Технологичность конструкций изделий

Основные понятия. Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции, обеспечивающих изготовление и эксплуатацию изделия (в том числе ремонт и техническое обслуживание) по наиболее эффективным технологиям с наименьшими производственными затратами.

Рассматривая технологичность изделия как один из показателей качества, всегда связывают ее с конкретными условиями производства: типом и формой организации труда; наличием соответствующих условий и оборудования; программой, продолжительностью и повторяемостью выпуска изделий и другими факторами.

Принято различать производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность.

Производственную технологичность конструкций изделий связывают с сокращением средств и времени:

на конструкторскую подготовку производства, включающую в себя разработку (изготовление) всей проектно-конструкторской и рабочей документации к изделию;

на технологическую подготовку производства, предусматривающую проектирование всех видов технологических процессов, а также разработку, изготовление или приобретение необходимого

оборудования и технологической оснастки (приспособлений, режущих, сборочных, контрольно-измерительных инструментов и др.) для их выполнения;

на изготовление, контроль и испытания изделий.

Под эксплуатационной технологичностью конструкции изделия понимают сокращение средств и времени на подготовку к использованию изделия по назначению, его техническое обслуживание, текущий ремонт и утилизацию (по окончании срока эксплуатации).

Ремонтная технологичность проявляется в сокращении средств и времени на все виды ремонта изделия, кроме текущего (планово-предупредительного).

Далее рассматриваются вопросы, преимущественно связанные с обеспечением производственной технологичности конструкций изделий.

Существует два вида оценки технологичности конструкции изделия: качественная и количественная.

Качественные оценки технологичности конструкции изделия субъективны. Оценки этого вида распространены на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего варианта конструкции изделия.

Качественные оценки «хорошо - плохо», «допустимо - недопустимо» и пр., как правило, предшествуют количественным оценкам и при этом совершенно необязательно определять степень технологичности сравниваемых вариантов. Иногда преимущества конструкции, выявленные в результате качественного анализа технологичности, столь очевидны, что полностью исключают необходимость количественных оценок.

Количественные оценки технологичности конструкции изделий устанавливают по показателям, числовые значения которых характеризуют степень удовлетворения требований к технологичности по существенным для конкретного изделия показателям (подробнее этот вид оценки качества изделия рассматривается далее).

Оценки технологичности конструкции обычно устанавливают в результате анализа выполнения комплекса технологических требований, предъявляемых к изделиям и сборочным единицам, к деталям и отдельным их поверхностям, к конструкциям исходных заготовок деталей.

Технологические требования к изделиям машиностроения. Производственная технологичность конструкции изделий и сборочных единиц проявляется в возможности построения высокопроизводительных технологических процессов общей и узловой сборки.

Технологический анализ конструкции (изделия) выполняют на стадии проектирования, при составлении технического задания, разработке технического проекта и рабочей документации, в период технологической подготовки производства, а также во время изготовления и испытаний опытных и серийных образцов.

Для повышения производительности сборочных работ и снижения их себестоимости к изделиям и сборочным единицам предъявляют комплекс технологических требований, основные из которых приводятся далее.

Изделие должно иметь простую компоновку и состоять из минимального числа деталей и сборочных единиц; конструктивные решения также должны быть простыми. Следует максимально использовать стандартные, нормализованные и унифицированные детали и сборочные единицы, что способствует сокращению их общей номенклатуры и типоразмеров, повышению серийности изготовления, снижению общей трудоемкости и себестоимости, созданию возможностей приобретения их по кооперации у специализированных производств.

Для повышения точности сборки желательно ограничить кинематические и сборочные размерные цепи, совместить технологические базы с измерительными, от которых Задаются размеры, выдерживаемые при сборке. Соблюдение этих требований повышает уровень взаимозаменяемости изделий, сокращает объем ручных пригоночных работ и исключает необходимость применения компенсаторов.

Конструкция изделия должна позволять выполнять общую сборку из предварительно собранных составных частей и одновременную параллельную их сборку, в результате чего значительно сокращается цикл сборки изделия, появляется возможность тщательного контроля качества каждой сборочной единицы и исключается необходимость разборки.

При сборке должны быть обеспечены удобный подвод инструмента к местам соединения деталей и последующая быстрая и точная его установка. Приспособления, используемые в процессе сборки, не должны быть сложными. Сборка должна производиться без поворотов базовой детали, путем осуществления простых движений для относительной установки сопряженных деталей и сборочного инструмента.

Для серийного и массового производства должна быть предусмотрена возможность механизации и автоматизации сборочных работ.

Для быстрой и точной фиксации при сборке единственно верного положения составных частей друг относительного друга на входящие детали наносят контрольные метки, предусматривают на них штифты (их конфигурации могут быть асимметричны).

Отдельные технологичные конструкции сборочных соединений показаны на рис. 1. Другие специфические требования, повышающие технологичность сборки резьбовых, заклепочных, прессовых, клеевых, паяных, сварных и прочих соединений, приводятся в разделе «Основы технологии сборки в машиностроении».

Технологические требования к деталям машин. Прорабатывая конструкцию детали, стремятся обеспечить возможность ее изготовления в определенных организационно-технических условиях производства наиболее производительными способами и с наименьшими затратами. Это удается, если конструктор сумеет учесть комплекс производственно-технических требований, повышающих технологичность детали, среди которых отметим следующие.

Материал детали должен обеспечивать получение заготовок заданной точности наиболее дешевыми и эффективными методами; он должен хорошо обрабатываться с помощью имеющихся средств производства.

В целях снижения материалоемкости и объема механической обработки желательно, чтобы конфигурация заготовки максимально соответствовала формам и размерам детали или приближалась к ним. В условиях серийного и массового производства детали иногда конструируют с учетом имеющихся видов проката (специального, профильного и периодического), что обеспечивает при дальнейшей обработке значительный экономический эффект и минимальный расход материала.

Заготовки деталей машин должны иметь поверхности, обеспечивающие их удобное и надежное базирование при обработке; при отсутствии таковых предусматривают возможность создания искусственных технологических баз в виде бобышек, платиков, поясков, отверстий и т.п.

Конструкция детали должна обеспечивать ее надежное удобное и быстрое закрепление на станке или в приспособлении. Жесткость крепления должна быть достаточной для выполнения обработки одним или одновременно несколькими инструментами с использованием интенсивных режимов.

Размеры на чертеже детали проставляют так, чтобы в процессе обработки соблюдался принцип постоянства и единства баз и чтобы учитывались предполагаемая последовательность выполнения и содержание технологических операций.

В условиях серийного и массового производства конструкция детали должна позволять одновременно устанавливать и обрабатывать несколько заготовок.

Конструкция детали должна учитывать возможность ее обработки высокопроизводительным инструментом, обеспечивая его удобный подвод, врезание и выход, а также эффективное охлаждение с помощью СОЖ или другими способами.

Требования к точности и шероховатости функциональных поверхностей детали должны соответствовать требованиям, установленным на основе аналитических и экспериментальных исследований, опыта эксплуатации аналогичных деталей и зафиксированным в стандартах, указанным в машиностроительных справочниках и рекомендуемым в научно-технической литературе. Для того чтобы уменьшить объем механической обработки, сокращают число и протяженность обрабатываемых поверхностей. Все не-сопрягаемые («свободные») поверхности оставляют без обработки с точностью размеров, соответствующих 16-17-му квалитетам.

Конфигурация детали должна быть образована из элементов простых геометрических форм (цилиндров, плоскостей, конусов и т.п.), что позволяет использовать высокоэффективные типовые технологические процессы обработки, применять высокопроизводительное оборудование, оснастку, средства механизации и автоматизации производства.

Количественная оценка технологичности конструкции. Объективно оценить технологичность конструкции изделия можно путем расчета количественных показателей технологичности.

Отработка конструкции изделия на технологичность начинается с выбора базовых показателей, относительно которых определяют уровень технологичности при разработке изделия и сравнении различных вариантов его конструкции. Одновременно допускается продолжать анализ и отработку технологичности по другим показателям, не являющимся базовыми, но влияющими на технологичность конкретного изделия или его составных частей.

К базовым показателям относят трудоемкость изделия (нормо-ч), его материалоемкость (кг) и технологическую себестоимость (руб.); а также ряд показателей, учитывающих степень унификации конструкции, точность обработки, шероховатость поверхности деталей и др.

Для определения значений базовых показателей за основу принимают статистические данные о ранее созданных конструкциях, имеющих общие конструктивно-технологические признаки с проектируемым изделием, или о типовых представителях, а также аналитические данные[1]. Значения базовых показателей технологичности конструкции изделия могут приводиться в техническом задании на проектирование.

Уровень технологичности конструкции изделия К определяют как отношение достигнутого проектного уровня технологичности Ад к базовому К6 (или наоборот):

Уровень технологичности определяют по одному или нескольким частным и комплексным показателям, принятым в качестве критериев оценки технологичности конструкции в техническом задании на изделие.

Ниже приводятся формулы для расчета некоторых показателей технологичности конструкции изделия.

Уровень технологичности конструкции изделия по абсолютной трудоемкости изготовления характеризуется отношением абсолютной достигнутой (проектной) трудоемкости Ти.д к базовой Ти.б:

Абсолютную трудоемкость изготовления Ти любого изделия, нормо-ч, рассчитывают по формуле

где: Ti – трудоемкость i -й сборочной единицы в изготовлении;

Tj - трудоемкость j -й детали, не вошедшей при подсчете в состав Ti;

ni, nj - число i -х сборочных единиц и j -х деталей соответственно;

Тсб, Тис - трудоемкость изделия в общей сборке и в испытании соответственно.

Относительная трудоемкость изготовления изделия - отношение двух величин: в знаменателе - абсолютная трудоемкость Т„ как общая трудоемкость изготовления, в числителе - некоторая часть от общей, например, относительная трудоемкость, нормо-ч, всех заготовительных работ в изделии:

где: Тз.р = Тл + Тк-п + Тс +... - трудоемкость заготовительных работ: литейных Тл, кузнечно-прессовых Тк-п, сварочных Тс и др.

Материалоемкость Ми изделия характеризует общее количество затраченного материала (кг) на производство одного изделия.

Уровень технологичности изделия по материалоемкости определяется отношением достигнутой проектной материалоемкости изделия Мил к базовой Л/иб:

При оценке технологичности заготовки применяется коэффициент использования материала - отношение массы детали Мдет к массе заготовки Мзаг:

Массу заготовки рассчитывают после выбора способа ее получения и определения общих припусков на механическую обработку.

Степень унификации материалов изделия оценивают по коэффициенту применяемости материала

где: Hi, Н - норма расхода i-го материала и всех материалов на изготовление изделия соответственно, кг (Н = Mи).

Сумма значений Кпр.мi для всех i-x материалов равна единице:

Анализ значений Кпр.мi позволяет принимать решения по отдельным группам материалов. В целях повышения технологичности изделия стремятся к сокращению номенклатуры используемых материалов, т.е. к максимально возможному увеличению значений Кпр.мi.

Технологическая себестоимость изделия Ст складывается из суммы затрат на материалы и осуществление технологических процессов изготовления единицы изделия. В расчетах значение Ст часто принимают равной цеховой себестоимости.

Уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости

где: Ст.д, Ст.б - достигнутая (проектная) и базовая технологическая себестоимость изделия соответственно, руб.

Дополнительные показатели технологичности конструкции изделия. Коэффициент унификации деталей изделия определяется как отношение числа Ду этих деталей к общему числу деталей в изделии Д:

Величину, обратную Куд, называют степенью унификации. Конструкции изделий с более высокой степенью унификации деталей признаются более технологичными в производстве. Коэффициент унификации конструктивных элементов

где: Qу.э - число унифицированных типоразмеров конструктивных элементов (резьб, галтелей, фасок, проточек, отверстий и др.);

Qэ - общее число типоразмеров конструктивных элементов в изделии. Целесообразность повышения значения Ку.э решают в каждом конкретном случае.

Коэффициент применения типовых технологических процессов Кт.п определяют как отношение числа типовых технологических процессов изготовления (сборки) Qт.п к общему числу применяемых при этом технологических процессов Qп:

Уровень технологичности конструкции по точности обработки

где: Ктч.б, Ктч.д - базовый и достигнутый коэффициенты точности обработки соответственно.

Коэффициент точности обработки определяют по формулам:

где: Тср - средний квалитет точности обработки изделия: Тср = ∑Tni/∑ni;

ni - число размеров соответствующего квалитета точности;

где: Дтч - число деталей (без учета крепежа) с точностью не выше 10-го квалитета;

Д - общее число деталей в изделии (точность устанавливают по среднему квалитету Тср).

Уровень технологичности конструкции по шероховатости поверхности

где: Кш.б, Кш.д - базовый и достигнутый коэффициенты шероховатости поверхности соответственно.

где: Шср - среднее числовое значение параметра шероховатости:

ki - число поверхностей с соответствующим числовым значением параметра шероховатости;

Ш - числовое значение параметра шероховатости по ГОСТ 2789-73: Ш= Ra.

Значения достигнутых уровней технологичности конструкции по точности обработки и шероховатости определяют после завершения технологического контроля чертежа детали (изделия) и внесения в него рациональных изменений. Если чертеж изделия после завершения технологического контроля не подвергался пересмотру и изменению, то Ктч и Кш равны единице.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: