Основы конструирования

электронный учебно-методический комплекс

Назад | На главную | Содержание | Поиск на странице | Печать | E-mail | Далее

2.4. Технологичность конструкций деталей машин

Рациональные конструкции машин, обеспечивающие необходимые эксплуатационные требования, не могут быть созданы без учёта трудоёмкости и материалоёмкости их изготовления.

Соответствие конструкций машин требованиям минимальной трудоёмкости и материалоёмкости определяет технологичность конструкции.

Однако, трудоёмкость и материалоёмкость изготовления машины зависят не только от конструкции, но и в значительной степени от выбранного технологического процесса, его оснащённости и режимов обработки. Поэтому при определении технологичности конструкции машины необходимо исключить влияние принятого технологического процесса, чтобы можно было определять степень технологичности данной конструкции машины как отношение трудоёмкости её изготовления к трудоёмкости изготовления других конструктивных вариантов этой машины в аналогичных, сопоставимых производственных условиях.

Если обозначить технологичность конструкции двух конструктивных вариантов машин через К1 и К2, а трудоёмкость их изготовления при одинаковых производственных условиях и одинаковом количестве выпускаемых машин через Т1 и Т2, получим:

, или К1=mК2,
где m=Т1 / Т2 – степень технологичности первого конструктивного варианта машины.

Для n одинаковых конструкций машин степень технологичности различных вариантов составляет:

При определении общей трудоёмкости изготовления машины суммируют трудоёмкости изготовления отдельных её деталей, сборки узлов и машины в целом, поэтому технологичность конструкции машины можно рассматривать как сумму технологичности конструкций её отдельных деталей и узлов.

Общую трудоёмкость изготовления машины можно определить только после разработки технологии её производства, то есть когда конструкция машины уже создана.

Технологичность конструкции машины, её деталей и узлов необходимо оценивать в процессе её создания, что можно осуществить при технологическом контроле чертежей в период разработки конструкции машины. Предварительно разработанный чертёж детали, узла или машины поступает на технологический контроль, а затем – на окончательную конструктивную разработку. Однако, оценка технологичности конструкции при этих условиях может оказаться субъективной, если она зависит только от уровня знаний технолога, осуществляющего технологический контроль.

Для объективной оценки технологичности конструкции машины, её деталей и узлов необходимо учитывать, что положительными факторами, определяющими технологичность конструкции, являются следующие:

• оптимальные формы деталей, обеспечивающие изготовление заготовок с наименьшими припусками и наименьшим количеством обработанных поверхностей;
• наименьший вес машины;
• наименьшее количество наименований материалов, применяемых в конструкции машины;
• взаимозаменяемость деталей и узлов с оптимальными значениями полей допуска;
• стандартизация и унификация деталей и узлов, а также их отдельных конструктивных элементов (резьб, модулей зубчатых колёс, радиусов и т. д.).

Выбор оптимальных форм детали зависит от её конструктивного и эксплуатационного назначения. Оценка технологичности данной детали может быть основана на сравнении трудоёмкости изготовления различных конструктивных вариантов этой детали.

Обеспечению условий создания оптимальных форм деталей содействуют определённые технологические методы изготовления и обработки заготовок.

Так, корпусные детали изготовляют, как правило, литыми или сварнолитыми, а также штампосварными. Конструкции литых заготовок (чугунных или стальных) корпусных деталей должны отвечать требованиям машинной формовки: толщина стенок в разных сечениях не должна иметь резких отклонений и переходов. Конструкции деталей из цветных сплавов должны обеспечивать возможность их литья в постоянные металлические формы.

Механическая обработка корпусных деталей в основном состоит из обработки плоскостей и отверстий. Оптимальная конструктивная форма корпусной детали, обрабатываемая с наименьшей трудоёмкостью, должна отвечать следующим основным условиям:

• деталь по возможности должна быть правильной геометрической формы, обеспечивающей возможность её полной обработки от одной базы: от плоскости и двух установочных отверстий на ней;
• конструкция детали должна обеспечивать возможность обработки плоскостей и торцов с отверстиями на проход, поэтому плоскости и торцы не должны иметь выступов, мешающих этой обработке. Размеры обрабатываемых отверстий внутри детали не должны превышать соосных им отверстий в наружных стенках детали;
• корпусная деталь не должна иметь поверхностей, не перпендикулярных к осям отверстий, как у входа, так и на выходе сверла;
• в корпусных деталях следует избегать многообразия размеров отверстий и резьб;
• корпусную деталь нужно обрабатывать по возможности без спаривания с другой корпусной деталью.

Основные требования, предъявляемые к технологичности конструкций деталей, представляющих собой тела вращения без отверстий, а также деталей сложной формы этого вида, изготовляемых в большинстве случаев из прутка или штампованной заготовки, реже – из отливок, заключаются в следующем:

• конструкция деталей должна предусматривать небольшое количество обрабатываемых поверхностей, сопрягаемых с другими деталями;
• конструктивная форма деталей должна обеспечивать возможность штамповки их в закрытых штампах, для чего следует избегать удлиненных выступов, сечений с большой разностью толщин, глубоких полостей и т. п.

При несоблюдении этих условий штампованные заготовки имеют только приближенную форму готовой детали и обычно проходят значительное количество операций механической обработки, даже нерабочих поверхностей, с большими отходами металла в стружку.

Основные требования, предъявляемые к технологичности конструкции деталей тел вращения, имеющих сквозные отверстия, а также деталей типа дисков, изготовляемых из отливок, штамповок, листа и ленты, характеризуются следующими условиями:

• конструкция деталей должна предусматривать обработку только сопрягаемых поверхностей, а форма деталей должна обеспечивать возможность получения заготовок с минимальными припусками;
• конструктивное решение этих деталей должно предотвращать возможность их деформации при термической обработке;
• допуски на размеры точных деталей при обеспечении надлежащих эксплуатационных требований не должны усложнять технологию производства.

Технологичность конструкций мелких и крепёжных деталей, изготовляемых из отливок, штамповок и пруткового материала, обеспечивается при небольшом количестве обрабатываемых поверхностей с минимальными припусками на обработку.

Основным требованием, предъявляемым к форме мелких деталей, является возможность их изготовления высокопроизводительными методами: штамповкой на ковочных машинах или ковочных прессах, литьём под давлением с одновременной формовкой и заливкой нескольких деталей, изготовлением деталей из ленты на автоматизированных прессах, а также формообразованием деталей из пруткового материала методом холодной высадки ил высадки с индукционным нагревом.

Наименьший вес машины, узлов и деталей задаётся расчётным путём с учётом оптимального запаса прочности, созданием оптимальных конструктивных форм деталей и применением высокопрочных материалов.

Наименьший вес машины предопределяет и снижение трудоёмкости её изготовления. Между весом машины и трудоёмкостью её изготовления существует определённая зависимость. Кроме того, наименьший вес машины является производственно-технологическим фактором и имеет эксплуатационное значение.

Так минимальный вес вагонов, тракторов, автомобилей и других транспортных средств обеспечивает и минимальный расход энергии на их передвижение.

Относительно более технологичной следует считать конструкцию машины, в которой применено наименьшее количество наименований различных материалов. Многообразие материалов усложняет процесс производства и, прежде всего заготовительные операции, а также механическую обработку, так как разные марки материала требуют применения инструментов различной геометрии и различных режимов резания. При многообразии марок материала увеличиваются номенклатура и запасы материалов на складах; возрастает вероятность простоя оборудования из-за отсутствия той или иной марки и профиля материала, что приводит к необходимости замены одного профиля другим с соответствующим увеличением трудоёмкости изготовления деталей, узлов и машины в целом.

Обеспечение взаимозаменяемости узлов и деталей с оптимальными значениями допусков является также существенным фактором, характеризующим технологичность конструкции машины. Отсутствие взаимозаменяемости узлов и деталей значительно увеличивает трудоёмкость изготовления машин за счёт пригоночных или регулировочных работ. Взаимозаменяемость деталей и узлов машины предусматривает их изготовление с размерами в определённом поле допуска.

Однако чем точнее размеры, тем больше трудоёмкость изготовления детали, т. е. машина становится менее технологичной. Трудоёмкость деталей, изготовляемых с высокой точностью, значительно увеличивается из-за необходимости введения дополнительных доводочных операций. Поэтому точность изготовления деталей должна находиться в пределах оптимальных значений допусков, обеспечивающих взаимозаменяемость деталей, качество и эксплуатационные требования, предъявляемые к машине или механизму.

Технологичность конструкции машины значительно улучшается в результате использования конструктором большого количества нормализованных, стандартизованных и унифицированных (то есть геометрически и физически тождественных) узлов и деталей.

Такие узлы и детали машины обеспечивают значительное снижение трудоёмкости в результате возможности применения поточных методов работы, высокопроизводительного оборудования и оснастки. Наряду с этим в результате применения указанных узлов и деталей обеспечивается ряд эксплуатационных преимуществ: снижается трудоёмкость эксплуатационных ремонтов, сокращается номенклатура запасных частей, появляется возможность использовать одни и те же узлы и детали для разных типоразмеров машин. Например, для специальных агрегатных станков и автоматических линий применяют одни и те же стандартные силовые сверлильные головки нескольких типоразмеров; для станков различных типов – одни и те же гидронасосы, панели гидроуправления, приборы электрического управления. Для различных типов и размеров станков нередко применяют общие детали управления, подшипники, сальники уплотнения, детали коробок скоростей и подач, крепёжные детали и т. д. Помимо унифицированных деталей, в конструкции каждой машины есть значительное количество оригинальных деталей, которые, различаясь по форме, могут иметь отдельные обрабатываемые поверхности, аналогичные с поверхностями других деталей этой машины. Суммарное количество диаметров отверстий и валов, шпоночных и шлицевых соединений, резьб, модулей зубчатых колёс, диаметров и длин крепёжных деталей, различных допусков размеров на валы и отверстия и т. д. также может быть сведено до минимального. При этом необходимое количество типоразмеров режущего, измерительного и других видов инструмента будет также значительно сокращено. В результате сокращения номенклатуры инструмента улучшаются условия его изготовления, упрощается снабжение инструментом цехов, участков, линий и рабочих мест.

Таким образом, конструкция машины, имеющая максимально возможное количество унифицированных конструктивных элементов деталей, является более технологичной по сравнению с машиной, в которой такая унификация не сделана или недостаточна.