книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

Из самого определения принципа технологичности видно, что достижение минимальных затрат труда, материалов и времени органически связано с эффективным использованием высокопро­ изводительной техники и технологии, экономическая оправданность которых зависит, как сказано, от конкретных условий производ­ ства и, в первую очередь, от его масштабов. Эти условия могут быть весьма разнообразны и противоречивы, что делает задачу конструктора чрезвычайно сложной и ответственной.

Подробно останавливаясь далее на рассмотрении последова­ тельных этапов конструирования и путей сокращения затрат труда и материала, здесь уместно отметить лишь те основные во­ просы, на которые должно быть обращено внимание конструктора и совместно с ним работающего технолога при отработке создавае­ мой машины на технологичность.

Прежде всего, конечно, необходимо добиться максимального упрощения кинематической, компоновочной и электрической схем для сокращения числа звеньев размерных цепей, сокращения числа детален и эффективного использования принципа агрега­ тирования, позволяющего упростить сборку и сократить связан­ ные с ней трудозатраты.

Необходимо как в отношении каждой отдельной детали, так и машины в целом добиться их наибольшего соответствия тому служебному назначению, которое определяет и характер выпол­ няемых ими задач, и распределение нагрузок, и подбор рациональ­ ных сечений и пр.

Большое значение для сокращения затрат труда имеет широкое применение в создаваемых конструкциях унифицированных сбо­ рочных единиц и стандартизованных деталей, увеличение числа покупных деталей и изделий, производящихся на специализи­ рованных заводах крупными партиями. Наряду с этим, начиная с выбора материала и типа заготовки, учитывая масштабы и цик­ личность производства, нужно выбрать оптимальный способ полу­ чения заготовок, наметить маршрут и условия их дальнейшей обработки, обеспечить требуемую взаимозаменяемость деталей, удобство и минимальную трудоемкость сборки.

Последовательно решая все эти конструктивно-технологичес­ кие задачи под углом зрения тех требований, которые диктуются принципом технологичности, конструктор и технолог создают предпосылки к тому, чтобы машина как объект производства была технически совершенной и экономически целесообразной.

Однако следует заметить, что если в отношении всех основных элементов каждой детали, от которых зависит выполнение предъ­ являемых к ней эксплуатационных требований, такой конструк­ тивно-технологический анализ всегда с большей или меньшей тщательностью проводится, то по отношению к вспомогательным элементам, не связанным с этими требованиями и непосред­ ственно не влияющим на качественные характеристики машины, он почти никогда не делается. Между тем, как показывает прак-

80

тика некоторых заводов, именно здесь чаще всего имеют место конструктивные недоработки, приводящие к большим потерям в виде перерасхода материала, затруднений в использовании прогрессивных методов технологии, ненужного усложнения технологической оснастки и пр.

Методика такого комплексного анализа создаваемых (и рабо­ тающих) конструкций разработана Ю. М. Соболевым [80]. Сущ­ ность ее сводится к следующему.

Деталь условно делится на отдельные," характеризующие ее элементы, к которым относятся: материал, размер, чистота по­

показанной на рис. 10, 11, 12.

Согласно конструктивным требованиям ' ось должна быть прочно закреплена в литом основании, на нее надеваются сво­ бодно качающиеся и наглухо скрепленные скоба и рычаг. Пере­ косы рычага недопустимы, поэтому должен быть предусмотрен минимальный продольный люфт. Шейка оси, на которой висит

трения рычага 3 при его качании была проложена шайба 4. Го­

в сечении установки рычага, а диаметр ее малой шейки должен обеспечивать'требуемую прочность, что проверяется расчетом.

Скоба -2 имеет П-образную форму; опираясь в двух точках на ось, она предотвращает перекосы рычага. Для того чтобы обеспе­ чить минимальный продольный люфт рычага и скобы, на оси сделана ступень. Обе цилиндрические части оси соосны, имеют хорошую поверхность скольжения; для шлифования рабочих поверхностей предусмотрены центровочные отверстия и канавки.

диаметр малой шейки оси; 3) длину оси; 4) наличие элемента, пре­ пятствующего продольному перемещению рычага; 5) качествен­ ную отработку рабочих частей оси.

лись и от специальной головки оси, требовавшей проточки почти по всей длине детали, вынуждавшей центровать ось с двух сто­ рон, делать специальную канавку и вести фрезеровку под ключ. Задача ограничения люфта была решена селективной сборкой с помощью индивидуального подбора шайб 2 разной толщины

чивания оси в ней сделано отверстие. Шайба 2, как и раньше, обеспечивает жесткую установку оси на мягком силуминовом основании и уменьшает трение рычага 6 при качании. Для обес­ печения небольшого люфта рычага и скобы 3 вдоль'оси установ-

82

лена специальная регулировочная шайба 4. Основные конструк­ тивные элементы остались без изменения.

В результате проведенной отработки этого узла на технологич­ ность удалось сэкономить 68,2% расходуемого металла; больше, чем в 2,5 раза уменьшить трудовые затраты на изготовление; отказаться от специального приспособления для фрезерования под ключ, заменив его простым кондуктором; отказаться от специаль­ ных канавочных резцов; вместо дисковых фрез применить сверло; фрезерный и круглошлифовальный станки заменить сверлиль­ ным и бесцентрово-шлифовальным.

Все это вместе взятое значительно упростило и удешевило процесс изготовления рассмотренного узла.

Путем поэлементного конструктивно-технологического ана­ лиза можно значительно повысить коэффициент использования металла, улучшить технологичность изготовляемых деталей, уве­ личить отдачу оборудования и снизить себестоимость продукции. Такой метод был широко использован на заводе «Ростсельмаш» при отработке технологичности конструкции зерновых комбай­ нов. Свыше 240 изменений было внесено в конструкции детали са­ моходного комбайна С-4 и более 1000 в конструкции деталей ком­ байна РСМ-8, в результате чего значительно уменьшились расход металла и трудоемкость изготовления. Этот метод, успешно ис­ пользовался заводом и. при разработке новых конструкций ком­ байнов СК-3 и СК-4.

Отработка деталей на технологичность, как уже говорилось, органически связана и с широким использованием унифициро­ ванных деталей и сборочных единиц, унификацией отдельных конструктивных элементов, сокращением номенклатуры приме­ няемых материалов, режущего и мерительного инструмента, а также рациональным использованием тех преимуществ, кото­ рыми обладают блочные (агрегатированные) конструкции.

Все эти моменты играют особенно большую роль в связи с орга­ низационной перестройкой производства, в частности, с перево­ дом изделия на поток. Сокращение подготовительно-заключитель­ ного времени (особенно в условиях серийного выпуска), макси­ мальная унификация внутренних и наружных диаметров отвер­ стий, их расположения в детали для использования на поточной линии одних и тех же оправок, державок, кондукторов при пере­ ходе на поточной линии от обработки деталей одного типа к дру­ гому увеличивают оснащенность процесса и снижают трудовые затраты. •

Необходимо также учитывать специфические особенности раз­ личных видов производства — литья, штамповки, механической обработки, сварки и др.

В материальной (весовой) структуре многих машин удельный вес механически обработанных отливок чрезвычайно высок. Так, в автомашинах он составляет 40%, в тракторах 55—60%, в экска­ ваторах 70%, в прокатных станах 75—80%, а в станкостроении

даже 85%. Трудоемкость работ по изготовлению отливок по от­ ношению ко всем трудовым затратам производства колеблется от 15 до 30%, а себестоимость'— от 30 до 40%. Практика показы­ вает, что за счет повышения технологичности литых деталей можно уменьшить трудоемкость литейных работ на 8—15%, а вес отли­ вок на 10—12%.

Большие работы, проведенные турбо- и станкостроительными заводами за последние годы с целью повышения технологичности машинных детален и сборочных единиц, привели к значительному развитию сварных конструкций, обладающих по сравнению с ли­ тыми значительными преимуществами. Сварные конструкции обеспечивают снижение веса на 30—40%, и трудоемкости механи­ ческой обработки на 10—15%, сокращение времени подготовки производства, общее улучшение условий труда и пр.

Так, в частности, по данным ВПТИ тяжелого машиностроения, для цельнокованного турбинного вала весом 44 т требуется сли­ ток весом 200 т (коэффициент использования металла 0,22), при­ чем получение такого слитка вызывает немалые технологические трудности. Сварная конструкция турбинного вала из трех поковок позволяет уменьшить расход металла на 35%.

ная же конструкция из штампованных заготовок дает возможность снизить вес этих частей турбины на 20%, а расход металла — на 23%.

Переход на сварные конструкции связан с проведением широ­ кой унификации деталей и особенно их отдельных конструктивных элементов — диаметров отверстий и расстояний между ними, ра­ диусов закруглений и пр. Так, например, на Минском станкостро­ ительном заводе им. Кирова закругления крышек протяжных станков запиливались вручную по радиусам 6, 10, 12, 15 и 20 мм. Вместо них был установлен один размер — 10 мм и обсечка углов стала вестись в штампе. Это привело к снижению трудовых затрат по этой операции примерно в 20 раз. Наружные размеры крышек, отличавшиеся друг от друга на 10—30 мм, также были унифици­ рованы, что позволило избавиться от разметки и снизить трудо­ емкость работ еще на 5—8%. Унифицированы были и диаметры отверстий, и расстояния между ними, что дало возможность про­ бивать их в универсальные штампах, а сверление вести по наклад­ ным кондукторам, за счет чего снизить трудоемкость на 15%. По­ добные работы были проведены и со станинами станков.

Технологический анализ сложных по конфигурации деталей протяжного станка 7710В привел к выводу о целесообразности их расчленения на'ряд простых элементов с последующей их сваркой, что дало, например, при изготовлении стенки станины 40% эко­ номии металла. /

Отработка деталей на технологичность не только приводит к снижению затрат труда и материалов, уменьшению веса и сокра-

84

Таблица 9

Показатели двух конструкций ременного привода пори [Г Н ЦТ

Конструкция

Суммарный экономический эффект при выпуске 1200 комплектов в год: экономия металла — примерно 200 т;

уменьшение трудовых затрат — 118 000 нормо-часов; снижение себестоимости — 34 000 р.

задачи, но и в 3—5 раз повысило механическую и электрическую надежность всего станка.

Нередко удается уменьшить трудозатраты на изготовление машин, заменив механическое регулирование их параметров электрическим. Это дает возможность убрать такие трудоемкие и дорогостоящие части машин, как коробки подач, коробки ско­ ростей.

Трудоемкость также может быть значительно снижена, если оказывается возможным заменить в машине механические связи электрическими. Например, в некоторых карусельных, токарных и других станках вместо длинных ходовых винтов и валов были

зволяет обеспечить необходимые предпосылки для того, чтобы создаваемые конструкции были не только технически прогрес­ сивны, но и экономически целесообразны, чтобы их производство требовало минимума затрат труда, материалов, времени и средств.

86

2. ЭТАЛЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

Приведенная выше схема (см. рис. 2) эксплуатационных и произ­ водственных требований, предъявляемых к конструируемому объекту (детали, машине), в значительной мере предопределяет последовательные этапы работы конструктора и технолога над этим объектом. Эти этапы следующие. •

1. Установление эксплуатационных требований, предъявляе­ мых к проектируемой конструкции в связи с ее служебным назна­ чением.

2.Выявление объема и цикличности производства и заводаизготовителя.

3.Ознакомление с паспортом завода и анализ его производ­ ственных возможностей.

4.Разработка кинематической, компоновочной и электрической

схемы машины, ее общего вида и основных сборочных соединений. 5 Конструирование деталей (отработка их основных элемен­ тов) и решение всех вопросов, требующих совместной работы кон­ структора и технолога (выбор материалов, типа заготовки, обра­

боточных баз, допусков, классов точности и чистоты и пр.).

6.Установление технологического маршрута и разработка маршрутной технологии.

7.Экономический поэлементный анализ деталей (отработка их вспомогательных элементов) и выявление важнейших технико-

экономических показателей, которым должна удовлетворять созда­ ваемая конструкция.

8. Окончательное оформление конструкции и разработка всей технолого-нормировочнон документации, фиксирующей все фазы технологического процесса по изготовлению и обработке деталей, а также сборке входящих в машину сборочных единиц (узлов, агрегатов и пр.) и самой машины.

9.Разработка организационных условий производства про­ ектируемой машины (степень специализации, кооперирование, унификация, формы и методы построения производственного процесса и пр.) и проверка обеспечения ее заданных качественных характеристик.

10.Установление технико-экономических показателей со­ зданной конструкции, ее сравнительная оценка и экономическое обоснование целесообразности запуска ее в производство.

Эта поэтапная схема организации работы конструкторов и технолбгов находится в полном соответствии с теми стадиями разработки конструкции, которые предусмотрены ГОСТом 2— 103—68.

Для того чтобы комплексно решить все технико-экономические задачи, которые встают перед конструктором в процессе его твор­ ческой работы, он должен обладать и методикой их решения, и системой показателей для оценки планируемых и достигнутых результатов [78, 92].

87

Рассмотрим более подробно важнейшие из задач, которые при­ ходится решать конструктору на отдельных этапах его работы.

Установление типажа машин. Развитие и углубление специа­ лизации машиностроительного производства выдвигает перед конструкторами на первый план ответственную задачу разработки типажа машины: это — технически и экономически обоснованная совокупность типов и типоразмеров (с указанием модели) изделий, объединенных общностью назначения и прогрессивными показа­ телями, учитывающими существующую и перспективную потреб­ ность народного хозяйства.

Последовательные этапы проведения работ, связанные с созда­

сударственного комитета Совета Министров СССР по автоматиза­ ции и машиностренню.

Из всех перечисленных в этой таблице и проводимых на раз­ личных этапах работ наиболее ответственными и трудоемкими

строится по закону геометрической прогрессии, имеющей знаме­ натель

q = VT0.

Обычно бывает достаточно четырех взаимно увязанных деся­ тичных рядов со знаменателями:

для ряда R5 q5 = - j/T0= 1,6;

даций параметров и связанных с ними величин и в сторону разре­ жения, и в сторону усиления частоты (сгущения) ряда являются большим преимуществом системы предпочтительных чисел и их рядов. Однако серьезным недостатком в них следует признать боль­ шую разницу в знаменателях соседних рядов, особенно /?10—R5.

88