštanje se obavlja na temperaturama najčešće do 150°C kuhanjem u ulju ili sonim kupkama, a potom, lagano hladimo do sobnih temperatura. Poslije obavljenih operacija termičke obrade, provjerava se tvrdoća. Poslije žarenja tvrdoća se kontroliše pomoću Brinelovog aparata utiskivanjem čelične kuglice (HB), a poslije kalenja po metodi Rokvela (HRC) ili po metodi Vikersa (HV). Kontrola dubine cementacije izvodi se na epruveti. Epruveta se kali a zatim prelomi. Prelom se izbrusi i ispolira a zatim nagrize razblaženim kiselinama. Debljina tamnog površinskog sloja predstavlja dubinu cementacije. Brušenje vratila Brušenjem pojedinih površina na vratilima i osovinama postiže se konačnu tačnost i kvalitet obrađene površine. Klase obrađene površine N4, N5 i N6 ostvaruju se u većini slučajeva, brušenjem. Brušenje dijelova vratila može se ostvariti na više načina. Najčešće se površine bruse metodom radijalnog brušenja. Predmet je postavljen između šiljaka i izvodi obrtno kretanje, dok tocilo izvodi glavno obrtno kretanje i radijalno primicanje (slika 7.19). Širina tocila mora biti veća od širine površine vratila koja se brusi. Ovaj postupak obrade, ako se primjenjuje za
143
brušenje više stepenica, ima dosta nedostataka jer je potrebno premještanje tocila na različita mjesta što predstavlja gubitke vremena pa se u serijskoj proizvodnji koristi više tocila koja u isto vrijeme bruse više površina (najviše do 6 tocila) (slika 7.20).
Radijalno brušenje više površina u isto vrijeme može se ostvariti na brusilicama za okruglo brušenje koje ispunjavaju sljedeće uslove:
automatiziran ciklus obrade (primicanje tocila predmetu, poravnavanje tocila, promjena koraka pri prelazu sa prethodnog na završno brušenje, odmicanje tocila od predmeta), ugrađen uređaj za aktivnu kontrolu, koji daje odgovarajuće komande za izvođenje pojedinih pokreta, automatsku korekciju habanja tocila, uređaj za automatsko postavljanje i skidanje radnog predmeta, uređaj za balansiranje točila na samoj brusilici i mogućnost ugrađivanja brusilice u automatske linije.
Na takvim, brusilicama obimne brzine tocila su u granicama od 35 do 50 [m/s]. Obimna brzina radnog predmeta je od 20 do 60 [m/min] pri radijalnom primicanju tocila od 0,3 do 3 [mm/min]. Za postizanje klase obrađene površine 5, koristi se fino brušenje koje ima sljedeće karakteristike:
brušenje se vrši sa vrlo finim tocilima sa mekim veznim sredstvima, mala dubina brušenja (do 0,005 mm), mala obimna brzina predmeta (2 do 10 m/min), velika obimna brzina točila (više od 40 m/s), intenzivno hlađenje i dugi proces izlaska tocila iz zahvata sa predmetom, tj. obrada bez poprečnog primicanja tocila na završetku zahvata, što omogućava postizanje velike tačnosti i dobrog kvaliteta obrađene površine zahvaljujući smanjenju opterećenja u sistemu mašina, alat i radni predmet.
Za brušenje čeonih površina, naslona i konusnih površina koriste se koso postavljena tocila (si. 7.21).
144
Kontrola dimenzija radnog predmeta u procesu brušenja je veoma značajna jer na taj način sprečava se greška u procesu brušenja, omogućava uvođenje mehanizacije i automatizacije u proces brušenja. Moguće je uvesti postupak aktivne kontrole u toku samog procesa obrade, poslije obrade i kombinovano. Kontrolu dimenzija u toku obrade uvodi se najčešće pri završnom brušenju kada promjene dimenzija tocila, zbog njihovog habanja, mogu uticati na tačnost izrađenih predmeta. Brušenje žljebova na ožljebljenim vratilima prikazano je na slici 7.22.
Brušenje bočnih strana žlijeba i podnožja može se obaviti jednim zahvatom pomoću profilisanog točila. Ovaj postupak je veoma produktivan, ali brusilica mora imati specijalni uređaj za poravnavanje, tj. profilisanje točila, zbog toga što se tocilo brzo troši i gubi oblik. Brušenje se može izvesti i sa dva ravna tocila kada se bruse bočne površine u jednom zahvatu, a u drugom zahvatu se brusi podnožje (slika 7.22.b). Moguće je brušenje bočnih površina i podnožja obaviti i sa tri točila (slika 7.22.c) u jednom zahvatu. Vratila se postavljaju između šiljaka, a tocila su sa horizontalnom osom obrtanja, pri čemu radni sto sa predmetom izvodi uzdužno kretanje u jednom i drugom pravcu, da bismo omogućili brušenje žlijeba po cijeloj dužini. Poslije brušenja jednog žlijeba pomoću preciznog podionog aparata predmet se zakreće za jedan novi žlijeb. Redoslijed obrade i izrada operacija Primjer razrade tehnološkog procesa izrade vratila prezentiran je za vratilo (slika 7.10). Vratilo se izrađuje od legiranog čelika za cementaciju, tj. čelik Č 4321. Polazni oblik sivog komada je otkivak sa dimenzijama koje su prikazane na slici 7.10. Operacija 10 Da bi se mogle obrađivati stepenice vratila, a također, i brusiti, potrebno je, sa obje čeone strane, odstraniti dodatak za grubu i čistu obradu i izraditi gnijezdo za centriranje. U serijskoj proizvodnji, veoma je pogodno, obradu izvoditi na glodalici sa čeonim glodačem sa umetnutim zubima, sa jedne strane ili jednovremeno sa obje strane, prvo grubim glodanjem, a potom čistim tako da se dobije dužina 180 mm. Potom, pomoću burgije za centriranje izrađuje se gnijezdo za cementiranje sa obje strane (slika 7.23). Operacija 20 Gruba obrada svih površina na strugu. Predmet se prvo postavlja u stezni uređaj, na strugu i obrađuje, prvo, sa jedne, a zatim sa druge strane, odstranjujući dodatke za grubu obradu (slika 7.24). S obzirom da se vratilo podvrgava cementaciji i da bi se skratila pripremu za cementaciju, na svim površinama se predviđa dodatak za čistu obradu δ 2= 1,6 mm (dvostruka vrijednost dubine cementacije), osim površina koje se cementiraju, gdje će se uzeti vrijednosti dodatka za brušenje δ 2= 1,2 mm. Poslije cementacije, odstranjuje se čistom obradom dodatak za cementaciju gdje nije potreban.
145
Operacija 30 Otpuštanje unutrašnjih napona nastalih u procesu presovanja. Vratila zagrijati u komornoj peći na temperaturu 580 do 600°C. Zagrijavanje obaviti za oko 30 minuta i držati na toj temperaturi 3 sata, a zatim ostaviti da se lagano hladi na mirnom vazduhu. Poslije završenog hlađenja, provjeriti tvrdoću po Brinelu utiskivanjem čelične kuglice prečnika 10 mm. Tvrdoća treba da je u granicama HB = 200 do 205 kN/cm2. Dijagram žarenja prikazan je na slici 7.25.
Operacija 40 Operacija čiste obrade na površinama ∅30h7 i ∅35h7. Odstranjuje se dodatak za čistu obradu δ 2=1,1 mm i δ 2=1,2 mm. Na tim površinama ostavlja se dodatak za brušenje, slika 7.26. Operacija 50 Cementacija na dubini 0,8 mm. Čeona površine vratila i gnijezda za cementiranje treba premazati glinom da bi ih zaštitili od cementacije. Dijelovi se pakiraju u sanduke sa prahom za cementaciju. Sastav praha za cementaciju 85—90% drvenog uglja i 10—15% Na2CO3. U sanduku se postavi i epruveta za ispitivanje i dobro zatvori da gasovi iz sanduka ne bi izlazili (slika 7.27). Upakovani predmeti u sanduku se ubacuju u peć i u prvoj fazi se lagano zagrijavaju do temperature 600°C. Kada se dostigne ova temperatura, u drugoj fazi temperatura se brže povećava do temperature cementacije koja za ovaj čelik iznosi 900 do 920°C. Kad se postigne ova temperaturu, obustavlja se rad peći dok se temperatura u cijelom sanduku ne izjednači, a potom se podigne temperaturu do temperature cementacije i vrši se žarenje u trajanju 6 do 7 časova. Po završetku cementacije, sanduci se vade iz peći i stavljaju 146
se da se lagano hlade na mirnom vazduhu ili skupa sa peći. Po završetku hlađenja, otvaraju se sanduci i dijelovi se vade, dobro očiste i pregledaju.
Dijelovi se ponovo upakuju u sanduke pri čemu se koriste već upotrijebljeni prah za cementaciju i ponovo stavljaju u peć i ponovo zagrijavaju na temperaturu 880 do 900°C da se obavi prvo kaljenje. Po postignutoj temperaturi kaljenja, sanduci se drže na toj temperaturi oko 30 min, a potom vade iz peći i istresaju na rešetke. Vratila se odmah potapaju u ulje da bi se obavilo prvo kaljenje. Rezultat prvog kaljenja je sitnozrnasta struktura sredine vratila i vrlo tvrda okaljena cementovana površina koju se ne može obrađivati. Da bi se dobile konačne dimenzije vratila, tj. izvršila čista obradu i odstranio cementovani sloj sa površina koje ne moraju imati veliku tvrdoću, neophodno je izvršiti meko žarenje. Da bi se obavilo meko žarenje, potrebno je dijelove ponovo upakovati u sanduk sa već korištenim prahom za cementaciju slično kao kod prvog kaljenja. Sanduke postaviti u peć i zagrijati na temperaturu mekog žarenja koja za ovaj čelik iznosi 650 do 680° C. Kada se postigne ova temperatura, žarenje se produžuje u trajanju od tri sata i poslije toga isključiti rad peći i ostaviti da se ohladi. Po završenom hlađenju, sanduci se vade iz peći i čiste se vratila od praha za cementaciju. Na slici 7.28. dati su dijagrami termičke obrade pri cementaciji. Operacija 60 - Kontrola dubine cementacije Dubinu cementacije, tj. debljinu cementacionog sloja se određuje na epruveti. Epruveta se kali zagrijavanjem na temperaturi 810÷830°C i hlađenjem u ulju. Po završenom kaljenju, epruveta se poprečno presijeca, a potom brusi i polira. Nakon poliranja presjek se nagriza razblaženom kiselinom. Cementovana površina potamni i debljina tamnog sloja predstavlja dubinu cementacije, koja u konkretnom slučaju treba da iznosi 0,8 mm. Operacija 70 - Čista obrada Čistom obradom odstranjuje se dodatak δ 2=1,6 mm sa svih površina, a također, se izrađuju žljebovi i iskošenja prema slici 7.29. Operacija 80 - Izrada žlijeba za klin Na vertikalnoj glodalici pomoću vretenastog glodača prečnika d=10 mm izraditi žlijeb dubine 4,6 mm i dužine 40 mm prema slici 7.30. Operacija 90 - Kaljenje i otpuštanje Po završetku čiste obrade, vratila zagrijati u peći za 30 minuta do temperature kaljenja koja iznosi 810÷830°C. Na temperaturi kaljenja držati 5 do 8 minuta i ohladiti u ulju.
147
Po završetku kaljenja, da bi se umanji površinski naponi u cementovanom sloju, potrebno je izvršiti otpuštanje. Otpuštanje se obavlja na temperaturi od 140 do 160°C kuvanjem u ulju u trajanju od 1 časa. Dijagrami termičke obrade kaljenja dati su na slici 7.31. Operacija 100 - Izrada navoja M30 Na horizontalnoj glodalici uz primjenu specijalnog glodača u obliku zavojnice ispresijecane uzdužnim žljebovima izvršiti narezivanje navoja, slika 7.32.
Operacija 110 - Brušenje Za postizanje konačnih dimenzija i kvalitete obrađene površine vratila na kotama ∅30h7, ∅35h7 i ∅40m7 potrebno je izvršiti brušenje. Brušenje se obavlja metodom radijalnog brušenja, jednovremeno, na sve tri površine prema slici 7.33.
Operacija 120 - Kontrola tvrdoće Nakon završenog brušenja cementovanih i okaljenih površina potrebno je na kotama ∅30h7 i ∅35h7 provjeriti tvrdoću po metodi Rokvela skala C ili po metodi Vikersa. Ako se tvrdoća kontroliše po metodi Rokvela, tada tvrdoća treba da bude 60 HRC.
148
Tehnološki postupak izrade čahure Čahure su elementi različitih spoljašnjih oblika koje kroz sredinu imaju otvor ili rupu. Na slici 7.34. prikazano je nekoliko oblika čahura. Vanjske dimenzije čahura najčešće se obrađuju struganjem a ako su zahtjevi u pogledu dimenzija i kvaliteta obrađene površine strožiji, tada se i bruse. Unutrašnje mjere se ostvaruju:
brušenjem burgijom, proširivanjem burgijom ili proširivačem, proširivanjem nožem za proširivanje, grubim i finim razvrtanjem, unutrašnjim brušenjem, provlačenjem, glačanjem i honovanjem.
Obrada otvora bušenjem, proširivanjem i razvrtanjem Obrada otvora je najracionalnija na bušilici sa primjenom alata: burgija, proširivača i razvrtača. Predmet je postavljen na radnom stolu i učvršćen, dok alat izvodi glavno obrtno kretanje i pravolinijsko pomoćno kretanje. Na slici 7.35. prikazani su tipični primjeri obrade otvora na bušilici sa skicama i klasama obrađene površine. Obrada otvora u više zahvata sa različitim alatima, npr., bušenje, proširivanje i razvrtanje, u jednoj operaciji može biti obavljeno na jednovretenoj vertikalnoj bušilici sa primjenom brzomjenjajućih glava za bušenje. U takvim glavama alati se mogu mijenjati bez zaustavljanja obrtnog kretanja vretena što skraćuje pomoćno vrijeme. Da bi se smanjilo vrijeme koje se utroši na promjenu alata prema redoslijedu obrade u serijskoj i masovnoj proizvodnji, koriste se revolverske glave za bušenje. U tim glavama alati su raspoređeni po redoslijedu obrade (može biti postavljeno do 7 alata) (slika 7.36). Revolverska glava je postavljena na glavnom vretenu, a periodičnim obrtanjem revolverske glave dovodi se odgovarajući alat u radni položaj. Pri obrtanju revolverske glave, alat koji je doveden u radni položaj, dobiva automatsko obrtno kretanje. Broj obrtaja alata je podešen prema vrsti zahvata (bušenje, proširivanje, razvrtanje) i određen konstrukcijom prenosa u revolverskoj glavi. Na taj način nastaje automatska promjena broja obrtaja vretena revolverske glave. Vretena, koja nisu u radnom položaju, se ne obrću. Revolverske glave su snabdjevene graničnicima koji ograničavaju hod pojedinih 149
vretena; raspoređeni su prema redoslijedu dovođenja alata. Svaki alat, kada se nađe u radnom položaju, automatski dobija aksijalno pomoćno kretanje. Pri velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji koriste se agregatne bušilice. Na takvim bušilicama bušenje, proširivanje, razvrtanje, narezivanje navoja i drugi zahvati obavljaju se istovremeno. Obrada otvora proširivanjem nožem,brušenjem,provlačenjem, glačanjem (honovanjem) Otvori koji su dobiveni livenjem ili bušenjem često se dovode na konačne mjere proširivanjem nožem. Nož za proširivanje je postavljen na motku za bušenje. Motka za proširivanje može da se obrće kada je postavljena na vertikalnim i horizontalnim bušilicama. Ako je motka postavljena u revolverskoj glavi na revolverskom strugu ili nosaču alata, tada se ona ne okreće. Na slici 7.37. prikazan je princip rada motke za bušenje koja se obrće, a na slici 7.38. princip rada motke koja se ne obrće.
Motka za proširivanje, u koju je postavljen nož za proširivanje, mora biti što kraća da se ne savija, a također, da pri radu ne dolazi do vibracija. Prečnik motke treba da bude što veći da bi se povećala njena krutost. Pri proširivanju otvora veće dužine, da bi se smanjilo savijanje motke, koristi se motka obostrano vodena. Na jednoj strani je postavljena u ležište, a druga stegnuta u stezni uređaj (slika 7.39).
150
Otvori male dužine mogu se proširivati nožem na strugu prema slici 7.40. Nož izvodi pravolinijsko kretanje, a predmet glavno obrtno kretanje. Za postizanje boljeg kvaliteta obrađene površine koriste se druge metode. Unutrašnjim brušenjem postiže se klasa obrađene površine N5 i N6. Ovom metodom postižu se u dijelovima koji su okaljeni ili u dijelovima od tvrdih materijala kvalitetno obrađene unutrašnje površine.
Razlikuju se dvije metode unutrašnjeg brušenja:
brušenje otvora kada se predmet obrće i brušenje otvora kada je predmet nepokretan (slika 7.41).
U prvom slučaju predmet je stegnut u stezni uređaj i izvodi obrtno kretanje manjim obimnim brzinama. Brusna ploča izvodi obrtanje oko svoje ose velikom brzinom (glavno kretanje) i istovremeno se aksijalno pomjera. Pomjeranje ide u jednom i drugom pravcu pri čemu se skida veoma tanak sloj materijala. U velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji veliku primjenu imaju poluautomatske brusilice. Šema brušenja na poluautomatskim brusilicama za unutrašnje brušenje prikazana je na slici 7.42. Poslije postavljanja, centriranja i stezanja radnog predmeta u stezni uređaj, brus se brzo dovodi u radni položaj (automatski se uključuje poprečno i radijalno kretanje), a poprečnim kretanjem tamo-amo izvodi se prethodno (grubo) brušenje. Po završetku prethodnog brušenja, tocilo se brzo odmiče od predmeta i poravnava se dijamantom, a pomoću posebnog kalibra provjeravaju se dimenzije otvora. Ova dva zahvata se obavljaju u isto vrijeme i automatski. Po završetku poravnavanja tocila i kontrole prečnika otvora, tocilo se brzo primiče predmetu i izvodi se završno brušenje. Završno brušenje se izvodi sa vrlo malim dubinama brušenja. Kada se okonča završno brušenje, kontroliše se konačni prečnik posebnim tolerancijskim čepom i, ako se dobiju tačne dimenzije, tocilo se odvodi od predmeta i predmet se skida sa mašine. Brušenje otvora se najčešće izvodi:
za obradu veoma tvrdih materijala,
151
za završnu obradu zakaljenih površina, za brušenje površina koje imaju neravnomjernu tvrdoću, za obradu otvora koji moraju imati veliku tačnost, za obradu otvora koji imaju malu debljinu zidova, za obradu otvora u kojima imamo kanale i žljebove.
Osnovni nedostaci brušenja otvora su:
neophodno je koristiti tocila malog prečnika (0,7 do 0,9 od prečnika otvora koji brusimo) što dovodi do brzog trošenja tocila, konzolni položaj tocila što je veoma nepovoljno kod brušenja otvora malog prečnika, a velike dužine (mala krutost), brušenje se izvodi sa manjim dubinama brušenja i manjim aksijalnim korakom nego pri spoljnjem brušenju, neophodno je češće poravnavanje točila što dovodi do njegovog bržeg trošenja.
Provlačenje se koristi za obradu različitih otvora prečnika od 6 do 100 mm. Provlačenje je naročito pogodno za obradu otvora koji nisu kružnog poprečnog presjeka. Veliku primjenu provlačenje ima pri izradi žljebova za klinove u otvorima glavčina, obradu ožljebljenih otvora i slično, kada je primjena drugih metoda obrade neprikladna i teška. Veliku primjenu provlačenje je našlo u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji. Prednosti provlačenja nad drugim metodama su sljedeće:
visoka proizvodnost, velika tačnost dimenzija sa klasama obrađene površine do N4, jednostavno opsluživanje mašine za provlačenje, prosta automatizacija procesa provlačenja, provlačenjem se zamjenjuje više zahvata obrade (kao što su, proširivanje, grubo i fino razvrtanje), mogućnost tačne obrade nekih površina kao što su žljebovi koje je teško tačno obraditi drugim metodama obrade.
Pored dobrih osobina provlačenje može imati i niz nedostataka kao što su:
velike sile rezanja koje mogu izazvati deformacije dijelova koji se obrađuju, a posebno otvora sa tankim zidovima, visoka cijena provlakača, nemogućnost obrade zatvorenih otvora (rupa), nemogućnost provlačenja otvora u tvrdim materijalima i dijelovima na kojim je izvršeno kaljenje, teško se može ispraviti položaj ose otvora u odnosu na druge ose ili površine.
Glačanje unutrašnjih valjkastih površina naziva se honovanje. Honovanjem se postiže velika tačnost dimenzija i kvalitetno obrađene površine sa klasama obrade od N2 do N5. Skida se sloj male debljine, tako da je dodatak za obrade honovanjem d=0,01 do 0,06 mm za čelik i d=0,02 do 0,2 mm za obradu livenog gvožđa. Obimna brzina glave za honovanje je 40 do 60 m/min za obradu čelika, a za obradu livenog gvožđa 60 do 75 m/min. Uzdužno pomjeranje glave za honovanje obavlja se brzinom 10 do 12 m/min za obradu čelika i 15 do 20 m/min za obradu livenog gvožđa. Honovanje može biti prethodno i završno. Prethodnim honovanjem može se ostvariti kvaliteta obrađene površine koji odgovara klasama obrade N3, N4, N5. Završnim honovanjem 152
postiže se klasa obrađene površine N1 i N2. Honovanje ima sljedeće prednosti:
miran i lagan proces obrade sa velikom krutošću glave za honovanje pri čemu su isključene mogućnosti nastanka vibracija, velika tačnost dimenzija, geometrijskog oblika i visok kvalitet obrađene površine, mogućnost obrade više otvora u isto vrijeme (pri primjeni mašina za ho novanje sa više vretena), mogućnost obrade različitih prečnika i dužine obrade, visoka proizvodnost i niski troškovi obrade u odnosu na druge metode obrade kojim postižemo slične kvalitete.
Pored prednosti honovanje ima i sljedeće nedostatke: honovanjem nije moguće ispraviti iskrivljenost ose otvora, teškoće pri honovanju žilavih legura obojenih metala zbog lijepljenja čestica za glavu za honovanje.
Metode za postizanje koncentričnosti Za funkciju pojedinih dijelova neophodno je ostvariti koncentričnost površina. Na slici 7.43. prikazan je sklop dva ležišta. Otvor u čelu vratila mora biti koncentričan sa vanjskom površinom. Iz funkcije sklopa jasno je da se posebnu pažnju mora posvetiti izradi otvora i vanjske površine da bi ova dva ležišta mogla ispravno da funkcionišu. Postizanje koncentričnosti pri obradi nije jednostavno. S obzirom da ove površine moraju imati veliku tačnost i dobar kvalitet obrađene površine, neophodno je provesti grubu, čistu i finu obradu. Obradu otvora treba provesti na jednom mjestu pri jednom stezanju. Grubu i čistu obradu treba provesti na strugu, a brušenje na brusilici sa jednim stezanjem (slika 7.44. i slika 7.45). Pri obradi otvora na bušilici koncentričnost se može ostvariti bušenjem otvora kroz kaljene vodice koje omogućavaju vađenje burgije u procesu obrade (slika 7.46.a). 153
Za postizanje koncentričnosti dvije unutrašnje površine, pri obradi na bušilici, izvodi se bušenje i upuštanje otvora sa upuštačem koji ima cilindrični dio za vođenje (slika 7.46.b). Koncentričnost vanjskih i unutrašnjih površina može se ostvariti i sa više operacija. Na slici 7.47. prikazana je izrada čahure od koje se zahtijeva koncentričnost vanjskih i unutrašnjih površina. Postizanje koncentričnosti površina pri izradi čahure ostvaruje se najlakše obradom čahure na revolver strugu pri jednom stezanju.
Obrada čahure u jednom stezanju Čahure, na revolverskom strugu, mogu se izrađivati od šipkastog materijala, odlivaka ili otkivaka. Čahure imaju kroz sredinu otvor prečnika d i dužine l. Odnos između dužine l i prečnika d je obično manji od 2. Čahure, čiji je unutrašnji prečnik manji od 25 mm, najčešće se izrađuju od šipkastog materijala. Na slici 7.48. prikazan je tehnološki proces izrade čahure sa jednim stezanjem od šipkastog materijala. Šipku stegnutu u stezni uređaj najprije se čeono porava (1), a zatim pomjera za potrebnu dužinu do graničnika i zatim stegne (2). U čeonoj površini izvede se zabušivanje da bi se osiguralo vođenje burgije (3). Pomoću specijalnog nosača na kome su postavljena tri alata za vanjsku obradu i burgija za bušenje, vrši se obrada uzdužnim pomjeranjem nosača i obrtnim kretanjem radnog predmeta (4). Proširivanje otvora na potrebne mjere, a također, izradu skošenja izvodi se novim nosačem sa dva alata (5). Završnu obradu izvodi se razvrtanjem, a zavisno od zahtijevanog kvaliteta može biti grubo ili grubo i fino. Razvrtač izvodi pravolinijsko kretanje dok radni predmet izvodi glavno obrtno kretanje. Na kraju procesa, pomoću noža za odsijecanje, odsijeca se čahuru na potrebnu dužinu (7).
154
