2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя и допускается на всех стадиях проектирования как предварительная. Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается числовым показателем и рациональна в том случае, если эти показатели существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции.

2.1 Качественный анализ детали на технологичность

Вал ведущий представляет собой тело вращения – многоступенчатый вал. Деталь имеет следующие конструктивные элементы: цилиндрические поверхности (наружные и внутренние), шпоночный паз, фаски, канавки для выхода шлифовального круга, зубчатый венец.

Вал ведущий изготавливается из легированной конструкционной стали 40Х ГОСТ 4543-71. В качестве легирующего элемента используется хром, который получил широкое применение в машиностроении, т.к. он относительно дешевый и улучшает механические свойства стали, чтобы обеспечить высокую прочность и износостойкость в сравнении с соответствующей углеродистой сталью. Данный материал широко применяется в машиностроении, не содержит большого количества дорогих легирующих элементов и используется для изготовления таких ответственных деталей, как зубчатые колеса, шпиндели металлорежущих станков, державки режущих инструментов, коленчатых валов.

Деталь изготавливается штамповкой и проходит термическую обработку, что уменьшает внутренние напряжения, увеличивает твердость, прочность и износостойкость ответственных поверхностей, а также имеет большое значение в отношении короблений, возможных при нагревании и охлаждении детали. При штамповке контур заготовки приближен к контуру готовой детали, что уменьшает припуски на обработку и снижает себестоимость изготовления детали.

Конструкция детали позволяет обеспечить эффективное снятие припусков с большинства обрабатываемых поверхностей за один установ за счет свободного подвода режущего инструмента и небольших перепадов диаметров цилиндрических поверхностей. Деталь позволяют вести механическую обработку как на универсальных станках, которые имеют меньшую стоимость, так и на станках с ЧПУ, которые имеют более высокую точность обработки. Имеется возможность надежного закрепления заготовки в приспособлениях на всех стадиях обработки, т.к. имеются удобные технологические и конструкторские базы. Непосредственное и удобное измерение детали с помощью стандартных и быстродействующих измерительных инструментов также легко осуществимо.

Основная масса обрабатываемых поверхностей является наружными поверхностями, что, в свою очередь, сказывается на технологичности обработки, так как в процессе получения данных поверхностей облегчен доступ к ним режущего инструмента.

В конструкции данной детали отсутствуют большие перепады в размерах ступеней, что облегчает обработку и снижает трудоёмкость. Однако, наличие таких конструктивных элементов как внутреннее «глухого» отверстие малого диаметра, фасонные поверхности зубьев, наличие шпоночного паза в отверстии, снижают технологичность рассматриваемой детали.

Рабочий чертёж обрабатываемой детали содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, т.е. все проекции, разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняющие её конфигурацию и возможный способ получения заготовки. Все размеры на чертеже указаны с необходимыми отклонениями. Шероховатость на чертеже указана из предпочтительного ряда в пределах от 6,3 до 1,6 мкм по параметру Ra, что соответствует современным требованиям. Отметим правильную простановку размеров и шероховатости поверх­ностей: поверхности, соответствующие более точным ответственным разме­рам, имеют более низкие значения параметров шероховатости, и наоборот. Но недостатком в простановке размеров является то, что многие размеры (линейные) проставлены не от единой базы, т.е. не соблюдается принцип единства баз. Размеры проставляются в цепочку, друг за другом, что приводит к влиянию изготовления одного размера на другой (см. рисунок 1).

Вывод: оценивая материал, конструкцию, предельные отклонения, следует признать, что данная деталь в целом технологична.

2.2 Качественный анализ детали на технологичность

При оценке детали на технологичность обязательными являются следующие дополнительные показатели:

1. Коэффициент унификации основных элементов детали:

[11, c 33]

где Q_У.Э. = 17 – число унифицированных конструктивных элементов;

Q_Э = 20 – число всех элементов.

Конструктивные элементы: фаски – 7, цилиндрические поверхности – 8, канавки для выхода шлифовального круга – 3, паз – 1, зубья – 1. Неунифицированной является цилиндрическая поверхность Ø44, т.к. не попадает в ряд Ra40, шпоночный паз, зубья.

2. Коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей

[11, c 33]

где D_О.С.= 30 – число поверхностей детали, обрабатываемых стандартным инструментом;

D_М.О.= 25 – число всех поверхностей детали, подвергаемых механической обработке поверхностей.

К поверхностям, обрабатываемым нестандартным инструментом, относятся поверхности паза, зубьев, а также поверхности трех канавок для выхода шлифовального круга, которые требуют применения специального резца, повторяющего контур канавки.

3. Коэффициент обработки поверхностей:

[11, c 33]

где D_Э = 30 – общее количество поверхностей детали.

4 Масса детали q = 0,72 кг.

5 Коэффициент использования материала

[11, c 33]

где Q = 1,05 кг – масса заготовки.

6 Предельное значение квалитета IT_max14 и IT_min6.

7 Предельное значение параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей Rа=6,3 мкм и Rа=1,6 мкм;

Вывод: таким образом, проанализировав количественные показатели технологичности для данной детали, следует сказать, что к отрицательным показателям, характеризующим деталь, относятся: коэффициент использования материала – деталь нетехнологична, так как масса детали составляет всего 67% от массы заготовки, что свидетельствует о большом объёме механической обработки детали. Максимальное значение квалитета обработки IT6, максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra1,6 мкм – деталь требует относительно точной обработки. Коэффициент обработки поверхностей равен нулю, что говорит о том что, все поверхности детали подвергаются механической обработке.

К положительным показателям, характеризующим деталь, относятся: коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей –83% поверхностей обрабатываются стандартным инструментом; коэффициент унификации – 85% элементов детали унифицированы.

Проведем анализ простановки линейных размеров с использованием теории граф. Для этого обозначим все торцевые поверхности детали цифрами, а все линейные размеры буквой «А» с индексом (см. рисунок 2).

После обозначения поверхностей и расстановки размеров составляем граф (рисунок 3) и анализируем его.

Рисунок 2 – Эскиз детали с обозначенными торцовыми поверхностями

Рисунок 3 – Граф

Граф не имеет оторванных групп верши и, не имеет замкнутых контуров, следовательно, размеры на детали проставлены верно: нет недостающих размеров и нет лишних.

На основании проведённого качественного и количественного анализа технологичности конструкции детали можно сделать вывод о том, что деталь технологична по большинству показателей. Применяется недорогой материал, обеспечивается свободный доступ режущего инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям, в процессе механической обработки на множестве операций есть возможность соблюсти основные принципы базирования, деталь имеет простую конфигурацию, в обработке участвует в основном стандартный инструмент.