Технологичность конструкций. Технологичность конструкций
 Скачать 1.88 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ŸКузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева¤ С.А. Рябов А.С. Глинка ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ Рекомендовано в качестве учебного пособия учебно-методической комиссией специальности 151001 ™Технология машиностроенияž Кемерово 2011 1 Рецензент: Клепцов А.А., заведующий кафедрой ™Технология машиностроенияž Рябов Сергей Александрович, Глинка Александра Сергеевна. Технологичность конструкций: учеб. Пособие [Электронный ресурс]: для студентов специальности 151001 ™Технология машиностроенияž / С. А. Рябов, А. С. Глинка. – Электрон. дан. – Кемерово : КузГТУ, 2011. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) ; зв. ; цв. ; 12 см. – Систем. требования : Pentium IV ; ОЗУ 8 Мб ; Windows 95 ; (CD-ROM-дисковод) ; мышь. - Загл. с экрана. В учебном пособии приведены основные сведения о технологичности конструкции изделия, методические основы ее обеспечения и оценки. Особое внимание уделено вопро- сам обеспечения технологичности конструкций деталей, обрабатываемых резанием. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 151001 ™Технология машиностроенияž. КузГТУ Рябов С. А. Глинка А. С. 2 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Технологичность конструкции изделия 3 2. Размерный анализ и его место при выполнении техно- логического контроля 9 3. Технологичность деталей, обрабатываемых резанием 16 3.1. Общие технологические требования к деталям, обрабатываемым резанием 21 3.1.1. Нанесение размеров на чертежах 22 3.1.2. Форма и конструктивные элементы детали 24 3.1.3. Поверхности захвата 24 3.2. Технологические требования и конструкции ти- повых деталей 24 3.2.1. Корпусные детали 25 3.2.2. Рычаги, шатуны, кронштейны, серьги, вилки 27 3.2.3. Втулки, диски, кольца 28 3.2.4. Валы и оси 30 3.2.5. Колеса зубчатые конические 32 3.2.6. Колеса зубчатые цилиндрические 36 3.2.7. Звездочки 39 3.2.8. Шкивы 40 3.2.9. Пружины 41 4. Технологичность конструкций 43 Список рекомендуемой литературы 61 3 1. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ Изделие, как и любой продукт труда, предназначенный для удовлетворения определенных потребностей, обладает свойствами, образующие его качество. Конструктор, придавая конструкции изделия в процессе ее разработки необходимые свойства, выражающие полезность изде- лия, придает ей и такие конструктивные свойства, которые предо- пределяют уровень затрат ресурсов на создание, изготовление, тех- ническое обслуживание и ремонт изделия. Совокупность свойств изделия, определяющих приспособлен- ность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей каче- ства, объема выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия (ТКИ). ТКИ выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности. Конструкцию изделия характеризу- ют в общем случае состав и взаимное расположение его составных частей, схема устройства изделия в целом, форма и расположение поверхностей деталей и соединений, их состояние, размеры, мате- риалы и информационная выразительность. Поэтому для изделия следует принять термин ™технологичность конструкции изделияž. Одним из важных направлений при решении задачи совер- шенствования существующих машин или создания новых, с более высокими техническими характеристиками и надежностью в экс- плуатации, при одновременном стремлении к сокращению их веса, габаритов и стоимости, является отработка конструкции изделий на технологичность. В процессе разработки конструкции какого-либо оборудова- ния, исходя из его производственного назначения и требуемых па- раметров качества, конструктор рассматривает самые различные варианты исполнения изделия и его составных частей. На основе анализа этих вариантов он и принимает окончательное решение по составу и взаимному расположению основных узлов (компоновке) изделия, схеме устройства его в целом, форме и ориентации по- верхностей деталей и соединений, размерам, материалам и инфор- мационной выразительности. Перечисленные конструктивные свойства и предопределяют в итоге уровень материальных и тру- довых затрат на проектирование, изготовление, техническое обслу- 4 живание и ремонт изделия. Под технологичностью конструкции изделия в общем случае понимается совокупность его свойств, определяющих при- способленность конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов в производстве и эксплуатации при заданных показателях качества, объеме выпуска и условиях выполнения работ. Следова- тельно, технологичность – важнейшая основа, обеспечивающая лучшее использование конструкторско-технологических резервов для повышения технико-экономических показателей изделия без нарушения технических требований. Технологичность как комплекс свойств конструкции является неотъемлемой частью еще более многогранного свойства изделия – качества. Последнее, наряду с технологичностью конструкции, характеризуется такими показателями, как функциональность, эко- номичность, надежность, эргономичность, эстетичность, патенто- способность, транспортабельность, безопасность и экологичность. Качество обусловлено в значительной мере конструктивным ис- полнением изделия, которое, в свою очередь, однозначно опреде- ляет технологичность конструкции. Поэтому технологичность сле- дует рассматривать в неразрывной связи с качеством изделия в це- лом, а вопросы технологического обеспечения качества необходимо решать параллельно с разработкой конструкции изделия. Сущность отработки конструкции на технологичность заклю- чается в анализе нескольких возможных конструктивных вариантов и последующей их оценке по установленным критериям с целью выявления рационального, либо проверки приемлемости принятого решения по сравнению с альтернативными. Этот процесс является непрерывным, начинается с момента разработки эскизного проекта и продолжается на всех стадиях проектирования и изготовления из- делий. Однако наиболее важные, принципиальные факторы, опре- деляющие направленность отработки конструкции, должны учиты- ваться уже на этапах эскизного и технического проектирования. Характер и содержание этой работы зависят не только от стадии проектирования, но и от многих других факторов: вида производ- ства и масштаба выпуска изделий (серийности); служебного назна- чения (типа) изделий; уровня современных технологических мето- дов обработки; прогрессивности оборудования; организации произ- водства и т. д. Отработка конструкций на технологичность осуществляется, 5 как правило, комплексно: на уровне деталей, сборочных единиц и изделия в целом. Непременным условием обеспечения технологичности явля- ется выполнение ряда общих требований, которые предъявляются к конструкции изделия и входящих в него составных частей. Основные положения этих требований: - рациональность членения, компоновки изделия и их частей; - широкое использование принципов конструктивной и тех- нологической преемственности, унификации, стандартизации; - рациональный выбор типа заготовки, применение недефи- цитных материалов, обработка которых не вызывает трудностей, с ограничением их марок и сортаментов; - простановка размеров с учетом спецификации обработки деталей на конкретных видах технологического оборудования; - рациональность назначения допусков и параметров шерохо- ватости поверхности деталей; - обеспечение достаточной жесткости конструкции; - проектирование деталей с конфигурацией, позволяющей ис- пользовать производительные методы обработки и оборудование; соблюдения условий взаимозаменяемости деталей, упрощение кон- струкции сборочных единиц и деталей; - удобство технического обслуживания, ремонта в процессе эксплуатации, что может потребовать внесение в конструкцию спе- циальных элементов. Эти укрупненные требования конкретизируются и уточняются в связи со спецификой видов работ: штамповки, ковки, литья, свар- ки, механической и термической обработки, сборки и т. д. Технологичность конструкции выражает комплекс взаимосвя- занных свойств изделия. В целях упрощения анализа конструкции она дифференцируется на ряд разновидностей, которые зависят от ракурса рассмотрения свойств. Например, с позиции технологиче- ской сущности выделяют технологическую рациональность и тех- нологическую преемственность конструкции, а с точки зрения об- ласти проявления свойств – производственную, эксплуатационную, ремонтную и общую технологичность. Перечисленные и другие виды ТКИ являются гранями одной и той же совокупности свойств, которые условно принято считать вполне самостоятельными. Технологическая рациональность конструкции представляет собой те свойства изделия, которые отражают единство повторяемо- 6 сти и изменяемости принимаемых инженерных решений. Уровень технологичности при этом определяется повторяемостью составных частей изделия и материалов, применяемостью в них новых (конст- руктивная преемственность), повторяемостью и изменяемостью технологических методов выполнения, поддержания и восстановле- ния элементов конструкции (технологическая преемственность). Под производственной технологичностью понимается техно- логичность конструкции изделия в процессе технической подго- товки производства, изготовления деталей, соединения их в сбо- рочные единицы, общей сборки или монтажа изделия, контроля его параметров и испытания под нагрузкой и т. п. Технологичность в этом случае зависит, например, от рационального выбора типа за- готовок, марок материалов, геометрической формы деталей и их элементов, баз, размеров, допусков, параметров шероховатости, методов обработки, метода и порядка соединения деталей, степени унификации и стандартизации, методов и средств контроля и т. п. Эксплуатационная технологичность – это технологичность конструкции изделия при подготовке к запуску, техническом об- служивании, текущем ремонте и утилизации. Ее уровень определя- ется, как правило, длительностью и трудозатратами процессов под- держания и восстановления качества изделия. Под ремонтной технологичностью понимается технологич- ность конструкции при всех видах ремонта, кроме текущего. Оценка технологичности конструкции изделия – комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающих последовательное определение ТКИ в целом или отдельных ее свойств, сопоставле- ние выявленной технологичности с технологичностью изделия, конструкция которого принята в качестве базы сравнения, и пред- ставление полученных результатов в форме, удобной для принятия решений по совершенствованию разрабатываемой конструкции. Различают качественную и количественную оценки ТКИ. Ка- чественная основана на инженерно-визуальных методах: "хорошо – плохо", "допустимо – недопустимо" и т. д. Обеспечение качест- венных требований является необходимым, но не достаточным ус- ловием конструктивно-технологических решений, поскольку при такой оценке вносится элемент субъектизма. Качественная оценка, как правило, предшествует количественной, но вполне совместима с ней на всех стадиях проектирования. Окончательное решение по выбору наиболее рационального варианта из ряда возможных аль- 7 тернатив принимается только по результатам количественной оцен- ки. Последняя основана на инженерно-расчетных методах. При этом для оценки правильности принимаемых решений используют так называемые показатели – количественные характеристики ТКИ, выражающие какие-либо общие или частные свойства конст- рукции изделия, например, эксплуатационную технологичность или трудоемкость в ремонте. Показатели могут быть представлены в размерном и безразмерном виде. Принимаемая в настоящее время номенклатура показателей является весьма сложной и классифицируются по многим призна- кам. В то же время все многообразие показателей ТКИ можно све- сти в несколько групп, соответствующих перечисленным основ- ным разновидностям свойств конструкции. Различают, как прави- ло, следующие группы показателей ТКИ: 1. Показатели технологической рационализации конструкции. К ним, например, относятся следующие коэффициенты: сложности конструкции Ксл; сборности Ксб; легкосъемности составных час- тей Кл.с; доступность мест обслуживания Кд; контролепригодности Кк и др. 2. Показатели технологической и конструктивной преемст- венности. Среди них можно выделить, например, коэффициенты: новизны конструкции изделия Кн; применяемости унифицирован- ных или стандартных составных частей Кпр; применяемости уни- фицированных конструктивных элементов детали (резьб, фасок, проточек, отверстий, креплений и т. п.) Кпр; применяемости мате- риала в изделии Кпр; повторяемости составных частей изделия Кпов или конструктивных элементов деталей Кпов и др. 3. Показатели ресурсоемкости. К ним относятся, например, общая, удлиненная и относительная трудоемкость (материальность, энергоемкость и т. п.) изделия. 4. Показатели ТКИ по областям ее проявления. В эту ком- плексную группу входят указанные ниже показатели ресурсоемко- сти, но объединенные по конкретным областям проявление свойств: 1) показатели производительности ТКИ: трудоемкость в тех- нической подготовке производства Ттпп, трудоемкость в изготов- лении Ти, материалоемкость в изготовлении Ми, энергоемкость в изготовлении Эи, продолжительность изготовления н технологиче- ская себестоимость в изготовлении Си и др.; 8 2) показатели эксплуатационной ТКИ: трудоемкость в экс- плуатации Тэ, техническом обслуживании Тто, монтаже Тм, и ути- лизации Ту, материалоемкость Мэ, энергоемкость Ээ и технологи- ческая себестоимость Сэ в эксплуатации и др.; 3) показатели ремонтной ТКИ: трудоемкость Тр, энергоем- кость Эр, материалоемкость Мр, технологическая себестоимость Ср и продолжительность р ремонта; 4) показатели общей ТКИ (по всем областям проявления): удельная трудоемкость Туд, материалоемкость Муд, энергоемкость Эуд и технологическая себестоимость Суд. Основными из приведенных показателей, объективно харак- теризующими наиболее важные, самые существенные свойства ТКИ, являются показатели трудоемкости, материалоемкости, энер- гоемкости и себестоимости. Показатели же рациональности и пре- емственности конструкции относятся к дополнительным, поскольку выражают свойства ТКИ в более частных областях ее проявления. Они применяются при детальном анализе свойств конструкции с целью ее совершенствования в процессе проектирования. Несмотря на обилие показателей, следует помнить главное: решая задачи конструирования с учетом технологических возмож- ностей и ресурсных ограничений, нужно всегда исходить из конеч- ного народнохозяйственного эффекта. Единым же критерием ТКИ является ее экономичность и целесообразность при заданном каче- стве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта. При такой оценке конструкции необходимо рассматривать весь спектр требований к ней в целом, чтобы, например, обеспечение технологичности в изготовлении не приводило к экономически не- выгодному росту затрат на техническое обслуживание или ремонт. Технологичность конструкции – не единичное свойство, которое можно оценить каким-либо частным показателем. Следовательно, потребность комплексной оценки диктуется сложностью свойств, образующих технологичность. Обычно процесс ТКИ осуществляется в такой последователь- ности: определение исходных данных, их анализ, выбор номенкла- туры показателей, расчет их численных значений и сравнивание по- лученных значений со значениями показателей базовых или аль- тернативных вариантов в любой удобной форме. Номенклатура ос- новных и дополнительных показателей в зависимости от вида изде- лия и стадии разработки конструкторской документации устанав- 9 ливается стандартами отрасли и предприятиями, регламентируется ГОСТ 14.201-83. Однако применяемость этих показателей опреде- ляется многими факторами, в частности, типом производства и сте- пенью членения конструкций. Поэтому на практике в каждом кон- кретном случае возникает необходимость выбора требуемого пе- речня показателей. При установлении номенклатуры показателей рекомендуется руководствоваться следующими положениями: - перечень показателей должен быть минимальным, но доста- точным для объективной оценки ТКИ и принятия решений; - состав показателей должен соответствовать составу базовых показателей. Базовые показатели утверждаются на стадии планирования опытно-конструкторских работ и вносятся в техническое задание на разработку изделия. Их значения определяются на основе значений показателей перспективного образца, выявленных путем прогнози- рования, либо – при отсутствии этих данных – на основе показате- лей аналога. Первый путь является предпочтительным, так как ориентирует разработчика конструкции на принятие наилучших инженерных решений, удовлетворяющих перспективным потреб- ностям. Второй путь часто обусловливает использование статисти- ческих данных по изделию-аналогу и необходимость их после- дующей обработки. Тогда расчет значений базовых показателей можно осуществить методами прямых аналогий, корреляционных связей и корректирующих коэффициентов. Для расчета значений показателей проектируемых коэффициентов варианта конструкции применяются различные методы, отличающиеся друг от друга спо- собом и источником получения информации, формой представле- ния результатов. Полученные расчетные данные об уровне ТКИ используются не только для оптимизации конструктивных решений, но и при рассмотрении вопроса о производстве разрабатываемого изделия, при анализе технической подготовки производства, аттестации ка- чества изделия. 2. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО МЕСТО ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Размерный анализ представляет специфический метод выпол- нения технологического контроля, при котором выявляется и фик- 10 сируется связи размерных параметров изделий с методами их обес- печения. Размерный анализ при технологическом контроле иногда отождествляют с расчетом (перечетом) размерных цепей, что в об- щем нельзя признать правильным. Для выявления особенностей размерного анализа при технологическом контроле рекомендуется использовать результаты классификации размерного анализа, пред- ставленные на рис. 1. Выделяют несколько категорий размерного анализа, которые определяются целевой направленностью его по отношению к конечному результату. На стадиях разработки конст- рукторской документации конструктор выполняет в основном функциональный размерный анализ: выполняет и фиксирует раз- мерные связи, исходя из назначения изделия и требуемой работо- способности. Результаты такого функционального размерного ана- лиза первичны по отношению к технологическому и метрологиче- скому размерным анализам. Задача технологического размерного анализа – выявить и за- фиксировать взаимосвязь всех размерных параметров изготовления изделий. Выполняя эти формы анализа, исполнитель должен учи- тывать, что размеры, включенные в размерные цепи при функцио- нальном анализе, являются обязательными для всех остальных ви- дах размерных связей. Это предполагает взаимосвязь функциональных размерных связей со всеми остальными. Поскольку при конструировании такая взаимосвязь не всегда достижима, ее надо обеспечивать при техно- логическом размерном анализе путем включения размеров функ- циональных размерных связей в технологические. Однако прямое включение таких размеров в технологическую размерную связь не всегда представляется возможным. Пример функциональной размерной цепи приведен на рис. 2, а. Соответствующие ей технологические размерные связи показа- ны на рис. 2, б и в, каждая из них соответствует отдельной опера- ции технологического процесса точение детали из прутковой заго- товки диаметром 50 мм. Технологические размеры данных связей обозначены на схемах как x 1 и х 2 . Взаимосвязь функциональной и технологических размерных связей графически можно представить схемой, показанной на рис. 2, г. Размеры x 1 и х 2 являются замы- кающими звеньями технологических размерных цепей, причем раз- мер х 2 является одновременно составляющим звеном функциональ- ной 11 Рис. 1. Классификация размерного анализа 12 размерной связи, его точность определяет точность исполнения звеньев 50 и 5 технологической размерной цепи. Так как точность звена 5 оговорена функциональной размерной связью, при изготов- лении придется ужесточить допуск на 50, в результате размер 50 становится трудновыполнимым. Возможны ситуации, когда от- дельные размеры, оговоренные функциональной размерной свя- зью, при технологическом проектировании превращаются в труд- новыполнимые и даже совсем невыполнимые. К сожалению, не- редко это выясняется только на стадии технологического проекти- рования. Поэтому первой и основной задачей размерного анализа при технологическом контроле является отделение таких трудновы- полнимых размеров. Решение этой задачи путем простого пересчета размерных цепей уже готовой конструкции является мало рацио- нальным, поэтому оно должно предшествовать созданию конст- рукции. Конструктор обязан учитывать влияние функциональных размерных связей на взаимосвязанные с ними технологические. Требования функционального и технологического характера могут быть противоречивы, их совместное удовлетворение на ос- нове оптимальных решений может быть затруднено, а порой и не- возможно. Поэтому эту задачу конструктор должен решать в одном из следующих направлений. 1. Поиск компромиссных решений на базе типовых схем раз- мерных связей. На рис. 3, 4 показаны типовые схемы формирова- ния технологических размерных связей и простановки размеров для отдельных видов изделий, получаемых обработкой резанием. Понятия ™рациональноž и ™нерациональноž имеют здесь относи- тельный характер. Их необходимо соотносить с конкретными ус- ловиями будущего производства. Задача специалиста, осуществ- ляющего технологический контроль, состоит в своевременной по- мощи разработчику в проведении такого анализа в процессе фор- мирования функциональных размерных связей. 2. Выявление и финансирование функциональных размерных связей, имеющих максимально допустимые предельные отклоне- ния составных звеньев. Для любой конструкции в процессе разработки возможно об- разование нескольких размерных связей, равноценных в функцио- нальном отношении. Из этого множества конструктор должен вы- брать только ту размерную связь, для которой составляющие зве- нья (все или большая часть) будут иметь наибольшие допустимые 13 отклонения. Подобную задачу целесообразно решать оптимизаци- онными методами, при этом в качестве критерия оптимальности лучше всего принимать себестоимость изделия при его изготовле- нии. Задача специалиста, осуществляющего технологический кон- троль, состоит в моделировании себестоимости как функции от точности и способа изготовления при формировании функцио- нальных размерных связей. Рис. 2. Пример преобразования функциональной размерной связи в технологическую 14 Рис. 3. Типовые размерные связи: а) ступенчатых валов; б) точно обработанных несквозных отверстий в валах, корпусах и т.д. Кроме описанной основной задачи размерного анализа при технологическом контроле обязательному учету подлежат следую- щие основные требования: - точность изготовления изделия должна быть экономически обоснованной; - при назначении допусков необходимо максимально исполь- зовать зависимые допуски, являющиеся резервом расширения по- лей допусков при изготовлении изделия. Если при технологическом контроле выявляется необходи- мость изменения размерных цепей, то эта задача должна решаться путем пересчета необходимых размеров с применением методов теории размерных цепей. 15 Рис. 4. Типовые размерные связи деталей, получаемых гибкой или вытяжкой из листового и профильного материала Учитывая сложность поиска компромиссных решений, а тем более оптимизации функциональных размерных связей по техноло- гическим критериям, при практических разработках подобную за- дачу целесообразно решать с помощью ЭВМ. 16 |