Качественная оценка технологичности конструкции изделия
Качественная оценка технологичности не позволяет, оценивая разные варианты конструкции, сказать, на сколько процентов один из них лучше другого или на сколько он приближается к эталонному, что является ее недостатком.
Качественная оценка технологичности конструкции представляет собой оценку соответствия принятых решений требованиям оптимальных технологических процессов. Качественная оценка технологичности является дополнением количественной оценки.
В результате качественной оценки изделия на технологичность делается вывод о том, что данный вариант технологического решения наиболее полно отражает или нет требования возможности применения прогрессивных технологических процессов производства, сборки и ремонта изделия.
При проектировании новых конструкций и отработки их на технологичность следует учитывать, что улучшение технологичности отдельно взятой детали может вызвать необходимость проведения изменений в узле или изделии в целом. Поэтому технологичность конструкции целесообразно рассматривать как комплексное решение задачи, учитывающее требования по всем составным частям производственного процесса изготовления изделия (начиная с заготовки и кончая сборкой и использованием изделия).
Необходимо учитывать специфику завода-изготовителя и предлагать новые технологические решения.
Пример качественной оценки изделия на технологичность
В качестве примера рассмотрим особенности отработки на технологичность конструкции зубчатых колес.
Правильность выбора варианта конструкторского решения оказывает влияние на материалоемкость, трудоемкость, объем капиталовложений, длительность технологической подготовки, качества изделия, объем эксплуатационных и ремонтных работ и т. д. В то же время рекомендации по отработке на технологичность должны строго оговариваться граничными условиями их использования. Например, технологичные зубчатые колеса, изготовленные в условиях массового производства, могут быть не технологичными в условиях мелкосерийного производства и наоборот.
Практика показывает, что инертность в решении тем выше, чем больше масштаб производства. С одной стороны, в массовом производстве применение прогрессивных технологических решений позволяет получить значительный эффект, но с другой стороны, инертность массового производства часто является серьезным препятствием для их применения.
| Рисунок 1.31. Варианты конструкций цилиндрических колес: а-е — зубчатые колеса со ступицей; ж,з - зубчатые колеса без ступицы |
Отрабатывая изделие на технологичность, необходимо учитывать специфику данного производства и формировать при этом условия перспективного развития технологического процесса. Признаком высокой технологичности, например, конструкции зубчатых колес, является их полная взаимозаменяемость, для достижения которой требует обеспечить высокие качественные показатели обработки всех их рабочих поверхностей. В условиях массового производства при отработке зубчатых колес на технологичность, изменения в конструкции следует вносить с учетом возможности использования высокопроизводительных методов обработки и обеспечения заданного качества рабочих поверхностей колес. В частности, не рекомендуется проектировать зубчатые колеса с неравножесткой ступицей (рис. 1.31, а, в, е). Например, при протягивании отверстий это скажется на точности обработки. Опорный торец должен обеспечивать устойчивость заготовки, а не располагаться далеко от венца (рис.1.31,а,б,е).
Зубчатые колеса с двумя венцами рекомендуется выполнять с таким расчетом, чтобы расстояние между зубчатыми венцами было достаточным для выхода червячной фрезы (рис. 1.31,г). Объясняется это тем, что точность и производительность обработки червячной фрезы выше, чем у долбяка. Если конструкция зубчатого венца такова, что не позволяет проводить обработку на проход из-за отсутствия достаточного места для выхода инструмента, (рис. 1.31, д), то в этом случае зубчатый венец следует располагать таким образом, чтобы обеспечить возможность его обработки круглыми долбяками.
Не следует располагать перемычки не симметрично зубчатому венцу (рис. 1.31е), проектировать ступицу со значительными перепадами диаметров, проектировать опорный торец ступицы не в одной плоскости с венцом, или с незначительной площадью опорной поверхности, затрудняющей установку в приспособлении или пакетом. Не рекомендуется проектировать зубчатые колеса с тонкостенными ступицами и располагать в них шпоночный паз напротив или близко к впадине зуба (рис.1.31, .ж). Жесткие монолитные колеса позволяют избежать дополнительных погрешностей, связанных с конструкцией, при механической и термической обработке (рис. 1.31, з).
Рекомендуется проектировать цилиндрические зубчатые колеса с нечетным числом зубьев, что позволит использовать двухзаходные фрезы, а следовательно, увеличит производительность процесса зубофрезерования. Известно, что эксплуатационные характеристики изделий в значительной степени зависят от качества поверхностного слоя их рабочих поверхностей.
Необходимо знать и использовать результаты исследований и опыт предприятий, соизмеряя их с технологическими возможностями конкретного производства. Например, замена абразивного хонингования алмазным в 1,5 раза увеличивает опорную поверхность сопрягаемых поверхностей, а замена абразивного шлифования кругами из эльбора — в 4 раза повышает контактную жесткость и т. д. Анализ достижений науки и производства позволяет находить пути совершенствования конструкции и совершенствовать процесс отработки ее на технологичность.
При отработке на технологичность зубчатых колес необходимо использовать рекомендуемые (ГОСТами) модули, числа зубьев и размеры.
При простановке размеров не должно быть замкнутых размеров цепей с допусками. Проставляя размеры, необходимо учитывать возможность наиболее простого их измерения. Сама система простановки размеров должна обеспечивать совмещение конструкторских и технологических баз, т. е. установочный торец должен быть базовым, иметь удобную установку на станке. При этом необходимо обеспечивать максимальную доступность ко всем обрабатываемым поверхностям при установке колеса на базовый торец.
Технологичность конструкции зубчатых колес зависит и от того, насколько соответствует преемственность нового решения сохранению конструкторских, технологических и измерительных баз.
Следует использовать по возможности унифицированные посадки, диаметры и формы шпоночных и шлицевых отверстий. При назначении допусков и величины параметра шероховатости на отдельные поверхности необходимо учитывать конкретные производственные условия.
Необходимо стремиться к тому, чтобы число поверхностей, подлежащих обработке, было минимальным, а конструкция зубчатого колеса имела простые, открытые для обработки, геометрические формы и удобно расположенные для применения производительного инструмента. Следует стремиться и к тому, чтобы сечение зубчатого колеса не имело значительной разности по толщине стенок, а их форма и расположение и жесткость не требовали применения специальных приспособлений даже при использовании деформирующего инструмента.
Риск снижения качества рабочих поверхностей зубчатых колес значительно уменьшается, например, если вместо зубошлифования, при котором возможны прижоги и трещины, применяют более производительный и лишенный этих недостатков процесс прикатывания. За счет уменьшения модуля зубчатого колеса можно уменьшить общую трудоемкость изготовления зубчатых колес и штучное время на его обработку.
Снижение трудоемкости при повышении точности и прочности зубчатых колес невозможно обеспечить без учета взаимосвязи конструкции, материала, метода получения исходной заготовки, термической обработки, выбранных методов обработки зубьев, комплексного контроля зубчатых колес и т. д. Эта взаимосвязь является основой при отработке зубчатых колес на технологичность.
Конструкция зубчатых колес должна создавать возможность автоматизации механической обработки и сборки.
При использовании роботов и манипуляторов (системы опознавания конструкций) зубчатые колеса должны иметь признаки для их распознавания и захвата с учетом возможности применяемой системы, но при этом конструкция зубчатых колес не должна усложняться.
Взаимосвязь конструкций зубчатых колес с технологией их изготовления неразрывны. В частности, процесс получения заготовки является одним из важнейших этапов формирования общей себестоимости зубчатых колес. Поиск оптимальных технологических процессов получения заготовок является одной из наиболее сложных задач при оценке технологичности конструкции. Например, в массовом производстве, благодаря приближению формы заготовки к готовой детали, трудоемкость изготовления деталей в 2 раза меньше, чем в мелкосерийном производстве.
Исходные заготовки зубчатых колес с формированными зубьями и прошитыми отверстиями позволяют исключить процессы сверления и зенкерования отверстий и черновое нарезание зубьев, следовательно, снижается потребность в оборудовании, инструменте, уменьшаются затраты на материал, энергоресурсы, высвобождаются производственные площади. При этом качество зубчатых колес повышается. Таким образом, переоценить значение отработки на технологичность исходных заготовок зубчатых колес также довольно трудно, следовательно, проводить ее следует на всех этапах производства.
Отработка на технологичность осуществляется в определенной последовательности. Вначале проводят отработку технологического задания, выбирая при этом изделие-аналог, и устанавливают значение базовых показателей. (Себестоимость изготовления зубчатых колес является одним из основных показателей технологичности конструкций.) Однако на практике изделие-аналог может иметь меньшую себестоимость, особенно если разрабатываемое изделие имеет более высокий технологический уровень. Компенсировать эту разницу можно за счет повышения технического уровня производства, нормы расхода материала и трудоемкости.
Затем проводят анализ схемы работы изделия, эскизного проекта, технического проекта и типовых технологических процессов изготовления. Под словом «анализ» понимают оценку базового и нового вариантов по качественным или количественным показателям технологичности. Выбирается тот вариант, который отвечает требованиям перспективной технологии.
Тема 1.8Принципы проектирования, правила разработки технологических процессов обработки деталей
Исходные данные и последовательность проектирования технологических процессов.
Исходными данными для проектирования технологического процесса являются:
а) рабочий чертеж обрабатываемой заготовки совсеми необходимыми техническими условиями;
б) чертеж сборочной единицы, в которую входит обрабатываемая заготовка;
в) производственная программа выпуска деталей;
г) данные об оборудовании в виде паспортов станков и плана их расположения в цехе и каталог выпускаемого оборудования.
Кроме того, необходимо иметь справочные материалы: нормативы операционных припусков и допусков, каталоги режущего, измерительного и вспомогательного инструментов, стандарты сортамента материалов, нормативы режимов резания, нормативы вспомогательного, подготовительно-заключительного времени и времени обслуживания рабочего места. Большая программа позволяет применить высокопроизводительное оборудование, многошпиндельные и агрегатные станки, полуавтоматы и автоматы, автоматизировать процессы,
Технологический процесс разрабатывают в определенной последовательности (ГОСТ 14.301—73).
1. Определяют тип производства такт выпуска или размер партии, вид заготовки.
2. Устанавливают рациональную последовательность обработки — технологический маршрут.
3. Выбирают станки для отдельных операций.
4. Определяют способ установки (базирование) и закрепления заготовки на каждой операции и уточняют порядок операций.
5. Операцию разбивают на переходы и ходы, устанавливают межоперационные припуски и допуски.
6. Определяют размеры заготовки.
7. Выбирают приспособления и намечают принципиальные схемы специальных приспособлений.
8. Подбирают тип и размер инструмента и разрабатывают конструктивные эскизы специальных инструментов.
9. Устанавливают режимы резания для всехпереходов.
10.. Осуществляют техническое нормирование и устанавливают профессию и разряд работы.
11. Производят сравнительные экономические расчеты, если намечено несколько возможных вариантов обработки.
12. Оформляют документацию технологических процессов механической обработки.
13. Разрабатывают организацию производственных участков, включая их планировку и внутрицеховой транспорт.
Разработка технологических процессов является одним из важнейших этапов подготовки производства, так как от нее в значительной степени зависят качество продукции, трудоемкость и экономичность производства, а также быстрота освоения производства. При разработке технологических процессов следует стремиться к сокращению числа операций, так как это уменьшает потребность в станках, рабочих, производственной площади, межоперационной транспортировке и понижает себестоимость изготовления детали. Производительность операции повышают, уменьшая число переходов путем применения многошпиндельных наладок; минимальное число ходов снижает основное время вследствие использования точных заготовок.
1.8.2. Концентрация и дифференциация операций
Проектирование технологических процессов обработки резанием можно осуществлять методами концентрации и дифференциации. Первый метод характеризуется объединением нескольких технологических переходов в одну сложную операцию, выполняемую на одном станке. Концентрация операций ведется двумя способами: одновременной обработкой нескольких поверхностей набором инструментов, например обработка на многорезцовом токарном или на многошпиндельном сверлильном станках, и последовательной обработкой нескольких поверхностей на одном станке, например на револьверном. Концентрация операций сокращает трудоемкость обработки, уменьшает число станков и производственную площадь, но одновременно увеличивает потребность в высококвалифицированных наладчиках и требует применения более сложных станков. Применение многоинструментных станков экономично при большом выпуске деталей.
Метод дифференциации операций характеризуется расчленением технологического процесса обработки резанием на простые операции, выполняемые на большом числе простых станков (применяют при крупносерийном производстве при недостатке специального оборудования и отсутствии квалифицированных рабочих). Этот метод позволяет быстро перевести работу цеха или отделения на производство нового или измененного объекта, так как перенастройка простых станков проще, чем перенастройка сложных станков с большой концентрацией отдельных технологических переходов. Не следует считать дифференциацией разделение процесса на несколько операций, вызванное требованием высокой точности или малой шероховатостью поверхности. Существует ряд переходов, которые нецелесообразно объединять с другими на одном станке, так как это может привести к понижению точности и увеличению шероховатости поверхности. На машиностроительных заводах часто сочетают оба принципа. Например, при обработке коленчатых валов наряду с применением специальных станков для обработки коренных или шатунных шеек применяют станки, выполняющие одну операцию — предварительное или окончательное шлифование коренных или шатунных шеек.
1.8.3. Основы построения маршрутного технологического процесса
При обработке заготовки, как правило, осуществляется снятие основного припуска (черновая обработка), получение заданных размера формы и взаимного положения поверхностей заготовки, получение заданной шероховатости и качества поверхностного слоя (отделка и упрочнение). Методы обработки, оборудование, инструмент и приспособления не позволяют выполнить все поставленные задачи за один ход режущего инструмента При черновой обработке действующие силы и работа резания особенно велики; заготовки сильно нагреваются. При этих условиях получить точные размеры заготовки невозможно. Поэтому последовательность операций необходимо назначать исходя из некоторых соображений.
1. При черновой обработке снимаются наибольшие слои металла. Это позволяет сразу выявить дефекты заготовки. При снятии поверхностных слоев заготовка освобождается от внутренних напряжений, вызывающих деформации. При черновой обработке требуются значительные силы зажима, которые могут влиять на точность окончательно обработанной поверхности, если черновая обработка части заготовки будет производиться после чистовой обработки. Такие неблагоприятные условия создаются при обработке больших поверхностей фасонных заготовок. Для мелких заготовок черновую и окончательную обработку производят в одну операцию. Не следует опасаться перераспределения внутренних напряжений при обработке отдельных небольших поверхностей в фасонных заготовках.
2. Чистовые операции необходимо выполнять в конце обработки заготовки, так
как при этом уменьшается возможность повреждения уже обработанных
поверхностей.
3. При определении последовательности выполнения черновых и чистовых операций следует учитывать, что совмещение их на одних и тех же станках приводит к снижению точности обработки вследствие повышенного износа станка на черновых операциях.
4. В первую очередь следует обрабатывать поверхности, при удалении припуска с которых в наименьшей степени снижается жесткость заготовки; например, при обработке ступенчатых валов вначале обрабатывают ступени большого диаметра, а затем ступени меньшего диаметра
5. Поверхности с одинаковой точностью относительного расположения нужно обрабатывать в одной установке и одной позиции.
6. При использовании в технологическом процессе автоматических линий следует применять метод концентрации операций технологического процесса, т. е. одновременного выполнения большого числа переходов на каждой операции, и использовать комбинированные инструменты (ступенчатый зенкер, развертку и т. д.). Для получения автоматической линии небольшой протяженности станки располагают с двух сторон рольганга или зигзагообразно.
Операции обработки резанием необходимо увязывать с термическими, назначая отдельные операции после операций термической обработки, повышающих механические свойства металла (цементация, закалка). От вида термической обработки зависят межоперационные припуски. Их необходимо увеличивать, чтобы обеспечить меньшие отклонения от формы геометрической поверхности, нарушенной деформациями, вызванными термической обработкой.
1.8.4 Выбор оборудования
Выбор станка — одна из важных задач при проектировании технологического процесса обработки резанием. Для любой операции всегда можно подобрать соответствующий станок. Исключениями являются некоторые операции в массовом производстве, для которых экономически целесообразно изготовлять специальные станки. При проектировании технологических процессов серийного производства, где наряду со специальными используют и универсальные станки, выбор последних производят по следующим показателям:
1) вид обработки — токарная, фрезерная, сверлильная и т. п.;
2) точность и жесткость станка;
3) габаритные размеры станка (высота и расстояние между центрами, размеры стола);
4) мощность станка, частота вращения шпинделя подачи и т. п.;
5) цена станка.
При серийном производстве на одном станке, как правило, выполняют несколько различных операций, поэтому выбранный станок должен удовлетворять технологическим требованиям всех намеченных обработок. В массовом производстве каждый станок предназначен для выполнения одной операции и должен удовлетворять не только все требования данной обработки, но и обеспечивать заданную производительность. При выборе станка для массового производства, кроме указанных выше показателей, необходимо учитывать соответствие производительности станка такту выпуска деталей, обработанных на данном станке. Классификация станков по технологическим признакам предложена проф. А. И. Кашириным. По этой классификации станочное оборудование делится на станки широкого или общего назначения (универсальные), высокой производительности, специализированные, специальные. Станки широкого или общего назначения: предназначены для обработки заготовок в серийном и единичном производстве. Станки высокой производительности имеют ограниченные технологические возможности по сравнению с универсальными. Они более мощные и жесткие, чем станки первой группы, благодаря чему на них можно вести обработку на более высоких режимах резания. К ним относятся станки токарно-многорезцовые, круглошлифовальные, работающие методом поперечной подачи, беспентрово-шлифовальные, некоторые продольно-фрезерные, токарные автоматы и полуавтоматы. Эти станки предназначены для крупносерийного и массового производства и применяются также в серийном производстве. Специализированные станки путем конструктивных изменений и различных дополнений могут быть приспособлены для выполнения определенной операции. Часто станки этой группы получают путем установки дополнительных шпинделей, головок и других узлов на станки высокой производительности. Специальные станки проектируют и изготовляют по особому заказу и предназначают для выполнения определенной операции. Проектирование и изготовление станков этой группы обычно обходится дорого. Поэтому такие станки применяют только в массовом производстве, если будет доказана их экономическая эффективность.
Автоматические станочные линии — это группы автоматических станков, установленных в порядке технологического процесса и связанных между собой транспортирующими устройствами. На транспортер в начале линии устанавливают обрабатываемую заготовку или загружают в бункер сразу много заготовок, а затем они автоматически передаются со станка на станок. Наряду с созданием автоматических линий на базе имеющегося оборудования проектируются и строятся автоматические линии из специальных станков.
При больших программах выпуска деталей широко используют агрегатные станки. Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС) разработал классификатор металлорежущих станков.
1.8.5 Выбор инструмента
Конструкция и размеры для заданной операции предопределяются видом обработки, размерами обрабатываемой поверхности, свойствами материала заготовки, требуемой точностью обработки и шероховатостью обрабатываемой поверхности. Режущие инструменты в основном изготовляют из твердых сплавов ВК8, Т5К10, TI5K6, Т30К4, Т60К6 и др., быстрорежущих сталей Р6М5, P9K10, углеродистых инструментальных сталей У10А, У12А и др. Инструменты; оснащенные пластинками из твердых сплавов ВК8 и ВК6М, применяют при обработке заготовок из чугуна. При грубой обработке стальных заготовок применяют инструмент с пластинками из сплава Т5К10, а при чистовой обработке— инструмент с пластинками из сплава TI5K6. Инструменты из твердых сплавов рекомендуется применять для достижения высокой производительности, наименьшей шероховатости обработанной поверхности и при обработке заготовок из металлов высокой твердости.
Быстрорежущие стали применяют для изготовления инструментов, работающих при относительно высоких скоростях резания, и сложного инструмента
Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления ручных инструментов (метчики, плашки и т.п.).
1.8.6 Правила оформления операционных эскизов
Правила записи технологических операций и переходов обработки резанием установлены ГОСТ 3.1702-79.
Наименование операции обработки резанием должно отражать применяемый вид технологического оборудования и записываться именем прилагательным в именительном падеже, например: зубошлифовальная, хонинговальная, продольно-строгальная, сверлильно-центровальная, шлиценакатная и т.п.
Запись содержания технологической операции следует выполнять в форме маршрутного или операционного описания. В содержании операции необходимо отражать все действия, выполняемые в технологической последовательности.
В содержание операции (перехода) необходимо включать ключевые слова, характеризующие метод обработки, выраженные глаголом в неопределенной форме, например:
фрезеровать, шлифовать, галтовать, установить, снять, зенковать, хонинговать и т.п.
В содержании технологической операции допускается полная или сокращенная форма записи. Полную форму записи следует выполнять при отсутствии графических изображений, а сокращенную — при наличии графических изображений; которые достаточно полно отражают всю необходимую информацию по изготовлению детали.
Пример 1. Полная запись: «Сверлить 8 сквозных отверстий с последующим зенкованием фасок; выдерживая d=12+0,5\ d—90±0,08, 90°±30"и 1,6*45°, согласно чертежу».
2. Сокращенная запись: "Сверлить 8 отв., выдерживая размеры 1, 2, 3.
Установление полной или сокращенной записи содержания технологической операции для каждого конкретного случая определяется разработчиком документов. Запись вспомогательных переходов следует выполнять в соответствии с правилами для технологических переходов.
При заполнении документов рукописным способом — вместо условного обозначения d следует применять знак Ǿи не указывать обозначения: длины, ширины, фаски. Например: «Расточить поверхность, выдерживая размеры Ǿ 12.
В записи содержания операции следует использовать следующие ключевые слова:
для технологических переходов — вальцевать, врезаться, галтевamь, гравировать, довести, долбить, закруглить, заточить, зенкеровать, накатать, нарезать, обкатать, отрезать, подрезать, полировать, притирать, приработать, протянуть, развернуть, развальцевать, раскатать, рассверлить, расточить, сверлить, строгать, суперфинишировать, точить, хонинговать, шлифовать, цековать, центровать, фрезеровать;
длявспомогательных переходов — выверить, закрепить,настроить, переустановить, переустановить и закрепить, переместить, поджать, проверить, смазать, снять, установить, установить и выверить, установить и закрепить.
При разработке технологических эскизов на операнда или отдельные технологические переходы необходимо выполнять все требования,, предъявляемые к графическим документам.
Технологический эскиз разрабатывается на каждую операцию в серийном и массовом производстве. Технологический эскиз является исходным данным для подробного описания операции по переходам или позициям. На технологическом эскизе указываются все необходимые данные для качественной обработки детали; указываются необходимые размеры обрабатываемых элементов детали с отклонениями, а также необходимыми справочными размерами, которые будут использованы в процессе определения режимов резания и норм времени по технологическим переходам на операцию.
На каждый обрабатываемый элемент заготовки устанавливается шероховатость поверхности и указывается условное обозначение шероховатости в зависимости отметода обработки и степени точности. Одинаковые значения шероховатости поверхности группируют и выносят в правый, верхний угол эскиза.
На технологическом эскизе необходимо указывать условные обозначения опор, зажимов на базовых поверхностях детали согласно ГОСТ 3.1107—81 «Опоры, зажимы и установочные устройства. Графические обозначения».
Необходимое число изображений (видов, разрезов, сечений и выносок) на эскизе устанавливается из условий обеспечения наглядности и ясности изображения обрабатываемых поверхностей детали. Поверхности, подлежащие обработке, на эскизе следует обводить сплошной линией, равной 2S ... 3S по ГОСТ 2.303-68,
Допускается все обрабатываемые поверхности условно нумеровать арабскими цифрами в технологической последовательности и соединять с размерной линией. Номера поверхностей обводят знаком окружности диаметром 6 - 8 мм.
Технологические эскизы на операцию или переходы выполняются без масштаба, однако эскизы следует выполнять аккуратно и четко. Условные обозначения, применяемые на технологических эскизах должны соответствовать установленным стандартам. Нестандартные обозначения необходимо указать в примечаниях к данному эскизу.