Расчет количественных показателей технологичности

Понятие технологичности конструкции детали и ее оценки

Совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия (ТКИ) [1].

Анализ технологичности является одним из обязательных этапов в разработке технологического процесса, от которого зависят его основные технико-экономические показатели: металлоемкость, трудоемкость, себестоимость.

В соответствии с ГОСТ 14.301-83 технологический процесс разрабатывается для изготовления изделий, конструкции которых отработаны на технологичность.

Отработка конструкции на технологичность направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и снижение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, технологическое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества изделия (ГОСТ 14.201-73, МР 186-85).

Оценка технологичности

Конструкции детали

Анализ технологичности проводится, как правило, в два этапа: качественный анализ и количественный анализ.

Качественная оценка технологичности основана на инженерно-визуальных методах оценки и проводится по отдельным конструктивным и технологическим признакам для достижения высокого уровня технологичности. Она, как правило, предшествует количественной оценке, но вполне совместима с ней на всех стадиях проектирования. Качественной оценке могут быть подвергнуты одно исполнение детали или совокупность ее исполнений. Качественная оценка одного конструктивного исполнения детали («хорошо-плохо», «допустимо-недопустимо», «лучше-хуже» и т.д.) дается на основании анализа соответствия ее основным требованиям к производственной, эксплуатационной и ремонтной технологичности.

При сравнении вариантов конструктивных исполнений детали в процессе проектирования качественная оценка часто позволяет выбрать лучший вариант исполнения или установить целесообразность определения численных значений показателей технологичности всех сравниваемых вариантов.

Так, детали типа валов признаются технологичными, если они отвечают следующим требованиям [7]:

- возможность максимального приближения формы и размеров заготовки к размерам и форме детали;

- возможность вести обработку проходными резцами;

- уменьшение диаметров поверхностей от середины к торцам вала или от одного торца к другому;

- возможность замены закрытых шпоночных пазов открытыми пазами;

- жесткость вала обеспечивает достижение необходимой точности при обработке (l:d < 10…12).

Зубчатые колеса признаются технологичными, если они имеют [4, 7]:

- центральное отверстие простой формы;

- простую конфигурацию наружного контура (наиболее технологичными являются зубчатые колеса простой формы без выступающих ступиц);

-ступицы с одной стороны, что позволяет вести обработку на зубофрезерных станках по две детали;

- симметрично расположенную перемычку между венцом и ступицей, что уменьшает коробление детали при термообработке;

- возможность штамповки фигурной перемычки между венцом и ступицей;

- достаточное расстояние между венцами для обработки на зубофрезерных станках (для двухвенцовых зубчатых колес).

Для всех классов деталей признаются нетехнологичными следующие элементы [7]:

- глубокие отверстия (при отношении l:d>5);

- отверстия, расположенные под углом к оси или плоскости;

- глухие отверстия с резьбой;

- закрытые с одной или двух сторон пазы.

Не являются нетехнологичными требования к точности размеров и формы поверхностей деталей и шероховатости, так как они вытекают из служебного назначения детали и не определяют ее конструкцию.

Количественная оценка технологичности основана на инженерно-расчетных методах, посредством которых определяют и сопоставляют расчетным путем численные значения показателя технологичности проектируемого изделия и соответствующего показателя конструкции детали, принятой в качестве базы для сравнения [2].

Согласно ГОСТ 14.201-83 и МР 186-85, для количественной оценки технологичности конструкции детали применяют следующие показатели:

- абсолютная трудоемкость изготовления, выражающаяся суммой нормо-часов, затраченных на технологический процесс;

- относительная трудоемкость изготовления детали – отношение трудоемкости данного вида работ к общей трудоемкости изготовления детали;

- материалоемкость детали – количество затраченного материала на производство детали, определяемое в единицах массы;

- унификация материалов;

- энергоемкость детали – количество затраченных топливно-энергетических ресурсов на изготовление, монтаж вне предприятия, изготовление, технологическое обслуживание, ремонт или утилизацию;

- себестоимость изделия – количество затрат на производство и эксплуатацию изделия.

Количественные показатели по их значимости делятся на основные и дополнительные.

К основным показателям относятся:

- трудоемкость изготовления детали;

- технологическая себестоимость изготовления детали.

Дополнительными показателями.

Такими показателями являются коэффициенты точности обработки, шероховатости поверхности, использования материала и применяемости стандартного инструмента для обработки поверхностей.

Расчет количественных показателей технологичности

Коэффициент точности обработки [6]

(1)

где IT_ср - средняя точность выполнения размеров детали;

n – общее количество обрабатываемых размеров детали;

n_i – количество размеров детали, обрабатываемых по Т_i квалитету точности;

Т_i – номер квалитета точности.

Для расчета коэффициента точности целесообразно составить таблицу точности (рис. 2), в первую строку которой записать все квалитеты точности размеров детали, в том числе и свободных размеров. Точность определяется записью в технических требованиях на чертеже детали (например, общие допуски по ГОСТ 2.308-79*: Н14, h14, ±IT14/2). При обозначении на чертеже размеров только с предельными отклонениями (без указания полей допусков и квалитетов точности) их квалитеты точности устанавливаются по ГОСТ 25347-82 или по табл. 1. Во вторую строку таблицы (рис. 1) записывается количество поверхностей, выполненных по соответствующему квалитету точности.

Точность обработки детали

Рис. 1. Вид таблицы для расчета коэффициента точности обработки

Коэффициент шероховатости обработки [6]

(2)

где Ra_ср - среднее значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей;

n - общее количество обрабатываемых поверхностей;

Ra_i - значение параметра шероховатости, указанное на чертеже;

n_i - количество поверхностей, имеющих шероховатость Ra_i.

Для расчета коэффициента шероховатости также целесообразно составить расчетную таблицу (рис. 2), в первую строку которой записываются все значения шероховатости, указанные на чертеже детали, в том числе и значение, указанное в правом верхнем углу чертежа. При этом для перевода параметра Rz в параметр Rа можно использовать табл. 2. В этой таблице приведены также обозначения шероховатости ранее применявшиеся в машиностроении.

Таблица 1

Допуски для размеров от 1 до 500 мм

Для перевода параметра шероховатости Rа в Rz, можно также использовать приближенное соотношение между их величинами

.

Шероховатость поверхностей детали

мкм.

Рис. 2. Вид таблицы для расчета коэффициента шероховатости обработки

Таблица 2

Параметры шероховатости

По полученным значениям IT_cp и Ra_cp рассчитываются коэффициент точности и коэффициент шероховатости, и полученные значения сравниваются с базовыми значениями.

Коэффициент использования материала [2]

(3)

где М_дет - масса готовой детали (кг); М_заг - норма расхода материала на заготовку (масса заготовки, кг).

Коэффициент применяемости стандартного инструмента [2]

(4)

где Q_c - количество поверхностей, обрабатываемых стандартным инструментом; Q_о - общее количество обрабатываемых механической обработки поверхностей.

По данным коэффициентам, а также по трудоемкости и себестоимости изготовления детали определяются уровни технологичности конструкции детали по сравнению с конструкцией аналога или базового варианта.

Во всех случаях, или для любого показателя, если уровень технологичности детали оказался больше единицы, то это означает, что по данному показателю принятые технические решения привели к повышению технологичности конструкции детали по сравнению с ее базовой конструкцией, и эти решения являются экономически целесообразными.

Заканчивается этот раздел проекта выводами по уровню технологичности детали и предложениями по его повышению, а также разработкой способов реализации этих предложений.