66

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

Julian JAKUBOWSKI, Damian PINKOWSKI Instytut Politechniczny PWSZ w Sulechowie Instytut Informatyki i Zarządzania Produkcją, Uniwersytet Zielonogórski e–mail: [email protected]

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów przy wykorzystaniu systemów komputerowych CAD/CAM Streszczenie: W artykule opisano analizę porównawczą wyboru technologii wytwarzania dla elementu typu grot. Do jej przeprowadzenia wybrano trzy następujące metody produkcyjne: odlewanie w formach piaskowych, obróbkę ubytkową, obróbkę plastyczną – kucie matrycowe. Ze względu na postawione kryteria wyboru jako najodpowiedniejszą (minimalizującą straty materiału oraz koszty) z nich określono metodę obróbki plastycznej poprzez kucie matrycowe. Przedstawiono także możliwości komputerowego wspomagania wytwarzania na przykładzie narzędzi niezbędnych do operacji kucia grota. Zawarto w niej proces technologiczny frezowania matryc w programie Catia V5, ze szczegółowym opisem obróbki w mało rozpowszechnionym module Surface Machining.

1. Wprowadzenie Konieczność skracania czasu przygotowania produkcji, redukcji kosztów oraz wzrastające wymagania dotyczące jakości wyrobu wymusiły na producentach zmiany w podejściu do etapu przygotowania i podjęcia decyzji o uruchomieniu produkcji określonego wyrobu. Osiągane jest to najczęściej poprzez integrację danych wynikających z modeli produktów i procesów ich wytwarzania oraz z modeli środków produkcji. Dominującą rolę od początku zaistnienia technik CAx w przemyśle, tj. od lat osiemdziesiątych odgrywają systemy komputerowo wspomaganego projektowania. Jednakże dzisiejsze systemy CAD, nawet te najprostsze, znacznie różnią się od swoich poprzedników. Można powiedzieć, ze większość z nich, nazywana tylko CAD spełnia wymagania systemów CAE. Techniki CAD rozwijają się z każdym rokiem, zmianie uległ także sposób rozpowszechniania bibliotek i szablonów CAD. To, co na początku lat dziewięćdziesiątych stanowiło o core competiencies producenta systemu dzisiaj jest dostępne na stronach internetowych producentów on-line i ciągle aktualizowane. Szczególnie widoczne jest to w zakresie modeli 3D. Dużą rolę w rozwoju tych bibliotek odegrała norma STEP (ISO 10303), dostarczając narzędzi do wymiany danych pomiędzy różnymi systemami CAx [2].

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

67

Do stosowania różnorodnych technik CAx w przedsiębiorstwach produkcyjnych i usługowych zobligowały wymagania rynku, takie jak: • • • •

gwałtownie zmieniające się preferencje na rynku klienta, zmiany w relacjach klient – dostawca, wprowadzanie metod zmniejszania kosztochłonności i zwiększania wydajności, przez co wymuszany jest coraz krótszy cykl rozwoju produktów, procesów ich produkcji, konieczność minimalizacji stanów zapasów poprzez usprawnianie procesów logistycznych.

Działania te doprowadziły do rozwoju takich koncepcji stosowania efektywnych i innowacyjnych jak: • •

LP (Lean Production) – produkcja oszczędna (racjonalna), JIT (Just in Time) produkcja i sterowanie dostawami zgodnie z zasadą: dokładnie na czas, • TQM (Total Quality Management) kompleksowe zarządzanie jakością, • VM, VP, VF (Virtual Manufacturing, Virtual Production, Virtual Factory) wirtualne wytwarzanie, wirtualna produkcja, wirtualne przedsiębiorstwo. Większość z wymienionych koncepcji jest ściśle powiązana z wprowadzaniem różnych technik w zarządzaniu, produkcji i logistyce w oparciu o standardy określone w normach ISO. Do najważniejszych norm należą: • • •

normy serii ISO 9000-2008 odnoszące się do zarządzania jakością, normy serii ISO 14000 dotyczące produkcji ekologicznej, norma ISO 10303, znana bardziej pod nazwą STEP (Standard for the Exchange of Product Model), która zawiera wytyczne odnoszące się do standardów wymiany danych modelu produktu. Norma zawiera formaty danych dotyczących wymiany danych o produkcie i procesie w zakresie integracji wielofunkcyjnych systemów komputerowych wykorzystywanych w projektowaniu i wytwarzaniu.

Integracja systemów CAD i CAM wynika z podobieństwa stosowanych modeli, a przede wszystkim z faktu następujących faz rozwoju wyrobu. Takie połączenie ma na celu przetwarzanie modeli 2D lub 3D w gotowe instrukcje dla obrabiarek NC i CNC, które sterują pracą narzędzia, by wytworzyć zaprojektowany detal. Systemy CAD/CAM stanowią zintegrowane środowisko programowe, wspomagające cały cykl projektowania, począwszy od procesu konstruowania po obróbkę na obrabiarkach sterowanych numerycznie bądź stworzeniu kart operacyjnych dla obróbki konwencjonalnej. Podłożem wielu systemów CAD/CAM są pakiety umożliwiające trójwymiarową geometrię. Konstruktor ma możliwość wyboru wielu opcji graficznych, za pomocą których może łatwo modyfikować obraz, co z pewnością ułatwia pracę. Współpraca obu tych systemów jest niezbędna w trakcie realizowania zamówienia, ponieważ zadaniem projektanta jest dopasowanie rysunku do potrzeb systemu CAM. Taką zależność umożliwia wprowadzenie odpowiedniego interfejsu, który zapewnia: • •

odczyt danych geometrycznych, oddzielny wykaz warstw oraz dobór odpowiedniej do dalszej pracy,

68 • • •

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski właściwy układ współrzędnych dla programowania obróbki, wybór profili (które mają zostać poddane obróbce lub ograniczać jej obszar), samoczynne tworzenie linii programu dla obrabiarek CNC, definiowanie określonych elementów oraz przesyłanie ich do konkretnego procesora.

Korzystanie z systemów CAD/CAM w różnych fazach procesu umożliwia: •

• • • •

wybór optymalnego rozwiązania konstrukcji dzięki możliwości sprawdzenia dużej ilości wariantów jej wykonania (pozwala obniżyć koszty produkcji i eksploatacji przy jednoczesnym zwiększeniu jakości wyrobu), zmniejszenie czasu projektowania (następstwem czego jest większa wydajność twórcza projektantów, prowadząca do zwiększenia efektywności pracy), zwiększenie stopnia bezpieczeństwa oraz niezawodności maszyn, a także zapewnienie równomiernego zużycia ich elementów dzięki użyciu modeli i metod inżynierskich, połączenie prac technologicznych i projektowych i wykonywanie ich równolegle, korzystanie z baz danych, co zwiększa wybór możliwości rozwiązań projektowych.

2. Sformułowanie problemu W pracy rozważano problem doboru procesu technologicznego dla wyrobu przedstawionego na rysunku 1.

Rys. 1. Model analizowanego wyrobu Punktem startowym jest projekt konstrukcji modelu wyrobu. Ten etap jest niezbędny do przybliżenia kształtu oraz oszacowania przybliżonej masy i objętości modelu finalnego, ponieważ elementy te mają wpływ na wybór metody wytwarzania. Model finalny w tym przypadku osiągnięty został poprzez modyfikacje kształtu brył podstawowych, z uwzględnieniem wymagań (ujętych w polskich normach) i zasad konstrukcji technologicznej dla danej metody kształtowania.

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

69

Ważnym czynnikiem w procesie technologicznym jest materiał, z którego wykonany zostanie przedmiot. Wybór materiału w znacznej części uzależniony jest od metody wytwarzania. Jako pierwszą określono technologię wytwarzania, ponieważ dopiero po wybraniu metody jaką ukształtowany zostanie wyrób możliwe było dobranie odpowiedniego materiału. Ze względu na minimalizację kosztów w procesie produkcyjnym głównym kryterium wyboru jest koszt danej metody. Zebrane założenia projektowe uwzględnione zostały w procesie technologicznym. W procesie tym określono skalę produkcji oraz wszystkie niezbędne elementy potrzebne do jego budowy, spełniając założenia sprowadzające się do wytworzenia wyrobu gotowego przy jak najmniejszych kosztach oraz minimalizacji liczby operacji i zabiegów produkcyjnych. Analizy prowadzone były na bazie modeli 3D przygotowanych w systemie CAD.

2.1. Wybór technologii wytwarzania Pierwszy etap procesu projektowania systemu produkcyjnego dotyczył wyboru metody produkcyjnej i jej cech. Cechami metody są m.in.: materiał, wymiary i kształt, dokładność i chropowatość, wielkość partii, szybkość produkcji oraz nakłady finansowe [1]. W tym rozdziale przeanalizowane zostaną różne metody wytwórcze.

Rys. 2. Wykres wspomagający wybór metody produkcyjnej (pole powierzchni – najmniejszy przekrój poprzeczny) [1]

70

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

Do wytypowania potencjalnych metod wytwarzania posłużono się wykresem wspomagającym wybór metody (rysunek 2). Tego typu wykresy pomagają określić technikę produkcyjną dla danego typu elementu. Pozioma oś wykresu określa wielkość elementu (w tym przypadku masę) w skali logarytmicznej. Skala ta obejmuje zakres 10-12 ÷ 106 kg (czyli od jednego nanograma do tysiąca ton). Przy wykorzystaniu wykresu wspomagania wyboru techniki wytwarzania dla grota ozdobnego określono pole powierzchni w przedziale w przedziale P ≈ 10-3 ÷ 10-2 m2, oraz najmniejszą grubość przekroju 1 ÷ 10 mm. Dane te zostały naniesione bezpośrednio na wykres na rysunku 2, na którym prostokątem zaznaczono obszar możliwych wyborów. Na podstawie wykresu wspomagającego wybór metody produkcyjnej do analizy wybrano trzy potencjalne metody kształtowania wyrobu: • • •

odlewanie, obróbkę plastyczną – kucie, obróbkę skrawaniem.

W celu potwierdzenia dokonanego wyboru przeprowadzono analizę wyboru metody wytwarzania z uwzględnieniem takich czynników jak zawartość informacji oraz masa wyrobu. Zawartość (złożoność) informacji jest to matematyczny opis kształtu wyrobu zapisany w bitach. Do obliczenia zawartości informacji wykorzystano wzór 1. Analiza potwierdzająca opracowana została na podstawie wykresu z rysunku 3.

 l  C = n ⋅ log 2   ≈ 48,38 ;  ∆l 

(1)

gdzie: n

– liczba wymiarów koniecznych do opisania modelu (n = 9);

l

– średnia geometryczna wartości wymiarów (20,77);

∆l – średnia geometryczna dokładność wymiarów (0,5). Wartość współczynnika zawartości informacji mieści się w przedziale: 10 ÷ 102. Przyjmując, że wyrób o objętości 30,88 cm3 zostanie wykonany ze stali o gęstości g = 7,86 g/cm3 jego masa wynosi ≈ 0,242 kg. Masa wyrobu przypisana została do przedziału: 10-1 ÷ 1 kg. Zebrane dane liczbowe przeniesiono na wykres (rysunek 3) określając obszar wyboru metody wytwórczej dla analizowanego wyrobu. Przeprowadzone obliczenia potwierdziły trafność wytypowania (do analizy porównawczej) trzech technik wytwarzania jakimi są: obróbka plastyczna, odlewanie oraz obróbka skrawaniem. W kolejnym etapie przeprowadzono analizę w oparciu o główne kryteria wyboru metody wytwarzania: • • •

materiałochłonność, koszt wytworzenia, pracochłonność.

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

71

Rys. 3. Wykres wspomagający wybór metody produkcyjnej (złożoność inf. – masa) [1] Na rysunku 4 przedstawiono zostały wartości strat materiału dla analizowanych metod wytwórczych. Graficzna ilustracja tych wielkości przedstawia dużą dysproporcję między obróbką ubytkową a pozostałymi technikami produkcyjnymi. Największe straty materiałowe poniesione zostaną w przypadku zastosowania obróbki ubytkowej tj. 149,12 cm3/szt. Rozwiązaniami przystępnymi okazały się techniki kształtowania plastycznego oraz odlewania, w których odpad materiału klasyfikuje się odpowiednio na poziomach 0 cm3/szt. oraz 4,63 cm3/szt. Najlepszym rozwiązaniem jest wybór metody obróbki plastycznej techniką kucia matrycowego przynoszący w efekcie straty materiałowe równe 0, nie uwzględniając odpadu wynikającego z doboru techniki cięcia pręta. Następnie przeprowadzono analizę kosztów materiału potrzebnego do wytworzenia jednej sztuki wyrobu (z odpadem) przyjmując wstępnie materiał stal o cenie rynkowej 2,93 zł/kg.

72

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

Przeprowadzona analiza dowiodła, że metodą najekonomiczniejszą pod względem zuz życia materiału jest obróbka plastyczna a dokładniej kucie w matrycach zamkniętych. Uzyskane dane w celach porównawczych przedstawiono na rysunku 5. 149,12 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00

4,63

0,00

Odpad materiału [cm^3]

Rys. 4. Straty materiału w wybranych metodach produkcyjnych na 1 szt. wyrobu 4,14 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00

2,44 0,71

koszt wytworzenia 1sztuki z odpadem [zł]

Rys. 5. Koszt materiałowy materiał 1szt. wyrobu w poszczególnych metodach (wraz z odpadem) Wszystkie z wyżej wymienionych metod produkcyjnych charakteryzują się odmiennyodmienn mi czynnościami i operacjami wchodzącymi w skład procesu produkcyjnego. PracoPrac chłonność danej technologii wytwarzania zależy od liczby czynności czynności i stopnia trudności operacji potrzebnych do wytworzenia produktu.

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

73

Koszt wytworzenia jednej sztuki wyrobu w przypadku obróbki skrawaniem jest relatywnie wysoki, wynosi 4,14 zł i znacznie odbiega od cen rynkowych. Jest to jedna z głównych przyczyn odrzucenia tej metody. Nieco lepiej sprawa wygląda w przypadku odlewów, koszt materiałowy jednej sztuki produktu wynosi 2,44 zł. Niestety przy tak wysokim koszcie materiałowym cena ostateczna produktu nie byłaby w stanie konkurować na rynku z wyrobami innych producentów. Zadowalający wynik uzyskujemy przy produkcji grota metodą kucia na gorąco w matrycy zamkniętej, koszt materiałowy wynosi ≈ 0,71 zł. Metoda kucia wypadła również najlepiej w kategorii pracochłonności. Odpad przy produkcji tą metodą praktycznie nie występuje. Do dalszych analiz przyjęto, że wyrób zostanie wykonany ze stali St3S.

2.2. Analiza technologiczności konstrukcji wyrobu Rozwiązanie konstrukcyjne wyrobu powinno być zgodne z zasadami konstrukcji stosowanymi w poszczególnych metodach produkcyjnych. Według M. Felda ze względu na koszt i stopień trudności wykonania matryc odkuwki matrycowe zazwyczaj stosuje się w produkcji seryjnej oraz wielkoseryjnej [4]. Projektowanie modelu odkuwki wiąże się z technologiczną konstrukcją elementu wytwarzanego, jak i również matryc służących do jego produkcji. Te dwa czynniki wpływają na siebie wzajemnie. Zadaniem konstruktora jest zaprojektowanie dwóch zależnych od siebie elementów pozwalających na zgodne z założeniami wyprodukowanie przedmiotu przy minimalnych kosztach. Analizy technologiczności wyrobu przeprowadzono wykorzystując system CATIA. Pierwotny zarys projektowanego elementu umożliwił wybór linii podziału matryc. W przedmiotach symetrycznych linia podziału zazwyczaj przebiega wzdłuż osi symetrii [5]. Tak zaprojektowany podział przedmiotu na dwie identyczne matryce likwiduje możliwość wystąpienia sił bocznych, które są efektem niepożądanym. Zalecane jest, aby linia podziału była linią prostą [5]. W konstrukcji modelu przedmiotu kutego matrycowo należy zwrócić szczególną uwagę na pochylenia ścian pionowych (rozumiane jako ściany prostopadłe do linii podziału) projektowanej odkuwki [3]. Pochylenia te stosowane są w celu łatwiejszego wyciągnięcia odkuwki z matrycy oraz zmniejszenia siły tarcia występującej podczas operacji kucia. Zapobiega to również pękaniu i szybkiemu zużywaniu się matryc. Kolejnym ważnym aspektem, który należy uwzględnić przy projektowaniu elementu kutego matrycowo jest unikanie kątów ostrych w wewnętrznych narożach odkuwki, ponieważ w takim układzie płynące na siebie dwie prostopadłe strugi metalu spotykając się ze sobą, nie łączą się i w wyniku tego powstaje tzw. nieciągłość. Tego typu kąty można zastępować łagodniejszymi przejściami jakimi są zaokrąglenia wewnętrznych naroży. W wyniku tej operacji zmieniony został kształt całego wyrobu, w tym wysokość, szerokość oraz połączenia ścian części ostrosłupa. Zastosowane zostały minimalne zaokrąglenia krawędzi pomiędzy ścianami części ostrosłupowej (3˚). W wyniku zmniejszania się przekroju poprzecznego części stożkowej w sposób proporcjonalny do wzrostu jej wysokości, zmodyfikowane krawędzie spotykają się, tworząc zaokrąglenie wierzchołka o promieniu R = 3 mm. Wszystkie pozostałe promienie

74

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

zaokrągleń mieszczą się w granicznych wartościach. Efekt Efekt końcowy tego etapu przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Model wyrobu po modyfikacjach Jak już wcześniej zostało wspomniane elementy kute są wyrobami produkowanymi seryjnie, a ich rynkowa, hurtowa cena jest bardzo niska (w granicach ~ 2 ÷ 20 zł, zależzale na od masy i stopnia trudności wykonania elementu). Z tego względu przy projektowaprojektow niu grota ozdobnego należy minimalizować koszty, liczbę operacji oraz czas potrzebny do wykonania tego wyrobu. W celu zmniejszenia kosztów i czasu, związanych związanych bezpośrednio z wykonaniem wy grota ozdobnego można wyeliminować z procesu technologicznego operację wykonania przedprze kuwki. Aby możliwe było wykonanie elementu bezpośrednio z gotowego półfabrykatu (np. pręta walcowanego) należy doprowadzić do do zmniejszenia różnic pomiędzy szerokoszerok ściami przekrojów poprzecznych. W ten sposób materiał wypełni formę efektywniej oraz zmniejszy się ryzyko powstania wad odkuwki. Wykonanie elementu o granicznych różniróżn cach szerokości przekrojów poprzecznych wiąże się z dużymi naprężeniami generowanymi gene podczas kucia, wskutek skutek czego może dojść do uszkodzenia matryc, których koszt jest znaczznac nie większy niż zastosowanie przedkuwki. przedkuwki. Dlatego też, już na etapie projektowania modelu elementu kutego należy uwzględnić typ materiału wejściowego i dostosować model wyrobu. wyro

2.3. Model procesu technologicznego Wykorzystując model przestrzenny wyrobu oraz możliwości systemu CATIA w ostatostat nim etapie opracowano owano model matrycy do kucia. Matryce Matryce są odzwierciedleniem kształtu modelu wyrobu. To dzięki nim w tym przypadku materiał wejściowy wejściowy przybiera kształt gotowego elementu. Stale wykorzystywane do produkcji matryc kuźniczych powinny pow charakteryzować się m.in.: • • • •

dużą wytrzymałością na rozciąganie rozciąg o wartościach Rm > 900 MPa, twardością powierzchni roboczych w skali Brinella (HB) z przedziału: ziału: 300 ÷ 500 [N/mm2] (stan odpuszczony), wysoką odpornością na ścieranie, wysoką granicą plastyczności (2200 MPa).

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

75

Parametry mechaniczne matryc poprawić można stosując dodatkowo (po jej wykonawykon niu) obróbkę óbkę cieplno – chemiczną lub poprzez zastosowanie warstw powierzchniowych pokrywających miejsca robocze matrycy (np. azotowanie, laserowe stopowanie węgliwęgl kiem wolframu). Matryce do kucia na gorąco najczęściej wykonywane są ze stali narzęnarz dziowych tj.: X38CrMoV51, X30WCrV95, 55NiCrMoV7. Wszystkie gatunki stali st przeznaczone do pracy na gorąco gor zestawiono w normie PN - 77/H - 85021 [5]. Jako materiał na matryce wybrano stal narzędziową PN – WCL (odpowiednik EN - X37CrMoV51). Program Catia V5 umożliwia budowę modelu matryc na podstawie modelu części wyw konywanej. j. Do tego celu potrzebne m.in. są: model przestrzenny elementu, model sus rowej matrycy (matrycy przed frezowaniem) oraz płaszczyzna podziału. Wstępny mom del matrycy przedstawiono na rysunku 7.

Rys. 7. Model matrycy wykonany przy użyciu narzędzia Remove W ostatnim etapie opracowano proces technologiczny frezowania matrycy. ZróżniZróżni cowanie kątów zaokrągleń wykroju matrycy, tworzy problem w wyborze narzędzia o odpowiedniej szerokości i dostatecznym promieniu zaokrąglenia jego krawędzi roborobo czej. Dlatego też, do do obróbki matrycy grota zostały wykorzystane trzy frezy o różnych wymiarach i wartościach zaokrągleń części roboczej. Frezowanie przeprowadzono w 3 operacjach: •

•

•

obróbka zgrubna (wstępne nadanie kształtu przy wykorzystaniu narzędzia o średnich rozmiarach, eliminujące liminujące czasochłonne zbieranie materiału frezem o wymaganej średśre nicy ze względu na kształt elementu), obróbka kształtująca (zastosowana w celu obróbki zaokrągleń o małym promieniu, czyli miejsc pominiętych przy obróbce zgrubnej. Wykonana przy wykorzystaniu wykorzysta narzędzia o małej średnicy i kącie zaokrąglenia części roboczej), obróbka wykańczająca (zabieg wygładzania zadziorów i przejść powstałych w wyniwyn ku dwóch poprzednich zabiegów. Narzędzie zastosowane do tego typu obróbki chach rakteryzuje się stosunkowo dużą średnicą i promieniem zaokrąglenia w odniesieniu do frezów wykorzystanych w dwóch poprzednich zabiegach).

76

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

Na rysunku 8 przedstawiono przykładowe okno programu Catia modułu Machining.

Rys. 8. Przykładowe okno modułu Machining achining wspomagające proces frezowania frezowan Po dodaniu wszystkich zabiegów i uzupełnieniu ich kart obróbki można sprawdzić efekt operacji poprzez przeprowadzenie symulacji obróbki.

3. Wnioski W pracy przeprowadzono analizę porównawczą różnych metod wytwarzania wykorzywykorz stując system Catia. Na podstawie podstawie przeprowadzonych analiz wybrano metodę najlepszą pod względem pracochłonności, materiałochłonności oraz kosztu wytworzenia wyrobu. Ze względu na funkcję jaką spełnia przedmiot, głównym kryterium wyboru były minimin malizacja strat materiałowych oraz kosztów. Metodą spełniającą w stopniu najwyższym postawione wymagania okazała się obróbka plastyczna poprzez kształtowanie materiału techniką kucia w matrycach zamkniętych. Strata materiału generowana przy zastosowaniu samej operacji kucia w matrycach zaz mkniętych nie występuje. Natomiast wymaga ona aby materiał wejściowy posiadał odpowiednie wymiary oraz określoną objętość. Opisywana materiałochłonność techniki kucia w matrycach zamkniętych w porówporów naniu z wynikami analizy dwóch pozostałych metod tj. obróbki ubytkowej ubytkowej (148.12 cm3) oraz odlewania w formie piaskowej (4.63 cm3) jest wielokrotnie niższa. Odpad materiału wpływa w znacznym stopniu na koszt materiałowy, który jest koko lejnym kryterium wyboru. Natomiast głównym czynnikiem oddziaływującym na jego poziom jest st cena materiału (wymaganego przy produkcji daną metodą) wyrażona w jednostkach zł/kg. Techniką najekonomiczniejszą, najekonomiczniej , w rozumieniu minimalizacji koszkos

Dobór technologii wytwarzania w aspekcie technologiczności i kosztów…

77

tów poniesionych z tytułu zakupu materiału, jest kucie w matrycy zamkniętej. W porównaniu z pozostałymi metodami, które uzyskały wyniki rzędu 4.12 zł (obróbka ubytkowa) oraz 2.44 zł (odlewanie) obróbka plastyczna poprzez kucie w matrycach zamkniętych wypadła najlepiej kształtując orientacyjny koszt materiałowy dla wytworzenia jednej sztuki wyrobu na poziomie 0.71 zł. W kolejnym etapie pracy model grota dostosowano pod kątem technologiczności względem wybranego typu obróbki w dwóch wariantach: kucia z przedkuwki oraz bezpośrednio z półfabrykatu. Dodatkowe modyfikacje modelu grota umożliwiające wykonanie detalu bezpośrednio z pręta pozwoliły (w wyniku eliminacji potrzeby wykonywania przedkuwki) zaoszczędzić poszczególne środki pracy, wpływające m.in. na koszt wytwarzania detalu. Na podstawie wykonanego modelu przestrzennego grota (przy zastosowaniu komputerowo wspomaganego projektowania) możliwe było wykonanie trójwymiarowego modelu matryc (CAM) oraz opracowanie procesu technologicznego, czyli elementów niezbędnych do jego wytworzenia. Wykorzystanie systemów wspomagających procesy projektowania oraz wytwarzania pozwoliło na wielokrotne nanoszenie modyfikacji wynikających z przeprowadzonej analizy oraz dostosowania modelu względem wyznaczonych kryteriów, wpływając tym samym korzystnie na czas projektowania detalu oraz opracowania procesu technologicznego. Poprzez dobranie odchyłek wymiarowych dla wytwarzanego elementu naniesiono ramy jakościowe określające tolerancje kształtu dla wyrobu zgodnego z wymaganiami. Pozwoli to przeprowadzić kontrolę (eliminującą wyroby niezgodne) o jasno wytyczonych wymaganiach opisanych liczbowo w postaci tolerowanych odchyłek względem określonych wymiarów grota ozdobnego.

Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ashaby M. F., Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. WNT, Warszawa 1998. Chlebus E., Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji. WNT, Warszawa 2000. Durlik I., Inżynieria Zarządzania. Strategia i projektowanie systemów produkcyjnych część I. Wyd. Placet, Warszawa 2004. Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn. WNT, Warszawa 2009. Muster A., Kucie matrycowe. Projektowanie procesów technologicznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002. Skarbiński M., Skarbiński J., Technologiczność konstrukcji maszyn. WNT, Warszawa 1987.

78

Julian Jakubowski, Damian Pinkowski

The technology selection of production in aspect of the producibility and costs using CAD/CAM systems Summary The comparative analysis of choice of the technology production for element of cave type in article was described. To its execution, three following productive methods: casting in sand forms, machining, plastic forming were chosen. With the regards of criteria of choice as the most suitable (minimalize the loss of material as well as costs) the method of plastic forming was choosen. The possibility of computer aid on all stages of production processes is also described.