Kontakt:
43-450 Ustroń, ul. 3 Maja 15
tel./kom.: 33 854 35 43, 785 916 048
tel./fax: 33 854 55 40
e-mail: zsp.ustron@interia.pl

Programy i referaty

mgr inż. Marek Sikora


PROGRAMY
  1. Program do obliczania wymiarów geometrycznych kół zębatych kolozeb 7kB
  2. Program komputerowy do statystycznego opracowywania wyników pomiarów stat 60kB+OPIS 4kB
REFERATY
  1. Perspektywy rozwoju materiałów narzędziowych.   pobierz 10kB
  2. Optymalizacja rozwiązań konstrukcyjnych na przykładzie przekładni pasowej.   pobierz 40kB
  3. Obliczanie przełożeń przekładni planetarnych zębatych.   pobierz 44kB

1. Perspektywy rozwoju materiałów narzędziowych

Najważniejszą obecnie technologią kształtowania elementów maszyn i urządzeń jest w dalszym ciągu obróbka skrawaniem. Nawet w przypadku plastycznego kształtowania części na zimno lub na gorąco, względnie przez odlewanie, wiele końcowych zabiegów technologicznych wykonuje się przez skrawanie. Wraz z rozwojem techniki poszukuje się optymalnych czynników mogących obniżyć koszty wytwarzania wg tej technologii. W tym celu bierze się pod uwagę rodzaj obrabiarek, rodzaj materiału narzędzia skrawającego, geometrię ostrza narzędzia i parametry skrawania. Wszystkie te czynniki powinny zapewnić również odpowiednią jakość obrabianych części oraz wydajność obróbki.

Zasadnicze znaczenie w obserwowanym w ostatnich dziesięcioleciach rozwoju obróbki skrawaniem, zwłaszcza w zakresie wzrostu wydajności i jakości obróbki, mają nowoczesne, wysoko wydajne narzędzia skrawające, umożliwiające skrawanie z dużymi prędkościami. Ogólnie można przyjąć, że możliwości wzrostu prędkości skrawania są determinowane odpornością materiału narzędzia na zużycie ścierne, zwiększanie zaś posuwu i głębokości skrawania odpornością materiału narzędzia na dynamikę obróbki, która jest zależna od wytrzymałości na zginanie. Zatem większość prac badawczych, których celem jest zwiększanie wydajności obróbki, jest ściśle związana z ciągłym polepszaniem wymienionych parametrów materiałów narzędziowych.

Podstawową i najbardziej rozpowszechnioną techniką wytwarzania nowoczesnych materiałów narzędziowych jest klasyczna lub zmodyfikowana technologia metalurgii proszków. O jej rozpowszechnieniu zadecydowało także to, że dla większości obecnie stosowanych materiałów narzędziowych jest ona jedyną możliwą technologią wytwarzania. Spośród materiałów narzędziowych stosowanych we współczesnym przemyśle największe znaczenie w operacjach obróbki skrawaniem mają:

  1. stale szybkotnące,
  2. węgliki spiekane,
  3. ceramika narzędziowa i w mniejszym zakresie
  4. materiały supertwarde (regularny azotek boru i polikrystaliczny diament syntetyczny).

Postęp w zakresie narzędzi przebiega jednocześnie w trzech powiązanych ze sobą kierunkach.

Pierwszy kierunek rozwoju to opracowywanie nowych gatunków materiałów oraz optymalizacja składu chemicznego istniejących materiałów narzędziowych pod kątem wzrostu ich właściwości skrawnych. Wynika to z rozwoju inżynierii materiałowej, którego efektem jest wprowadzenie na rynek nowych gatunków stali szybkotnących, węglików spiekanych, ceramiki narzędziowej oraz innych nowoczesnych materiałów narzędziowych. Postęp w tej dziedzinie, połączony z rozwojem obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej oraz ugruntowującej się techniki cienkich warstw przeciwzużyciowych sprawia, że jest to kierunek priorytetowy w rozwoju narzędzi skrawających.

Drugi kierunek rozwoju narzędzi skrawających dotyczy optymalizacji i unifikacji konstrukcji. Rozwój narzędzi, zarówno w odniesieniu do materiału ostrza, jak i konstrukcji polega na:

  1. zwiększeniu obszaru zastosowań narzędzi dzięki ich uniwersalności, co umożliwia ograniczenie zestawu użytkowych narzędzi, ułatwiając przez to gospodarkę narzędziową
  2. wprowadzenie wąskiej specjalizacji narzędzi, przystosowanych do konkretnych, trudnych przypadków obróbkowych.

Trzeci kierunek rozwoju dotyczy niezawodności pracy narzędzi, co wiąże się z szybko postępującą automatyzacją i robotyzacją procesów obróbki skrawaniem.

Przewidywany w końcu XX wieku światowy deficyt wolframu i kobaltu, podstawowych składników stali szybkotnących i węglików spiekanych, przyczynił się do wzrostu zainteresowania trudno topliwymi fazami międzymetalicznymi nakładanymi w postaci cienkich twardych pokryć (warstw) przeciw zużyciowych na podłożach, których technologia pokrywania jest w pełni opanowana. Eksploatacja narzędzi z takimi pokryciami wykazała kilkukrotny wzrost trwałości w porównaniu z narzędziami nie pokrytymi (konwencjonalnymi). Zasadniczo pokrywanie narzędzi skrawających twardymi warstwami jest obecnie realizowane dwiema metodami:

  1. CVD (Chemical Vapour Deposition - chemiczne osadzanie z fazy gazowej)
  2. PVD (Physical Vapour Deposition - fizyczne osadzanie z fazy gazowej).

Problematyką materiałów narzędziowych przeznaczonych do obróbki skrawaniem, związaną z pokrywaniem ostrzy narzędzi warstwami przeciwzużyciowymi oraz badaniem procesów zużycia zachodzących podczas skrawania, zajmuje się w świecie wiele poważnych ośrodków naukowych i naukowo-badawczych. Również w kraju wiele ośrodków prowadzi badania w tym zakresie.

Rozwój materiałów narzędziowych stymulowany jest technologią, w której znajdują one zastosowanie. Materiały na narzędzia do obróbki plastycznej z obróbką plastyczną.

Indywidualne cechy zabiegów plastycznego kształtowania metali narzucone są własnościami obrabianego materiału i kształtem wyrobu. Własności materiału scharakteryzowane naprężeniem uplastyczniającym, odkształceniem granicznym lub w sposób bardziej ogólny krzywą umocnienia zależą od temperatury odkształcania. Daje to możliwość zmiany warunków obróbki plastycznej w bardzo szerokim przedziale. Kształt wyrobu wymusza przede wszystkim metodę obróbki plastycznej oraz związaną z nią maszynę i odpowiedni zestaw narzędzi. Te dwa elementy decydują o tej części procesu kształtowania, która realizowana jest poprzez bezpośredni kontakt obrabianego materiału i narzędzia. Kontakt ten może charakteryzować się stałą lub zmienną powierzchnią wzajemnego oddziaływania. Poniżej przedstawiono zbiór wiadomości o materiałach stosowanych na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno, zwłaszcza objętościowej, w której to technologii odkształcenie występujące przy zmiennej powierzchni styku powoduje, że narzędzia są szczególnie silnie obciążone i ulegają zniszczeniu na skutek odkształcenia trwałego lub pękania.

Do niedawna podstawowym materiałem stosowanym na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno były klasyczne, wysokochromowe stale klasy ledeburytycznej typu NC11 oraz ich modyfikacje z dodatkami pierwiastków stopowych silnie węglikotwórczych (molibdenu, wolframu, wanadu), sprzyjających rozbiciu segregatów węglików pierwotnych. Dalszą poprawę jakości tych stali uzyskano poprzez unowocześnienie technologii ich wytopu oraz hutniczej obróbki plastycznej. Wobec wyczerpania się możliwości roz-wojowych tych stali, na silnie obciążone narzędzia do obróbki plastycznej na zimno zaczęto stosować, należące również do klasy ledeburytycznej, stale szybkotnące, stosowane dotąd na narzędzia skrawające. Na silnie obciążone narzędzia do wyciskania zastosowano początkowo klasyczne stale szybkotnące. Dzięki lepszym własnościom mechanicznym osnowy tych stali, a także większej ich odporności na ścieranie i na odpuszczające działanie temperatury, zastosowanie narzędzi z tych stali umożliwiło zintensyfikowanie procesów kształtowania plastycznego metali na zimno. Duża odporność na ścieranie i na działanie odpuszczające temperatury nie są cechami decydującymi o trwałości narzędzi do obróbki plastycznej na zimno. Dlatego zwrócono także uwagę na stale szybkotnące oszczędnościowe. Badania własne potwierdziły celowość zastępowania w przypadku takich zastosowań klasycznych stali szybkotnących, gatunkami oszczędnościowymi.

Dalszym krokiem polepszenia jakości narzędzi może być rozpowszechnianie procesu azotowania. W ostatnim czasie w produkcji wysokojakościowych narzędzi (także do obróbki plastycznej ) coraz większą rolę odgrywają obróbki cieplno-chemiczne, których skutkiem są twarde, odporne na ścieranie warstwy. Poprawnie prowadzony proces azotowania pozwala także zwiększyć odporność na cyklicznie działające obciążenia. Niedostatkiem stali szybkotnących wytwarzanych technologią konwencjonalną jest segregacja. Tę wadę struktury można częściowo usunąć przez kształtowanie w podwyższonej temperaturze wyprasek narzędzi lub przez zmianę procesu metalurgicznego (zastosowanie spiekania). Pierwszy sposób opłaca się w odniesieniu do dużej ilości narzędzi, drugi (stale doskonalony) staje się bardziej popularny, mimo, iż materiały otrzymywane tym sposobem są kosztowne. Rozwój metod spiekania materiałów narzędziowych jest gwarantem rozwoju intensywnych procesów obróbki plastycznej, w których możliwa jest wielkoseryjna produkcja wyrobów z materiałów o podwyższonym oporze plastycznym. Ważnym osiągnięciem stała się możliwość wyprodukowania węglików spiekanych o podwyższonej odporności na pękanie, przy zachowaniu odpowiednich wskaźników ich jakości. Umożliwia to wykorzystanie spieków twardych nie tylko na matryce, ale także na stemple do przeciwbieżnego wyciskania na zimno.

Wobec istniejących już możliwości przenoszenia dużych obciążeń przez materiały spiekane, celowe staje się nakładanie na narzędzia do obróbki plastycznej warstw odpornych na ścieranie. Znane jest nakładanie na węgliki spiekane twardych warstw węglików i azotków tytanu. Opanowanie tych metod w odniesieniu do narzędzi do obróbki plastycznej warunkuje dalszy postęp w unowocześnianiu krajowych technologii tej obróbki.

Podstawowym czynnikiem przyczyniającym się do rozwoju materiałów narzędziowych jest ciągła dążność do polepszenia jakości i wydajności produkcji. Rozwój ten przebiega w następujących głównych kierunkach:

  1. opracowywania nowych modyfikacji istniejących metod wytwarzania i przygotowywania proszków,
  2. modyfikacji i optymalizacji składu chemicznego,
  3. opracowywania nowych metod zagęszczania proszków,
  4. doskonalenia technik pokrywania powierzchni narzędzi twardymi warstwami przeciw zużyciowymi oraz konstytuowania warstwy wierzchniej.

W zakresie pierwszego kierunku rozwoju należy oczekiwać postępu przede wszystkim w zwiększaniu zakresu stosowania tzw. proszków ultradrobnoziarnistych. Już obecnie produkowane materiały narzędziowe z tego typu proszków wykazują znaczący wzrost twardości i wytrzymałości na zginanie, a zatem również zwiększenie okresu trwałości w porównaniu z analogicznymi materiałami narzędziowymi wytworzonymi z proszków o wymiarach standardowych.

W zakresie drugiego kierunku rozwoju materiałów narzędziowych tj. modyfikacji i optymalizacji ich składu chemicznego, należy się spodziewać dalszych prób z doborem różnych twardych faz (węglików, azotków, borków, tlenków) oraz osnowy wiążącej ze stopów układu Fe-Ni lub Mo zamiast kobaltu. W przypadku wytwarzania materiałów narzędziowych bez udziału osnowy wiążącej (materiały ceramiczne), będą natomiast prowadzone prawdopodobnie dalsze badania z doborem whiskerów z nowych materiałów. Jednakże wydaje się, że zasadniczym kierunkiem rozwoju w tym zakresie będzie optymalizacja składu chemicznego już istniejących gatunków materiałów narzędziowych (które charakteryzują się dobrymi właściwościami użytkowymi), przy przyjęciu kryteriów - maksymalizacji okresu trwałości i zwiększenia zakresu ich zastosowań.

Trzeci kierunek rozwoju materiałów narzędziowych będzie prawdopodobnie polegał na zwiększeniu zakresu stosowania izostatycznego prasowania na zimno (lepsza jednorodność zagęszczania w porównaniu z prasowaniem jednoosiowym) oraz dogęszczaniu spieku (po operacji spiekania) metodą izostatycznego prasowania na gorąco (HIP). Należy się spodziewać, że coraz częściej będzie stosowana jednostopniowa metoda: spiekanie - HIP, umożliwiająca w czasie jednego cyklu formowanie, spiekanie i dogęszczanie. Materiały narzędziowe wytwarzane tą metodą charakteryzują się gęstością zbliżoną do teoretycznej i znacznie większą wytrzymałością na zginanie od analogicznych materiałów wytworzonych poprzez spiekanie swobodne. Nie bez znaczenia jest tu również skrócenie czasu cyklu wytwarzania.

Czwarty kierunek rozwoju będzie dotyczyć zapewne nowych metod nakładania pokryć, stosowania coraz doskonalszych materiałów na pokrycia, konstytuowania twardych warstw oraz przede wszystkim optymalizowania ich własności użytkowych. Wydaje się, że największą szansę na spełnienie tych oczekiwań zapewnią okrycia złożone, których struktura i właściwości mogą być dodatkowo optymalizowane przez umocnienie roztworowe.

Niezależnie od postępów w wymienionych czterech kierunkach rozwoju spiekanych materiałów narzędziowych ich właściwości są zależne przede wszystkim od składu chemicznego i mikrostruktury, a te z kolei od charakterystycznych właściwości użytego proszku oraz metod jego przetwarzania w końcowy wyrób.

POCZĄTEK


link do strony głównej


2. Optymalizacja rozwiązań

konstrukcyjnych na przykładzie

przekładni pasowej

Na wielu przedmiotach zawodowych uczniowie wykonują projekty różnego rodzaju urządzeń, maszyn i mechanizmów, przy czym najczęściej ograniczają się do jednego wariantu rozwiązania konstrukcyjnego. Tymczasem, przyjmując ścisłe założenia dla jakiejś maszyny lub urządzenia teoretycznie można by było zaprojektować je w nieskończonej liczbie odmian konstrukcyjnych, praktycznie zaś w bardzo dużej. Spośród tej liczby rozwiązań można byłoby wyodrębnić cały szereg opracowań odpowiadających w pewnym przybliżeniu przyjętym założeniom, różnić się jednak one mogą bardzo znacznie sposobem lub szczegółami ujęcia konstrukcyjnego. Prawdopodobnie każde z tych rozwiązań będzie istotnie odpowiadać całkowicie założeniom, lecz może nie każde uwzględnia wszystkie konieczne warunki zapewniające prawidłowość opracowanej konstrukcji. Celem optymalizacji rozwiązań konstrukcyjnych jest więc wybranie najkorzystniejszego spośród szeregu możliwych do przyjęcia wariantów. W niniejszym referacie przedstawiony zostanie przykład zastosowania optymalizacji w celu dokonania wyboru najlepszego rozwiązania projektowanej przekładni pasowej. Zaprojektowanie przekładni pasowej jest jednym z ćwiczeń, jakie wykonują uczniowie w ramach przedmiotu "podstawy konstrukcji maszyn" w kl. 4 technikum.

W pierwszej części projektu zadaniem uczniów jest obliczenie wymiarów geometrycznych i liczby pasków przekładni oraz dokonanie wyboru najlepszego z trzech wariantów przekładni obliczanych dla podanych przez nauczyciela rodzajów pasków (zależnych od mocy przenoszonej przez przekładnię).

W referacie przyjęto następujące dane wyjściowe do obliczeń:

Moc przenoszona N=5 KW
Obroty na wejściu n1=1440 obr/min
Czas pracy T=8 h/dobę
Przełożenie i=2
Warunki pracy ciężkie
Urządzenie napędzane obrabiarka do drewna

Schemat przekładni

przekładnia

Po przeprowadzeniu powyższych obliczeń uczniowie powinni samodzielnie wybrać kryteria, wg których dokonywać będą oceny poszczególnych rozwiązań, a następnie bazując na wybranych kryteriach przeprowadzić optymalizację, której celem będzie wybranie jednego z trzech wariantów rozwiązania konstrukcyjnego przekładni.

Ogólnie rzecz biorąc, wymagania, które musi wziąć pod uwagę konstruktor, można podzielić na następujące grupy:

  1. eksploatacyjne
  2. ekonomiczne
  3. technologiczne
  4. produkcyjne

Do wymagań eksploatacyjnych zalicza się:

  1. przystosowanie do zadań eksploatacyjnych,
  2. niezawodność działania,
  3. wytrzymałość i sztywność,
  4. trwałość i odporność na zużycie, odporność na korozję,
  5. zabezpieczenie przed przeciążeniem lub uszkodzeniem,
  6. bezpieczeństwo i higiena pracy.

Do wymagań ekologicznych:

  1. sprawność,
  2. rentowność maszyny,
  3. koszt własny, lekkość budowy.

Do wymagań technologicznych:

  1. prostota procesów technologicznych,
  2. łatwy montaż i naprawa.

Do wymagań produkcyjnych:

  1. przystosowanie konstrukcji do produkcji możliwości zakładu,
  2. sprowadzenie do minimum ilości części,
  3. zunifikowanie części, zespołów i całych maszyn,
  4. ograniczenie asortymentu materiałów.

Wszystkie te wymagania powinny być jednocześnie wzięte pod uwagę przy projektowaniu, w celu znalezienia rozwiązania optymalnego.

WYMAGANIA EKSPLOATACYJNE

Wymagania eksploatacyjne polegają na nadaniu konstrukcji cech koniecznych z punktu widzenia właściwych, eksploatacyjnych możliwości maszyny lub urządzenia.

1. Przystosowanie do zadań eksploatacyjnych
Każda maszyna musi być przystosowana do wykonywania określonych czynności produkcyjnych, powinna ułatwiać pracę pracownikowi i zwiększać jego wydajność. Poza tym musi być ekonomiczna w pracy i ekonomicznie wykonana, a więc musi ściśle wykonywać narzucone jej funkcje, przy najmniejszym koszcie własnym. W związku z tym przed przystąpieniem do zaprojektowania maszyny należy opracować dla niej tak zwane założenia, czyli zestawienie danych charakterystycznych maszyny.

2. Niezawodność pracy
Od każdej maszyny lub urządzenia wymagamy niezawodności działania, to znaczy wykonania właściwych jej funkcji przez przewidziany przeciąg czasu, bez uszkodzeń i przerw. Ta cecha maszyny zależy od jakości rozwiązania konstrukcyjnego poszczególnych części i zespołów maszyny, a więc od ich wytrzymałości, trwałości i sztywności.

3. Wytrzymałość i sztywność maszyny
Pod pojęciem wytrzymałości maszyny lub urządzenia rozumiemy zdolność poszczególnych części i całej maszyny przeciwstawiania się obciążeniom zewnętrznym. Zrozumiałe, że te własności będą zależały od ścisłego określenia przez konstruktora rzeczywistych obciążeń zewnętrznych, a stąd również i sił działających na poszczególne części maszyny. Poza tym od ścisłego określenia powstających w poszczególnych częściach maszyny naprężeń, zależy wytrzymałość i sztywność całej konstrukcji. Sztywność maszyny lub urządzenia charakteryzuje się odkształceniem poszczególnych części lub zespołów w czasie pracy maszyny pod działaniem obciążeń. Powiększenie sztywności części maszyny prowadzi przeważnie do zwiększenia ciężaru całości, a co za tym idzie do zwiększenia kosztu. W związku z tym należy zwiększać sztywność tylko tych części, które w sposób decydujący wpływają na jakość pracy maszyny.

4. Trwałość
Każda maszyna lub urządzenie z biegiem czasu ulegają zużyciu, na skutek czego tracą zdolność do pracy. Nie wszystkie jednak części w maszynie ulegają jednakowemu zużyciu. Zużywają się te części, które biorą czynny udział w pracy maszyny jak na przykład: wały, łożyska, koła zębate, pasowe, itp. Pewne części w ogóle nie ulegają zużyciu. O trwałości maszyny decydują części zużywające się. Zadaniem konstruktora jest takie ukształtowanie tych części i zastosowanie do ich wykonania takich materiałów, aby zużycie było najmniejsze, a okres pracy najdłuższy.

5. Odporność na korozję
Zagadnienie trwałości maszyny łączy się jeszcze z zagadnieniem zabezpieczenia jej przed niszczącym działaniem korozji. W budownictwie ogólno-maszynowym zabezpieczenie przed korozją polega zazwyczaj na zabezpieczeniu przed wpływami atmosferycznymi oraz przed oddziaływaniem wilgoci. Sposobami walki z korozją są:

  1. dobór właściwych materiałów do budowy takich urządzeń,
  2. właściwe ukształtowanie poszczególnych części konstrukcji,
  3. stosowanie powłok ochronnych metalowych, nieorganicznych i organicznych.

WYMAGANIA EKONOMICZNE

Wymagania ekonomiczne uwzględniają ekonomiczność budowy samej maszyny, procesu jej eksploatacji oraz procesy wytwarzania. Ekonomiczność eksploatacji zależna jest z jednej strony od energetycznej sprawności maszyny, czyli od stosunku mocy wykorzystanej do mocy pobranej, z drugiej strony od rentowności maszyny, czyli różnicy pomiędzy wartością produkcji, a kosztami eksploatacji i amortyzacji. O ekonomiczności wytwarzania świadczy przede wszystkim koszt własny maszyny przy założeniu, że spełnia ona wszystkie założone funkcje.

1. Sprawność energetyczna maszyny
Jest rzeczą jasną, że każda maszyna powinna mieć możliwie najwyższą sprawność, czyli pracować przy najmniejszych stratach. Na wielkość strat zachodzących w maszynie wpływa wiele czynników, z których największe znaczenie mają opory tarcia. Największe opory tarcia powstają przy wzajemnym poślizgu części maszyny, jak na przykład w łożyskach ślizgowych, przekładniach zębatych, przekładniach ślimakowych, napędach śrubowych itp. Lecz i tu konstruktor ma możność doboru warunków pracy lub materiałów, co pozwala w pewnych granicach zmniejszyć współczynnik tarcia, a więc i opory tarcia.

2. Rentowność maszyny
Określana jest jako różnica między wartością produkcji, a kosztami eksploatacji i amortyzacji maszyny w tym samym czasie. Na koszt eksploatacji składają się wydatki na obsługę, smar, remonty itp. W zależności od rodzaju maszyny pozycje te będą ulegały zmianie oraz zmienny będzie ich wpływ na całkowity koszt eksploatacji.

3. Koszt własny maszyny
Jest wielkością bardzo złożoną, odzwierciedlającą zarówno warunki gospodarcze produkcji jak i względy techniczno - konstrukcyjne. Na koszt własny maszyny składają się następujące pozycje:

  1. koszt materiałów potrzebnych do wykonania maszyny,
  2. koszt obróbki mechanicznej, cieplnej, itp.
  3. koszt montażu,
  4. koszt wykonania prototypowego urządzenia,
  5. koszt prób i poprawek,
  6. koszt części gotowych ( łożysk, uszczelnień itp.)
  7. koszt dokumentacji konstrukcyjnej i technologicznej

Konstruktor projektując maszynę ma możność wpływu na koszt materiału, zarówno ze względu na jego ilość jak i jakość, na koszt obróbki, może bowiem zastosować droższy lub tańszy sposób obróbki, na koszt montażu, gdyż rozwiązanie konstrukcyjne szczegółów maszyny powodować będzie konieczność zastosowania droższych lub tańszych sposobów montażu, wreszcie stosując tańsze lub droższe części gotowe również wpływa na koszt budowy.

WYMAGANIA TECHNOLOGICZNE

Wymagania technologiczne związane są z procesem produkcji. Odnoszą się one zarówno do całych maszyn jak i ich części składowych. Do niedawna pod tym pojęciem rozumiano jedynie uzgadnianie wykonanych rysunków części maszyn pod względem technologicznym, w celu obniżenia pracochłonności oraz ułatwienia wykonania tych części. Dotyczyło to takich szczegółów jak: pochylenia odlewnicze i kuźnicze, podtoczenia, itp. Przy obecnym nowoczesnym podejściu do zagadnienia technologiczności, wychodzi się z założenia, że daną maszynę o określonych parametrach eksploatacyjnych można zaprojektować w kilku rozwiązaniach, a każde z nich w kilku rozwiązaniach technologicznych, różniących się znacznie pracochłonnością oraz w efekcie końcowym ceną całej maszyny. W związku z powyższym względy technologiczne muszą być wzięte pod uwagę już w trakcie procesu konstruowania, jako wynik przeprowadzonej ekonomiczno-technicznej analizy układu konstrukcyjnego całej maszyny oraz poszczególnych jej części.
Wybrane do wykonania rozwiązanie konstrukcyjne musi mieć:

  1. prosty proces technologiczny,
  2. atwy montaż, dogodne warunki transportu oraz naprawy.

1. Prostota procesu technologicznego
W celu ułatwienia procesu technologicznego oraz jego potanienia, części maszyny muszą odznaczać się następującymi cechami:

  1. prostotą kształtu geometrycznego, dostosowanego do wielkości produkcji, a więc sposobu wykonania oraz wyposażenia zakładu produkcyjnego,
  2. minimalnymi naddatkami na obróbkę, a więc zbliżeniem wymiarów półfabrykatów do wymiarów gotowego produktu,
  3. minimalną ilością odpadów materiałowych, zwłaszcza w odniesieniu do wyrobów tłoczo-nych z blachy,
  4. zmniejszeniem asortymentu i uproszczeniem narzędzi, przyrządów i uchwytów,
  5. standaryzacją części i zespołów.

2. Montaż
Końcowy proces produkcji maszyn lub urządzeń - montaż polega na łączeniu ze sobą wszystkich już całkowicie wykończonych części maszyny, w taki sposób, aby zabezpieczyć ich ściśle określone względnie wzajemne ułożenie, a w pewnych przypadkach i względny ruch. Proces montażu może polegać na łączeniu ze sobą kolejno poszczególnych części maszyny, tak jest w obiektach małych, lub też na łączeniu wstępnym części w podzespoły i zespoły, a następnie na montażu poszczególnych zespołów. Drugi system montażu ma zastosowanie w dużych skomplikowanych urządzeniach.

WYMAGANIA PRODUKCYJNE

W czasie konstruowania należy uwzględnić potrzeby zakładu produkcyjnego i mieć na względzie uproszczenie i potanienie produkcji, a więc również podłoże ekonomiczne.

1. Przystosowanie konstrukcji do możliwości produkcyjnych zakładu
Do produkcji opracowanej przez konstruktora maszyny zazwyczaj wyznaczany jest określony zakład. O ile jest to już istniejąca i czynna fabryka ,to zadanie konstruktora polega na dopasowaniu technologii produkcji poszczególnych części projektowanego urządzenia do warunków i możliwości danego zakładu. Chodzi tu przede wszystkim o to, aby produkowana maszyna mogła być wykonywana przy zastosowaniu istniejącego w fabryce parku maszynowego, narzędzi i urządzeń pomiarowych, bez dokonywania nowych inwestycji. O ile dana maszyna ma być produkowana seryjnie lub masowo, to przy opracowywaniu dokumentacji, konstruktor ma obowiązek wzięcia pod uwagę rozwiązania uwzględniającego nowoczesność funkcjonalności samej maszyny oraz technologii jej wykonania.

2. Ograniczenie ilości części składowych maszyny
Jest rzeczą jasną, że zmniejszenie ilości części w maszynie upraszcza proces jej wykonania, a w związku z tym również obniża jej koszt. W trakcie projektowania, a również po opracowaniu wstępnym każdego zespołu maszyny, konstruktor powinien przeanalizować wykonane rozwiązanie konstrukcyjne pod kątem zredukowania ilości zastosowanych w nim części. Należy tu jednak wziąć pod uwagę, że w pewnych przypadkach ze względów technologicznych korzystniej jest dzielić części skomplikowanej budowy. Tak jest na przykład przy odlewach o zbyt rozbudowanych wymiarach, z wystającymi elementami o małym przekroju itp. Konieczna jest więc zawsze analiza techniczno - ekonomiczna dająca dopiero właściwy sposób rozwiązania.

3. Unifikacja i normalizacja części, zespołów i całych maszyn
Zagadnienie unifikacji i normalizacji w budownictwie maszynowym, a także i w każdym innym, jest niezwykłej wagi i poświęca się mu coraz więcej uwagi. Jak wiemy jedną z podstawowych cech każdej maszyny jest koszt jej wytwarzania. Przy racjonalnej konstrukcji, uwzględniającej wszystkie najbardziej właściwe opracowane założenia, cena maszyny będzie zależała od ilości produkowanych sztuk. Nie wszystkie jednak maszyny lub urządzenia muszą być produkowane w dużych ilościach, aby móc osiągnąć minimalny koszt. Nawet przy produkowaniu ich w mniejszych ilościach zachodzi możliwość obniżenia ich kosztu. Możliwość ta leży w gestii konstruktora i polega na normalizacji oraz unifikacji możliwie największej ilości części lub całych zespołów.
Pod pojęciem normalizacji rozumie się ustalenie wielkości, kształtu, materiału pewnych części powtarzalnych w konstrukcjach, jak na przykład śrub, wpustów, nitów, a również całych zespołów jak sprzęgieł, reduktorów, łożysk, itp.
Pod pojęciem unifikacji części lub zespołów rozumie się stosowanie w wielu konstrukcjach jednakowych części lub zespołów. Jednak nie wszystkie maszyny lub urządzenia mogą być całkowicie zunifikowane, a nawet nie we wszystkich odmianach można przeprowadzić unifikację części lub zespołów.
Unifikację można przeprowadzić trzema drogami:

  1. przy zastosowaniu nadmiernej wytrzymałości unifikowanych części, dając te same części w maszynach różnej mocy i wówczas przy mniejszym obciążeniu nie będą one całkowicie wykorzystane,
  2. przy zastosowaniu różnicowania wytrzymałości części i zespołów, co pozwala na wykorzystanie całkowite ich materiału,
  3. przez unifikowanie części nie obciążonych.

Pierwszy sposób unifikacji można stosować w maszynach przenoszących zbliżone obciążenia. W tym przypadku zastosowanie części niedociążonych pomimo ich nadmiernego ciężaru w maszynach mniejszej mocy wypada pod względem produkcyjnym taniej niż stosowanie części indywidualnych niezunifikowanych, nie mających nadmiaru materiału.
Drugi sposób polega na pozostawieniu stałych wymiarów geometrycznych przy zamianie materiału względnie obróbki cieplnej. Pozwala to na stosowanie tych samych przyrządów i narzędzi.
Trzeci sposób obejmuje części i zespoły niezależne od mocy przenoszonej przez maszynę. Są to różnego rodzaju pomocnicze, kontrolne lub regulacyjne urządzenia, stosowane w różnych gałęziach budowy maszyn.

W przypadku optymalizacji dokonywanej przez uczniów możemy brać pod uwagę tylko niektóre wymienione wyżej wymagania. I tak w naszym przypadku przyjęto jako kryteria optymalizacji liczbę pasków, masę przekładni, jej trwałość, koszt i zwartość. Ocena punktowa ogranicza się do przedziału 10 - 20, przy czym najgorszy wariant otrzymuje w danym kryterium 10 punktów, a najlepszy 20. Przykładowa tabela wyników oceny może wyglądać następująco:

TYP PASKA   A B C
Liczba pasków z 10 18 20
Masa przekładni g 10 17 20
Trwałość t 10 17 20
Koszt k 10 17 20
Zawartość (odległość osi) l 20 18 10
60 87 90

Jak wynika z podsumowania punktów najlepszy okazał się wariant z typem paska C. Oczywiście, w czasie wykonywania projektu uczniowie mogą sami ustalać kryteria oceny, a także sposób i skalę punktacji. Aby uczniowie mogli prześledzić sposób tworzenia ostatecznej oceny wariantu rozwiązania konstrukcyjnego i mieli orientację, jak silnie poszczególne kryteria wpływają na tę ocenę, w następnej tabeli podany jest sposób obliczenia niezbędnego klucza, jakim są wagi poszczególnych kryteriów. Sposób ten polega na porównywaniu ważności kryteriów metodą "każdy z każdym" w skali ocen 2 - 5. Wartość wag może być podawana w postaci procentowej lub ułamków dziesiętnych. W ramach ćwiczeń uczniowie sami mogą zmieniać wartość wag poszczególnych kryteriów w zależności od własnych preferencji i obserwować wpływ swoich działań na wynik procesu optymalizacji.

X z q t K L Waga
z X 5 5 5 5 20 0,25
q 3 X 2 3 3 11 0,11
t 4 5 X 5 3 17 0,21
k 3 5 4 X 4 16 0,19
l 4 5 3 5 X 17 0,21
81

Ostatnim etapem optymalizacji jest w tym przypadku obliczenie tzw. wskaźnika optymalizacji uwzględniającego wyniki uzyskane w obu tabelach.

I tak dla wariantu I (typ paska A)

W110*0,25+10*0,11+10*0,21+10*0,19+20*0,21=11,8

Odpowiednio

W218*0,25+17*0,11+17*0,21+17*0,19+18*0,21=16,95

W320*0,25+20*0,11+20*0,21+20*0,19+10*0,21=17,3
Tak więc ostatecznie najlepszym wariantem okazał się wariant III z paskiem C.

Inne prace

  1. Referaty mgr inż. Ewa Matuszyńska
  2. Galeria zdjęć mgr Alicji Krzywoń

POCZĄTEK


link do strony głównej

Nasza szkoła na Facebook'u Link do strony Uniwersytetu Śląskiego Opis otrzymanych pracowni Informacja o projekcie Informacje