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.

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