Технологическая рациональность конструктивных решений

Технологическую рациональность конструктивных решений характеризуют показатели, учитывающие взаимосвязь основных пара­метров трудовых и материальных затрат с показателями качества изделия, в том числе показателями назначения, надежности и эргоно­мичности (удобство при эксплуатации и ремонте, эстетичность формы и т. п.). Количество показателей (комплексных и частных), применяемых для оценки уровня технологичности, должно быть минимальным, но достаточным. Расчет показателей производят по отраслевым методикам, разработанным на основе «Методики отработки конструкции на технологичность и оценки уровня технологичности изделий маши­ностроения и приборостроения», утвержденной Государственным комитетом СССР по стандартам. Этими показателями являются трудоемкость изготовления изде­лия, относительная трудоемкость заготовительных работ по видам, технологическая себестоимость, удельная материалоемкость изделия и ряд коэффициентов, учитывающих использование и применяемость материалов и типовых технологических процессов, сборности кон­струкции, точности обработки, шероховатости поверхности и эффек­тивности взаимозаменяемости.

Трудоемкость и себестоимость изготовления изделия зависят не только от конструкции, но и в значительной степени от выбранного технологического процесса, его оснащенности и режимов обработки. Поэтому при определении технологичности конструкции необходимо исключить влияние принятого технологического процесса и опреде­лять уровень технологичности данной конструкции как отношение трудоемкости и себестоимости ее изготовления и трудоемкости и себе­стоимости изготовления других конструктивных вариантов этого изделия в аналогичных сопоставимых производственных условиях.

При определении общей трудоемкости изготовления изделия сум­мируют трудоемкости изготовления отдельных его деталей, сборки его составных частей (сборочных единиц) и изделия в целом, поэтому технологичность конструкции изделия можно рассматривать как сумму технологичности конструкций его отдельных деталей и сбороч­ных единиц.

Количественную оценку технологичности конструкции произво­дят по основным показателям, характеризующим уровни технологич­ности конструкции по трудоемкости и себестоимости. Уровень тех­нологичности конструкции по трудоемкости изготовления оп­ределяется как отношение достигнутой трудоемкости изделия к базовому показателю трудоемкости. Аналогично уровень технологичности конструкции по технологи­ческой себестоимости. Предварительный расчет трудоемкости изготовления при проектировании изде­лия можно производить по приближенным расчетам трудоемкости v себестоимости изготовления основных частей, используя статистиче­ские данные по изделиям-представителям и соответствующие коррек­тирующие коэффициенты.

Технологичность конструкции изделия, деталей и сборочных еди­ниц необходимо оценивать при технологическом контроле чертежей в период ее разработки. Предварительно разработанный чертеж де­тали, сборочной единицы проходит технологический контроль и окончательно дорабатывается конструктором. Однако оценка тех­нологичности конструкции при этих условиях может оказаться субъек­тивной, если она зависит только от уровня знаний технолога, осущест­вляющего технологический контроль. При объективной оценке тех­нологичности конструкции изделия, его деталей и сборочных единиц, учитывают положительные факторы, определяющие технологичность, конструкции. К ним относятся: оптимальная форма деталей, обеспе­чивающая изготовление заготовок с наименьшими припусками и на­именьшим количеством обрабатываемых поверхностей; наименьшая масса изделия; наименьшее количество наименований применяемых материалов; взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц с оп­тимальными значениями полей допуска; стандартизация и унифи­кация деталей и сборочных единиц, а также их отдельных конструк­тивных элементов (резьб, модулей зубчатых колес, радиусов, галтелей и т. д.).

Выбор оптимальной формы детали зависит от ее конструктивного и эксплуатационного назначения. Оценка технологичности данной детали может быть основана на сравнении трудоемкости изготовле­ния различных конструктивных вариантов этой детали. Чтобы обес­печить условия создания оптимальных форм деталей, применяют опре­деленные технологические методы изготовления и обработки заготовок.

Корпусные детали изготовляют литыми, сварно-литыми или штампосварными. Конструкции литых заготовок корпусных деталей должны отвечать требованиям машинной формовки: толщина стенок в разных сечениях не должна иметь резких изменений. Кон­струкции деталей из цветных сплавов должны быть удобными для изготовления литьем в металлические формы.

Оптимальная конструктивная форма корпусной детали должна иметь правильную геометрическую форму, обеспечивающую возмож­ность ее полной обработки от одной базы (от плоскости и двух устано­вочных отверстий, перпендикулярных ей); обеспечивать возможность обработки плоскостей и торцов с отверстиями на проход, для чего плоскости и торцы не должны иметь выступов, мешающих этой обра­ботке. Размеры обрабатываемых отверстий внутри детали не должны превышать соосных им отверстий в наружных стенках детали.

На детали не должно быть поверхностей, не перпендикулярным осям от­верстий; следует избегать многообразия размеров отверстий и резьб.

Основные требования, предъявляемые к технологичности кон­струкций деталей, представляющих собой тела вращения без отверстий, изготовляемых в большинстве случаев из прутка или штампованной заготовки, реже — из отливок, заключаются в следующем: конструкция деталей должна предусматривать небольшое количество обрабатываемых поверхностей, сопрягаемых с другими де­талями. Конструктивная форма деталей должна обеспечивать воз­можность штамповки заготовок в закрытых штампах — для этого следует избегать удлиненных выступов, сечений с большой разностью площадей, глубоких полостей и т. п. При несоблюдении этих условий штампованные заготовки имеют грубо приближенную форму к готовой детали и обычно проходят значительное число операций механической обработки даже нерабочих поверхностей, с большими отходами металла в стружку.

Основные требования, предъявляемые к технологичности конст­рукции деталей тел вращения со сквозными отвер­стиями, а также деталей типа дисков, изготовляемых из отливок, штамповок, листа и ленты, характеризуются следующими условиями: конструкция деталей должна предусматривать обработку только со­прягаемых поверхностей, а форма деталей должна обеспечивать воз­можность получения заготовок с минимальными припусками; кон­струкция этих деталей должна предотвращать их деформацию при термической обработке; допуски на размеры точных деталей при обе­спечении надлежащих эксплуатационных требований не должны усложнять технологии производства.

Технологичность конструкций мелких и крепежных деталей, изготовляемых из отливок, штамповок и пруткового материала, обеспечивается небольшим количеством обрабатываемых поверхностей с минимальными припусками на обработку. Основным требованием, предъявляемым к форме мелких деталей, является воз­можность их изготовления высокопроизводительными методами: штам­повкой на ковочных машинах или ковочных прессах, литьем под дав­лением с одновременной формовкой и заливкой нескольких заготовок, изготовлением деталей из ленты на автоматизированных прессах, а также формообразованием деталей из пруткового материала методом холодной высадки или высадки с индукционным нагревом.

Наименьшая масса изделия, сборочных единиц и дета­лей задается расчетным путем с учетом оптимального запаса проч­ности, созданием оптимальных конструктивных форм деталей и при­менением высокопрочных материалов. Чем меньше масса изделия, тем меньше и трудоемкость его изго­товления. Необходимо также отметить, что наименьшая масса изделия является производственно-технологическим фактором и имеет эк­сплуатационное значение. В табл. 6 приведены примеры конструктивных решений, обеспе­чивающих технологичность конструкций деталей машин.

Таблица 6, Примеры некоторых конструктивных решений, обеспечивающих технологичность корпусных деталей, валов, втулок, шестерен и шкивов.

Технологические требования. Вид деталей: Не технологичных и технологичных. Эскизы конструктивных решений

1. Корпусные детали должны иметь хорошо развитые опор­ные технологические базы, обес­печивающие надежное жесткое крепление деталей в процессе механической обработки с рас­положением этих баз в одной плоскости.

Корпус имеет недостаточно раз­витую опорную базу, что не обе­спечивает его устойчивого поло­жения при обработке и ограни­чивает применение высоких режи­мов резания настроенном станке с высокой производительностью.

2. При наличии соосных отвер­стий на нескольких параллель­ных осях целесообразно преду­сматривать убывание диаметров отверстий и одном направлении на всех осях. Поворот детали увеличивает погрешность относительного рас­положения отверстий. Внутренние торцевые поверх­ности должны быть дос­тупны для обработки.

Внутренний торец 1 обрабаты­вается через отверстие 2 зенке­ром, насаживаемым на оправку, что при небольшом отверстии 2 малопроизводительно.

Валы

При одинаковой или кратной длине ступеней вала время обра­ботки уменьшается, так как оно определяется временем, необходи­мым для обработки самой корот­кой ступени, причем обработка может производиться одновре­менно

Втулки

Конструкция втулок должна обеспечивать возможность об­работки их с одной стороны. Конструкция втулки должна обеспечивать свободный вход и выход инструмента и удобство выполнения обработки

В первом случае отверстия, расположенные с обоих торцов детали, могут быть обработаны за две операции, при этом наре­зание резьбы в глухом отверстии сопряжено с частой поломкой инструмента; во втором случае обработка отверстий осуществля­ется за одну операцию при упро­щении операции нарезания резьбы. Втулка с открытым с одной стороны отверстием обрабатыва­ется на предварительно настро­енном станке. Контроль разме­ров детали и наблюдение за про­цессом не вызывают затруднений

Шес­терни и шкивы

Объем механической обработ­ки должен быть минимальным. Торцевая поверхность 1 шестер­ни является базой для нарезания зубьев, в связи с этим она долж­на иметь малую шероховатость и быть строго перпендикулярной оси шестерни. Для сокращения трудоемкости следует ограничить размер поверхности, подвергае­мой обработке. Обрабатываемые поверхности должны быть доступны для об­работки.

Более технологичной следует считать конструкцию изделия, в которой применено наименьшее количество наиме­нований материалов. Многообразие материалов усложняет процесс производства, и прежде всего заготовительные операции, а также механическую обработку, так как разные марки материала тре­буют применения инструментов с различными углами заточки и раз­личных режимов резания. При многообразии марок материала уве­личиваются номенклатура и запасы материалов на складах; возрастает вероятность простоя оборудования из-за отсутствия той или иной марки или профиля материала, что приводит к необходимости замены одного профиля другим с соответствующим увеличением трудоемкости изго­товления деталей, сборочных единиц и машины в целом.

Обеспечение взаимозаменяемости сборочных единиц и деталей с оптимальными значениями допусков яв­ляется также существенным фактором, характеризующим техноло­гичность конструкции машины. Отсутствие взаимозаменяемости сбороч­ных единиц и деталей значительно увеличивает трудоемкость изготов­ления машин за счет пригоночных и регулировочных работ.

Чтобы удовлетворить требования взаимозаменяемости, приходится повышать точность обработки деталей и соответственно увеличивать трудоемкость изготовления, т. е. машина становится менее техноло­гичной. Трудоемкость изготовления точных деталей значительно увеличивается из-за дополнительных доводочных операций. Поэтому точность изготовления деталей должна находиться в пределах опти­мальных значений допусков, обеспечивающих взаимозаменяемость деталей, качество и эксплуатационные требования, предъявляемые к машине или механизму.