Управление качеством изготовления червячных фрез

Министерство образования и науки российской федерации

Тольяттинский государственный университет

Институт финансов, экономики и управления

Кафедра «Управление качеством, стандартизация и сертификация»

Специальность: Управление качеством

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему:

«Управление качеством изготовления червячных фрез»

Тольятти 2007

Содержание

Содержание

Аннотация

Введение

1. Цели и задачи дипломного проекта

2. Выявление факторов, влияющих на качество червячной фрезы

2.1 Определение ключевых параметров червячной фрезы

2.2 Анализ проблемных операций

3. Мероприятия по совершенствованию технологии изготовления червячной фрезы

4. Статистический анализ качества шлифованных поверхностей

5. Расчет безопасности станка и его основных элементов

5.1 Общие положения

5.2 Загрязнение воздуха рабочей зоны

5.3 Электробезопасность.

5.4 Освещение

5.5 Методы борьбы с шумом

5.6 Оздоровление воздушной среды

5.7 Антропогенное воздействие объекта на окружающую среду и мероприятия по экологической безопасности

5.8 Безопасность в чрезвычайных и аварийных ситуациях

6. Расчёт экономической эффективности проекта

6.1 Краткая характеристика сравниваемых вариантов

6.2 Исходные данные для экономического обоснования сравниваемых вариантов

6.3 Расчет необходимого количество оборудования и коэффициентов его загрузки

6.4 Расчет капитальных вложений

6.5 Расчет технологической себестоимости сравниваемых вариантов

6.6 Калькуляция себестоимости обработки по вариантам технологического процесса

6.7 Расчет показателей экономической эффективности проектируемого варианта

Заключение

Список литературы

Приложение

Аннотация

В данном дипломном проекте рассматривается основные технологические и организационные пути повышения качества изготовления червячных фрез.

Проанализированы основные параметры червячной фрезы, произведена градация и выявлены определяющие, также разделены по влиянию – на стойкость и на точность. Выявлены несоответствия в существующем технологическом процессе, и рассчитаны их качественные характеристики. Представлен статистический анализ шероховатости шлифованной поверхности и подобраны более прогрессивные абразивные материалы. Произведены улучшения технологического процесса, представлен расчет определяющих погрешностей, расчет режимов резания.

В графической части проекта представлены технологические наладки, чертежи модернизируемой оснастки.

Рассмотрены вопросы экологичности и экономической эффективности проекта.

Экономический эффект составляет 3308300 руб./год.

Графическая часть – 8 листов формата А1.

Расчетно-пояснительная записка – 97 страниц.

Введение

Человечество стоит на пороге перехода в новую цивилизацию – «цивилизацию качества», XXI век объявлен многими международными организациями, в частности, Европейской организацией по качеству ИСО, веком качества. Качество, по существу, стало показателем высокой эффективности труда в обществе, источником национального богатства и, что особенно важно, фактором выхода из социального и экономического кризисов. Историческое подтверждение тому – послевоенное развитие Японии и Германии, т.к. производство развивается не столько за счет прироста количества товаров, сколько за счет улучшения их качества». Следовательно, постоянное превышение качества продукта (а не увеличение его количества) является основным фактором роста потребительной стоимости продукта.

Для того чтобы удовлетворять потребности человека, изделие должно иметь определенные свойства, а степень соответствия между свойствами изделия и удовлетворяемыми с его помощью потребностями определяет качество изделия

. В настоящее время мерой качества изделий служит степень удовлетворенности потребителя изделием, определяемая соотношение стоимости и ценности (потребительной стоимости) изделия:

{Качество} = {Удовлетворенность потребителя}= {Ценность} / {Стоимость}

Одним из первых категорию «качество» рассмотрел древнегреческий мыслитель Аристотель. По его мнению, то, что существует само по себе, и образует качество. И качество стоит на втором месте после сущности.

Качество рассматривается Аристотелем в следующих значениях:

1) как видовое отличие сущности;

2 как характеристика состояний сущности;

3) как свойство вещи.

Таким образом, по Аристотелю, категория «качество

» проявляется во многих отношениях. Первый вид качества выражает устойчивость предмета, его отличия от других вещей. Второй и третий – это состояния, свойства, которые способны измеряться и переходить друг в друга.

Качество
есть определенность вещи, предмета, явления, процесса, на основе которой они приобретают свое специфическое бытие и выделяются из многообразия других вещей, предметов, процессов и явлений. Тем самым качество выражает неотделимую от бытия предмета его сущностную определенность, благодаря которой он является именно этим, а не иным предметом.

Качество
есть внешняя и внутренняя определенность предмета (явления, процесса), фундаментальная характеристика его целостности.

Качество объекта
(процесса).

При этом под объектом

понимается материальный или идеальный результат деятельности (труда, работы, процесса), а под процессом

– совокупность операций (работ), направленных на достижение определенной цели (результата). К объектам относятся продукция, проекты, машины, системы, объекты строительства (здания, сооружения) и т.п., а к процессам – работы, производство, эксплуатация, проектирование и т.д.

Качество объекта
–
совокупность свойств объекта, обусловливающих его пригодность к производству (созданию) и использованию (применению, эксплуатации) в соответствии с назначением.

Качество процесса
– совокупность свойств процесса, обусловливающих его приспособленность к созданию продукции (результата) заданного уровня качества и в заданном количестве.

Уже из данных определений видна связь понятий качества объекта и качества процесса. Процесс продуцирует результат. Соответственно качество процесса переносится на качество результата – объекта или отражается в качестве результата – объекта. Данный принцип определяет важный методологический вывод: качество объектов (результатов) предполагает качество соответствующих процессов создания (проектирования, производства), эксплуатации и применения.
Процесс проектирования является важнейшим этапом жизненного цикла производимой продукции, существенно влияющим на ее качество.

Состояние дел с качеством во всех отраслях хозяйства страны сложное. Отставание уровня качества российской продукции от продукции наших конкурентов приобретает угрожающий характер и при незащищенности федерального рынка существенно влияет на экономику, занятость, социальную и культурную жизнь страны, образ жизни россиян.

Качество в системе изготовления инструментов является в нашей стране одной из наиболее актуальных проблем. Налоги только с одного Волжского автомобильного завода составляют около одного процента в бюджете России. Потребитель готов платить в два раза и больше за более высокий уровень качества продукции, т.к. это обеспечивает более долгий сорок службы червячной фрезы.

Качество червячной фрезы, как и любой другой системы, зависит от качества составляющих элементов данной системы. Для получения должного уровня качества требуется все более точный и качественный инструмент производства данных изделий. Одними из таких инструментов являются шлифовальные работы. В данном дипломном проекте особое внимание уделено проблеме качества шлифования.

1. Цели и задачи дипломного проекта

В настоящее время все более жесткие требования предъявляются к зубчатым колесам, особенно когда это касается зубчатых колес, работающих на больших оборотах и с большими нагрузками. Если зубчатый венец будет качественнее обработан, то это приводит к снижению шума, повышению долговечности работы изделия, а значит и повышении привлекательности данного изделия у потребителя. В данном проекте рассматриваются, для примера, зубчатые колеса, выпускаемые на Волжском Автомобильном заводе.

Величина погрешностей, возникающая при изготовлении зубчатого колеса, состоит в основном из двух факторов – погрешностей оборудования, то есть погрешностей самих станков, задействованных при формировании зубчатого венца и погрешностей самого инструмента – инструмента, формирующего этот самый профиль. Как показывает опыт экономически целесообразно, чтобы погрешности инструмента и оборудовании были сопоставимы по величине. Так как прецизионные станки в несколько раз выше по стоимости станков обычной точности, тоже самое можно сказать и по инструменту. Поэтому нецелесообразно применять на точных станках не точные инструменты.

Теперь рассмотрим подробнее технологический процесс формирования профиля зубчатого колеса. На ОАО «АВТОВАЗ» зубчатые колеса сначала обрабатываются червячной фрезой, либо долбяком, затем шевенгуются. При этом как показала практика, на операции шевенгования сам профиль исправляется не значительно, в основном на данной операции происходит улучшение шероховатости. Шевер входит в зубчатое зацепление с обрабатываемой деталью и одновременно с вращением происходит продольное перемещение, что приводит к «сбриванию» верхних гребешков на боковых поверхностях зуба колеса. Основные параметры зубчатого колеса формируются на операции зубофрезерования. На данной операции происходит фрезеровании зубьев колеса, червячной фрезой. При этом червячные фрезы применяемые на ОАО «АВТОВАЗ» имеют класс точности «А». В этом случае можно предложить 2 альтернативных техпроцесса, направленных на улучшение качества зубчатого колеса.

Первый вариант техпроцесса – применять на операции зубофрезерования обычные станки и фрезы классом точности «В» или же «С», то есть фрезы, которые допустимо при изготовлении обходится без прецизионной обработки профиля (червячные фрезы класса точности «С» допустимо вообще не шлифовать). При этом необходимо оставлять больший припуск под окончательную обработку, т.к. погрешности на предварительной обработке будут значительно больше, поэтому от последующей операции шевенгования зубьев придется отказаться, в связи с тем, что шевер снимает припуск не более 0,1 мм, что связано с конструктивными особенностями данного инструмента. То есть операцию шевенгования заменяем на операцию шлифования зубчатого венца. Операция шлифования позволяет исправлять погрешности профиля зубчатого колеса, но она более трудоемкая.

Второй вариант техпроцесса – применять на операции зубофрезерования высокоточные станки и фрезы классом точности «АА» или же «ААА», то есть прецизионные червячные фрезы. При этом сам процесс зубофрезерования будет более трудоемким, но при этом допустимо оставлять меньший припуск под шевенгование, а значит и время на операцию шевенгования будет затрачено меньше.

В первом случае появляются дополнительные затраты на операцию шлифования, но происходит экономия на операции зубофрезеровании.

Во втором случае появляются дополнительные затраты на операции зубофрезеровании, но снижаются на операции шевенгования.

На ОАО «АВТОВАЗ» выбрали второй путь улучшений и были закуплены несколько единиц прецизионных высокопроизводительных зубофрезерных станков. При этом инструмент – в данном случае червячные фрезы не были улучшены и их точностные характеристики остались на прежнем уровне. То есть лимитирующей погрешностью являются неточности, которые получается ввиду работы данным инструментом. Также недостаточно высокая стойкость червячных фрез не позволяет применять их на более скоростных режимах, к которым приспособлен новый станок.

На основании данных выводов можно сформулировать цель дипломного проекта:

Повышение качества червячных фрез

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Анализ технологии изготовления червячной фрезы.

2.Выявление факторов, влияющих на точность червячной фрезы.

3.Выявление факторов, влияющих на стойкость червячной фрезы.

4.Градация выявленных негативных факторов, выявление среди них лимитирующих.

5.Наработка мероприятий, направленных на минимизацию влияния лимитирующих факторов на технологических процесс.

2. Выявление факторов, влияющих на качество червячной фрезы

2.1 Определение ключевых параметров червячной фрезы

Для выявления факторов, влияющих на качество червячной фрезы, необходимо определить основные параметры фрезы. В таблице 2.1. представлены параметры червячной фрезы, которые влияют на точность нарезаемого колеса, и взяты из чертежа. Таблица составлена для червячных фрез с посадочным отверстием Æ40 мм и модулем от 2 до 4 мм.

Таблица 2.1

Также определяющими параметрами червячной фрезы являются шероховатости базовых и рабочих поверхностей. Параметры шероховатостей представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

На основании особенностей работы червячной фрезы и данных из таблиц 2.1 и 2.2 можно сделать вывод, что некоторые параметры не участвуют в формообразовании рабочей части зуба нарезаемого колеса и как видно из таблицы 2.1 допуски на эти параметры не ужесточаются с повышением класса точности червячной фрезы:

Отклонение точки начала фланка от номинального положения;

Несимметричность точек начала фланка;

Отклонения угла профиля фланка от номинального положения, градусы

Отклонение ширины усика на вершине зуба, измеренное нормально к профилю, от номинального

Погрешность высоты усика на вершине зуба фрезы.

Также не ужесточаются с увеличением класса точности фрезы следующие параметры:

Радиальное биение буртиков относительно оси отв.

Торцовое биение буртиков относительно оси отв.

Данные параметры служат лишь для проверки правильности установки фрезы на оправке в зубофрезерном станке.

Параметр – погрешность деления от заходу к заходу, необходимо исключить из этого исследования, т.к. у высокоточных фрез заход всегда один.

Выше перечисленные параметры можно не считать определяющими, т.к. ГОСТ не считает возможным их ужесточение при производстве более точных червячных фрез.

Оставшиеся параметры можно считать определяющими качество червячных фрез. Теперь необходимо определиться какой параметр, на какой технологической операции формируется. Данные сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Полученные данные можно разделить на параметры, отвечающие за точность фрезы и параметры, отвечающие за стойкость. Несложно догадаться, что все погрешности профиля инструмента будут переносится на профиль, обрабатываемого им изделия. Поэтому на точность однозначно влияют параметры №8, 9 и 14. Так как червячная фреза – это инструмент, работающий методом обката, то все отклонения винтовой линии или шага зубьев приводят в итоге к искажению профиля детали. То есть параметры точности №10, 11, 12. Червячная фреза затылованная имеет достаточно большой задний угол (обычно 8–11 градусов), поэтому искажение передней поверхности в итоге приводит к искажению и профиля – это будут также параметры точности №4, 5, 6, 7. Параметры №2 и 3 влияют на величину равномерной загрузки зубьев фрезы, поэтому это будут и параметры точности и стойкости. Параметр №1 и 13 отвечают за плотность посадки фрезы на оправку, посадочное отверстие является основной базой, поэтому эти параметры относятся к точности. Параметр №15 отвечает за процесс резания, чем лучше шероховатость передней поверхности, тем меньше трение между деталью и заготовкой и тем меньше силы резания и температура в зоне, а значит и износ фрезы, поэтому это параметры стойкости.

Параметры отвечающие за точность червячной фрезы: №1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Параметры отвечающие за стойкость червячной фрезы: №2, 3, 15.

Вывод
: улучшая параметры, отвечающие за точность червячной фрезы можно ожидать снижение брака при обработке зубчатых колес, а улучшая параметры, отвечающие за стойкость – увеличение срока службы червячной фрезы. Также были выявлены операции технологического процесса, где формируются эти параметры.

2.2 Анализ проблемных операций

Внутришлифовальная операция.

Как показал анализ замеров по параметрам: допуск на размер отверстия и шероховатость в отверстии, основные нарекания вызывает не сам размер отверстия, а требования к конусности. Перепад диаметров должен быть не более половины допуска на размер.

По существующему техпроцессу отверстие сначала шлифуется с припуском 0,005 мкм, а затем вручную доводится при помощи притира. Так как червячные фрезы, изготавливаемые в ИП ОАО «АВТОВАЗ» длиной от 150 до 220 мм, то во время ручной обработки притиром возникает неравномерность давления на разные его стороны, вследствие чего и возникает конусность.

Операция шлифование профиля.

Анализ замеров червячных фрез показал, что наиболее часто происходит брак по двум параметрам: радиальное биение по наружному диаметру относительно оси отверстия и допуск на наружный диаметр. На этой операции червячная фреза устанавливается на конусную оправку, а оправка в центрах находится в станке, поэтому погрешность по биению наружного диаметра складывается в основном из двух факторов:

– радиальное биение шпинделя изделия станка

– радиальное биение наружного диаметра оправки относительно центров.

Остальные погрешности станка влияют косвенно и не значительно. Также присутствует некоторое влияние сил резания и самого веса фрезы, но в данном случае, окончательно профиль фрезы формируется после выхаживания, то есть работы без подачи, а значит, силы резания крайне малы; вес фрезы мы изменить не в силах, потому эти погрешности не приводим в качестве основных факторов.

При этом фактическая величина биения шпинделя станка находится в пределах 2–3 мкм. Биение же оправки доходит до 8 мкм.

Допуск на наружный диаметр 0,2 мм, на операции токарной обработки оставляется припуск 0,5 мм на диаметр, но в связи с биением, возникающим после внутришлифовальной операции (до 0,5 мм), этого припуска не всегда хватает и приходится занижать весь профиль зубьев, а с ним и наружный диаметр фрезы. Необходимо проанализировать, почему появляется такое биение наружного диаметра после внутришлифовальной операции. На этой операции базирование происходит по торцам фрезы, а это, во-первых, нарушает принцип единства баз и, во-вторых, опорная длина торца, в некоторых случаях, в 4 раза меньше длины фрезы. Необходимо совместить конструкторскую и технологическую базу и увеличить опорную длину.

Заточная операция.

Здесь наибольший интерес представляет параметры фрезы №5, 6, 15. Остальные параметры в большей степени зависят от правильности настройки станка по первой детали. По параметру №15 больше всего нареканий от потребителя. Выявим факторы, оказывающие влияние наибольшее влияние на параметры №5 и 6. Червячная фреза устанавливается с зазором на цилиндрическую оправку, оправка одним концом базируется по коническому хвостовику в шпинделе станке, а другой конец поджимается вращающимся центром. Деление осуществляется при помощи делительного диска. Отсюда можно сделать вывод, что смещение стружечной канавки от номинального положения происходит преимущественно из-за двух явлений – биение зубьев червячной фрезы и погрешность деления, отсюда можно сделать вывод, что смещение передней поверхности происходит ввиду факторов:

– радиальное биение шпинделя станка;

– радиальное биение оправки;

– зазор между оправкой и фрезой;

– погрешность делительного диска.

Для выявления факторов, не обеспечивающих шероховатость, в соответствии с требованиями чертежа, воспользуемся статистическим методом анализа.

3. Мероприятия по совершенствованию технологии изготовления червячной фрезы

Внутришлифовальная операция.

Для минимизации человеческого фактора на операции внутренней шлифовки необходимо исключить ручной труд. Доводку при помощи притира можно заменить на тонкое выхаживание. Диаметр круга принимаем исходя из рекомендаций [7]:

Dкр
= Dотв
*0,8, где

Dотв
– диаметр обрабатываемого отверстия

Рассчитаем для выбранной фрезы, с номинальным посадочным отверстием диаметром 40 мм:

Dкр
=39,7*0,8=31,76 мм

Округляем в большую сторону до стандартного ряда, принимаем:

Dкр
=32 мм

Воспользовавшись рекомендациями [8] выберем эльборовый круг, который будет обеспечивать необходимую шероховатость:

Берем круг прямого профиля – 1А1

Габаритные размеры – 32х25х10х5

Марка шлифовального материала для обработки быстрорежущей стали – ЛКВ40

Для получения шероховатости Ra 0,2 мкм принимаем зернистость – 80/63

Для получения стабильных показателей по размеру принимаем твердость – СТ1

Связку круга берем керамическую – К27

Концентрацию эльбора – 100%

Маркировка полная – 1А1 32х25х10х5 ЛКВ40 80/63 СТ1 К27 100%.

Теперь по [11] назначим режимы резания при выхаживании:

Подача S=1 м/мин

Скорость резания – обычно при обработке эльборовым инструментом назначают скорость резания в пределах 30–35 м/с, но ввиду длиной и не жесткой оправки (20х200) имеет смысл снизить скорость резания до 20–25 м/с. Тогда рекомендуемая частота вращения шпинделя определяется формулой:

n=V*60000/ Dкр
*π, где

V – скорость резания принимаем V=22 м/с

n=22*60000/32*3,14=13136 об/мин

Принимаем фортуну со скоростью 16000 об/мин.

Теперь уточняем скорость резания:

V=3,14*32*16000/60000=26,8 м/с.

Назначаем число двойных ходов при выхаживании – 8

Теперь рассчитаем время на выхаживание:

ТМ
=2*N*(L+l)/S, где

N – число двойных ходов

L – длина фрезы

l – длина шлифовального круга

Тогда для нашего случая:

ТМ
=2*8*(150+25)/1000=2,8 мин

Штучное время Тшт
найдём по формуле:

Тшт
=Тв
+Тп-з
+Тм

ТВ
=0,18 мин – вспомогательное время;

ТП-З
= 0,15 мин – подготовительно–заключительное время;

Тшт
=0,18+0,15+2,8=3,13 мин

Шлифование профиля.

Для снижения радиального биения наружного диаметра необходимо снизить влияние определяющего фактора – биение наружного диаметра оправки. Так как эта же оправка, на которой производится обработка, является контрольной оправкой, необходимо и требования предъявлять к ней как к контрольной оснастке. Предлагается ужесточить допуск по наружному диаметру оправки в 2 раз, было ±3 мкм, станет +3 мкм. Ужесточить требования к радиальному биению до 1,5 мкм и внести в технические требования чертежа пункт о необходимости паспортизации и периодичности проверки раз в 4 месяца.

Увеличить опорную длину и совместить конструкторскую и технологическую базы можно только одном способом – обеспечить закрепление червячной фрезы на операции шлифование отверстия за наружный диаметр, то есть, непосредственно, за сами зубья фрезы. В данном случае в качестве зажимного приспособления может выступать цанговый патрон. Это также позволит сократить время на выставление и зажим каждой фрезы. В базовом варианте рабочий прижимал шлифованный торец червячной фрезы к планшайбе при помощи шпилек и выставлял каждую фрезу в отдельности по внутреннему диаметру. В проектируемом варианте, достаточно будет выставить цанговую оправку в начале работы. Это позволит уменьшить биение наружного диаметра относительно отверстия после операции внутренней шлифовки, то есть на операцию шлифование профиля червячная фреза придет с минимальным биением.

Рассчитаем максимальное биение, возможное на операции внутренней шлифовки, при применении цанговой оправки. Биение будет складываться из биений всех конструктивных элементов, также добавится погрешность выставления детали, так как выставляем только по одному краю оправки. Биение найдем по формуле:

∆1
= ∆ц
+ ∆ц
+ ∆ц
=, где

∆ц
– биение внутреннего диаметра цанги, относительно наружного, по чертежу – 0,01мм

∆к
– биение опорного торца корпуса оправки, относительно оси, по чертежу – 0,01мм

∆И
– погрешность выстановки детали, с практической точки зрения примем 0,01мм

Отсюда найдем максимальное биение:

∆1
=0,01+0,01+0,01=0,03 мм.

Фактическое же биение по базовому варианту до 0,3мм.

Тогда рассчитаем фактический припуск, снимаемый на этой операции в базовом варианте:

РФ
=РТ
+∆ф
,

где

РТ
– припуск технологический, равен 0,5 мм

∆ф
– фактическое биение, с среднем равно 0,2 мм

Отсюда:

РФ1
= 0,5+0,2=0,7 мм

Теперь рассчитаем фактический припуск, снимаемый на этой операции в базовом варианте:

РФ2
=РТ
+∆1
/2, так как средняя величина биения всегда половину от максимальной, отсюда: РФ2
=0,5+0,03/2=0,515 мм

Теперь рассчитаем насколько меньше будут затраты времени. Основной припуск снимается на втором переходе, после чего остается припуск 0,1 мм, тогда припуск, снимаемый на этом переходе для базового варианта: 0,7–0,1=0,6 мм

Для проектируемого варианта:

0,515–0,1=0,415 мм.

Теперь найдем отношение:

0,6/0,415=1,45

То есть получается, что припуск в проектируемом варианте меньше в 1,45 раз. Если сохранить прежние режимы обработки, то получается, что и затраты времени снизятся в 1,45 раз.

Машинное время в базовом варианте, на втором переходе операции шлифование профиля, по существующей в ИП технологии составляет – 2,2 часа, тогда машинное время в проектируемом варианте: ТМ
=2,2/1,45=1,52 часа

Заточная операция.

Произведем расчет максимальной величины смещения передней поверхности от номинального положения. Как было сказано выше, величина смещения складывается из многих факторов. Вектор смещения от воздействия фактора вследствие погрешности делительного диска будет перпендикулярен действию других факторов. А так как фреза имеет положительный передний угол, то при рассмотрении действий всех факторов необходимо учитывать этот угол. На чертеже угол задан смещением передней поверхности относительно оси фрезы, пересчитаем в градусы:

Sinα= a / R,

где

а – величина смещения

R – наружный радиус фрезы

Тогда:

Sinα=7/55=0,127, отсюда α=7,31 гр.

Исходя из векторов действий факторов погрешностей, формулу для вычисления максимальной величины смещения передней поверхности от номинального положения можно записать в виде:

∆= К*(Sinα *(∆ш
+∆о
+∆з
)+cosα*∆д
), где

∆ш
– погрешность, возникающая вследствие радиального биение шпинделя станка;

∆о
– погрешность, возникающая вследствие радиального биение оправки

∆з
– погрешность, возникающая вследствие зазора между оправкой и фрезой

∆д
– погрешность, возникающая вследствие погрешности делительного диска

К – поправочный коэффициент, учитывающий влияния остальных факторов, примем К=1,5

Погрешность станка несколько отличается от паспортных данных, но находится в пределах 5 мкм.

По чертежу радиальное биение оправки не более 0,01мкм

Максимально возможный зазор в соединении между оправкой и фрезой получается путем вычитания максимально возможного размера отверстия и минимально возможного размера вала. По чертежу отверстие фрезы – 40+0,011
. Размер вала из чертежа решено не брать, так как это наиболее изнашиваемая часть станка, эту величину получили путем фактического замера – 39,98

Тогда:

∆3
= 40,011–39,98=0,031 мм

Погрешность делительного диска по чертежу – ±2 мин. Тогда на наружном диаметре это будет в мм:

∆д
= 55*2*sin2`=0,064 мм

Теперь подставим все значение в формулу:

∆= 1,5*(Sin7,310
*(0,005+0,01+0,031)+cos7,310
*0,064)=0,1 мм

Получившаяся величина значительно превышает допуск 5 и 6 параметров червячной фрезы, а значит, вероятность появления брака достаточно велика. Как видно из формулы, определяющими и наиболее большими по величине являются погрешности – в первую очередь, делительного диска, во вторую, зазора.

Так как погрешности делительного диска являются определяющими, необходимо заложить максимально возможную точность. В цехах ИП ВАЗа существует технологическая возможность изготовить делительный диск с точностью на деление ±0,001 мм. Профиль делительного диска изготовить электроэрозионной обработкой.

Чтобы уменьшить зазор между оправкой и фрезой необходимо, во-первых, уменьшить допуск на размер посадочного места оправки, а во-вторых, так это место, вследствие постоянного трения и попадания абразивной пыли, является наиболее изнашиваемым, то ввести требование о регулярном контроле размера и, при необходимости, замены оправки. В базовом варианте допуск на размер оправки по чертежу 7 мкм, ужесточим его до 3 мкм.

Расположим поле допуска, таким образом, чтобы всегда обеспечивался гарантированный зазор. Верхний предел – 39,999, нижний предел – 39,996. Тогда максимальный зазор будет:

∆зП
= 40,011–39,996=0,015 мм

Теперь произведем расчет вычисления максимальной величины смещения передней поверхности от номинального положения для проектируемого варианта:

∆П
= 1,5*(Sin7,310
*(0,005+0,01+0,015)+cos7,310
*0,002)=0,009 мм

0,009≤0,02 – получившаяся величина меньше наибольшей разности соседних окружных шагов стружечных канавок. Теперь можно говорить о гарантированном качестве получения результатов замеров строго в соответствии с чертежом, так есть запас по точности.

4. Статистический анализ качества шлифованных поверхностей

Червячные фрезы в ИП производстве изготавливаются из следующих марок быстрорежущих сталей: Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3-Ш, Р6М5Ф3-МП.

Наиболее ответственная операция с точки зрения влияния на дальнейшую стойкость червячной фрезы – это заточка по передней поверхности. Заточка производится следующими абразивными кругами:

1) 12 300х20х50,8 24А 25Н СМ1 12 К11

2) 12 300х20х50,8 25А 25Н СМ1 11 КФ-40

Проводились производственные испытания по заточке выше названными кругами на двух параллельно работающих станках ф. Карр мод. As-305, червячных фрез, выбранных случайным образом, выполненных из всех выше перечисленных сталей. При этом стоит отметить, что в основном это были стали Р6М5Ф3-МП и Р6М5Ф3-Ш – отличием этих сталей является лишь то, что первая выполнена путем спекания мелкодисперсных частиц, по технологии порошковой металлургии, вторая же сталь получена методом электрошлакового переплава. Шероховатость поверхности замерена 38 раз на шлифованной поверхности. Расположим замеры шероховатости Ra в порядке возрастания:

0,175; 0,182; 0,185; 0,187; 0,192; 0,195; 0,195; 0,198; 0,202; 0,203; 0,206; 0,208; 0,209; 0,210; 0,212; 0,215; 0,216; 0,218; 0,221; 0,224; 0,227; 0,228; 0,229; 0,231; 0,232; 0,232; 0,235; 0,238; 0,241; 0,244; 0,246; 0,247; 0,251; 0,252; 0,257; 0,259; 0,263; 0,266; 0,276.

На основании этих данных заполним таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Данные для построения кривой распределения

Используя данные таблицы 4.1. построим кривую распределения.

Рис. 4.1. Кривая распределения при шлифовании червячных фрез из сталей Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3-Ш, Р6М5Ф3-МП

Из общего вида кривой распределения рис. 4.1 можно говорить о том, что, во-первых, данная технологическая операция не позволяет производить годную продукцию и требуются срочные меры по улучшению качества, во-вторых, очень большой разброс шероховатости (почти 0,1мкм по Ra). То есть в данном случае возникает две проблемы требующие решений:

1. Слишком высокая высота микронеровностей шлифованной поверхности, вероятность получения негодной продукции более 50%.

2. Низкая степень прогнозируемости процесса.

Причина возникновения первой проблемы заключается или в неправильном выборе абразивного материала или же в неправильном выборе режимов резания. Возможная причина второй проблемы заключается в том, что у обрабатываемых сталей несколько разная шлифуемость.

Для решения первой проблемы существуют несколько стандартных решений:

1) Выбор другого абразивного круга

а) с меньшей твердостью

б) с меньшей зернистостью

2) Выбор других режимов резания

а) уменьшение подачи

б) увеличение скорости резания

в) увеличение времени выхаживания.

Рассмотрим все решения по порядку.

Выбор абразивного материала с меньшей твердостью.

При уменьшении твердости абразивного материала происходит снижение прочности удержания абразивных зерен в круге, затупившиеся зерна быстрее вылетают из круга. При шлифовании это приводит к улучшении стабильности и некоторому снижению шероховатости. Помимо прочего это приводит к тому, что абразивный круг хуже «держит профиль», то есть зерна быстрее осыпаются быстрее, переточки приходиться производит чаще. В нашем случае данное решение неприемлемо, так как будет ухудшаться важный параметр червячной фрезы – отклонение от номинального положения образующей передней поверхности.

Выбор абразивного материала с меньшей зернистостью.

При уменьшении размера зерен абразива, соответственно и уменьшаются размеры рисок им оставленном на шлифуемой поверхности, в этом случае значения шероховатости снижаются значительно. Но при этом значительно увеличивается повышается теплонапряженность процесса резания, что потребует снижение подачи, и как следствие снижение производительности. Примем данное решение.

Изменение режимов резания – уменьшение подачи.

В данном случае это не актуально, так как окончательная шероховатость формируется при выхаживании, которое включено в данный техпроцесс.

Изменение режимов резания – увеличение скорости резания.

Скорость резания несколько снижает величину микронеровностей на шлифованной поверхности, но при этом значительно повышается теплонапряженность процесса резания, а следовательно увеличивается вероятность появления шлифовочных прижогов, что недопустимо. Также, фактические режимы резания – скорость резания 25–30 м/с, что близко к критической величине, на которой предназначены работать применяемые абразивные круги (35 м/с). Также в данном случае нас ограничивают возможности самого станка, скорость вращения шлинделя станка не позволяет повышать скорость резания выше 35 м/с.

Изменение режимов резания – увеличение времени выхаживания.

Время выхаживания подобрано экспериментально, и увеличение этой величины обычно приводит к появлению шлифовочных прижогов. Данное решение не приемлемо.

Для решения второй проблемы воспользуемся [12], коэффициенты шлифуемости сталей К1
:

Для Р6М5 КR
=0,94

Для Р6М5К5 КR
=1,1

Для Р6М5Ф3-МП КR
=0,94

Для Р6М5Ф3-Ш КR
=1,2

Из общего вида кривой распределения, наличие почти плоской площадки на вершине, можно сделать предположение, что данная кривая является кривой суммарного распределения шероховатости по шлифованию каждой стали в отдельности, и что эти распределения могут подчинятся закону Гаусса. Тогда, одним из возможных путей решения этой проблемы заключается в том, чтобы изготавливать червячные фрезы только из одного материала и применять на заточной операции лишь одну марку абразивного круга. Данные меры должны сузить разброс шероховатостей. Исходя из представленных данных и данных по стойкости червячных фрез из различных материалов наиболее целесообразным представляется изготавливать червячные фрезы из материала – Р6М5Ф3-МП.

Теперь просуммируем все решения по данным проблемам:

1. Выбор абразивного круга с меньшей зернистостью.

2. Изготавливать все червячные фрезы из одного материала и применять один абразивный круг.

Так как первое решение предполагает снижение производительности – воспользуемся вторым решением.

Проводились производственные испытания по заточке абразивным кругом 12 300х20х50,8 24А 25Н СМ1 12 К11 на двух параллельно работающих станках ф. Карр мод. As-305, червячных фрез, выбранных случайным образом, выполненных из быстрорежущей стали марки Р6М5Ф3-МП. Шероховатость поверхности замерена также 38 раз на шлифованной поверхности. Расположим замеры шероховатости Ra в порядке возрастания: 0,168; 0,174; 0,177; 0,179; 0,181; 0,183; 0,185; 0,186; 0,187; 0,188; 0,189; 0,190; 0,190; 0,191; 0,192; 0,192; 0,193; 0,194; 0,194; 0,194; 0,195; 0,195; 0,196; 0,197; 0,198; 0,198; 0,199; 0,199; 0,201; 0,202; 0,203; 0,204; 0,206; 0,207; 0,210; 0,212; 0,216; 0,222.

На основании этих данных заполним таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Данные для построения кривой распределения

Используя данные таблицы 4.2. построим кривую распределения.

Рис. 4.2. Кривая распределения при шлифовании червячных фрез из стали Р6М5Ф3-МП

Общей вид кривой распределения рис. 4.2, с некоторым приближением, можно отнести к кривой нормального Гауссового распределения, а это дает возможность рассчитать процент появления вероятного брака. Расчет произведем, как показано в [15]. Для этого рассчитаем среднеквадратичное отклонение:

,

где

r - частость в интервале

D – остаточная погрешность, вычисляется по формуле:

, где

li
– середина интервала

- среднее арифметическое

В нашем случае остаточная погрешность в каждом интервале:

D1
=0,1695–0,169=0,0005

D2
=0,1745 – (0,174+0,177)/2=-0,001

D3
=0,1795 – (0,179+0,181)/2=-0,0005

D4
=0,1845 – (0,183+0,185+0,186+0,187)/4=-0,00075

D5
=0,1895 – (0,188+0,189+0,190+0,190+0,191+0,192+0,192)/7=-0,00079

D6
=0,1945 – (0,193+0,194+0,194+0,194+0,195+0,195+0,196+0,197)/8=

=-0,00025

D7
=0,1995 – (0,198+0,198+0,199+0,199+0,201+0,202)/6=0

D8
=0,2045 – (0,203+0,204+0,206+0,207)/4=-0,0005

D9
=0,2095 – (0,210+0,212)/2=-0,0015

D10
=0,2145–0,216=-0,0015

D11
=0,2195–0,221=-0,0015

Тогда среднеквадратичное отклонение:

s1
=0,0035 мкм

Коэффициент точности вычисляется по формуле:

ТП
=d/6s,

где

d – допуск на изготовление детали. В нашем случае т. к. допуска как такового нет, величину заменяющую допуск можно найти по формуле:

,

где

А=0,2 – критическая шероховатость, определяемая по чертежу.

Тогда:

d=2*(0,2–0,194)=0,012 мкм

Отсюда, коэффициент точности:

ТП.1
=0,012/0,0035*6=0,57

Далее необходимо рассчитать коэффициент смещения:

,

где

lcp
=(Анаиб.
+ Анаим.
)/2, где

Анаиб.
и Анаим.
– соответственно наибольший и наименьший размер в выборке

lcp
.
=(0,221+0,169)/2=0,195

Тогда коэф. Смещения:

Е=‌‌|‌,193–0,196|/0,012=0,25

Теперь по табл. 2 в [15] определим вероятность появления брака.

Доля вероятного брака: Р=22%

Также можно говорить о значительно более узком разбросе шероховатостей, но вероятность появления брака, тем не менее, достаточно высока. В данном случае можно воспользоваться первым решением, но это приведет к снижению производительности. Чтобы этого избежать предлагается выбрать шлифовальный круг из кубического нитрида бора. Эльборовые круги показали себя хорошо как раз там, где необходимо добиться высоких показателей стабильности процесса шлифования при высоких требованиях к обрабатываемой поверхности. При этом прочность удержания зерен в круге значительно выше, и твердость зерен также выше, что позволяет вести обработку на повышенных режимах.

По [8] предлагается эльборовый круг следующих характеристик:

Профиль круга тарельчатый – 12R4

Габариты круга, наружный диаметр х толщина х внутренний диаметр

Марка шлифовального материала для обработки быстрорежущей стали – ЛКВ40

Для получения шероховатости Ra 0,2 мкм принимаем зернистость – 80/63

Для получения стабильных показателей по размеру принимаем твердость – С1

Связку круга берем керамическую – К27

Концентрацию эльбора – 100%

Маркировка полная – 12R4 300х20х50,8 ЛКВ40 80/63 С1 К27 100%.

Теперь назначим некоторые режимы резания данным кругом.

По диаметру круга и паспортным данным станка назначаем скорость резания v=35 м/c

Определим частоту вращения круга:

n=1000*V*60/p*D

n=1000*35*60/3,14*300=2053 об/мин

Станок имеет бесступенчатое регулирование скорости вращения.

Далее найдём остальные параметры шлифования.

Назначаем подачу S =2 м /мин

Глубина шлифования t=0.003 мм/ход

Машинное время ТМ
:

TM
=(L+2lП
)*i*z/S*1000

где:

L – длина фрезы, L=150 мм

lП
– длина перебега круга, назначаем 30 мм

z – число зубьев фрезы

i=D/t,

где

D=0,15 мм – припуск под шлифовку

Отсюда находим: i=0.1/0.003=33

TM
=(150+2*30)*33*14/2*1000=48 мин.

Штучное время Тшт
найдём по формуле:

Тшт
=Тв
+Тп-з
+Тм

ТВ
=1,2 мин – вспомогательное время;

ТП-З
= 0,5 мин – подготовительно–заключительное время;

Тшт
=1,2+0,5+48=49,7 мин

Теперь по [8] рассчитаем ожидаемую шероховатость Ra при обработке червячной фрезы:

Ra=0,93*v-0.3
*S0.06
*t0.04
*К1
* К2
* К3
,

где

К2
– коэффициент, учитывающий концентрацию эльбора, при 100% – К2
=1

К3
– коэффициент, учитывающий зернистость круга, при 80/63 – К3
=1

Отсюда найдем показатель шероховатости: Ra=0,93*35-0.3
*20.06
*0,0030.04
*0,94=0,18.

По чертежу 0,2, то есть приемлемо.

5.
Расчет безопасности станка и его основных элементов

5.1 Общие положения

Понятие безопасности включает в себя такие понятия как, безопасные условия труда, безопасность производственного оборудования, безопасность производственного процесса. При рассмотрении безопасности мы рассматриваем как техническую систему, так и систему «человек – машина».

В качестве «человека»
подразумевается персонал, непосредственно занятый выполнением работ, «машины»
– технологическое оборудование, иногда с предметом труда, обеспечивающее изменение его свойств или состояния.

Безопасные условия труда
– состояние условий труда, при которых воздействие на работающего опасных и вредных производственных факторов исключено или воздействие вредных производственных факторов не превышает предельно допустимых значений.

Безопасность производственного оборудования
– свойство производственного оборудования соответствовать требованиям безопасности труда при монтаже (демонтаже) и эксплуатации в условиях установленных нормативно-технической документацией.

Безопасность производственного процесса
– свойство производственного процесса соответствовать требованиям безопасности труда при проведении его в условиях, установленных нормативно-технической документацией.

При анализе безопасности системы следует разделять такие понятия как опасный фактор и вредный фактор. Опасным фактором
является такое воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Вредным фактором
является такое воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности.

Конечным следствием неблагоприятных условий труда являются производственный травматизм и профессиональные заболевания.

Травма
– повреждение тканей организма и нарушение его функций внешними воздействиями.

Профзаболевание -
либо на встречающееся в быту (специфическое), либо возникающее как на производстве, так и в быту устойчивое нарушение здоровья.

Производственная опасность
– наблюдаемое в процессе выполнения технологических операций (функционирования человеко-машинных систем) свойство таких систем представлять в естественных условиях реально предсказуемую возможность причинения ущерба.

Ущерб
– такое изменение состояния производственного процесса, которое характеризуется нарушениями целостности, работоспособности или потерей других свойств ее компонентов или окружающей среды в результате происшествий или вредного влияния на них неизбежных энергетических (тепло, шум,…) либо материальных (сажа, шлаки,…) выбросов.

Происшествие
– событие, состоящее в воздействии производственной опасности на компоненты систем «человек-машина-среда» и повлекшее за собой ущерб, вследствие резкого изменения свойств системы или окружающей среды.

Обеспечение безопасности в рабочей зоне достигается тремя основными методами. В реальных условиях производства используется комбинация этих методов.

Метод А состоит в пространственном и (или) временном разделении рабочей зоны и опасного пространства: дистанционное управление, автоматизация, роботизация и др.

Метод Б состоит в нормализации опасного пространства путем исключения опасностей. Это совокупности мероприятий, защищающих человека от шума, газа, пыли, травм (средства коллективной защиты).

Метод В включает гамму приемов и средств, направленных на адаптацию человека к соответствующей среде и на повышение его защищенности: профотбор, обучение, психологическое воздействие, средства индивидуальной защиты.

Описание рабочего места, оборудования, выполняемых операций. Обработка внутреннего диаметра червячной фрезы ведётся на внутришлифовальном станке. Рабочий-оператор загружает заготовку и снимает обработанную деталь. На станке производятся операция шлифования внутреннего диаметра червячной фрезы.

Опасные и вредные производственные факторы разрабатываемого производственного объекта

Вибрация

В промышленности широкое применение получили машины и оборудование, создающие вибрацию, неблагоприятно воздействующую на человека. Увеличение производительности и, как следствие этого, рост мощностей и быстроходности технологического оборудования при одновременном снижении его материалоемкости, уменьшение статических нагрузок на человека сопровождаются нежелательным побочным эффектом–усилением вибраций. Воздействие вибраций не только ухудшает самочувствие работающего и снижает производительность труда, но часто приводит к тяжелому профессиональному заболеванию–виброболезни. Поэтому вопросам борьбы с вибрацией придается огромное значение.

В соответствии с ГОСТ 24346–80 (СТ СЭВ 1926–79) «Вибрация. Термины и определения» под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание, и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты.

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. В одних случаях источниками вибраций являются возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки, вращающиеся массы, ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п.). Иногда вибрации создаются ударами деталей (зубчатые зацепления, подшипниковые узлы и т.п.). Величина дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса может явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т.п.

Воздействие вибраций на человека чаще всего связано с колебаниями, обусловленными внешним переменным силовым воздействием на машину либо на отдельную ее систему. Возникновение такого рода колебаний может: быть связано не только с силовым, но и с кинематическим возбуждением, например, в транспортных средствах при их движении по неровному пути.

Различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организма, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела. Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом (зачистка сварных швов, обрубка отливок, клепка, шлифование и т. п.). В ряде случаев работник может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппарата) по причине резонансных явлений.

Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову и сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определеннойI массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и параллельно включенными сопротивлениями. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых, определяющие субъективное восприятие вибраций, зависят также от положения тела работающего (работа в положении стоя или сидя). Собственные частоты плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение «стоя») составляют 4–6 Гц, головы относительно плеч (положение «сидя») – 25–30 Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6–9 Гц. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, т.к. могут вызвать механическое повреждение или даже разрыв этих органов. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, может быть причиной вибрационной болезни – стойких нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружения, плохого сна, пониженной работоспособности.

Вибрация может не вызывать болезненных ощущений, но затруднить проведение производственных процессов.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и в холодный и уменьшаются в теплый период года. При локальной вибрации наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как и при общей вибрации.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях. Восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Шум

Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение во всех областях техники, особенно в машиностроении, на транспорте, в энергетике.

Шум на производстве наносит большой ущерб, вредно действуя на организм человека и снижая производительность труда. Утомление рабочих и операторов из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Нередко и в быту человек подвергается воздействию шума недопустимо высоких уровней. Поэтому борьба с шумом является важной задачей.

Часто возникает необходимость защиты не только от шума, но и от инфразвука и ультразвука.

Шумом является всякий нежелательный для человека звук
. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания, распространяющиеся волнообразно нетвердой, жидкой или газообразной среде. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаний (колебательная скорость υ), значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука с).

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20–20000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровнями

Уместно напомнить, что логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давления Ро
соответствует порогу слышимости (1= 0
дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот 800–4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет; особенно заметно увеличение порога слышимости на низких частотах. По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум, даже когда он невелик (при уровне 50–60 дБ), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности того или иного шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30–40 дБ в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБ и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме.

Под воздействием шума, превышающего 85–90 дБ, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этого шума не слышно сигналов транспорта, автопогрузчиков и других машин.

Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникающие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20–30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на человека.

При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

5.2 Загрязнение воздуха рабочей зоны

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочей зоне
помещений, т.е. пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места. Устранение воздействия таких вредных производственных факторов, как газов и паров, пыли, избыточной теплоты и влаги, и создание здоровой воздушной среды, являются важной задачей, которая должна осуществляться комплексно, одновременно с решением основных вопросов производства.

Атмосферный воздух в своем составе содержит (%по объему): азота – 78,08; кислорода – 20,95; аргона, неона и других инертных газов – 0,93; углекислого газа – 0,03; прочих газов – 0,01. Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания.

Наряду с химическим составом важно также, чтобы воздух имел определенный ионный состав. В воздухе содержатся отрицательные и положительные ионы, которые по подвижности разделяют на легкие и тяжелые. Тяжелые ноны образуются в результате оседания легких ионов на различные частицы: пылинки, капли тумана и т. п. В незагрязненном воздухе преимущественно находятся легкие ионы, которые по подвижности разделяют на легкие и тяжелые. Тяжелые ионы образуются в результате оседания легких ионов на различные частиц: пылинки, капли тумана и т.п. В незагрязненном воздухе преимущественно находятся легкие ионы, а в загрязненном тяжелые. На жизнедеятельность организма человека благотворное влияние оказывают отрицательные ионы кислорода воздуха.

Воздух рабочей зоны редко имеет приведенный выше химический состав, так как многие технологические процессы сопровождаются выделением в воздух производственных помещений вредных веществ – паров, газов,

Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы вещества – дисперсные системы – аэрозоли, которые делятся на пыль (размер твердых частиц более 1 мкм), дым (менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль бывает крупно – (размер частиц более 50 мкм), средне – (50–10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм).

Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого сырья, а также промежуточных и конечных продуктов. Так, пары выделяются в результате применения различных жидких веществ например, растворителей, ряда кислот, бензина, ртути и т.д., а газы – чаще всего при проведении технологического процесса, например, при сварке, литье, термической обработке металлов.

Причины выделения пыли на предприятиях машиностроения могут быть самыми разнообразными. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортировании измельченного материала, механической обработке хрупких материалов, отделке поверхности (шлифовании, глянцевании), упаковке и расфасовке и т.п. Эти причины пылеобразования являются основными, или первичными. В условиях производства может возникать и вторичное пылеобразование, например, при уборке помещений, движении людей и т.п. Такое выделение пыли иногда бывает весьма нежелательным (в электровакуумной промышленности, приборостроении).

Дым возникает при сгорании топлива в печах и энергоустановках, а туман – при использовании смазочно-охлаждающих жидкостей, в гальванических и травильных цехах при обработке металлов. Например, в зарядных отделениях аккумуляторных образуется аэрозоль серной кислоты.

Вредные вещества проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, а также через кожу и с пищей. Большинство этих веществ относится к опасным и вредным производственным факторам, поскольку они оказывают токсическое действие на организм человека. Эти вещества, хорошо растворяясь в биологических средах, способны вступать с ними во взаимодействие, вызывая нарушение нормальной жизнедеятельности. В результате их действия у человека возникает болезненное состояние – отравление, опасность которого зависит от продолжительности воздействия, концентрации q
(мг/м3
) и вида вещества.

По характеру воздействия на организм человека эти вредные вещества подразделяются на:

– общетоксические – вызывающие отравление всею организма (окись углерода, цианистые соединения, свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения и др.);

– раздражающие – вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, сернистый газ, фтористый водород, окислы азота, озон, ацетон и др.);

– сенсибилизирующие–действующие как аллергены (формальдегид, различные растворители и лаки на основе нитро- и нитрозосоединений и др.);

– канцерогенные – вызывающие раковые заболевания (никель и его соединения, амины, окислы хрома, асбест и др.);

– мутагенные – приводящие к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные вещества и др.);

– влияющие на репродуктивную (детородную) функцию (ртуть, свинец, марганец, стирол, радиоактивные вещества и др.).

Ряд вредных веществ оказывает на организм человека преимущественно фиброгенное действие, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения вследствие плохой растворимости в биологических средах (крови, лимфе). В основном это пыли металлов, пластмассовая, наждачная, древесная и пыль стеклянного и минерального волокна, кремнезем содержащие пыли и др. Эти пыли образуются при металлообработке, прокатке, штамповке, в литейном производстве и т. д.

Наибольшую опасность представляет мелкодисперсная пыль. Такая пыль в отличие от крупнодисперсной практически не оседает в воздухе производственных помещений, находится во взвешенном состоянии и легко проникает в легкие. При высокой дисперсности пыль отличается повышенной химической активностью из-за большой поверхности. Например, в сварочной пыли содержится 90% частиц размером менее 5 мкм, что делает ее особо вредной для организма человека, учитывая, что в составе этой пыли есть марганец и хром.

Многие вещества, которые считают нетоксичными, в определенных условиях способны оказывать токсическое действие на человека.

Например, инертные газы при атмосферном давлении вредны лишь в той мере, в какой они своим присутствием снижают содержание кислорода в воздухе, а в условиях повышенного давления они становятся сильными наркотиками.

Действие вредных веществ в условиях высоких температур, шума и вибраций значительно усугубляется, хотя количественную оценку этого явления в настоящее время дать трудно. Так, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.

В результате воздействия вредных веществ могут возникать профессиональные заболевания; так, при длительном вдыхании пыли – пневмокониозы. Наиболее тяжелым из них является силикоз, возникающий при попадании в легкие пыли, содержащей двуокись кремния. Это заболевание имеет место в литейном производстве, при пескоструйной обработке. Пыль, образующаяся при сварке, а также шлифовании, может быть причиной заболевания производствах, связанных с применением свинца, ртути, цианистых соединений, мышьяка и других вредных веществ, при выделении окиси углерода, аммиака, окислов азота и других газов и паров возможны отравления. При сварке оцинкованных изделий, плавке бронзы и латуни возможно отравления окисью цинка.

Расчет вентиляции.

Цель расчета – определить требуемый воздухообмен и его кратность для вентиляций системы цеха завода.

Исходные данные: длина цеха l
= 50 м, ширина цеха b
= 20 м, высота цеха h
=
15 м. В воздушную среду цеха выделяется пыль в количестве W
= 120г/час, для данного вида пыли ПДК
= 4 мг/м3
, концентрация пыли в рабочей зоне Ср.з
.
= 2,8 мг/м3
, концентрация пыли в противоточном воздухе Сп
= 0,3 мг/м3
, распределение пыли по цеху равномерно, количество воздуха забираемого из цеха вытяжными установками G
м
= 1500 м3
/час.

1) Определяется объем цеха V
:

V = l
∙
b
∙
h
,

где: l
= 50 м – длина цеха;

b
= 20 м – ширина цеха;

h
=
15 м – высота цеха.

Конкретное значение объема цеха для рассматриваемого случая следующее:

V =
50
∙
20
∙
15 = 15000 м3
.

2) Определяется требуемый воздухообмен в цехе:

,

где: G
тр
– требуемый воздухообмен в цехе;

G
м
= 1500 м3
/час – количество воздуха забираемого из цеха вытяжными установками;

W
= 120000 мг/час – количество пыли, выделяемой в воздушную среду цеха;

Ср.з
.
= 2,8 мг/м3
– концентрация пыли в рабочей зоне;

Сп
= 0,3 мг/м3
– концентрация пыли в противоточном воздухе.

Конкретное значение требуемого воздухообмена для рассматриваемого случая следующее:

3) Определяется кратность воздухообмена:

,

Конкретное значение кратности воздухообмена для рассматриваемого случая следующее:

.