Технологичность конструкции изделий машиностроения

Совершенство конструкции изделия характеризуется его соответствием современному уровню техники, экономичностью и удобством в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных технологических методов его изготовления применительно к условиям производства. Конструкцию изделия, в которой эти возможности полностью учтены, называют технологичной.

Технологичность конструкции изделий (ТКИ) — понятие комплексное, так как рассматривать изолированно заготовительный процесс, процесс обработки, сборки и контроля, испытания и эксплуатации нельзя, т. е. понятие технологичности конструкции машин распространяется не только на изготовление, но и на их эксплуатацию.

Изделие отрабатывается на технологичность в процессе его конструирования, а не изготовления. Технологичность конструкции оценивается качественно и количественно.

Качественная оценка базируется на сравнительном анализе возможности применения прогрессивных процессов изготовления при принятой и предлагаемой конструкции изделия.

При качественной оценке ТКИ используют технологические рекомендации, которые оформляются в виде нормативно-технических документов. Такие рекомендации, как правило, иллюстрируются примерами и пояснениями по типу «лучше — хуже», «рекомендуется — не рекомендуется», «технологично — не технологично».

Качественная оценка технологичности не определяет количественные отличия вариантов конструкции друг от друга и от нормативного (базового) варианта, принятого за эталон при сравнении, а устанавливает только вариант, который в большей степени соответствует требованиям технологических процессов изготовления. При этом качественная оценка технологичности конструкции изделия позволяет определить элементы конструкции детали или сборочной единицы, требующие изменения.

Пример 1.4.

Качественная оценка технологичности конструкции деталей наглядно представлена рис. 1.7: слева приведены примеры нетехнологичных конструкций, справа — аналогичные конструкции, но более технологичные.

Высверливание отверстия со стороны наклонной или криволинейной поверхности (см. рис. 1.7, а) осложняется тем, что сверло может сломаться из-за значительной радиальной нагрузки. Без канавки для выхода шлифовального круга (см. рис. 1.7, б) переход от цилиндрической к торцовой поверхности получится с закруглением вследствие износа абразивного инструмента. Для отделения стружки от заготовки при долблении паза в отверстии втулки (см. рис. 1.7, в) необходимо радиальное отверстие в конце паза (или кольцевая выточка) для выхода резца. Сквозное ступенчатое отверстие обрабатывается проще, чем два глухих отверстия с противоположных сторон втулки (см. рис. 1.7, г).

Рис. 1.7. Примеры нетехнологичных и технологичных конструкций деталей

Количественные методы оценки технологичности позволяют оценить, насколько один вариант отличается от другого, и установить, насколько принятый вариант соответствует эталонному, взятому за базу сравнения. Эти методы предусматривают применение показателей технологичности, позволяющих определить значения этих величин.

Согласно ГОСТу 14.201—83 «ЕСТПП. Обеспечение технологичности конструкции изделий» рекомендуют 11 показателей ТКИ (табл. 1.1).

1. Трудоемкость изготовления изделия (технологическая) — количество труда, выраженное во времени, необходимого для изготовления одного изделия:

где Т_п — технологическая трудоемкость изготовления изделия; ?_{шт к} — штучно-калькуляционное время выполнения операции; п — число операций, необходимых для изготовления изделия.

2. Удельная материалоемкость изделия — показатель, характеризующий расход материала, необходимый для получения единицы полезного эффекта от использования изделия по назначению. Металлоемкость изготовления изделия (общая металлоемкость) — расход материала, необходимого для производства и технической эксплуатации изделия.

Понятие «общей металлоемкости» объединяет «конструктивную металлоемкость» и «технологическую металлоемкость». Под термином «конструктивная металлоемкость» понимают чистую массу единицы изделия. Под термином «технологическая металлоемкость» понимают разницу между массой металла по нормам расхода на изделие и чистой массой изделия, т. е. массу отходов при изготовлении изделия.

Таким образом, общая металлоемкость изделия М_о6щ состоит из суммы конструктивной М_к и технологической М_т металлоемкости:

Таблица 1.1.

Рекомендуемый перечень показателей технологичности конструкции изделий по ГОСТу 14.201−83.

Примечание. Знак «+» означает обязательное определение значения показателя точными методами; знак «<�—» означает, что для данного вида изделий не определяется значение показателя; знак «0» означает, что не обязательно определение показателя в общем случае.

Тогда удельная металлоемкость изделия определяется выражением:

где М _о6щ — удельная металлоемкость изделия; X — основной параметр изделия (передаваемая мощность, грузоподъемность, крутящий момент, пропускная способность и т. д.).

3. Технологическая себестоимость изделия — сумма затрат на производство изделия по тем расходным статьям, которые отличаются по своей величине при различных вариантах технологического процесса (подробнее см. гл. 7).

4. Средняя оперативная трудоемкость технического обслуживания (ремонта) данного вида где T_j9 чел.-ч — средняя оперативная трудоемкость технического обслуживания; N — число исполнителей данного вида технического обслуживания;

где т — число измерений.

5. Средняя оперативная стоимость технического обслуживания (ремонта) данного вида:

где C_i9 чел.-руб. — средняя оперативная стоимость технического обслуживания; N — число исполнителей данного вида технического обслуживания; k — число операций данного вида технического обслуживания; С_у/ — оперативная стоимость выполнения l-й операции:

где т — число операций.

k — число операций данного вида технического обслуживания; t_n — оперативное время, затрачиваемое/-м исполнителем на выполнение /-й операции:

6. Средняя оперативная продолжительность технического обслуживания (ремонта) данного вида:

где 5_f, чел.-ч — средняя оперативная продолжительность технического обслуживания; N — число исполнителей данного вида технического обслуживания; k — число операций данного вида технического обслуживания; — оперативная продолжительность выполнения l-й операции:

где т — число операций.

7. Удельная трудоемкость изготовления изделия — отношение трудоемкости изготовления изделия к величине его полезного эффекта или к номинальному значению основного параметра:

где ?_уд — удельная трудоемкость изготовления изделия; Т_и — технологическая трудоемкость изготовления изделия:

п.

где 1г_штко6 — трудоемкость операции механической обработки изделия;

ш 1.

• 2 ?_{шт к м} — трудоемкость операций монтажа изделия.
• 1
• 8. Трудоемкость монтажа — количество труда, выраженное во времени, необходимого для монтажа одного изделия:

где Т_м — трудоемкость монтажа; t_{un к м} — штучно-калькуляционное время выполнения операций монтажа; п — число операций монтажа.

9. Коэффициент применяемости материала — отношение нормы расхода данного материала к сумме норм расхода всех материалов на изделие:

где К_пр — коэффициент применяемости материала; Q_M — нормы расхода данного материала на изделие; Q, — сумма норм расхода всех материалов на изделие.

10. Коэффициент унификации конструктивных элементов показывает отношение числа унифицированных конструктивных элементов изделия к общему числу конструктивных элементов:

где К_х — коэффициент унификации конструктивных элементов; N_v — число унифицированных типоразмеров конструктивных элементов; N— общее число типоразмеров конструктивных элементов.

11. Коэффициент сборности показывает отношение трудоемкости операций сборки к суммарной трудоемкости сборочных, пригоночных и регулировочных операций:

где К_сп6 — коэффициент сборности; Г_с6 — трудоемкость операций сборки; Т — трудоемкость операций пригонки; Т — трудность операций регулировки.

Дополнительная оценка может проводиться по степени унификации марок материалов, унификации и нормализации элементов изделия, коэффициентам среднего квалитета точности и параметрам шероховатости поверхностей деталей, возможности автоматизации их изготовления.

Понятие технологичности конструкции изделия является относительным и его необходимо увязывать с серийностью производства.

При конструировании машин проектировщик должен учитывать возможность построения высокопроизводительных технологических процессов общей и узловой сборки. Конструкция машины должна допускать возможность ее сборки из предварительно собранных узлов. Это позволяет осуществлять параллельно сборку нескольких узлов, а, следовательно, сократить сроки сборки машины.

Необходимо стремиться к использованию стандартных, нормализованных и унифицированных деталей и узлов, обеспечить возможность удобного и свободного подвода высокопроизводительных механизированных инструментов к местам соединения деталей и предусмотреть легкость захвата их грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки.

Для разборки машины при ее обслуживании и ремонте необходимо предусмотреть резьбовые отверстия для отжимных винтов, заменяющих съемники, отверстия для выколоток, рым-болты как литые выступы для захвата и подъема тяжелых деталей и т. д.

При конструировании деталей машин их конфигурация должна быть простой, обусловливающей возможность применения высокопроизводительных технологических методов, и предусматривать удобную надежную базу для установки и закрепления в процессе их обработки.

В тех случаях, когда такая база не обеспечивается, должны быть предусмотрены специальные элементы (приливы, бобышки, отверстия) для базирования и закрепления заготовки. При необходимости эти элементы могут быть удалены после обработки.

Материалы, заданные точность и шероховатость поверхностей детали должны быть строго обоснованы ее служебным назначением.

Стандартизация и унификация деталей и их элементов способствуют уменьшению трудоемкости процессов производства и снижению себестоимости деталей в связи с увеличением серийности и унификацией станочных наладок.

Себестоимость производства заготовок также в значительной мере определяется их технологичностью.

Кованые заготовки должны иметь простую симметричную форму, без пересекающихся цилиндрических и призматических элементов, а также бобышек и выступов на основных поверхностях поковки.

Геометрическая форма штампованных заготовок должна обеспечивать возможность ее свободного извлечения из штампа. Боковые поверхности заготовки должны иметь штамповочные уклоны. Переходы от одной поверхности к другой должны осуществляться с закруглениями.

Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность беспрепятственного извлечения модели из формы и стержневых ящиков. С этой целью необходимо назначать формовочные уклоны для вертикальных поверхностей отливки.

Ответственные поверхности заготовок должны занимать в форме нижнее положение.

Технологичность заготовок может быть повышена применением сварных конструкций, что позволяет получить сложную заготовку из простых элементов, выполняемых горячей или листовой штамповкой, резкой проката и т. д. При замене стальных отливок штампосварными их масса иногда снижается на 20—30%, и уменьшается объем последующей обработки резанием на 30—50%.

Технологичность конструкций деталей в значительной мере определяется возможностью их механической обработки. Для этого необходимо выдерживать следующие условия:

• 1) ступенчатые поверхности должны иметь минимальный перепад диаметров;
• 2) целесообразны сквозные отверстия, а не глухие;
• 3) расстояния между отверстиями лучше назначать с учетом возможности применения многошпиндельных сверлильных головок;
• 4) во избежание поломки сверл при сверлении поверхности на входе и выходе инструмента должны быть перпендикулярны оси отверстий;
• 5) размеры отверстий должны соответствовать нормалям на сверла, зенкеры и развертки;
• 6) резьбы должны быть нормализованными;
• 7) конфигурация плоской поверхности должна предусматривать возможность ее обработки на проход;
• 8) глубина и ширина пазов выбираются в соответствии с нормалями на фрезы;
• 9) размеры зубьев зубчатых колес должны соответствовать нормалям на модульные фрезы.

Естественно, эти условия соблюдаются, если они не снижают качество деталей.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Что понимается под изделием в машиностроительном производстве? Приведите примеры изделий.
• 2. Приведите на любом примере технологическую схему изделий. Что такое сборочные единицы и их классификация?
• 3. В чем заключается функциональное назначение изделий машиностроения? Приведите примеры.
• 4. Что такое производственный процесс? Типы производств, их определение и характерные особенности.
• 5. В чем заключается техническая подготовка производства?
• 6. Дайте определение технологического процесса и его составляющих. Приведите конкретные примеры.
• 7. Дайте классификацию технологических процессов и приведите примеры.
• 8. Что такое технологичность изделий и как она оценивается? Приведите пример нетехнологичного и технологичного изделия.