Световые приборы

Производственной программой называется количество деталей или изделий, подлежащих изготовлению в определенный период времени — сутки, месяц, квартал, год. В зависимости от количества выпускаемых изделий светотехническое производство принято делить на единичное, серийное и массовое.
Единичным (индивидуальным) называется такое производство, при котором изделия изготовляются единичными экземплярами, разнообразными по конструкции и размерам. К таким изделиям относятся уникальные люстры для залов, прожекторы большой мощности, светильники специального назначения. Единичное производство универсально и характеризуется высокой степенью гибкости.
Серийным называется производство, при котором изделия выпускаются партиями (сериями), состоящими из однотипных по конструкции изделий. К такому типу производства относится изготовление светильников для жилых, административно-общественных и промышленных помещений, для освещения улиц, стадионов и т.п. Серийное производство является наиболее распространенным, оно значительно экономичнее, чем единичное, поскольку технологические процессы в нем дифференцированы по операциям, закрепленным за определенным видом оборудования. В зависимости от размера изготовляемых изделий серийное производство подразделяется на крупносерийное’серийное и мелкосерийное.
Крупносерийное производство характеризуется наличием ограниченной и устойчивой номенклатуры выпускаемых изделий. Программа выпуска светильников при этом обычно составляет 150—350 тыс изделий в год.
Серийное производство характеризуется наличием ограниченной и изменяемой номенклатуры выпускаемых изделий. Программа выпуска колеблется в пределах от 5 до 150 тыс. изделий в год.
Мелкосерийное производство характеризуется разнообразием номенклатуры выпускаемых изделий, малыми размерами партий собираемых изделий. Программа выпуска СП от нескольких десятков до 5 тыс. изделий в год.
Массовым называется производство, которое характеризуется большим количеством изготовляемых изделий, что позволяет на каждом рабочем месте выполнять только одну, постоянно повторяющуюся операцию. К массовому производству относится производство ПРА, ЭУ, а также некоторых типов промышленных и административно-общественных светильников. Массовое производство характеризуется наличием устойчивой номенклатуры выпускаемых изделий, закреплением за поточной производственной линией одного изделия. Линии оснащаются преимущественно специализированным автоматическим оборудованием со специализированной технологической оснасткой, которое работает в течение длительного времени без переналадки. Программа выпуска по каждому изделию при этом составляет обычно не менее 350— 400 тыс. изделий в год. Эффективность массового производства определяют объем производственной программы и специализация производства на определенных типах световых приборов.

Технологические процессы подразделяются по видам светотехнического производства, которые характеризуются применяемым методом изготовления светового прибора, например литейное, штамповочное и т.д. В свою очередь, конкретные технологические процессы включают основные и вспомогательные переходы.
К основному производству относятся цехи, где осуществляются собственно процессы изготовления основной продукции (изделия, детали).
К вспомогательному производству относятся цехи, обеспечивающие эффективное выполнение основных операций и обслуживание основных цехов: инструментальный, ремонтный, транспортный и т.п.
Технологические процессы строятся в зависимости от типа и вида производства и, в свою очередь, разделяются на единичные и унифицированные. Правильное написание наименований технологических операций и присвоение им соответствующих кодов регламентируются “Классификатором технологических операций в машиностроении и приборостроении”.
Современная технология машиностроения располагает значительным арсеналом методов и средств обработки материалов, разнообразием технологических процессов получения заготовок деталей, их обработки и сборки изделий. Из всего количества известных технологических процессов важно отобрать единственно правильный технологический процесс, обеспечивающий наибольшие производительность, точность и экономичность изготовления.
Конкретный технологический процесс изготовления детали включает последовательность и подробное описание операций обработки, способы установки и крепления детали, характеристику оборудования, оснастки и инструмента, трудоемкость изготовления детали, способы контроля в определенных производственных условиях. Такой процесс составляется обычно по типовому схематическому процессу. При разработке технологического процесса необходимо обеспечить наивыгоднейшее сочетание операций обработки деталей, выбрать оптимальные режимы работы оборудования, его производительность, конструкцию, тип оснастки и инструмент.
Технико-экономическая эффективность спроектированного или существующего технологического процесса оценивается следующими технико-экономическими показателями: себестоимостью продукции; нормой времени на изготовление (трудоемкостью) изделия; коэффициентом использования (загрузки) оборудования; степенью автоматизации производства и др.

На практике для сопоставления возможных вариантов конструкций изделия или технологических процессов его изготовления используются графоаналитический и другие методы. Нанесение на графики кривых себестоимости обработки детали по каждому, вновь повторяющемуся технологическому процессу, позволяет легко определить область наиболее экономичного и эффективного процесса. Для сопоставления и выбора наиболее экономичного варианта технологического процесса в заданных производственных условиях используются алгоритмы — системы вычислительных и логических операций, на основе которых составляются рабочие программы для их реализации на любой цифровой ЭВМ.
Существенным образом на снижение себестоимости изделия влияет производственная программа их выпуска, гарантирующая в течение возможно более длительного времени изготовление деталей по неизменяемым чертежам. В связи с тем что на практике номенклатура СП обновляется каждые 5—10 лет, то основным мероприятием, способствующим снижению себестоимости СП, является унификация изделий на основе конструктивной преемственности, создание серий СП, различных по своему утилитарному назначению, но близких по конструктивному исполнению. Важное значение имеют также нормализация и ограничение номенклатуры комплектующих изделий и применяемых метизов.
Значительный резерв в снижении себестоимости СП заключается в увеличении производительности труда и сокращении производственных потерь (отходов) материалов и рабочего времени как основного, так и в спо мо гател ьного.
Перспективным средством увеличения производительности труда и снижения себестоимости являются комплексная автоматизация производства, полное исключение труда человека, особенно на тяжелых, монотонных и вредных для здоровья работах. Замена автоматическими линиями отдельных работающих станков позволяет снизить себестоимость изготовления, повысить производительность труда и другие технико-экономические показатели.
На снижение себестоимости также существенное влияние оказывают повышение технологичности конструкций СП, их унификация и на этой основе типизация технологических процессов.

С развитием производства СП связано резкое увеличение типов их конструкций, модификаций и исполнений. Возрастающие потребности народного хозяйства в светотехническом электрооборудовании различного назначения определили их широкую номенклатуру. По основному назначению СП в соответствии с классификацией, предложенной Ю.Б. Айзенбергом [11], подразделяют следующим образом: для освещения (внутреннего, наружного, в экстремальных средах), для сигнализации (внутренней, наружной, в экстремальных средах).
Описание конструкций СП приведено в специальной литературе, например [12], а принятые их обозначения и терминология определяются ГОСТ 16703-79 “Приборы и комплексы световые. Постоянное наращивание объемов производства и расширение номенклатуры СП на основе широкой унификации определяют рост их конструктивной и технологической сложности, что, в свою очередь, вызывает необходимость их тесной взаимосвязи. При создании новых и модернизации существующих конструкций необходимо стремиться не только к техническому совершенствованию, но и к максимальному сокращению затрат труда, материалов, времени и средств оснащения на их производство. В решении этих задач конструктор руководствуется многими принципами, главными из которых являются принцип унификации, предусматривающий широкое использование в создаваемой конструкции уже освоенных производством узлов и деталей; принцип агрегатирования, предусматривающий возможность создания серий СП из обособленных сборочных единиц, монтируемых на базовой детали, и принцип технологичности конструкции, определяющий технико-экономические параметры изделия и производства.
На этапе рабочего проектирования СП одновременно с разработкой рабочих чертежей осуществляются проектирование рабочей технологии, оснастки, специального технологического оборудования, компоновка
производственных линий и участков. После проведения стендовых, эксплуатационных испытаний на надежность проводят корректировку технологической документации и приступают к изготовлению оборудования, оснастки и инструмента, а также к монтажу производственных линий.
При одновременном создании СП и подготовке его производства, при тесной взаимосвязанной работе конструкторов и технологов можно достичь высокой технологичности при обеспечении заданного качества изделий. В качестве примера укажем СП серии ЛПООЗ [7]; РКУ (ЖКУ) 03 [13] и др. Назовем также ряд работ по созданию крупных высокомеханизированных и автоматизированных комплексов по производству основных серий светотехнических изделий — светильников серий НСПОЗ-60 на гагаринском заводе “Светоприбор”, ЛП016 на исфарин-ском светотехническом заводе, ЛП034 на рижском светотехническом заводе, ПВЛМ на Ардатовском светотехническом заводе и др. [6].
Современный уровень светотехнического производства, повышенные требования надежности и качества СП сделали неотделимыми вопросы конструирования и разработки технологии.

Применяется для получения отливок различных корпусных деталей СП. Литьем в кокиль называется процесс заливки расплавленного металла в металлическую форму, выдерживающую многократную заливку, которая заполняется под собственным весом металла. Различают полукокильное литье, когда используются металлическая форма и песчаные стержни (для литья черных металлов) и чисто кокильное литье, когда форму и стержни изготовляют из чугуна или углеродистой стали (для литья алюминиевых сплавов).
Форма кокиля (Рис. определяет конфигурацию детали. Половинки корпуса 2 и 4 соединяются между собой. Металлический стержень 3 для облегчения его извлечения из отливки делают составным из нескольких частей, средняя часть которого называется клином. К концу затвердевания отливки прежде всего удаляют клин, затем боковые стержни 1, после чего раскрывают кокиль и извлекают отливку.
Особенностью литья в кокиль является интенсивный теплообмен между отливкой и кокилем, который значительно выше, чем при литье в разовые формы, поэтому отливки получаются с более плотной мелкозернистой структурой, что существенно повышает механические свойства некоторых литьевых алюминиевых сплавов [45].
Литье в металлические формы производят на кокильных машинах, которые представляют собой устройства для смыкания и размыкания формы, а также извлечения из нее отливок. В светотехническом производстве используются универсальные литейно-кокильные машины.
Литье под давлением в светотехническом производстве применяется очень широко. Сущность этого способа заключается в том, что расплав металла подается в стальную разъемную форму под давлением на специальном технологическом, оборудовании — литьевых машинах. Рабочиее давление на расплав создается непосредственно сжатым воздухом или поршнем. Давление может достигать нескольких сот атмосфер, что обеспечивает хорошую заполняемость формы с высокой скоростью течения металла и получение отливок высокой точности с большой производительностью.

Штампы, предназначенные для формоизменяющих операций, подразделяются на три основных типа.
Гибочные штампы, в свою очередь, могут быть разделены на четыре группы: простые, сложные (постепенного действия), комбинированные (совмещение операций), многооперационные (последовательного действия) .
Вытяжные штампы делятся на вытяжные штампы для первой операции, вытяжные штампы для последующих операций, специальные вытяжные штампы к прессам двойного действия, комбинированные вытяжные штампы последовательного и совмещенного действия, штампы для вытяжки с утонением материала.
Штампы для формовочных операций подразделяются на штампы для правки и рельефной формовки, отбортовочные и формовочные, для обжима и раздачи.
Помимо названных в светотехническом производстве применяются различные специальные и упрощенные штампы, штампы с применением эластичных сред и др. Увеличивается применение универсально-сборных штампов (УСШ). Сущность этих штампов заключается в том, что вместо специальных, универсальных, универсально-наладочных штампов можно создавать из одних и тех ж;е элементов новые штампы с разнообразным расположением рабочих элементов в соответствии с чертежом штампуемой детали.
Механизация и автоматизация формоизменяющих операций листовой штамповки. Механизация формоизменяющих процессов листовой штамповки заключается либо в объединении нескольких технологических операций в одном комбинированном (многооперационном) штампе, либо в дополнительном оснащении пресса соответствующими приспособлениями — устройствами для подачи заготовок и полуфабрикатов и съема готовых деталей. К таким приспособлениям следует отнести различные типы подающих механизмов (валковые, крючковые, грейферные, клещевые подачи), устройства для автоматического удаления изделий из штампа (механические и пневматические сбрасыватели), манипуляторы и роботы, а также комплексы на их основе.
В результате исследований, проведенных автором, определена номенклатура роботов и манипуляторов, наиболее эффективных в светотехническом производстве на формоизменяющих операциях листовой штамповки. К ним относятся промышленные роботы модели ПРЦ-1, ПР-4, “Ритм-0,5″ [34]. Опыт применения роботов для одностоечных прессов показывает, что неизбежная доработка штамповой оснастки не вызывает затруднений и решается в основном благодаря универсальным возможностям промышленных роботов и применению захватных устройств различных типов, а непосредственная доработка штампов сводится к установке дополнительных ловителей, трафаретов и съемников, обеспечивающих фиксированное положение заготовок до и после штамповки

Операции холодной листовой штамповки, заключающиеся в объединении нескольких операций в одну в одном и том же штампе, называются комбинированными, а операции, использующие в качестве рабочего органа специальные среды, например газ, жидкость, эластомеры, а также их комбинацию со штампами, называются специальными. Сюда же следует отнести методы формообразования давлением, которые в силу своей специфичности не могут быть отнесены ни к одному известному методу, например навивка ленточных материалов на оправку.
Комбинированная штамповка. В целях увеличения производительности кузнечно-прессового оборудования вместо обычной раздельной штамповки применяется комбинированная штамповка. Она осуществляется в штампах последовательного действия, в которых все переходы производятся последовательно, на протяжении нескольких ходов
пресса. При этом при установившемся режиме работы пресса за каждый ход ползуна получается готовая деталь. Комбинированная штамповка также осуществляется в штампах совмещенного действия, в которых все операции производятся одновременно за каждый ход ползуна пресса. Иногда производят объединение этих двух методов — вначале полуфабрикат формуют последовательной штамповкой, а в конце — совмещенной.
Достоинством комбинированной штамповки в последовательных штампах является всзмбжность получения изделий любой сложности при достаточной прочности и стойкости рабочих частей штампа. Недостатком этого метода является низкая точность штамповки, вызванная погрешностями при подаче полосы. Обычно комбинированная последовательная штамповка применяется для изготовления плоских, гнутых и полых деталей с размером до 150 мм.
В светотехническом производстве широко применяется комбинированная совмещенная штамповка, при которой объединяются в одну различные операции - отрезка и гибка; вырубка и вытяжка; вытяжка и формовка; пробивка, вытяжка и отбортовка и др.
Описание конструкций комбинированных штампов и способов их проектирования приводится в [53].
Штамло-сборочные операции. Операции сборки в листовой штамповке в светотехническом производстве получили значительное распространение. К ним относятся операции отгибки лапок при креплении комплектующих изделий в корпусных деталях СП; различные соединения типа “замок”; отгибка бортов; расклепка и запрессовка и др. Помимо этого однородные металлы могут соединяться способом “холодной сварки”; путем сжатия места соединения пуансонами с усилием, обеспечивающим пластическую деформацию соединяемых деталей. Формы деталей и способы их соединения в штампах могут быть самые различные.

Сущность процесса прессования заключается в следующем (Рис.. Дозированная порция стекломассы 4 от капельного питателя помещается в металлическую матрицу 1 формы, которая образует наружную поверхность изделия. При прессовании изделий простой конфигурации матрицы делают неразъемными, при прессовании изделий сложной формы с глубокими выступами или впадинами матрицы делают разъемными на две, три и более частей, с тем чтобы при их раскрытии не происходило деформации заданного профиля прессуемого изделия. В матрицу 7, установленную на столе пресса, вдавливается пуансон 3 и вытесняет стекломассу 4 в полость формы. При изготовлении рефракторов с внутренними призмами рельеф наносят на поверхность пуансона 3. Для обеспечения невозможности выдавливания стекломассы из формы, последняя закрывается сверху формовым кольцом 2. После небольшой выдержки, необходимой для остывания стекломассы и повышения ее вязкости, пуансон 3 поднимают в исходное положение, снимают формовое кольцо 2 и раскрывают форму 7. Для облегчения съема отформованного изделия из неразъемной матрицы его выталкивают с помощью специального толкателя 5, проходящего через дно матрицы.
Формы для прессования изготовляют из жаростойких сталей и легированного чугуна специальных марок, рабочие поверхности форм тщательно шлифуют и полируют. Для предотвращения прилипания стекломассы к форме, ее внутреннюю поверхность во время работы смазывают минеральным маслом.
К технологическим особенностям способа относятся большая (не менее 3 мм) толщина стенок изделия, что приводит к их излишне большой массе, а следовательно, и значительному расходу материала, и низкая вязкость стекломассы, которая при прессовании должна быть как можно меньшей, что достигается повышением ее температуры. Для повышения качества изделий необходимо, чтобы разность температур пресс-формы и стекломассы была минимальной. С этой целью пресс-формы обычно подогревают до температуры 550—600 °С. Дальнейшее повышение температуры формы приводит к прилипанию стекломассы к металлу и изъязвлению изделия. Кроме того, сильно нагретое изделие при его извлечении из формы может деформироваться. Поскольку вследствие низкой теплопроводности стекла остывание отформованного изделия происходит неравномерно, то возникающие в поверхностных слоях напряжения сжатия делают поверхность изделия шероховатой, а в отдельных случаях на поверхности могут образовываться многочисленные трещины [4]. В связи с этим стекломасса должна иметь повышенную скорость застывания.

Сущность этого способа заключается в следующем (Рис. Дозированную порцию стекломассы 3 вносят в черновую форму 4, в верхней части которой в сомкнутом положении находятся горловые щипцы 7. Прессование осуществляется пуансоном 2, который затем отходит вверх, после чего горловые щипцы 7 пеоеносят полуфабрикат и чистовую выдувную форму 6. После переноса к горловым щипцам плотно прижимается дутьевая головка 7, через которую поступает сжатый воздух и раздувает полуфабрикат в готовое изделие. После остывания изделия дутьевая головка и горловые щипцы отходят, форма 6 размыкается и изделие извлекается из нее [3]. В целях получения высококачественных изделий полуфабрикат перед выдуванием подогревают. В процессе работы формы периодически смазывают растительным маслом, растертым углем с олифой и другими составами.
Прессовыдуванием получают большой ассортимент различных рассеивателей бытовых светильников из прозрачного стекла или хрусталя, имеющих в верхней части утолщение или резьбу, служащих для крепления к осветительной арматуре. Выработка прессовыдувных изделий значительно сложнее, чем выработка прессованных или выдувных изделий.
На качество прессовыдувных изделий оказьюает значительное влияние температурный режим, особенно распределение температур по чистовой форме и массе стекла. Глубоких исследований в этой области в стране и за рубежом не проводилось, в связи с чем научно обоснованных рекомендаций температурного режима нет. На практике он определяется опытным путем с помощью методов термофотографии и другими способами.
После формования изделие охлаждают. При интенсивном охлаждении рассеивателей между его поверхностными и внутренними слоями возникает некоторая разность температур, вызывающая неравномерное остывание. В результате неравномерного перехода из пластического состояния в твердое в стекле возникают внутренние напряжения вызывающие растрескивание и другие дефекты рассеивателей.
Для снятия внутренних напряжений в изделиях применяют отжиг.
Для каждого типа изделий в зависимости от толщины и химического состава стекла устанавливается определенный режим отжига (Рис., подбираемый, как правило, опытным путем. Нижний температурный предел отжига светотехнического стекла составляет 450 °С, верхний 510-520 °С.
Для осуществления отжига применяются как газопламенные, так и электрические печи периодического и непрерывного действия, например мод. ЛН ЮООх 18 или ПО-18-0 [3].
Помимо рассмотренных существуют еще и другие способы изготовления оптических элементов СП из стекла, например центробежное литье или технология изготовления линзовых рассеивателей [4], которые в светотехническом производстве применяются ограниченно.

Особое значение имеет механизация и автоматизация процессов окончательной обработки мелкомасштабных хрустальных элементов при их массовом производстве. Плоские поверхности хрустальных элементов рассеивателей бытовых светильников обрабатываются, как правило, путем грубой обработки свободным абразивным методом притира на чугунных или алмазных кругах.
ВПКТИсвет разработал [78] высокопроизводительный алмазный инструмент для шлифования плоских хрустальных элементов из стекла марки ХС-16-18. Инструмент выполнен в виде круга диаметром 550 мм с шириной рабочей части 27,5 мм, на котором закреплены бруски из синтетических алмазов марки АСВ 160/125 на связке М1 размером 20х 12х 12 мм.
Обработка элементов производится торцевой поверхностью алмазного круга на станке модели ЗЕ756Л с круглым столом, оборудованным магнитной плитой. За один цикл обработки одновременно шлифуются 90 элементов, закрепленных в специальном приспособлении, устанавливаемом на магнитной плите станка. Режимы обработки: скорость инструмента 27 м/с (980 об/мин); частота вращения стола 7 об/мин; вертикальная подача инструмента 0,2 мм/мин. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости используется эмульсия, состоящая из 10 % глицерина и 90 % воды. Алмазное шлифование элементов применяется для снятия основного припуска в пределах 3—5 мм, при этом достигнуто увеличение производительности шлифования в 3 раза и снижение энергоемкости процесса в 1,5 раза.
Для обеспечения массового выпуска высококачественных мелкомасштабных прессованных хрустальных элементов (например, типа “Шатон”) ВПКТИсвет разработал [79] комплексно-механизированные линии их обработки. В состав линии входят полуавтоматы огранки хрусталя с обрабатывающим инструментом в виде шлифовальных и полировальных барабанов. Конструктивно барабан выполнен пустотелым и состоит из литого механически обработанного цилиндра, на внешнюю поверхность которого нанесен слой 35-37 мм абразивосодержащего состава, включающего натуральный каучук, серу и содовый крокус, который подвергается термической вулканизации и затем обтачивается на токарном станке до толщины 30 мм, ресурс барабанов при двухсменном режиме эксплуатации 6 мес. Комплексно-механизированные линии обработки прессованных хрустальных элементов, оснащенные такими барабанами, эксплуатируются на ПО “Ватра”, ПО “Луйс” и других предприятиях.