Тема 1.6 технологичность конструкции машин

Основные понятия. Правила отработки на технологичность

Конструкция любого изделия должна удовлетворять как требо­ваниям служебно-зксплуатационного характера, так и производст­венным требованиям, которые обусловлены возможностью применения высокопроизводительных и рентабельных ТП-ов с учетом конкретных условий и объема производства.

Единым критерием технологичности конструкции изделия явля­ется ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта. В соот­ветствии с ЕСТПП под технологичностью конструкции изделия пони­мается совокупность свойств, позволяющих оптимизировать затраты ресурсов (средств, труда, материалов, энергии) и времени в кон­структорской и технологической подготовке производства, в про­цессе изготовления, эксплуатации и ремонта при обеспечении тре­буемых показателей качества изделия.

Повышение производительности труда, снижение затрат и сок­ращение времени на проектирование (с помощью ЭВМ), технологичес­кую подготовку производства изготовления по наиболее эффективным технологиям, техническое обслуживание и ремонт изделия яв­ляется основной задачей отработки его конструкции на техноло­гичность.

При решении этой задачи каждое изделие рассматривается как объект проектирования, объект производства и объект эксплуата­ции.

Отработка на технологичность должна обеспечить снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия.

В этот комплекс работ входит:

• повышение серийности посредством стандартизации;

• унификация и группирование деталей по конструктивно-технологическим признакам;

• ограничение номенклатуры применяемых материалов;

• снижение массы изделия;

• применение высокопроизводительных типовых ТП и средств оснащения.

Отработку конструкции изделия на технологичность проводят на всех стадиях разработки конструкторской документации, начи­ная с эскизного проекта и до разработки рабочей документации. Исполнителями отработки на технологичность являются разработчи­ки конструкторской и технологической документации.

Этапы отработки изделия на технологичность:

 ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ: выбор принципиальной схемы, установ­ление базовой конструкции, унификация сборочных единиц и основ­ных деталей, выбор оригинальных деталей и их заготовок.

 ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ: выявляется конструкция изделия, оп­ределяется конструктивная форма всех деталей. Решаются вопросы технологичности заготовок, механической обработки и сборки, вы­бора баз, выявление и расчет размерных цепей, технологических требований, предъявляемых к форме и основным размерам заготовок.

 РАЗРАБОТКА РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Выбор технологический баз деталей в соответствии с кон­структивными базами. Контроль простановки размеров, назначение оптимальных допусков на основе размерного анализа и удовлетворе­ния конструктивных и производственно-технологических требований.

Выбор наиболее дешевых и недефицитных материалов; ограничение марок и сортамента материала.

Отработка на технологичность с точки зрения изготовления (доступность обработки, возможность ввода и вывода инструментов, наличие надежных поверхностей для базирования и закрепления). Унификация элементов конструкций (толщина стенок, радиусы пере­ходов, уклоны, диаметры, резьбы, шлицевые соединения, модули).

 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ

• использование ТТП с учетом типа производства;

• подготовка к выпуску установочной партии;

• внесение изменений в рабочую документацию в соответст­вии с выявленными замечаниями при изготовлении опытного образца.

В соответствии с ГОСТ 14.301-83 разработка ТП производится для изделий, конструкция которых отработана на технологичность.

Отработка конструкции на технологичность направлена на повышение производительности труда, снижение затрат на проектирование, технологическую подготовку производства, технологическое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества изделия.

Под технологичностью понимают соответствие минимальной трудоемкости, себестоимости, материалоемкости.

Чертежи и технические условия на изготовление и приемку из­делий, поступившие к технологу, подвергаются анализу с точки зрения удобства изготовления деталей и возможности построения наиболее производительных и экономичных ТП.

Конструкция изделия может быть названа технологичной, если она обеспечивает простое и экономичное изготовление этого изде­лия.

Повышение технологичности конструкции предусматривает ме­роприятия:

1) Уменьшение общего количества звеньев в кинематической схеме машин. Уменьшение трудоемкости достигается не только за счет сокращения числа деталей, но и также благодаря снижению требований к точности деталей, входящих в расчетные размерные цепи машины, к точности обработки присоединительных поверхнос­тей этих деталей.

2) Создание конфигураций деталей и их материалов, позволя­ющих применение наиболее совершенных исходных заготовок, сокра­щающих объем механической обработки (точное литье, объемная штамповка и т.д.).

Например: перевод заготовки крышки держателя на заготовку штамповку, полученную вытяжкой и вырубкой контура, позволило снизить трудоемкость механической обработки с 41,6 мин. до 10 мин., расход сократился с 1,0 до 0,33 кг на 1 деталь.

3) Упрощение конструкции деталей с целью унификации инструмента.

4) Простановка размеров в чертежах с учетом требований их механической обработки и сборки, позволяющая выполнять обработ­ку по принципу автоматического получения размеров на настроен­ных станках, совмещений конструкторских, измерительных и технологических баз (рисунок 73).

5) При простановке размеров на де-тали, имеющей как обра­ботанные, так и необ-работанные поверхности важно учитывать по­следовательность образования поверхнос-тей заготовок. При первой операции механической обработки размер проста­вляется от черновой базы до обрабатываемой поверхности, кото-рая в дальнейшем используется в качестве технологической базы. При проектировании должны быть связаны размерами все не­обрабатываемые поверхности, затем проставляют размер меж-ду не­обрабатываемой и обрабатываемой поверхностями. Остальные размеры должны связывать между собой обработанные повер-хности (рисунок 74) 6) Упрощение конфигурации деталей, предельно возможное расширение допусков на изготовление и снижение требований к шероховатости обрабатываемых поверхнос-тей с цель» уменьшения объема и облегчения механической обработки. 7) Создание конфигурации деталей, позволяющей применение наиболее совер-шенных и производительных методов обра-ботки (об­работка многорезцовым, многолез-вийным инструментом, применение агрегат-ных станков и автоматов, поточных и автоматических линий).

а) б) Рисунок 73 а) неправильная простановка размеров, требующая выполнения лишних операций; б) правильная, обработка сокращается до 2-х операций

8) Возможность унификации режущего и мерительного инструмента, применение групповой обработки.

9) Возможность проведения сборки по принципам полной или частичной взаимозаменяемости, что является одним из основных условий поточной сборки.

Понятие технологичности конструкции не может быть абсолют­ным, оно меняется вместе с развитием производства и технологии и для разных типов производств.

Технологичность конструкции может быть объективно оценена путем расчета количественных показателей технологичности по ГОСТ 14.201-83.

Количественные показатели учитывают взаимосвязь основных параметров трудовых и материальных затрат с показателями ка­чества, надежности эргономичности.

Количество показателей должно быть минимальным, но доста­точным.

Рисунок 74 – Постановка размеров на чертежах штампованных заготовок

а, в – неправильная простановка размеров, когда 2-е связанные друг с другом размером 31,0 мм обработанные поверхности одновременно привязаны размерами 50 и 15 к соответствующим необрабатываемым поверхностям; б, г – правильная постановка размеров, учитывающая принцип черновой базы и необходимость связи одним размером системы обработанных и необработанных размеров

Основные показатели:

1) Уровень трудоемкости

(62)

где Т_и – трудоемкость изготовления детали; Т_б.и. – базовая трудоемкость.

2) Уровень себестоимости

(63)

где С_и – себестоимость изготовления детали; С_б.и. – себестоимость базового изделия.

Дополнительные показатели:

1) Коэффициент унификации конструктивных элементов

; (64)

где Q_у.э. – количество унифицированных элементов; Q_э. – общее количество элементов.

2) Коэффициент использования материала

; (65)

где m_д – масса детали; m_з – масса заготовки.

3) Коэффициент точности обработки

; (66)

где А_ср – средний квалитет точности

(67)

n_i – число поверхностей детали, точностью соответственно по 1…19 квалитетам.

4) Коэффициент шероховатости

; (68)

где Б_ср – средняя шероховатость поверхности, определяемая в Ra мкм

(69)

n₁, n₂, …, n₁₄ – количество поверхностей, имеющих шероховатость, соответствующую данному числовому значению параметра

Выбор оптимальной формы детали зависит от ее конструктив­ного и эксплуатационного назначения:

для корпусных деталей

Корпусные детали изготавливают литыми, штампованными, свар­ными.

Механическая обработка корпусных деталей сводится в основ­ном к обработке плоскостей и отверстий, поэтому технологические требования, обеспечивающие наименьшую трудоемкость следующие:

1) Форма корпусной детали должна быть возможно ближе к правильной геометрической форме (т.е. в сечении предпочтительно иметь форму четырехугольника), предусматривать возможность пол­ной ее обработки от одних баз (например, плоскости и 2-х отвер­стий ).

2) Обработка плоскостей и торцев отверстий по возможности должна выполняться на проход плоскости и торцы не должны иметь выступов.

3) Корпусная деталь не должна иметь поверхностей, не пер­пендикулярных осям отверстий.

4) Точно растачиваемые отверстия не должны иметь внутрен­них выступов, препятствующих растачиванию на проход, диаметры отверстий внутри корпусной детали не должны превышать диаметров соосных отверстий в наружных стенках детали.

5) Следует избегать многообразия размеров отверстий и резьб.

для тел вращения:

Заготовками служит - прокат, штамповки, реже отливки. Следует избегать удлиненных уступов, сечений с большой разницей площадей, глубоких полостей.

Требования к технологичности (с учетом особенностей обра­ботки на станках с ЧПУ):

1) Деталь по возможности должна быть образована из поверх­ностей, конфигурация которых может быть получена при вращении вокруг оси.

2) Поверхности должны быть открыты с одной стороны для подвода инструмента и его перемещения.

3) Конфигурация детали должна по возможности позволять ее полную обработку (черновую и чистовую) с одного установа (жест­кая деталь).

4) Детали должны иметь развитые поверхности для базирова­ния и закрепления.

5) Обрабатываемые поверхности не должны прерываться выступающими поверхностями, которые не могут быть образованы при вращении.

6) Все взаимосвязанные техническими требованиями поверхности должны быть доступны для обработки в одном установе.

7) Размеры наружных поверхностей должны возрастать по мере приближения к патрону, а размеры внутренних поверхностей - убы­вать.

8) Канавки выточки, углубления должны быть унифицированы.

9) Места сопряжения цилиндрических, конических, криволинейных поверхностей по возможности должны быть одного радиуса, если в этих местах нет канавок, выточек или других элементов.

Технологичность мелких и крепежных деталей

Заготовки - отливки, штамповки, прутковый материал - с ма­лым количеством обрабатываемых поверхностей и rnin припусками на обработку.

Основным требованием, предъявляемым к форме деталей являет­ся возможность их изготовления высокопроизводительными методами: штамповкой на ковочных машинах или ковочных прессах, литьем под давлением, холодной высадкой или высадкой с индукционным нагревом.

Примеры конструктивных решений технологичности приведены на рисунках 75, 76, 77.

Рисунок 75 – Примеры конструктивных решений, обеспечивающих технологичность заготовок: а, б – нерациональные решения; в, г - рациональные решения	Рисунок 76 – Пример уменьшения объема механической обработки детали: а – нерациональная конструкция; б – рациональная конструкция	Рисунок 77 – Различные условия врезания и выхода сверла после окончания обработки: а – нерациональное решение; б – рациональное решение

Требования по технологичности, предъявляемые к конструкции деталей самолетостроительного производства

При проработке конструкторской документации на технологичность необходимо учитывать следующее:

1. Технические возможности имеющегося в цехе оборудования (станки, прессы, печи, ПСО, ванны, стенды), должны обеспечивать изготовление конкретных деталей:

   • по габаритным размерам;

   • по производительности;

   • по точности (степени износа оборудования);

   • по безопасности выполнения работ;

   • по грузоподъемности (для подъемно-транспортного оборудования);

   • по техническим характеристикам.

2. В целях сокращения номенклатуры применяемого режущего инструмента:

   • для фрезеруемых деталей радиусы переходов от полотен к ребрам и стенкам, как на виде в плане, так и по сечениям должны быть унифицированными (одинаковыми);

   • диаметры гладких и резьбовых отверстий должны быть равны целым числам, а не дробным (в т.ч. и по технологическим отверстиям);

   • для деталей типа тел вращения радиусы переходов от одного диаметра к другому должны быть унифицированными;

   • радиусы острых кромок по деталям гидро-пневмотопливных систем (по канавкам для уплотнительных колец) должны быть не 0,1 мм, а 0,15 мм, что позволяет с большей точностью произвести их замеры по отпечаткам на микроскопе.

3. В целях сокращения объема слесарно-зачистных работ на фрезеруемых деталях:

   • шероховатость поверхностей деталей из высокопрочных сплавов (мат. В93пч, В95пч, 30ХГСНА, титановые сплавы и их модификации) должна быть , по радиусам меньше 30 мм - ; по отверстиям  менее 30 мм , более 30 мм ;

   • шероховатость поверхностей деталей из всех других сплавов - кроме отверстий IТ6 - IТ7 классов точности;

   • в чертежах фрезеруемых деталей должно быть разрешение на ступеньки от прохода фрезы, недоводы до полотен, ребер по радиусам.

4. Допуски на наружные и внутренние контуры поверхностей фрезеруемых деталей (особенно по т.к.) должны быть не менее  0,3 мм.

5. По клеймению и маркировке

   • клеймение на бирках на особоответственных деталях нежелательно, надо клеймить на деталях, на деталях из алюминиевых сплавов и сталей клеймить ударно, на деталях из титана – эл.хим.клеймением и электрографическое нанесение информации;

   • клеймение и маркирование деталей мастичными клеймами по ОПИ-63 доп.2 не выполнимо, из-за потери информации при покрытии и нетехнологичности этого способа.

Клеймить и маркировать необходимо либо ударно на детали, либо на технологическом припуске с переносом информации на деталь после покрытия.

6. По отверстиям и поверхностям IT6 – 7 квалитетов точности:

   • экономически целесообразные;

   • технические возможности:

• межосевые расстояния должны быть с допуском не менее  0,1 мм;

• на деталях из алюминиевых сплавов пазы должны быть не точнее IT9;

• криволинейные (радиусные) пазы на деталях из любых сплавов не технологичны;

• шлифованием возможно получение поверхностей IT6 – 9 с шероховатостью ;

• хонингованием возможно получение поверхностей IT6 – 9 с шероховатостью ;

• внутреннее круглое шлифование возможно на длине не более 600 мм, при min  отверстий 70 – 80 мм. При больших длинах отверстий есть опыт шлифования отверстий с двух сторон, но при этом образуется ступенька, которая не выводится хонингованием;

• глухие отверстия не технологичны при обработке, необходимо предусматривать (у дна или бортика отверстия) место выхода инструмента-резца, шлифовального круга, хона не менее 5 – 15 мм;

• в деталях при сверлении под углом отверстий малого диаметра (менее 3 мм) в деталях из титанового сплава, а также закаленных сталей даже по кондуктору происходит увод и поломка сверла, поэтому необходимо засверливать отверстие предварительно по нормали и поверхности – по 182АТ – о чем должна быть оговорка в чертеже детали.

7. Крупногабаритные детали каркаса типа колец сложного профиля из штамповок, поковок и литья с  меньшим 2000 мм целесообразно обрабатывать на лобо-токарных станках, более 2000 мм – на токарно-карусельных станках.

8. Шестерни 6, 7 степени точности необходимо шлифовать на зубошлифовальных станках, 8 степени точности – строгать на зубострогальных станках без последующей шлифовки.

9. Для изготовления деталей типа тел вращения с поверхностями IT6 – IT9 классов точности (штоки, поршни, винты винтовых механизмов и т.д.), с высокими требованиями по взаимному расположению поверхностей (не параллельность, не перпендикулярность, несоосность и т.д.) в чертежах деталей необходимо иметь центровые отверстия. При возможности выполнения центров в теле детали, необходимо оставлять технологические центры, для чего в заготовке надо иметь припуски. При этом центровые отверстия после термообработки необходимо калибровать для использования их при шлифовании.

10. При фрезеровании концевыми фрезами необходимо учитывать следующее:

    • для уменьшения отжима инструмента соотношение диаметра и длины режущей части фрезы должно быть не более 1 : 3. Например – диаметр фрезы 30 мм. Длина режущей части должна быть не более 90 мм;

    • соответственно при проработке чертежей необходимо учитывать радиуса на виде в плане и высоту ребер в данном месте. При невыдерживании вышеуказанного соотношения, необходимо в чертеже детали менять либо радиусы, либо высоту ребер.

11. В целях устранения появления хлопунов (деформации полотен деталей в процессе развертывания или виброобработки) размеры полотен-окон деталей должны быть примерно следующие:

    • при толщине полотен 1,5 – 2,0 мм 150  150 мм;

    • при толщине полотен 2,0 – 4,0 мм 200  200 мм;

    • при толщине полотен 5,0 – 8,0 мм 250  250 мм;

    • при толщине полотен 8,0 – 12,0 мм 300  300 мм.

При конструктивной необходимости иметь большие размеры полотен деталей при меньшей толщине полотна, в чертеж детали необходимо ввести усиливающий элемент полотна: либо ребро высотой 5 – 10 мм, либо отверстие с окантовкой.

12. По деталям, проходящим поверхностное упрочнение, необходимо учитывать следующее:

    • детали, как правило, деформируются после упрочнения, следовательно, до упрочнения нельзя разделывать окончательно классные отверстия, пазы, окна с жестким допуском на межосевые расстояния;

    • детали, имеющие тонкие (1 – 3 мм) ребра, стенки, хвостовики, язычки не должны упрочняться вибронаклепом, либо в чертеже детали должно быть разрешение на неупрочнение этого места с изоляцией его в процессе упрочнения;

    • детали типа тел вращения, подвергаемые упрочнению обкаткой, раскаткой, алмазным выглаживанием, должны быть достаточно жесткими.