2.3. Технологичность конструкции деталей и изделия
Одним из факторов, существенно влияющих на характер технологических процессов, является технологичность конструкции изделия, соответствующих его деталей [1].
При конструировании отдельных деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономического изготовления изделия. В этом состоит принцип технологичности конструкции.
Стандартное определение понятия технологичности конструкций содержит исходный принцип современного научного подхода к проблеме сокращения материальных и трудовых затрат во всех сферах проявления свойств конструкции. Технологичность по ГОСТ 18831—73 рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества в принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта.
Чем меньше трудоемкость и себестоимость изготовления изделия, тем более оно технологично. Таким образом, основными критериями оценки технологичности конструкции являются трудоемкость и себестоимость изготовления.
Технологическая конструкция изделия и деталей должна предусматривать:
максимально широкое использование унифицированных сборочных единиц, стандартизированных и нормализованных деталей и элементов;
возможно меньшее количество деталей оригинальной, сложной конструкции и различных наименований и возможно большую повторность одноименных деталей;
создание деталей наиболее рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхностями и достаточной жесткости с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости механической обработки деталей изготовления всего изделия (необходимая жесткость деталей позволяет обрабатывать их на станках с наиболее производительными режимами резания);
наличие на деталях удобных базирующих поверхностей или возможность создания вспомогательных (технологических) баз в виде бобышек, поясков и т.д.;
наиболее рациональный способ получения заготовок для деталей (отливок, штамповок, из проката) с размерами и формами, возможно более близкими к готовым деталям, т.е. обеспечивающими наиболее высокий коэффициент использования материала и наименьшую трудоемкость механической обработки;
полное устранение или возможно меньшее применение слесарно-пригоночных работ при сборке путем изготовления взаимозаменяемых деталей, применения деталей-компенсаторов и механизации сборочных работ;
упрощение сборки и возможность выполнения параллельной во времени и пространстве сборки отдельных сборочных единиц и изделия в целом.
Технологичность конструкции изделия должна отвечать также и требованиям сборки и эксплуатации. Основными требованиями сборки являются: обеспечение возможности сборки без пригоночных работ (или при наименьшем их количестве), создание возможности независимой сборки узлов изделия, наименьшее количество деталей как по наименованиям, так и в штуках, наиболее высокий уровень взаимозаменяемости, стандартизации, унификации и нормализации сборочных единиц и их изделий, наличие удобных сборочных баз, исключение необходимости разборок при регулировках и др. Технологичность конструкции заготовок деталей должна иметь в виду не только максимальную рационализацию механической обработки, но и упрощение процессов изготовления самих заготовок.
Принято подразделять технологичность на производственную и эксплуатационную.
Производственная технологичность конструкции изделия может быть оценена следующими показателями:
Трудоемкость конструкции, т.е. время, затрачиваемое на изготовление детали, сборочной единицы, целого изделия (полностью на какой-либо вид обработки);
Коэффициент использования металла при изготовлении детали;
Степень использования стандартных и нормализованных деталей и сборочных единиц;
Процентное отношение количества деталей оригинальной и сложной конструкции к общему количеству деталей в изделии;
Степень использования деталей в сборочных единицах существующих и ранее применяемых разновидностей конструкций изделий и аналогичных машин;
Коэффициент повторности одноименных деталей;
Себестоимость изготовления деталей, сборочных единиц, целого изделия.
Эксплуатационная технологичность характеризуется следующими показателями:
Условия выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту, в том числе квалификация и состав персонала, который эксплуатирует и ремонтирует изделия.
Характеристика условий эксплуатации и ремонта.
Система материально-технического обеспечения эксплуатации и ремонта.
Средняя трудоемкость ремонта и технического обслуживания.
Ограничения номенклатуры специального инструмента и приспособлений при техническом обслуживании и ремонте.
Ограничение типоразмеров крепежных деталей.
Широкое использование стандартизированных и унифицированных частей изделия.
Требования к рациональным методам и средствам контроля технического состояния изделия в процессе эксплуатации и ремонта.
Требования к допустимости, легкосъемности и взаимозаменяемости деталей, сборочных единиц и комплектов при техническом обслуживании и ремонте.
10. Требования к выполнению регулировочно-доводочных работ в процессе технического обслуживания и ремонта.
11. Требования к конструкции изнашивающихся деталей в части приспособленности к восстановлению до первоначальных или ремонтных размеров с применением технологии восстановительных работ.
Производственная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени на конструкторскую подготовку производства (КПП); технологическую подготовку производства (ТПП); изготовление изделия, в том числе контроль.
Эксплуатационная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническое обслуживание и ремонт изделия.
Производственная технологичность решается в процессе конструирования, технологических разработок и изготовления изделия, а эксплуатационная — в процессе конструирования.
На рис. 2.10 приведены примеры нетехнологического оформления конструкций деталей и их элементов, и те же конструкции, но более технологичные.
Обработка отверстия со стороны наклонной и криволинейной поверхности (рис. 2.10 а) затруднена тем, что при врезании сверло будет скользить и может сломаться. Без канавки для выхода шлифовального круга (рис. 2.10 б) переход от цилиндрической к плоской поверхности получится с закруглением. Долбить шпоночный паз во втулке до упора (рис. 2.10 в) невозможно; необходимо отверстие (кольцевая выточка) для выхода резца. Обработка сквозного ступенчатого отверстия проще, чем обработка двух отверстий с противоположных сторон втулки (рис. 2.10г).
Рис. 2.10 Примеры нетехнологичных и технологичных конструкций деталей
Размещение крепежных отверстий в корпусе на сплошной полке (рис. 2.10 д), а не на лапках позволяет обрабатывать поверхность полки на проход и воспользоваться преимуществами многоместной обработки. Если отверстия дополнить цековками, то необходимость в обработке полки отпадает. Фасонные отверстия (рис. 2.10 е) могут быть обработаны только протяжкой и вырубкой в листовом материале, что экономично лишь при большом объеме выпуска изделий.
Вопрос создания технологичных конструкций машин и их деталей необходимо рассматривать комплексно. Например, для валов наиболее технологичной является бесступенчатая цилиндрическая поверхность. Однако такая конструкция вала усложнила бы конструкцию сборочной единицы из-за усложнения конструкции сопрягаемых с валом деталей и введения дополнительных деталей.
Технологичность конструкции машины или детали тесно связана с их количественным выпуском. Объясняется это тем, что при различных объемах выпуска изделий в единицу времени и по неизменным чертежам используют оборудование и технологическую оснастку различной производительности и с разными первоначальными затратами. Например, конструкция оси (рис. 2.11) технологичная при ее изготовлении в многоместном приспособлении на горизонтально-фрезерном станке (рис. 2.11 а) при увеличении объема выпуска становится нетехнологичной. Возросший объем выпуска привел к использованию карусельного типа оборудования, что потребовало изменения одного из конструктивных элементов оси (рис. 2.11 б) – введения криволинейной поверхности определенного радиуса.
где а) б
Рис. 2.11. Технологичные конструкции оси
Не редки случаи, когда с понятием о технологичности отождествляется понятие об экономичности конструкции. Так как источники экономии затрат различны, то смешивать эти понятия недопустимо. Более технологичная конструкция может оказаться не экономичной. Так, на рис. 2.12 представлены две конструкции подшипника скольжения.
Рис. 2.12. Технологичная (а) и экономичная (б),