WYKŁAD: PROCESY I TECHNIKI PRODUKCJI
System produkcyjny: celowo zaprojektowany i zorganizowany układ materialny energetyczny i informacyjny eksploatowany przez człowieka służący produkowaniu określonych produktów (wyrobów lub usług) w celu zaspokojenia potrzeb klientów. (Brzeziński)
Systemem wytwarzania wyrobów nazywa się zoptymalizowaną strukturę organizacyjną, której celem jest wytwarzanie i dystrybucja wyrobów o wymaganych właściwościach i uzyskanie odpowiedniego zysku. (Karpiński)
Procesy:
pracy
naturalne (dotyczą zmian we właściwościach przedmiotów pracy, na skutek naturalnych zjawisk – bez udziału dodatkowej energii i człowieka (chłodzenie, sezonowanie, starzenie naturalne)
Operacja technologiczna – operacja produkcyjna wykonywana na jednym stanowisku pracy przez jednego pracownika na jednym przedmiocie (grupie przedmiotów) bez przerw, której wynikiem jest zmiana form, kształtu, wymiarów lub właściwości fizyko-chemicznych obrabianego materiału lub montaż (demontaż) wyrobów prostych w złożone.
Podział procesów produkcyjnych:
Wydobywcze
Przetwórcze (przekształcenie surowców i materiałów wyjściowych w produkty o zmienionym składzie chemicznym, stanie fizycznym, właściwościach mechanicznych i eksploatacyjnych).
Obróbczo – montażowe
Aparaturowe
Podział procesów produkcyjnych
Kryterium:
1)zakładowy podział pracy (procesy):
-podstawowe -pomocnicze
-obsługi -uboczne
-zarządzania (informacyjno – sterujące)
2)technologia procesu wytwarzania (procesy):
-otwarte -zamknięte -półotwarte -ciągłe
-półciągłe -periodyczne
3)sposób oddziaływania na przedmioty pracy (procesy)
-ręczne -maszynowo-ręczne -maszynowe
-zautomatyzowane -w centrach obróbczych -aparaturowe)
4)charakter przemian (procesy):
-liniowe -dezintegracyjne -intergracyjne -mieszane
5)struktura procesu (procesy):
-przygotowawcze -technologiczne -transportowe -składowania
-kontrolno-pomiarowe
6)stopień złożoności (procesy):
-proste -złożone
7)następstwo w czasie cykli (procesy):
-wielostopniowe o cyklach zachodzących na siebie (równoległe i szeregowo-równoległe)
-wielostopniowe szeregowe
Środki pracy: - obejmują maszyny i urządzenia wytwórcze
Środki produkcji: środki pracy wraz z przedmiotami pracy.
Stanowisko robocze (pracy, produkcyjne): środki pracy + przedmioty pracy + praca ludzka. Stanowiska mogą być
-jednoosobowe (indywidualne) -wieloosobowe (brygadowe)
Zgrupowanie stanowisk roboczych (komórek produkcyjnych zerowego stopnia) tworzy komórkę produkcyjną pierwszego stopnia KP0 ... itd.
Wyrób (efekt przekształcenia przedmiotów pracy)
-Prosty (detal, część) – jednolity element konstrukcyjny otrzymany z jednego materiału i nie posiadający powiązań z innymi elementami (chyba, że jest to powiązanie nierozłączne)
-Złożony (co najmniej dwa wyroby proste)
Zapasy produkcji
-Zapasy gotowe (magazynowe) -Zapasy produkcji w toku
Półwyrób: wyrób prosty, celowo niewykończony (np. odlew, odkuwka), podlegający w przyszłości dalszej obróbce
Wyrób gotowy: (prosty lub złożony) nie podlegający dalszej obróbce lub montażowi w zakładzie określonego producenta. (wyroby gotowe z punktu widzenia odbiorcy mogą być oczywiście półwyrobami)
Wyrób finalny: końcowy produkt procesu produkcyjnego określonego przedsiębiorstwa (jest on jednocześnie wyrobem gotowym). Nadaje się do samodzielnej eksploatacji.
Złożoność wyrobu: - określa stopień skomplikowania wyrobu oraz zbiór określonych reakcji zachodzących między poszczególnymi elementami wyrobu. (W0, W1, ...Wn – wyrób, główny zespół, zespół, podzespół, ..., detal)
Struktura wyrobu – elementy składowe (detale, podzespoły itd.) powiązane w wyrobie. Istotne są oznaczenia symboliczne uwzględniające strukturę wyrobu
Zasady racjonalnej organizacji procesu produkcyjnego:
zasada proporcjonalności
zasada liniowości
zasada ciągłości
zasada równoległości
zasada koncentracji
zasada specjalizacji
zasada rytmiczności – równomierności
zasada elastyczności
Zasada proporcjonalności – wszystkie operacje, fazy produkcyjne, stanowiska robocze i komórki produkcyjne powinny być dostosowane do siebie (brak wewnętrznych zakłóceń). Oznaczając: N1, N2,...,Nn – zadania produkcyjne poszczególnych komórek (faz), F1, F2,...,Fn – fundusze czasu dyspozycyjne otrzymuje się:
ocena stopnia realizacji tej zasady: współczynnik proporcjonalności produkcji:
gdzie: Ip – współczynnik proporcjonalności produkcji
Mpn– możliwości produkcyjne n-tej komórki (fazy) produkcyjnej
m – liczba komórek produkcyjnych
n – numer kolejnej komórki produkcyjnej
Zasada liniowości – brak nawrotów, skrętów, skrzyżowań. Miara:
gdzie: lp – najkrótsza (w lini prostej) droga przemieszczania przedmiotów pracy
lrz – rzeczywista droga przemieszczania przedmiotów pracy
Zasada ciągłości – nakazuje eliminację z procesu produkcyjnego wszelkich przerw. Stopień ciągłości można określić:
gdzie: Ot - okres technologiczny cyklu produkcyjnego
Cp - cykl produkcyjny
Pp - przerwy w cyklu
Wp - współczynnik przerw (przestoju). im większy współczynnik Ic, tym lepiej
Zasada równoległości – nakazuje wykonywanie wyrobów w tym samym czasie (skracanie czasu cyklu). Współczynnik równoległości procesu:
gdzie: Cpr - czas cyklu produkcyjnego przy równoległym przebiegu
Cprz - czas cyklu rzeczywistego
Mniejsze wartości współczynnika równoległości powodują zmniejszenie zapasów produkcji w toku i zamrożenie środków obrotowych.
Zasada koncentracji – nakazuje skupienie czynników produkcji w określonym obszarze produkcyjnym. Jej przeciwwagą jest zróżnicowanie (czyli dyferencjacja).
Zasada specjalizacji – ograniczenie różnorodności zadań produkcyjnych i asortymentu produkcji (ułatwia to organizację i planowanie produkcji).
Korzyści:
Postęp (zastosowanie specjalizowanych maszyn, integracja podzielonych procesów pracy, optymalizacja wykorzystania zdolności produkcyjnych, uproszczenie struktury produkcyjnej
Wzrost wydajności
Obniżenie kosztów wytwarzania
Ujemne strony:
Większe koszty stałe (więcej specjalizowanych – droższych) maszyn
Zwiększenie inercji układu (mniejsze możliwości dostosowania układu produkcyjnego do zmian warunków na rynku)
Zwiększenie niepewności produkcyjnej wyrobu finalnego związanej ze zwiększonym stopniem koncentracji produkcji)
Zasada rytmiczności - równomierności – wskazuje ona na potrzebę planowania produkcji w ustalonych rytmach – powtarzalność tych samych zjawisk w czasie.
Zasada elastyczności – mówi o konieczności szybkiego i łatwego przystosowania procesów produkcyjnych do nowych warunków otoczenia. Rozumie się przy tym:
zdolność do wytwarzania detali różnorodnych pod względem technologicznym (możliwość szybkiego przezbrajania stanowisk)
zdolność do zmian w programach produkcyjnych
zdolność do przewidywania i szybkiego reagowania na odchylenia i zaburzenia w produkcji.
Zasada ekonomii działania: optymalizacja efektu przy danych nakładach. Uzyskuje się to przez taki dobór środków i metod działania, aby zużyte nakłady dały optymalny efekt. Zasada ta wyraża się relacją między sposobem działania a efektem uzyskanym z poniesionych nakładów.
Zasada optymalnego wyniku działania: zwiększenie zużycia środków (lub nakładu pracy) osiąga w pewnym punkcie optymalny wynik użyteczny, po przekroczeniu tego punktu efekt maleje. Zasada ta wyraża relację między przyrostem ponoszonych nakładów a efektem (przy zachowaniu zasady ekonomii działania).
Zasada harmonizacji pracy: im lepiej są zharmonizowane działania osób, środki działania i okresy działania, tym lepsze uzyskuje się wyniki.
Zasada pracy bezpiecznej: praca wykonywana w warunkach bezpieczeństwa sprzyja wzrostowi wydajności.
Zasada sprawnego działania: stworzenie odpowiednich warunków technicznych, organizacyjnych i motywacyjnych; dostosowanie maszyn, narzędzi i pracy do człowieka oraz dobór człowieka do pracy.
Zasada ciągłości pracy: najlepsze wyniki uzyskuje się przy równomiernym i nieprzerwanym ciągu pracy.
Zasada intensyfikacji pracy: zwiększenie ilości i jakości wykonywanej pracy. Intensyfikacja może dotyczyć: przestrzeni (jej zmniejszenie), czasu, energii, ilości.
Zasada kompleksowości organizacji: żadnego ogniwa w procesie pracy nie można rozpatrywać w oderwaniu od całości, do której ono należy.
Zasada indywidualności organizacji: każde ogniwo w procesie pracy ma swoiste i niepowtarzalne cechy.
Zasada ekonomii ruchów: należy dążyć do ograniczenia ruchów zbędnych, skracania drogi ruchów niezbędnych oraz ich ułatwiania, a także do równomiernego i jednoczesnego (równoległego) obciążania tych części ciała człowieka, które mogą być zaangażowane w procesie pracy
Zasady ekonomii ruchów dotyczące pracy człowieka:
Obie ręce powinny rozpoczynać i kończyć pracę jednocześnie.
Obie ręce nie powinny pozostawać bezczynne w tym samym czasie (z wyjątkiem przerw na odpoczynek).
Ruchy ramion powinny być wykonywane jednocześnie, symetrycznie i w kierunkach przeciwnych względem siebie.
Ruchy rąk powinny być wykonywane przy zaangażowaniu najmniejszej grupy mięśni, wystarczającej do prawidłowego wykonania czynności.
Należy wykorzystywać siły bezwładności, jeżeli pomagają one w wykonywaniu pracy, a ograniczać ich występowanie w ruchach kontrolnych.
Ruchy płynne i łagodne są korzystniejsze od ruchów z wyraźnie zaznaczonymi zmianami kierunku.
Ruchy balistyczne są szybsze, łatwiejsze i bardziej dokładne niż ruchy krępowane (kontrolowane).
Praca rytmiczna pozwala na swobodne i automatyczne wykonywanie ruchów (praca rytmiczna występuje wtedy, gdy w wykonywanych ruchach występuje okresowe przyspieszenie i zwolnienie).
Zasady ekonomii ruchów dotyczące stanowiska roboczego:
Narzędzia i materiały powinny być układane na stałym ściśle określonym miejscu.
Narzędzia, materiały i przyrządy pomiarowe powinny być umieszczane możliwie blisko i na wprost wykonawcy.
Pojemniki i zasobniki wykorzystujące siłę ciężkości do przemieszczania materiałów powinny być stosowane do doprowadzenia ich na miejsce zużycia.
Odprowadzenie wyrobów ze stanowiska powinno odbywać się przy wykorzystywaniu siły ciężkości
Narzędzia i materiały powinny być rozmieszczone tak, aby zapewniały najlepszą kolejność ruchów.
Powinno się stosować odpowiednie środki dla zapewnienia dobrej widoczności, należyte oświetlenie jest podstawowym warunkiem dobrej i wydajnej pracy.
Wysokość stołu roboczego i siedzisk powinna umożliwiać wygodną pracę w każdej pozycji.
Konstrukcja i wysokość krzesła powinna zapewniać trzymanie prawidłowej pozycji pracy.
Zasady ekonomii ruchów dotyczące koncepcji narzędzi i maszyn:
Należy uwalniać ręce od czynności, które mogą być wykonywane w inny sposób.
Należy stosować narzędzia wieloczynnościowe.
Odkładanym narzędziom i przedmiotom należy nadawać określone położenie narzucające sposób ich późniejszego podejmowania.
Obciążenie pracą palców powinno być zgodne z możliwościami fizycznymi każdego z nich.
Uchwyty i rękojeści powinny być wykonane w sposób zapewniający maksymalną powierzchnię przylegania dłoni.
Dźwignie, koła zamachowe i kołowroty powinny być umieszczone w taki sposób, aby pracownik mógł nimi manipulować przy minimalnym poruszaniu ciała i z największą wydajnością.
WYKŁAD : Wybrane zagadnienia obróbki mechanicznej
Technologie maszynowe:
Formujące (formowanie plastyczne, spiekanie, odlewanie)
Kształtujące (skrawanie, ścieranie, erodowanie)
Ulepszające (powłoki, pokrycia)
Cieplne (ulepszanie cieplne, hartowanie)
Łączeniowe (rozłączne i nierozłączne)
Kontrolno – pomiarowe
Przyrostowe
Proces technologiczny – działanie mające na celu uzyskanie żądanych kształtów, wymiarów i właściwości przedmiotu pracy lub ustalenie wzajemnych położeń części lub zespołów w wyrobie.
Operacja – część procesu technologicznego wykonywana na jednym stanowisku roboczym, na jednym przedmiocie przez jednego wykonawcę lub grupę wykonawców w sposób ciągły.\
Zabiegi obróbkowe – czynności wykonywane zwykle tymi samymi narzędziami przy nie zmienionych parametrach obróbki, ustawieniu i zamocowaniu. Realizowany jest w jednym lub kilku przejściach
Układ obróbkowy OUPN – zespół elementów: obrabiarka, oprzyrządowanie (uchwyt), przedmiot obrabiany, narzędzie
Na dokładność wymiarowo – kształtową mają przede wszystkim dokładności obrabiarki:
Geometryczna: bicie wrzeciona, błędy położenia prowadnic, nieprostopadłość przesuwu sań poprzecznych do osi wrzeciona itp.
Kinematyczna: błędy położeń, wykonania i montażu elementów przekładniowych (kół zębatych, śrub pociągowych, listew prowadzących) wiążących ze sobą składowe ruchy kształtowania powierzchni złożonych - Np. gwintów i uzębień
Ustawcza: (dokładność pozycjonowania) – określa błą wynikowy mechanizmów służących do ustawień obrabiarki w zadanym położeniu – Np. przesuwanie stołu lub noża na zadaną odległość
Techniki wytwarzania stosowanew procesach maszynowych:
Odlewnictwo
Obróbka plastyczna
Spawalnictwo
Obróbka skrawaniem
Obróbki wykańczające
Obróbki skoncentrowanymi strumieniami energii
Obróbka cieplna i cieplno – chemiczna
Przetwórstwo tworzyw sztucznych
Kształtowanie przyrostowe
Technologie powłok
1)Odlewnictwo
Odlewanie w masach formierskich w formach jednorazowych
Odlewanie metodą topionych modeli
Odlewanie skorupowe
Odlewanie w formach metalowych – kokilach
Odlewanie pod ciśnieniem
Odlewanie odśrodkowe
2)Obróbka plastyczna
Walcowanie
Kucie
Swobodne
matrycowe
Wyciskanie
Ciągnienie – przeciąganie
Tłoczenie
Wyoblanie
Obciąganie
3)Spawalnictwo
Spawanie
Gazowe
Elektryczne
Zgrzewanie
Zgrzewanie elektryczne oporowe
Zgrzewanie w stanie stałym
Lutowanie
Klejenie
4) Klasyfikacja obróbki skrawaniem
Sposoby obróbki wiórowej:
-Toczenie -Wiercenie, rozwiercanie, pogłębianie otworów -Frezowanie
-Struganie -Dłutowanie -Przeciąganie i przepychanie
-Nacinanie gwintów i uzębień
Rodzaje obróbki ze względu na dokładność:
-Obróbka zgrubna -Obróbka średnio dokładna
-Obróbka dokładna -Obróbka bardzo dokładna
5)Obróbki wykańczające
Szlifowanie
Gładzenie (honowanie)
Dogładzanie oscylacyjne
Docieranie
_______________________________________________________________________________
Obróbka skrawaniem - polega na mechanicznym oddzieleniu, przez ostre narzędzia, warstwy naddatku materiału i przetworzeniu go w wiór. Celem tej obróbki jest nadanie obrabianemu przedmiotowi żądanego kształtu, wymiarów i określonych właściwości warstwy wierzchniej.
Obróbka skrawaniem dzieli się na:
-obróbkę wiórową -obróbkę ścierną
Nowoczesną technikę obróbki skrawaniem cechują:
-Pewność produkcji (utrzymanie wymaganej jakości wyrobu, minimalizacja przestojów, wczesne rozpoznawanie zakłóceń, niezawodność maszyn i urządzeń)
-Efektywność (wydajność i koszty wytworzenia)
-Elastyczność
Toczenie - Jest to obróbka, w której w wyniku ruchu obrotowego uzyskuje się osiowo symetryczny wyrób. Przy odpowiednio prowadzonym nożu można jednak uzyskać również osiowo niesymetryczne kształty eliptyczne lub krzywkowe.
Wiercenie, rozwiercanie, gwintowanie - Służą one do wykonywania, amiany wymiarów lub kształtu małych i średnich otworów. Metody te są wydajne, charakteryzują je niskie koszty wykonania. Różna jest dokładność wykonania – najmniej dokładne i gładkie są otwory wykonane poprzez wiercenie, najdokładniejsze uzyskuje się przez rozwiercanie wykańczające.
Struganie - Jest to obróbka, w której w wyniku ruchu roboczego prostoliniowego (posuwistego) wykonuje się powierzchnie płaskie lub złożone (np uzębienia walcowe – kopiowanie). Ruch powrotny jest ruchem jałowym. Jest to obróbka dokładna, ale nie uzyskuje się powierzchni o małej chropowatości. Jest to obróbka stosowana zwykle w produkcji jednostkowej lub małoseryjnej.
Przeciąganie i przepychanie - Są to obróbki, w których warstwa materiału usuwana jest podczas jednego przejścia specjalnego narzędzia wieloostrzowego (bardzo kosztownego). Uzyskane przedmioty cechują się dużą dokładnością obróbki, małą chropowatością
Nacinanie gwintów i uzębień
Podstawowe metody:
-Kopiowa -Kształtowa -obwiedniowa
Odlewnictwo - Jest gałęzią techniki obejmującą wykonanie przedmiotów metalowych (odlewów), których kształt uzyskuje się przez skrzepnięcie ciekłego metalu (czystego lub stopu) w odpowiednio wykonanych formach.
METODY:
Cechy metody jednorazowych form
Produkcja jednostkowa lub seryjna
Cechy wyrobów:
Mała dokładność wymiarów i położenia (naddatki na obróbkę muszą być większe)
Dobre odwzorowanie kształtu
Duże naprężenia w objętości wyrobu
Duża chropowatość powierzchni
Zróżnicowanie struktury na powierzchni i wnętrzu wyrobu
Wysoki koszt wykonania odlewu
Metoda topionych modeli
Stosowana do wyrobów o złożonych kształtach, bez konieczności wykonywania formy (głównie przedmioty artystyczne)
Etapy wykonania
Wykonanie modelu w twardym wosku (Np. techniką rzeźbienia)
Model z wosku wraz z wlewem i przelewem umieszcza się w formie piaskowej a następnie całość w piecu
Pod wpływem ciepła wosk wytapia się
Wykonanie odlewu z metalu
Po ostygnięciu rozbija się formę
Przedmiot poddawany jest czyszczeniu strumieniem piasku i szczotkami
Cechy
duża dokładność kształtu,
Mała chropowatość
Wyższy koszt niż przy metodzie form jednorazowych
Odlewanie skorupowe
Zamiast formy piaskowej stosuje się cienkościenną formę z mieszaniny piasku kwarcowego i sztucznej żywicy. Dużą wytrzymałość mechaniczną i kształt uzyskuje się przez polimeryzację żywicy.
Cechy
Bardzo dobra jakość powierzchni, nie wymagająca na ogół dodatkowej obróbki skrawaniem
Znacznie wyższy koszt niż w poprzednich metodach
Wyższy koszt niż przy metodzie form jednorazowych
Odlewanie w formach metalowych – kokilach
Polega na wlaniu ciekłego metalu do składanej formy metalowej (kokili)
Cechy
Stosowane w produkcji seryjnej i masowej precyzyjnych wyrobów
Duża trwałość formy metalowej
Odlewanie pod ciśnieniem
Cechy:
Wysokie ciśnienie robocze wtłaczania materiału do formy (2 – 10 MPa)
Wymaga stosowania odpowiednich maszyn
Stosowane w produkcji masowej
Odlewanie odśrodkowe
Ciekły metal pod własnym ciężarem wlewany jest do wirującej formy metalowej.
Cechy
Otrzymywane odlewy mają ścisłą budowę wewnętrzną i dobre właściwości mechaniczne
Bardzo dobre odwzorowanie kształtu
Małe błędy wymiarów i położenia powierzchni
Małą chropowatość
Znacznie mniejsze naprężenia wewnątrzmateriałowe oraz porowatość
Stosunkowo niski koszt wykonania wyrobu
Obróbka plastyczna
W czasie obróbki można:
Nadać przedmiotowi określony kształt
Dokonać podziału materiału
Dokonać zmiany właściwości fizykochemicznych lub struktury
Wywołać wewnątrz materiału określony rodzaj i wielkośc naprężeń
Obróbkę plastyczną można wykonać w temperaturze:
Na gorąco – zachodzą procesy rekrystalizacji
Na półgorąco – powstaje rekrystalizacja i zgniot oraz umocnienie i zdrowienie materiału
Na zimno – rekrystalizacja lub zdrowienie
Ze stanu płynnego metalu – doprowadzany jest on do zamkniętej matrycy i poddawany naciskowi stempla
Spawalnictwo - Spawalnictwo jest działem technologii obejmującym procesy trwałego łączenia (spajania) materiałów w celu uzyskania odpowiedniej geometrii przedmiotu. Połączenie zapewnia ciągłość fizyczną przedmiotu.