В современном мире принято определять уровень цивилизованности по совокупности искусственных предметов, которыми окружает себя то или иное человеческое сообщество. В основе нашего сегодняшнего цифрового мира по-прежнему лежит умение добывать и обрабатывать металлы, которые выступают как основа для всех искусственных предметов либо как инструмент для получения других материалов.
Главным металлом для нас является не золото, а железо со всем многообразием его сплавов, называемых сталью. Значительная часть стали — это листовой прокат, из которого и требуется получать заготовки будущих деталей сложной формы. Рассмотрим упрощенную схему части технологического цикла изготовления заготовок из листового проката на оборудовании для термической резки с ЧПУ (рис. 1).

Рис.1
Итак, предположим, появилась идея какого-то нового предмета: корабля, здания, машины, ткацкого станка и пр. Визуализация идеи осуществляется сначала конструкторами, которые превращают неосязаемую идею в конкретные рисунки, называемые чертежами: конструкторскую документацию (КД). Конечно, создание КД неразрывно связано с работой технологов, и об их участии мы поговорим чуть позже. Итогом работы конструкторов являются чертежи деталей изделия с указанием материалов деталей.
САПР — это система автоматизированного проектирования, однако мало кто задумывается о том, что под этим понятием скрывается целый комплекс как программных, так и технических компонентов, включающих в себя проектирование, создание технологической документации, управление производством, учет и регламенты. В части работы по созданию управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ (выполняющего раскрой листового металла) зарубежное понятие nesting, оно же «раскрой» или «раскладка», в России не прижилось, и чаще всего используется понятие САПР, которое расшифровывается как «система свтоматизированного проектирования (подготовки) раскроя», хотя это и не официальная аббревиатура. В нашем случае под понятием САПР будет пониматься ПО, которое обеспечивает автоматизацию создания УП методами математического анализа оптимального размещения деталей для вырезки на конкретном листе металлопроката.
Чтобы выполнить технологическую операцию вырезания деталей (рис. 1), нам необходим физический лист металла, УП, полученная из САПР и КД, а также непосредственно оборудование. После выполнения резки мы получаем две составляющие процесса: заготовки (детали) и отход. Отход учитывается как деловой, т. е. который можно использовать для последующей резки других заготовок в будущем, и тот, который безвозвратно отправляется в металлолом. Учет делового отхода удобнее всего вести в САПРе и контролировать по факту на складе в цехе.
Заготовки (детали) проходят обязательный контроль качества на соответствие реальной геометрии чертежу, а также качеству кромки реза (косина, шероховатость, наличие грата и т. д.). В ряде случаев на заготовки наносятся дополнительные маркировки: чертежные номера деталей, линии гиба, центра отверстий для сверления и пр. Очевидно, что в случае соответствия требованиям заготовки направляются на дальнейшие операции по изготовлению конечного изделия.
Наиболее важной является ситуация, когда заготовки (детали) полностью или частично не проходят контроль качества. Схема на рис. 1 — не что иное, как алгоритм управления информацией, а всякое управление эффективно только с обратной связью. В нашем случае обратная связь реализуется в 4‑х блоках схемы:
1. Оборудование, выполняющее резку, работает некорректно или применена неверная технология резания.
2. САПР выдает УП, не обеспечивающую правильную работу оборудования.
3. Материал не соответствует требуемым характеристикам по размерам или физико-химическим свойствам.
4. Чертеж детали (КД) не соответствует имеющимся возможностям технологического оборудования, и требуется изменение геометрии детали.
Чаще всего в реальном производстве поиск и устранение причин получения бракованных заготовок (деталей) после резки происходит именно в вышеуказанной последовательности: оборудование — САПР — материал — КД. Если мы будем рассматривать как пример предприятие, чуть большее, чем малое, то на каждом этапе мы обнаружим конкретных специалистов, компетентных в своем деле, но не очень сильных в других областях. Такова расплата в современном мире за гигантские объемы информации и стратегию узкой специализации.
Желание переложить проблему на другого человека — это не только нежелание нести ответственность за проблему, но и попытка защитить лично себя от обвинений в некомпетенции (особенно если решение лежит вне ваших должностных и профессиональных обязанностей). В этой непростой ситуации конфликта интересов главным становится инженер-технолог, имеющий достаточное количество прав для работы со всеми подразделениями на равных.
Приведем основной перечень причин появления отклонений в заготовках после резки.
Оборудование:

• неисправности механического характера в оборудовании;
• неисправности систем электропривода;
• неисправности системы ЧПУ;
• нестабильная подача электропитания на оборудование;
• недостаточное давление газов на входе в оборудование;
• чистота газов неудовлетворительная;
• сбой в работе ПО в ЧПУ;
• нарушение геометрии поверхности раскройного стола;
• нарушение положения режущего инструмента по отношению к листу;
• выработан ресурс расходных элементов режущего инструмента;
• расходные элементы режущего инструмента не оригинальные;
• неисправна или отключена система автоматического поддержания рабочей высоты режущего инструмента;
• оператором оборудования изменены настройки технологических режимов резки;
• расходные элементы резака не соответствуют технологическому режиму;
• не учтено реальное положение листа на раскройном столе оборудования.

САПР:

• нарушен принцип «отрезай от большего меньшее»;
• неверно задано направление резки детали (по или против часовой стрелки);
• длинные узкие детали режутся без перемычек;
• контур детали перед применением в САПРе не очищен от лишней информации;
• контур детали разомкнут;
• неверная траектория «захода» и «выхода» режущего инструмента на контур;
• контур детали в векторной форме задан некорректно (например, отверстие задано как набор отрезков);
• неверно задана эквидистанта (компенсация ширины реза);
• неверный постпроцессор САПРа.

Материал:

• несоответствие геометрическим размерам;
• несоответствие физико-химическим свойствам;
• поверхность не подготовлена (не очищена, с окалиной, ржавчиной и пр.).

КД
Анализ на уровне технической документации сводится к решению двух задач:
• создание геометрии деталей с такими характеристиками допусков, которые обеспечивают «собираемость» в изделие;
• выбор технологий, обеспечивающих получение деталей с требуемыми допусками, и понимание влияния допусков на дальнейшие технологические операции для производства конечного изделия.
Чаще всего детали из листового металлопроката в дальнейшем применяются для сварки или сборки на болтах. Такую технологию можно считать сборкой «с гарантированным зазором». На рис. 2а и рис. 2б представлены два варианта сопряжения деталей.
На рис. 2а поля допусков обеспечивают гарантированный минимальный зазор, а максимальный зазор достаточен для качественного соединения деталей. На рис. 2б поля допусков двух деталей пересекаются, и есть вероятность, что детали не смогут быть соединены в дальнейшем качественно.

Рис. 2

Рис. 3.
Кроме того, часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда поля допусков сознательно уменьшаются в зоне стыковки, что вынуждает технологов вводить необоснованную механическую обработку контура детали, хотя реальной необходимости в этом нет.
При оценке допустимых отклонений размеров в задаваемых полях допусков необходимо учитывать тот факт, что значение отклонений может изменяться по мере износа режущего инструмента (особенно это характерно для плазменной резки).
Получение заготовок (деталей) из листового проката на оборудовании с ЧПУ чаще всего производят с применением следующих типов технологий:
• газокислородная (автогенная) резка;
• плазменная резка;
• лазерная резка;
• гидроабразивная резка.
Задача технолога — произвести оценку изготовления заготовок (деталей) по следующим критериям:
• технологические характеристики по качеству размеров и кромки в сравнении с заданными допусками на детали и их последующей сборкой в изделие (качество);
• производительность технологии вырезания оборудованием (скорость);
• стоимость вырезания на условную единицу (цена);
• стоимость владения оборудованием (энергия, персонал, расходные части);
• срок окупаемости оборудования (инвестиции).
Всегда существуют изделия, детали которых можно получать различными способами. Существует вероятность, что в процессе изготовления изделия могут быть внесены такие изменения, которые потребуют коренного изменения технологии производства как всего изделия, так и его частей.
Как правило, с ростом объемов производства происходит и увеличение парка оборудования. Характерным примером является смена оборудования для газокислородной резки на плазменную резку, а далее выделение из обрабатываемых толщин плазменной резки диапазона листов для современной лазерной резки.
Но начинается все с идеи!

Кольченко Владимир Александрович, директор ООО «АВТОГЕНМАШ»
www.autogenmash.ru
(4822) 32-86-33, 32-86-44