технологического оборудования

Основные факторы, влияющие на технологичность конструкции.Под технологичностью понимается такая совокупность свойств изделия, которая при обеспечении установленных показателей качества и технического уровня и при принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта позволяет уменьшить трудоемкость работ, затраты средств, материалов и времени по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения.

В соответствии с этим отработка технологичности конструкции должна быть направлена на снижение трудоемкости при изготовлении заготовок деталей, их обработки и сборки; снижение расхода материала на изготовление деталей; сокращение длительности производственного цикла.

Отработка изделия на технологичность является одной из главных задач Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), которая выполняется на всех стадиях разработки изделия, его производства и эксплуатации. На этапе эскизного проектирования выбирают оптимальный вариант принципиальной схемы и компоновки изделия и его расчленения на самостоятельные составные сборочные единицы. На этапе технического проектирования определяют рациональные формы деталей, методы получения заготовок, системы проставления размеров и выбора баз, точность изготовления, чистоту поверхности деталей и т. д.

На этой же стадии обосновывают и назначают точности сборочных размеров, обеспечивающих технические требования к конструкции, точности сборки узлов и изделия в целом; обеспечивают применение унифицированных и стандартизированных материалов, деталей и модулей; определяют виды термообработки и покрытий. На стадии создания рабочего проекта уточняют и конкретизируют условия обеспечения требований технологичности. На этом этапе производится упрощение геометрических форм деталей и обеспечение рационального формообразования заготовок; уточняются точность изготовления деталей, чистота их поверхностей и простановка размеров с точки зрения выбора технологических баз; решаются вопросы взаимозаменяемости узлов и деталей в соответствии с требованиями, предъявляемыми к выходным параметрам и сборочным размерам; назначаются посадки и материалы. На стадии рабочего проектирования обосновываются наиболее прогрессивные технологические приемы изготовления с учетом применяемой оснастки, механизированного инструмента, технологического оборудования и серийности производства.

Применение в конструкции изделия оригинальных деталей, для изготовления которых требуется специальное оборудование и сложная технологическая оснастка или переналаживание соответствующих звеньев гибкого автоматизированного производства, может быть оправдано лишь при условии, что это позволит улучшить показатели технологичности, сократить, например, сроки освоения серийного производства или снизить затраты труда на изготовление деталей, если это диктуется специальными требованиями к данному изделию.

От конструкции и формы деталей, а также от принятой технологии их изготовления во многом зависит расход металла при изготовлении литых и особенно кованых деталей.

Замена цельнолитых и цельнокованых деталей сварными из проката или комбинированными сварно-литыми или сварно-коваными конструкциями с применением облегченных профилей позволяет сэкономить значительное количество металла за счет снижения массы деталей и сокращения отходов при их изготовлении.

Снижение материалоемкости изделия – одна из важнейших задач, которая решается при технологической отработке. Конструктор решает эту задачу путем выбора рациональных конструкторских решений, позволяющих снизить нагрузки на соответствующие элементы машины; выбора такой формы деталей или профилей, которые обладали бы повышенной прочностью при заданной схеме их нагружения; обоснованного выбора запасов прочности и методов расчета, а также материалов, удовлетворяющих заданным свойствам конструкции, но имеющих меньший удельный вес. Технолог ту же задачу решает на основе разработки прогрессивных способов изготовления изделий. Совместная работа конструктора и технолога базируется при этом на принципе: что и из чего делать решает конструктор, а как делать решает технолог.

Рекомендации по выбору конструкционных материалов.К конструкционным относятся материалы, из которых изготовляются детали машин, подвергаемые механическому нагружению. Эти материалы должны удовлетворять эксплуатационным, технологическим и экономическим требованиям.

Эксплуатационные требования сводятся к обеспечению длительной и надежной работы материала в заданных условиях. Для выполнения этих требований материал должен обладать необходимой прочностью, зависящей от его механических свойств.

Технологические требования направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструкций. Технологичность материала оценивается такими его свойствами, как обрабатываемость резанием, давлением, способностью к литью или свариваемостью, склонностью к деформациям при термической обработке и т. п. Экономические требования сводятся к тому, чтобы стоимость материала была по возможности меньшей.

Критерием прочности при статических нагрузках является временное сопротивление σ_в или предел текучести σ_т, характеризующий сопротивление материала пластическим деформациям. Так как при работе большинства деталей пластическая деформация недопустима, то их несущую способность определяют обычно по пределу текучести. К важным характеристикам материалов относятся также относительное удлинение δ, равное отношению приращения длины образца к его первоначальной длине, и относительное сужение площади поперечного сечения ψ, определяемое отношением величины, на которую уменьшается площадь поперечного сечения образца при действии растягивающей силы, к первоначальной площади поперечного сечения.

Стали 15, 20, 25 имеют высокую твердость, износостойкую поверхность и вязкую сердцевину. Они применяются, в основном, для изготовления деталей небольшого размера и не сильно нагруженных. Среднеуглеродистые стали 30, 35, ..., 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые стали. Эти стали, применяют для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках.

Низкоуглеродистые легированные стали (15Х, 25ХГМ, 30ХГТ, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА) обладают повышенными прочностными свойствами в сочетании с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам и высоким сопротивлениям развитию вязкой трещины. Из них изготовляются зубчатые колеса и другие детали, работающие в условиях трения. Хромоникелевые стали (12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А) применяют для крупных деталей ответственного назначения.

Среднелегированные углеродистые стали (40Х, 40ХГТР, 30ХГСА, 40ХНМА, 38ХН3МФА, 38Х2МЮА) после термообработки повышают предел текучести и имеют хорошую вязкость и высокое сопротивление развитию трещин. Их широко применяют для деталей, работающих как при статических, так и при циклических нагрузках (валы, штоки, шатуны и др.), концентрации напряжений, а также при пониженных температурах.

Из сплавов на основе железа лучшие литейные свойства имеют чугуны. Благодаря сочетанию этих свойств с прочностью, износостойкостью, твердостью (НВ) и относительно малой стоимостью они получили широкое распространение в конструкциях дорожно-строительных и подъемно-транспортных машин.

Кроме механических свойств (показателей прочности) конструктор при выборе материала должен учитывать способность материала принимать требуемую форму. Этим требованиям хорошо удовлетворяют такие материалы, как углеродистые, низколегированные стали, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы, алюминиевые, медные, магниевые и никелевые сплавы.

На выбор материала оказывают влияние и такие факторы, как способность материала к чистовой обработке и нанесению покрытий, которые могут придать материалу повышенную твердость, износостойкость, устойчивость против коррозии, повышенную проводимость, внешнюю привлекательность и т. п.

В случаях, когда в одном материале несовместимы различные свойства, применяют комбинированные материалы, состоящие из соединенных в одно целое чередующихся слоев двух материалов, например металла и пластмассы. При этом в качестве металла могут применяться сталь, алюминий, медь, а в качестве пластмассовых прослоек – фтористо-углеродистые, виниловые, полиамидные и полиэфирные материалы. Толщина металлических слоев – от 0,05 до 0,8 мм, пластмассовых – от 0,025 до 0,38 мм. Такие слоистые материалы используют во многих изделиях, а также в качестве материалов, снижающих уровни шумов и вибраций.

Экономически выгодным является и применение различных пластмасс (поликарбонат, полиамиды, полиуретаны, полифениленоксид и другие). Они имеют небольшую плотность, обладают сравнительно высокой прочностью в сочетании с хорошими антифрикционными и электроизоляционными свойствами, а также пониженной горючестью. Такие пластмассы можно использовать для изготовления ответственных нагруженных деталей, работающих при больших перепадах температур. Один килограмм конструкционных пластмасс позволяет сэкономить 3 - 5 кг проката черных металлов, а каждая тонна термопластов экономит для народного хозяйства 5 - 10 т цветных металлов и легированных сплавов.

Особое место среди конструкционных материалов занимают композиционные материалы, получаемые по специальной технологии и представляющие собой композицию из мягкой матрицы (полимерной, керамической или металлической) и высокопрочных волокон. В качестве последних применяют углеродные, керамические, борные, стеклянные и органические волокна. В композиционных материалах основная нагрузка воспринимается волокнами, а матрица служит для передачи и распределения нагрузок между волокнами.