3. Технологичность конструкций деталей
Различают два вида технологичности конструкции: производственную и эксплуатационную. Производственная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат средств и времени на: конструкторскую и технологическую подготовку производства (КПП, ТПП) нового изделия, процессы изготовления, в том числе контроля и испытания.
Технологичной называют такую конструкцию, которая полностью отвечает предъявляемым требованиям к изделиям и может быть изготовлена с применением наиболее экономичных (при принятом типе и масштабе производства) технологических процессов.
Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении времени и средств на техническое обслуживание и ремонт изделия.
Общие правила отработки конструкции изделий на технологичность регламентируется ГОСТ 14.201-83 ЕСТП (единая система технологической подготовки производства). Согласно стандарту отработка конструкции изделия на технологичность направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства (ТПП), изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия.
Технологичность конструкции оценивается количественно посредством системы показателей, которая включает: базовые (исходные) показатели технологичности конструкции представителя группы изделий, обладающих общими конструктивными признаками; показатели технологичности конструкции, достигнутые при разработке нового изделия; показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение значений показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей. Состав базовых показателей технологичности конструкций, их оптимальные значения и предельные отклонения определяются для однотипных изделий отраслевыми стандартами, разрабатываемыми на основе настоящего стандарта. Оптимальные значения базовых показателей технологичности указываются в техническом задании на разработку изделия.
Отработка конструкции изделия на технологичность должна обеспечивать решение следующих задач: снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия; снижение трудоемкости и стоимости работ по обслуживанию изделия, при эксплуатации и ремонте изделия.
Комплекс работ по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления в общем виде включает: повышение серийности при изготовлении посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по конструктивным признакам; ограничение номенклатуры конструкций и применяемых материалов; преемственность освоенных в производстве конструктивных решений, соответствующих современным требованиям, снижение массы изделий, применение высокопроизводительных типовых технологических процессов и средств технологического оснащения.
Отработка конструкции на технологичность производится на всех стадиях разработки изделия, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия и должно включать: обеспечение технологичности конструкции изделия при его проектировании; технологический контроль конструкторской документации, подготовку и внесение изменений в конструкторскую документацию.
Исполнителями отработки конструкции изделия на технологичность являются разработчики конструкторской документации и разработчики технологической документации.
Отработку конструкции на технологичность проводят в общем случае в следующем порядке: подбор и анализ исходных материалов для оценки технологичности отрабатываемой конструкции; уточнение объема выпуска; анализ показателей технологичности аналогичной конструкции; определение показателей производственной и эксплуатационной технологичности; проведение сравнительной оценки и расчет уровня технологичности нового изделия; разработка рекомендаций по улучшению показателей технологичности.
При проведении отработки конструкции изделия на технологичность следует учитывать: вид изделия; степень новизны; условия работы; техническое обслуживание и ремонт; перспективность изделия; объем его выпуска; новые высокопроизводительные методы и процессы изготовления; оптимальные условия конкретного производства; внедрение новых передовых методов и средств производства; связь рассматриваемых показателей технологичности с другими показателями качества изделия, в том числе, показателями назначения, надежности и эргономичности.
Общие правила отработки на технологичность и правила выбора показателей технологичности деталей проводятся согласно ГОСТ 14.204-83 и должны соответствовать ГОСТ 14.201-83. Конструкцию детали на технологичность следует отрабатывать комплексно, учитывая зависимость от:
технологичности исходной заготовки детали;
каждого вида обработки в технологическом процессе изготовления;
технологичности сборочной единицы, в которую деталь входит.
Общие требования к технологичности конструкции, учитываемые при проектировании детали, в процессе изготовления, в техническом обслуживании и ремонте:
конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;
детали должны изготавливаться из стандартных или унифицированных заготовок;
размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные точность и шероховатость и должны быть экономически обоснованными;
физико-химические и механические свойства материала, формы и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления;
показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;
заготовки должны быть получены рациональными способами с учетом заданного объема и выпуска и типа производства;
метод изготовления должен обеспечивать возможность одновременного изготовления нескольких деталей;
сопряжения поверхностей деталей различных квалитетов точности и величины шероховатости должны соответствовать применяемым методам и средствам обработки;
конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и групповых технологических процессов ее изготовления.
Оценку технологичности конструкции детали следует проводить в следующей последовательности:
расчет показателей технологичности конструкции детали;
определение показателей уровня технологичности конструкции;
разработка рекомендаций по улучшению показателей технологичности.
Оценка технологичности конструкции детали может быть двух видов: качественная и количественная. Качественная оценка («хорошо», «плохо», «допустимо», «недопустимо» и т.д.) предшествует количественной.
Количественная оценка характеризуется показателями технологичности, которые разделяются на основные и дополнительные.
Основные.
1. Трудоемкость изготовления детали Тн. нового изделия.
2. Уровень технологичности по трудоемкости.
,
(3.1)
где Тб - трудоемкость базового изделия.
3. Технологическая себестоимость Сн нового изделия.
4. Уровень технологичности по себестоимости
,
(3.2)
где Сб - технологическая себестоимость базового изделия.
Дополнительные технико-экономические показатели.
1. Расхода материала:
масса изделия М;
коэффициент использования материала
,
(3.3)
где qчист - вес детали, qчёрн - вес заготовки;
коэффициент использования материала при изготовлении детали холодной листовой штамповкой из листовых заготовок
,
(3.4)
где Fд – площадь детали; В, L – ширина и длина полосы или ленты; n – число деталей, изготавливаемых из полосы или ленты.
2. Обработки:
коэффициент точности обработки
,
(3.5)
где
,
А – средняя точность обработки; Кi
– квалитеты точности обработки; Ni
– количество размеров с определенным
квалитетом; N – общее количество размеров;
коэффициент шероховатости
,
(3.6)
где
,
В – средняя шероховатость поверхности;
Ri
– параметр шероховатости отдельных
поверхностей (Ra,
Rz);
Мi
– количество поверхностей с
определенным значением R; М – общее
количество поверхностей.
3. Коэффициент применения типовых технологических процессов
,
(3.7)
где nт - количество типовых процессов; n - общее количество технологических процессов, необходимое для изготовления изделия.
4. Показатели, характеризующие преемственность конструкции:
коэффициент стандартизации конструкции Кст
,
(3.8)
где Nст - количество стандартных конструктивных решений; N - общее количество конструктивных решений;
коэффициент унификации конструктивных элементов Kуэ
,
(3.9)
где mун - количество унифицированных конструктивных элементов; m - общее количество конструктивных элементов.
Между показателями обработки (Кт.о, Кш) и технологичеcкой себестоимостью (Сд) существует определенная взаимосвязь: чем выше точность обработки и меньше шероховатость, тем выше стоимость изготовления (рис.3.1).
Рис. 3.1. Зависимость технологической себестоимости деталей от точности обработки и шероховатости поверхности
Это обусловлено тем, что изготовление высокоточных деталей с малой шероховатостью поверхности требует использования дорогостоящего технологического оборудования и технологической оснастки, введения дополнительных чистовых и отделочных операций.
При выборе материала детали следует исходить из требований конструктивных (материал должен удовлетворять техническим условиям и условиям эксплуатации) и технологических (материал должен легко обрабатываться давлением, резанием, иметь хорошие литейные свойства). Материал, отвечающий этим требованиям, считается технологическим. Выбор и назначение материала сложная и ответственная задача, которую проводят на различных стадиях, начиная с разработки технического проекта.
Качественные показатели технологичности конструкции деталей выражаются технологическими требованиями, предъявляемыми к изделиям. Эти требования определяются выбором конструктивных элементов деталей из различных материалов в зависимости от методов изготовления (детали из керамики, пластмасс, металлических сплавов, изготавливаемых резанием, литьем и т.д.).
Контрольные вопросы
1. Дайте определение технологичности конструкции деталей.
2. Каким требованиям должны отвечать технологичные детали?
3. Какими видами показателей определяют технологичность деталей? Что означает базовый показатель технологичности и как он определяется?
4. Приведите состав основных и дополнительных технологических показателей технологичности деталей.
5. Как определяется коэффициент использования материала для объемных деталей и деталей, изготавливаемых методом холодной листовой штамповки?
6. Задайтесь конструкцией конкретной детали, изготовленной любым способом (например, штамповкой или резанием) и определите коэффициент точности обработки и коэффициент шероховатости.
7. Покажите, как влияет точность обработки деталей (точность геометрических размеров и шероховатость поверхности) на технологическую стоимость изготовления детали и объясните причину их взаимосвязи.
8. Что входит в состав производственных показателей технологичности, и как они определяются?
9. Приведите порядок обработки деталей на технологичность, и на какой стадии проектирования производится анализ? Кто является исполнителем обработки деталей на технологичность?