10.2 Технологичность конструкции детали

Перед разработкой технологического процесса изготовления детали производится отработка конструкции на технологичность.

Под технологичностью конструкции изделия (детали) понимается совокупность свойств конструкции, которые обеспечивают изготовление, ремонт и техническое обслуживание изделия по наиболее эффективной технологии по сравнению с другими аналогичными конструкциями при одинаковых условиях их изготовления и эксплуатации при одном и том же качестве.

Под эффективной технологией понимается: оптимальная затрата труда, материалов, средств, времени при технологической подготовке производства и в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта. Отработка изделия на технологичность определяется типом производства, его организацией, специализацией, программой и повторяемостью выпуска изделий. Проработка на технологичность позволяет снизить трудоемкость изготовления изделия (детали), затраты на изготовление детали, обеспечить удобство ремонта.

Состав работ по обеспечению технологичности конструкции деталей (изделий) на всех этапах их созданий устанавливается документом ЕСТПП (единая система технологической подготовки производства). В ЕСТПП технологичность рассматривается как совокупность свойств конструкции, характеризующих один из показателей качества изделия.

Единым критерием технологичности конструкции детали (изделия) является ее экономическая целесообразность. При этом необходимо рассматривать весь комплекс требований к конструкции в целом, чтобы незначительная экономия на производстве изделия не привела в последствии к экономически неоправданным затратам на техническое обслуживание или ремонт.

Отработка конструкции детали (изделия) является наиболее сложной функцией технологической подготовки производства. Основная задача обеспечения технологичности конструкции детали (изделия) состоит в достижении оптимальных трудовых, материальных, топливно-энергетических затрат на проектирование, подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и т. д.

Различают три вида технологичности: производственную, эксплуатационную и ремонтную.

Производственная технологичность – проявляется в сокращении средств и времени на конструкторскую подготовку производства (КПП); технологическую подготовку производства (ТПП); процессы изготовления детали (изделия), в числе: контроль и испытание, монтаж вне предприятия изготовителя.

Эксплуатационная технологичность – сокращение средств и времени на подготовку к использованию детали (изделия) по назначению, технологическое и техническое обслуживание, текущий ремонт, утилизацию.

Ремонтная технологичность – сокращение средств и времени на все виды ремонтов (исключая текущий ремонт).

Уровень технологичности конструкции детали (изделия) определяется отношением

, (10.1)

где К_т – уровень технологичности; К – достигнутый показатель технологичности; К_б – базовый показатель технологичности, заданный в техническом задании.

10.2.1 Показатели технологичности.

Установлено два вида показателей технологичности конструкции детали (изделия): основные и вспомогательные.

К основным показателям технологичности относятся:

абсолютная трудоемкость изготовления детали (изделия);

относительная трудоемкость изготовления детали(изделия);

материалоемкость изделия;

унификация материала;

энергоемкость;

затраты на изготовление детали (изделия).

Основным показателем технологичности детали (изделия) является трудоемкость, характеризующая затраты труда на производство и эксплуатацию детали (изделия). Определяется трудоемкость в единицах рабочего времени (чел.-час, нормо-час). По сферам проявления различают трудоемкость: производственную, технологического обслуживания (ТЛО), технического обслуживания (ТО) и ремонта.

Производственная трудоемкость служит критерием производственной технологичности, а трудоемкость ТЛО, ТО и ремонта – критерием эксплуатационной и ремонтной технологичности.

1. Абсолютная трудоемкость изготовления детали (изделия) Т_а равна

, (10.2)

где Т_i – трудоемкой i-ой составляющей общей трудоемкости.

Подсчет Т_а детали (изделия), состоящей из большого числа элементов ведется укрупненно, по типовым представителям составляющих элементов. Для изделия (сборочной единицы) расчет трудоемкости ведется по формуле

, (10.3)

где Т_аи – общая трудоемкость изготовления изделия, состоящего из сборочных единиц; Т_ie – трудоемкость i-ой сборочной единицы; Т_jд – трудоемкость изготовления j-ой детали (не вошедшей в состав Т_ie); n_ie – число i-х сборочных единиц; n_jд – число j-х деталей; Т_сб – трудоемкость сборочных операций; Т_исп – трудоемкость испытаний.

2. Относительная трудоемкость изготовления изделия – определяется отношением трудоемкости некоторых работ к общей трудоемкости изделия. Например, трудоемкость заготовительных работ

, (10.4)

где Т_оз.р − относительная трудоемкость заготовительных работ; Т_з.р – трудоемкость заготовительных работ; Т_а – общая трудоемкость изделия.

3. Материалоемкость изделия – характеризует количество затрачиваемого материала на производство и эксплуатацию изделия (в единицах массы).

4. Унификация материала – оценивается коэффициентом применяемости материала К_п.м и определяется по формуле

, (10.5)

где N_i – норма расхода данного (i-го) материала на изготовление изделия (определяется для определенной марки и профиля материала); N – норма расхода всех материалов для изготовления изделия.

Для изготовления деталей К_п.м =1.

5. Энергоемкость – это количество затраченных топливно-энергетичес-ких ресурсов на изготовление детали (изделия), монтаж, ТЛО, ТО, ремонт или утилизацию. Энергоемкость определяется по сферам проявления и видам топлива и энергии.

6. Затраты на изготовление изделия (себестоимость) –это сумма затрат труда, материалов, топливно-энергетических ресурсов на производство изделия. Чаще всего используют технологическую себестоимость, т.е. сумму затрат на единицу изделия при выполнении технологического процесса.

Вспомогательные показатели технологичности конструкции

изделия:

Показатели унификации конструкции.

1. Коэффициент унификации конструктивных элементов К_у.э

, (10.6)

где Q_у.э – число унифицированных размеров конструктивных элементов; Q – число типоразмеров конструктивных элементов.

2. Коэффициент применения типовых технологических процессов К_т.п

, (10.7)

где Q_т.п – число типовых технологических процессов, применяемых при изготовлении изделия; Q – общее число технологических процессов при изготовлении изделия.

Показатели обработки детали

1. Коэффициент точности обработки К_т.о, определяемый по формуле

, (10.8)

где А_ср – средний квалитет обработки детали;

Для сборочной единицы А_ср равно

, (10.9)

где А – квалитет обработки; n – число размеров соответствующего квалитета.

Часто расчет средней точности ведут по приближенной формуле

, (10.10)

где D_т.о – число деталей (размеров), выполняемых с точностью не выше 10 квалитета; D – общее число деталей (размеров) изделия.

2. Коэффициент шероховатости поверхности К_ш, определяемый по формуле

, (10.11)

где Б_ср – среднее числовое значение шероховатости поверхности.

Чертежи изготавливаемых деталей, поступающие от конструкторов основного производства с указанием в них технических условий на изготовление и приемку технолог может и обязан подвергнуть их анализу с точки зрения удобства изготовления деталей и возможности построения наиболее производительных и экономичных технологических процессов, т.е. проработать чертеж детали на технологичность ее конструкции.

Конструкция изделия признается технологичной, если она обеспечивает простое и экономичное изготовление этого изделия. Повышение технологичности конструкции детали (изделия) предполагает проведение комплекса мероприятий, в числе которых следует отметить следующие.

1. Уменьшение количества звеньев в кинематической схеме машины. Уменьшение трудоемкости изготовления машины при этом достигается не только за счет сокращения количества деталей (трудоемкость пропорциональна числу деталей) и упрощения сборки, но и за счет снижения требований к точности деталей, входящих в размерные цепи машины, и к точности обработки размеров присоединительных поверхностей этих деталей.

2. Создание конфигурации деталей и подбор материалов, позволяющих применять современные способы получения заготовок (точное и кокильное литье, литье под давлением, горячая цветная прессовка и объемная штамповка, и т. д.) (рис. 10.1).

Так, например, с целью сокращения трудоемкости и экономии металла конструкция крышки держателя (рис. 10.1, а) заменена новой (рис.10.1, б), позволяющей получать ее из исходной заготовки путем штамповки-вытяжки с вырубкой по контуру. Трудоемкая обработка прежней конструкции производилась из индивидуальной исходной заготовки, вырезанной из листа в виде диска Ø140 толщиной 20 мм. После предварительной обработки в механическом цехе заготовка вторично поступала в штамповочный цех для вырубки контура, а затем возвращалась в механический для окончательной обработки. Новая конструкция детали (рис. 10.1, б) позволяет получить заготовку штамповкой с последующей минимальной механической обработкой для получения готовой детали. Эксперименты показали, что трудоемкость механической обработки при изменении конструкции крышки держателя снизилась в четыре раза (с 41,6 до 10 мин) и в два раза уменьшилась общая трудоемкость изготовления детали (с 41,6 до 20,7 мин). Расход металла в три раза (с 1,0 до 0,33 кг на одну деталь).

а б

Рис. 17.1. Конструкции крышки держателя из стали 20

Так, например, с целью сокращения трудоемкости и экономии металла конструкция крышки держателя (рис. 10.1, а) заменена новой (рис.10.1, б), позволяющей получать ее из исходной заготовки путем штамповки-вытяжки с вырубкой по контуру. Трудоемкая обработка прежней конструкции производилась из индивидуальной исходной заготовки, вырезанной из листа в виде диска Ø140 толщиной 20 мм. После предварительной обработки в механическом цехе заготовка вторично поступала в штамповочный цех для вырубки контура, а затем возвращалась в механический для окончательной обработки. Новая конструкция детали (рис. 10.1, б) позволяет получить заготовку штамповкой с последующей минимальной механической обработкой для получения готовой детали. Эксперименты показали, что трудоемкость механической обработки при изменении конструкции крышки держателя снизилась в четыре раза (с 41,6 до 10 мин) и в два раза уменьшилась общая трудоемкость изготовления детали (с 41,6 до 20,7 мин). Расход металла в три раза (с 1,0 до 0,33 кг на одну деталь).

Важным резервом повышения производительности обработки является изменение и упрощение конфигурации деталей с целью унификации режущего инструмента и создания наиболее благоприятных условий его работы, а также для уменьшения объема механической обработки.

3. Простановка размеров на чертежах с учетом требований механической обработки и сборки, позволяющая выполнять обработку по принципу автоматического получения размеров на настроенных станках, автоматах, полуавтоматах и обеспечивать совмещение конструкторских, измерительных и технологических баз.

В примерах, приведенных на рис. 10.2, а показаны варианты простановки размеров, при которых требуется выполнение лишних операций, а на рис. 10.2, б размеры проставлены так, что для обработки деталей достаточно двух операций.

а б

Рис. 10.2. Простановка размеров на чертежах деталей типа тел вращения

Обработка таких деталей ведется из заготовок в виде прутка и начинается с правой стороны. Простановка размеров по схеме рис. 10.2, а требует для получения размеров А₁, А₂, А₃, А₄ дополнительной операции подрезание торцов.

Простановка размеров на детали, имеющей как обрабатываемые, так и необрабатываемые поверхности особенно важно учитывать последовательность образования поверхностей заготовок. Черные необработанные поверхности появляются на заготовке раньше обработанных, поэтому система всех необрабатываемых поверхностей должна быть связана соответствующими размерами. На первой технологической операции механической обработки одна из необрабатываемых поверхностей используется в качестве черновой базы и от нее проставляется размер до обрабатываемой поверхности, которая в дальнейшем используется в качестве базовой поверхности.

При обработке остальных поверхностей выдерживаются размеры от первой обработанной поверхности, обычно служащей технологической базой, или в случае смены баз от одной из ранее обработанных поверхностей,

используемых при выполнении данной операции в качестве технологической базы.

4. Упрощение конфигурации отдельных деталей, предельно возможное расширение допусков на изготовление и снижение требований к шероховатости обрабатываемых поверхностей с целью снижения объема и трудоемкости механической обработки.

5. Создание конфигурации детали, позволяющей применять, для ее изготовления, наиболее совершенные и высокопроизводительные методы механической обработки (обработка многорезцовым, фасонным и многолезвийным инструментом, накатывание и вихревое нарезание резьбы, применение агрегатных и специальных станков и автоматов, поточных и автоматических линий).

6. Проведение унификации и нормализации деталей и сборочных единиц выпускаемых изделий, являющихся предпосылками для типизации технологических процессов, унификации режущего и мерительного инструмента, внедрение группой обработки деталей.

Осуществление указанных мероприятий представляет собой сложную задачу, решение которой требует глубокого анализа конструкции изделия и технологии производства.

Таким образом, конструкторская и технологическая подготовка производства находятся в тесной взаимосвязи. Требования конструкции изделия и его чертеж определяют содержание технологического процесса, его построение, применяемые виды обработки, оборудование и инструменты. С другой стороны принятая технология производства предъявляет свои требования к конструкции изготавливаемого изделия, к ее технологичности, что требует проведения большой и сложной совместной работы технолога и конструктора.