Анализ технологичности детали
Цель работы – научиться анализировать технологичность конструкции детали по ее рабочему чертежу.
1. Общие положения
Под технологичностью детали понимают совокупность ее свойств, позволяющих изготовить деталь с наименьшими затратами.
Перед тем, как приступить к разработке ТП, технолог должен проанализировать конструкцию детали с точки зрения ее технологичности и в случае необходимости дать предложения по изменению конструкции с целью повышения ее технологичности.
Оценку технологичности детали проводят по 4 группам признаков (критериев технологичности):
· технологичность заготовки
· технологичность общей конфигурации детали
· технологичность базирования и закрепления
· технологичность обрабатываемых поверхностей.
1.1. Технологичность заготовки
С точки зрения снижения себестоимости обработки заготовка должна быть максимально приближена по форме к готовой детали. Однако усложнение заготовки ведет к повышению ее стоимости. Оптимальную сложность заготовки и способ ее получения определяют путем экономического анализа (см. работу №4). Кроме того, технологичность заготовки характеризуется следующими критериями:
1) Обрабатываемостьматериала заготовки. Обрабатываемость материала – это способность его к обработке резанием. Характеризуется коэффициентом обрабатываемости
(2.1)
где V и V0 – скорость резания при стойкости инструмента 60 мин. при обработке соответственно данного материала и стали 45 твердостью HB 179. По значению К0 материалы разделяют на 5 групп: св.1,5 – высокая обрабатываемость; 1,5…1,0 – повышенная; 1,0…0,8 – удовлетворительная; 0,8…0,5 – пониженная; менее 0,5 – низкая. Ухудшение обрабатываемости снижает производительность и удорожает изготовление детали. Следовательно, чем выше обрабатываемость, тем выше уровень технологичности.
2) Использование унифицированнойзаготовки. Применение проката, в т.ч. профильного, сокращает мехобработку. Применение одинаковых заготовок для групп деталей хотя и удорожает мехобработку, может существенно снизить затраты на заготовку.
3)Возможность получения заготовки рациональным способом. Рациональной считают заготовку, в которой все элементы имеют простую геометрическую форму и плавно сопряжены друг с другом. Литая заготовка должна иметь достаточную толщину стенок, литейные уклоны, по возможности не иметь стержней. Штампованная заготовка должна иметь плоскую поверхность разъема, штамповочные уклоны, расположение выступающих элементов с одной стороны, высоту меньше длины и ширины. Иногда целесообразно сложную заготовку выполнить сварной.
4)Окончательное формирование свободных поверхностей на заготовительных операциях. Поскольку свободные поверхности не контактируют с др. деталями во время работы машины, их следует по возможности получать без обработки резанием, что существенно снизит затраты на обработку в целом.
1.2. Технологичность общей конфигурации
1) Использование стандартных и унифицированных элементов. Унификация диаметров проката, толщины листа, диаметров валов и осей, межосевых расстояний, посадочных размеров, галтелей, фасок, радиусов, уклонов позволяет унифицировать инструмент и приспособления, применять высокопроизводительное оборудование.
2) Возможность применения типовогоТП. Применение группового и типового ТП с наименьшими изменениями удешевляет разработку ТП и гарантирует его качество. Эта возможность повышается при приближении конструкции данной детали к базовой за счет унификации ее элементов.
3) Возможность одновременнойобработки нескольких заготовок. Конфигурация детали должна позволять устанавливать несколько заготовок в одном приспособлении, обрабатывать совместно сопрягаемые детали.
4) Возможность одновременнойобработки нескольких поверхностей. Обрабатываемые поверхности следует располагать так, чтобы можно было обработать их одновременно несколькими инструментами: торцы бобышек располагать в одной плоскости, отверстия – с межцентровым расстоянием не менее 50 мм.
5) Возможность применения простых средств технологического оснащения, средств механизациии автоматизации. Следует избегать расположения отверстий и торцов бобышек под углом к базе, обеспечивать вход и выход осевого инструмента под углом, близким к 90º к поверхности, избегать фасок на поверхностях сложного профиля.
6)Доступ к местам обработки и контроля. Удобный доступ к обрабатываемым поверхностям позволяет применить более простую оснастку для обработки и контроля.
1.3. Технологичность базирования и закрепления
1) Наличие опорных поверхностей(баз). Чтобы лишить заготовку определенного числа степеней свободы (перемещений, поворотов) при установке в приспособлении, она должна иметь соответствующее количество баз. Отсутствие баз требует дополнительной выверки каждый раз при установке новой заготовки. Наиболее технологичной является конструкция, позволяющая полностью обработать деталь от одних и тех же баз. При этом базы должны иметь достаточные размеры, обеспечивающие устойчивое положение при обработке.
2)Совпадение технологической и измерительной баз. Технологическая база – это поверхность, по которой заготовка устанавливается в приспособлении при обработке. Измерительная база – поверхность, от которой производят измерение размера после обработки. Минимальная погрешность будет при их совпадении.
3)Точностьи шероховатость базовых поверхностей. Чтобы обеспечить точность установки при обработке и контроле, базовые поверхности сами должны иметь достаточную точность формы и шероховатость.
4) Возможность захвата роботом. При обработке с использованием роботов заготовка должна иметь поверхность захвата, соответствующую типу схвата робота и расположенную возможно ближе к центру тяжести заготовки.
1.4. Технологичность обрабатываемых поверхностей
1) Номенклатура обрабатываемых поверхностей. Уменьшение номенклатуры обрабатываемых поверхностей по форме, размерам, точности, шероховатости за счет их унификации сокращает цикл обработки, номенклатуру режущего и мерительного инструмента, облегчает настройку станков.
2) Количество и протяженность обрабатываемых поверхностей. Число
поверхностей обработки и их величина определяются служебным назначением детали. После достижения оптимального значения дальнейшее их увеличение не улучшает существенно выполнение деталью своих функций и в то же время удорожает обработку. Технологичной является замена сплошной опорной обрабатываемой поверхности опорными выступами.
3) Точность и шероховатость. Эти показатели также обусловлены служебным назначением детали. Стоимость обработки резко возрастает с повышением требований к точности и шероховатости поверхности. Поэтому предельные отклонения размеров и формы, шероховатость поверхностей детали должны быть максимальными, допустимыми требованием к выполнению деталью своих функций.
4) Возможность обработки на проход. Расположение поверхностей с возможностью обработки их при одном установе сокращает число переустановок заготовки, что повышает точность обработки и сокращает вспомогательное время операции. Технологичными являются расположение поверхностей ступенчатого вала по одну сторону бурта, отсутствие выступов на плоской обрабатываемой поверхности, соосное расположение отверстий, меньший диаметр внутреннего отверстия по отношению к наружному или их равенство, замена отверстий с двух сторон одним сквозным отверстием, замена глухих отверстий на сквозные.
5) Разделение поверхностей различного назначения. Поверхности детали,
имеющие различное служебное назначение, различаются конфигурацией, точностью, шероховатостью, что требует различных условий их обработки. Для обеспечения этого необходимо отделять поверхности различного назначения друг от друга канавкой, уступом.
6) Возможность выхода инструмента. При обработке поверхности инструмент не должен касаться других поверхностей. Конструкция детали должна предусматривать возможность выхода инструмента в конце рабочего хода, например, наличие канавки.
2. Задачи работы
Проанализировать технологичность данной детали и в случае необходимости дать предложения по изменению конструкции детали.
3. Пример выполнения работы №2
Деталь ─ «Вал-шестерня», черт. 07.ТМ.13.001.
2.1 Технологичность заготовки
Материал детали – сталь 40ХГНМ ГОСТ 4543-71: 0,36¼0,44 % С; 0,17¼0,37% Si; 0,6¼0,9% Mn; 0,6¼0,9% Cr; 0,7¼1,1% Ni;0,15¼0,25% Mo; 0,15¼0,3 Pb . Твёрдость в состоянии поставки до 241 НВ, после закалки- 46 HRC. Прочность sв в состоянии поставки до 795 МПа, после закалки-880¼1080 МПа [1] .Эти механические характеристики обеспечивают нормальную работу вала-шестерни в редукторе. Материал не является дефицитным. Термообработка выполняется по типовому техпроцессу и не требует специальных условий. Сталь имеет удовлетворительную обрабатываемость резанием, коэффициент обрабатываемости Ко=0,8 при обработке твёрдосплавным инструментом и Ко=0,7 при обработке инструментом из быстрорежущей стали [1] .
Заготовку вала можно получить как из проката, так и обработкой давлением – штамповкой или высадкой. В обоих случаях форма заготовки и её элементов достаточно простая.
Свободные поверхности выполнены по 14 квалитету точности. На заготовительных операциях такой точности не добиться, поэтому предусматривается обработка всех поверхностей
Таким образом, с точки зрения получения заготовки, деталь можно считать технологичной.
2.2 Технологичность общей конфигурации
Радиусы закруглений и фаски выполняются по ГОСТ 10948-64, форма и размеры канавок – по ГОСТ 8820-69, размеры шпоночного паза – по ГОСТ 23360-78. Такая унификация упростит обработку и контроль этих элементов вала-шестерни.
Вал-шестерню можно отнести к типу деталей “Валы”, для которых разработан типовой ТП. Деталь не содержит каких-либо специфических особенностей формы, поэтому может быть обработана непосредственно по типовому ТП.
Форма детали позволяет вести обработку одновременно нескольких поверхностей – цилиндрических 4 , 6 , 9 , 11 и торцовых 5 , 8 , 10 ; цилиндрических 17 , 14 , 11 и торцовых 13, 15 . Одновременно несколько заготовок удастся обработать только на многошпиндельном станке, что вряд ли целесообразно для серийного производства. В остальных случаях оборудование может быть простым, универсальным. Оснастку можно также применить универсальную. Все поверхности вала-шестерни доступны для контроля.
Таким образом, с точки зрения общей компоновки детали, её можно считать технологичной.
2.3 Технологичность базирования и закрепления
Черновыми базами для установки заготовки на 1-й операции могут быть цилиндрические шейки и торцовые поверхности заготовки. В дальнейшем за базы могут быть приняты как цилиндрические поверхности 4 , 6 , 17 , так и специально выполненные центровые отверстия 19 и 20 по ГОСТ 14034-74.
Измерительные базы детали можно использовать в качестве технологических баз. Точность и шероховатость этих баз обеспечит требуемую точность обработки. В случае применения гибкого технологического модуля имеется возможность захвата заготовки роботом за пов. 9 .
Таким образом, с точки зрения базирования и закрепления, деталь следует считать технологичной.
2.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей
Предполагается обработать все поверхности детали, т.к. заданные точность и шероховатость не позволяют получить их на заготовительных операциях. Правда, можно исключить из обработки торцы пов. 1 и 18 в случае обеспечения их точности и шероховатости при отрезке проката, но целесообразность этого может быть установлена только после детального анализа. Всего обрабатывается 18 поверхностей: 6 цилиндрических 4 , 6 , 9 , 11 , 14 , 17 ; 7 торцовых 1 , 5 , 8 , 10 , 13 , 15 , 18 ; зубья 12 ; шпоночный паз пов. 2 ,
3 ; 2 канавки пов. 7 и 16 . Т.е., даже при полной обработке число обрабатываемых поверхностей относительно невелико.
Протяжённость обрабатываемых поверхностей относительно невелика и определяется условиями компоновки редуктора и работы вала-шестерни.
Точность и шероховатость рабочих поверхностей 3 , 4 , 5 , 6 , 8 , 12 , 15 , 17 определяются условиями работы вала-шестерни. Уменьшение точности приведёт к снижению точности установки вала в редукторе и надёжности его работы. Увеличение шероховатости этих поверхностей приведёт к снижению надёжности сопряжений и интенсивному изнашиванию поверхностей.
Форма детали позволяет обрабатывать пов. 1 , 6 , 11 , 17 , 18 на проход.
Обработка поверхностей 3 , 4 , 5 , 7 , 8 , 9 , 10 , 13 , 14 , 15 , 16 в упор затруднений не вызывает.
Поверхности различного назначения разделены, что облегчает обработку. Для выхода резца и шлифовального круга при обработке пов. 6 и 17 предусмотрены канавки 7 и 16 . Нетехнологичным следует считать отсутствие канавки для выхода шлифовального круга на пов. 4 , что затрудняет её обработку. По согласованию с конструктором введём такую канавку, пов. 21 , что не ухудшит эксплуатационные свойства детали, но сделает её более технологичной.
Таким образом, с точки зрения обрабатываемых поверхностей деталь следует считать технологичной.
Поскольку деталь “Вал-шестерня” отвечает требованиям технологичности по всем 4 группам критериев, можно сделать вывод о её достаточно высокой технологичности.