Изделие—объект конструирования и массового производства

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Структура изделий из древесины. Изделия из древесины — это предметы, обладающие вполне определенными потреби­тельскими свойствами (мебель, спортинвентарь и т. д.). Однако с точки зрения современного производства понятие изделия зна­чительно шире. Изделием считается любой предмет или набор предметов производства, подлежащий изготовлению и включен­ный в производственную программу предприятия. Изделием данного предприятия могут быть, например, детали, входящие в состав изделия, выпускаемого другим предприятием, мебель­ные щиты, изготовляемые комбинатом мебельных деталей для фабрики корпусной мебели, а также отдельные предметы и це­лые наборы предметов, набор бытовой мебели для спальни, сто­ловой и т. д.

ГОСТ 2.101—68 «Единая система конструкторской докумен­тации (ЕСК.Д). Виды изделий» устанавливает следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты.

Под деталью понимается изделие, изготовленное из одно­родного материала без применения сборочных операций. Де­талью может быть изделие из цельной древесины или из древе­сины, предварительно склеенной для придания ей большей фор-моустойчивости или облицованной шпоном, но без применения шиповых вязок, свинчивания и других приемов сборки. Напри­мер, изделиями могут быть ножка обеденного стола, "изготов­ленная из цельного бруса или из бруса, склеенного из несколь­ких заготовок, щит, изготовленный из столярной или стружеч­ной плиты, сиденье стула, выклеенное из шпона, и т. д., если они включены в программу изготавливающего их предприятия.

Сборочными единицами можно считать изделия, составные части которых подлежат соединению между собой на пред­приятии-изготовителе шиповыми вязками, свинчиванием шуру­пами или болтами, соединению нагелями, стяжками и т. п. Сбо­рочные единицы могут представлять собой изделия очень раз­ной степени сложности.

Под комплексом понимается два и более специфицирован­ных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сбо­рочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. В деревообра­ботке комплексы представлены наборами предметов мебели, изготовленными в едином архитектурно-художественном стиле и предназначенными для оборудования определенных функцио-

Заказ № 2177

 

нальных зон бытовых или общественных зданий, например на­бор мебели для кабинета, состоящий из рабочего стола, кресла, книжного шкафа и др., набор мебели для спальни, аудитории и т. д.

В отличие от комплекса комплектом называют два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сбороч­ными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назна­чение вспомогательного характера, например комплект возврат­ной тары для упаковки набора мебели, комплект оборудования кухни, включая набор мебели и принадлежностей для кухни и т. д. Комплекты могут составляться из изделий, изготовлен­ных на разных предприятиях.

Требования к изделиям из древесины. Изделия из древе­сины, как и любые другие, должны проектироваться и изготав­ливаться так, чтобы в достаточной степени отвечать потребно­стям народного хозяйства в целом и требованиям людей, кото­рые пользуются этими изделиями. Для этого изделия должны обладать высокими эксплуатационными и технико-экономиче­скими показателями; соответствовать своему функциональному назначению, быть эстетичными, прочными, долговечными, тех­нологичными, иметь малую материалоемкость и по возможно­сти малую себестоимость. Первые четыре требования могут быть отнесены к эксплуатационным, последние три — технико-экономическим.

Требования полного соответствия изделий их назначению так же разнообразны, как и их функции. Для мебели, напри­мер, это удобство пользования ею, согласованность размеров мебели с анатомической особенностью строения и размерами (антропометрией) человеческого тела, размерами предметов, хранящихся в мебели, согласованность с высотой и планиров­кой помещений и т. д. Для оконных блоков это высокий про­цент световой поверхности от всей площади оконного проема, малые- воздухопроницаемость и теплопроводность.

Для музыкальных инструментов, кроме согласованности с антропометрией, еще большее значение, очевидно, должно иметь качество звучания инструмента, для чертежных досок — точность и стабильность их формы, равномерная и невысокая плотность древесины, допускающая легкое закрепление листов бумаги кнопками и т. д.

Требования к показателям, обеспечивающим достаточное соответствие изделия его функциональному назначению, обычно обусловливаются в технических условиях или стандартах. Так, ГОСТ 5994—79 «Парты школьные» устанавливают типы и функ­циональные размеры парт для школьников в зависимости от роста учащихся и основные параметры их размеров, обеспечи­вающие удобное положение учащихся, размещение портфелей или ранцев, учебников и карандашей. В связи с этим изделия

 

 

могут изготавливаться только по соответствующей нормативно-технической документации на них в форме стандартов или тех­нических условий.

Однако стандарт не исключает возможность и желатель­ность постоянного совершенствования изделий в конструктив­ных решениях, отделки и т. д., обеспечивающих повышение эф­фективности производства.

Во взаимосвязи с функциональным назначением изделий на­ходятся эстетические требования. Основную массу изделий из древесины составляют предметы, окружающие человека в его повседневной жизни. Вследствие этого издеяия должны быть эстетически совершенны. Изделие должно соответствовать ра­циональному типажу и номенклатуре, отвечать потребности именно в таких изделиях (учитывается спрос на такие изде­лия).

Изделие должно гармонично согласовываться с изделиями, с которыми будет совместно находиться в эксплуатации. На­пример, каждый предмет мебели должен входить в современ­ный интерьер, не нарушая его гармоничности. Изделие должно отвечать действующим санитарным и гигиеническим требова­ниям.

Изделия из древесины должны быть в достаточной мере (в соответствии с назначением) прочны и долговечны. Это до­стигается за счет рациональной конструкции и выбора материа­лов (вида древесного материала, породы древесины, вида клея) и особенно качественного изготовления соединений.

По данным НПО Гипролеспрома, средняя эксплуатацион­ная влажность древесины и годовые отклонения от нее состав­ляют: для изделий, эксплуатируемых внутри отапливаемых по­мещений, 7±2%; для внутренних переплетов оконных блоков 9±2%; для наружных переплетов оконных блоков 15+2%.

Для изделий, эксплуатируемых в неотапливаемых помеще­ниях или под открытом небом, средняя эксплуатационная влаж­ность и отклонения от нее еще больше. Они зависят от клима­тических условий данного района. В средней полосе РСФСР влажность древесных изделий в этих условиях может нахо­диться в пределах от 12 до 18 %. Влажность древесины в изде­лиях должна соответствовать равновесной влажности для усло­вий эксплуатации изделий.

Долговечность изделий из древесины во многом зависит от условий их эксплуатации. В комнатных условиях изделия, не подвергающиеся интенсивному износу (мебель, музыкальные инструменты и др.), могут находиться длительное время. И хотя в расчетах срок амортизации, например для некоторых видов мебели обычно принимается равным 20 годам, нередки случали эксплуатации таких изделий в течение нескольких десятилетий. В этих условиях древесина как конструкционный материал

4*

 

значительно превосходит большинство видов современных пластмасс.

На долговечность изделий из древесины может влиять пе­риодическое кратковременное воздействие влажности. Связан­ные с изменениями влажности явления набухания и усушки древесных материалов могут приводить к нежелательной дефор­мации (короблению) и растрескиванию деталей. В этом случае большое значение для долговечности изделия имеет форма и размероустойчивость его конструкции и наличие на изделии за­щитно-декоративных покрытий. Несмотря на то, что среди при­меняемых для отделки древесины покрытий нет полностью влаго- и паронепроницаемых, все же наличие их на поверхно­сти замедляет процессы сорбции и десорбции древесиной влаги и деструкции древесины под действием факторов внешней среды. С учетом качества и комфортабельности изделия стои­мость (себестоимость) его должна быть по возможности невы­сокой. Удовлетворение этого требования зависит от характера организации производства, степени его эффективности и техни­ческой культуры, технологичности конструкции изделия, его материалоемкости и многих других факторов. Подробнее эти факторы и их значение будут рассмотрены ниже.

Современное изделие массового производства по своему внешнему виду, конструкции и качеству материалов, из кото­рых оно сделано, носит как черты, необходимые для выполне­ния своей главной функции — соответствовать своему назна­чению, так и свойства, обусловленные связями со всей системой «производство — отрасль — промышленность в целом».

Изделие как компонент системы претерпевает изменения при изменении других ее компонентов. Так, появление высокопро­изводительных автоматических линий для облицовывания кро­мок щитов прямоугольной формы способствовало изменению внешнего вида корпусной мебели, телевизоров и многих пред­метов быта, архитектурно взаимосвязанных в интерьере квар­тиры. Вместо закругленных углов они стали иметь прямые ребра. Появление линий облицовывания брусков внесло также округленные детали пилястр, карнизов и других элементов. Ис­пользование жесткого полиуретана с простой технологией литья создало возможность декорировать мебель стилем ретро, раз­нообразить виды изделий, изготовляемых в массовом потоке. Применение древесностружечных плит вместо столярных дало возможность увеличить производительность труда на мебель­ных предприятиях, а в конструкции достигнуть экономии доро­гих пород древесины путем замены массивных обкладок тон­кими полосками шпона или декоративного пластика на бумаж­ной основе. За счет изменения конструкции изделий удалось значительно упростить технологические процессы, а значит, и повысить производительность труда.

 

Проверка конструкции изделия на возможность его изготов­ления с меньшими трудозатратами (на технологичность) на каждом этапе производства стала неотъемлемым этапом кон­струирования новых изделий. При комплексном использовании древесного сырья появились технологии, которые все трудно перерабатываемые отходы превращали в кондиционные с оп­ределенными параметрами щепы, стружки, волокнистой массы, а затем в плитные и другие прессованные материалы.

Развитие химической промышленности, особенно рост про­изводства полимерных материалов оказали большое влияние на конструкции и технологию в деревообработке, вытеснив ряд нетехнологичных, мелких (с низким полезным выходом) дета­лей из древесины.

В дальнейшем технология изготовления изделия может ме­няться в зависимости от наличия возобновляемых (раститель­ных) и невозобновляемых (минеральных) ресурсов. Изделие массового производства следует также рассматривать как под­систему большой системы «материальное производство» и про­ектировать его на основе системного подхода с анализом струк­туры, сравнения ряда вариантов (альтернатив), т. е. с учетом требований эстетики, особенностей эксплуатации в различных условиях, наличия материалов всех видов, физической и мо­ральной долговечности данной модели, сроков на подготовку к производству, технологичности в условиях конкретного пред­приятия, возможности транспортирования в собранном или разобранном виде, потребности в данном регионе и многих дру­гих факторов.

Материалоемкость один из важнейших показателей, так как стоимость изделий из древесины на 50—80 % определяется стоимостью используемых материалов, а полезный выход ино­гда составляет до 25 %. Системный подход к анализу конструк­ции позволяет выявить ее оптимальный вариант и избежать субъективных ошибочных решений. Для этой цели используют принципы функционально-стоимостного анализа (ФСА).

Правила конструирования. При конструировании формиру­ется комплекс всех основных свойств нового изделия, его каче­ство, полезность и популярность для потребителя, экономиче­ская эффективность выпуска для изготовителя. Изделия кон­струируют на основании заявки, составленной заказчиком, в лице которого может быть министерство или подведомствен­ная ему организация. Заказчик предъявляет разработчику исходные требования к изделию, (подлежащему разработке, от­вечает за обоснованность предъявляемых требований и обеспе­чивает реализацию и полное использование изделий в предпо­лагаемом объеме выпуска в планируемом периоде. На основе достижений отечественной и зарубежной науки и техники, по­требностей народного хозяйства и возможностей экспорта

 

разработчик разрабатывает техническое задание на проектируе­мое изделие. Техническое задание является обязательным ис­ходным документом на разработку или модернизацию продук­ции. Порядок разработки, согласования и утверждения заявки и технического задания должен соответствовать ГОСТ 15.009—86 и 15.001—88. Техническое задание иногда разрабатывают на ос­нове результатов экспериментальных работ, научного прогнози­рования, анализа технического уровня, изучения патентной до­кументации. В техническое задание включают прогнозируемые показатели технического уровня и качества продукции, лимит­ную цену продукции. Техническое задание не должно ограничи­вать инициативу разработчика при выборе оптимальных реше­ний конструирования и разработки технической документации.

Одним из важнейших разделов технического задания явля­ется раздел «Технические требования», в котором формулиру­ются требования к изделию с учетом действующих стандартов и норм. В этом разделе обычно указывают: состав, показатели и назначение, требования к надежности, требования к техноло­гичности, уровню унификации и стандартизации, эстетические и эргономические требования, патентную чистоту, требования к составным частям изделия, сырью, исходным материалам, ус­ловия эксплуатации, маркировку, упаковку, транспортирование и специальные требования. Техническое задание согласовывают с заинтересованными организациями и заказчиком.

Включаемые в техническое задание требования к изделию основываются на современных достижениях науки и техники с учетом необходимости обеспечения опережающего техниче­ского уровня продукции. Изделие должно полностью соответ­ствовать техническому заданию, содержащему требования к продукции высшей категории качества. Поскольку в условиях научно-технического прогресса требования к продукции меня­ются сравнительно быстро, при конструировании изделий необ­ходимо прогнозировать технический уровень его на весь период разработки и постановки продукции на производство.

При разработке конструкции изделия разработчик вносит предложения по унификации, стандартизации элементов изде­лия, используемых материалов, методов изготовления, испыта­ния, хранения и транспортирования. Выявляют новые, ориги­нальные технические р'ешения, составляют заявки на предпола­гаемые изобретения, которые подтверждают новизну решений и высокий технический уровень конструируемого изделия. Разра­батывает техническую документацию и организует изготовле­ние опытного образца и его испытание. Изготовитель обеспечи­вает своевременное освоение нового изделия в заданных пара­метрах качества. Потребитель обеспечивает надлежащее применение изделий с максимальным использованием его тех­нической возможности, информирует о результатах наблюдений

 

и имеющихся рекламациях по качеству в начальный период реализации.

Порядок пострдения и оформления документации на кон­струируемое изделие должен соответствовать требованиям го­сударственных стандартов, Единой системы конструкторской до­кументации (ЕСКД) и Единой системы технологической подго­товки производства (ЕСТПП). Последовательность работ при проектировании и постановке продукции на производство пока­зана на схеме рис. 19.

При конструировании изд'еяий из древесины необходимо учитывать физико-механические свойства древесины как исход­ного конструкционного материала, ее анизотропию и гигроско­пичность, а также условия современного производства. Надле­жащее качество изделия обеспечивается соблюдением элемен­тарных правил конструирования.

Древесина является гигроскопичным материалом. Изделие из нее эксплуатируется в условиях изменяющейся относитель­ной влажности воздуха. Отдельные детали изделия будут в про­цессе эксплуатации изменять свою влажность, как показывают наблюдения, примерно на 4—8%. По этой причине детали из­делия из древесины будут изменять свои размеры в зависимо­сти от коэффициентов усушки и разбухания. При разбухании и усушке древесина способна развить напряжения, превосходя­щие ее предел' прочности на сжатие и растяжение поперек воло­кон. Этой особенностью древесины пользовались еще в Древ­нем Египте для раскалывания скальных пород при сооружении пирамид. В скале долбили отверстия на определенном рас­стоянии друг от друга. В эти отверстия забивали клинья из вы­сушенной древесины. На эти кл'инья поливали водой. Древесина впитывала воду, клинья разбухали и создавали внутренние на­пряжения в скале выше ее предела прочности. Происходило разрушение скальной породы между сделанными в ней отвер­стиями.

Если в изделии закрепить детали между собой таким обра­зом, что неизбежное при эксплуатации разбухание их и усушка будут ограничены этим закреплением, то непременно произой­дет разрушение либо изделия в местах закрепления, либо самой детали. Учитывая эту особенность древесины, необходимо кон­струировать изделие из нее таким образом, чтобы эти неизбеж­ные изменения размеров и формы деталей в процессе их воз­можного увлажнения и усушки происходили свободно, без разрушения целостности изделия и изменения его формы. На рис! 20 дан пример использования этого правила. Вставленный в пазы рамки 1 щит 2 в процессе эксплуатации при увлажне­нии будет изменять свой размер от / до (1 + а), когда его влаж­ность будет максимальной. Для того чтобы эта конструкция, сечение которой показано на рис. 20,а, осталась цельной, необ-

 

 

 

 

Рис. 19. Схема последовательности организации производства новых изделий

ходимо пазы в рамке делать с учетом возможного изменения размера щита на величину а. При этом склеивать такой щит в пазах рамки нельзя.

Для обеспечения прочночти конструкции щит должен входить в эти пазы достаточно глубоко и относительно плотно. При эксплуатации изделия при значительных размерах деталей из древесины поперек волокон будут неизбежные изменения их размеров и формы.

 

 

 

В таком случае это правило при конструировании изделия практически будет трудно выполнить. Кроме того, детали изделий из древесины следует конструировать так, чтобы неизбезбежные изменения их размеров и формы при эксплуатации были минимальными. Это условие достигается применением клееных древесных материалов, у которых значительно уменьшены анизотропия свойств и коэффициенты усушки и разбухания. Широкое использование в конструкции изделия плитных материалов, фанеры, гнутоклееных деталей и пластмасс полностью соответствует требованиям этого правила.

 

 

 

 

Рис. 20. Соединения деталей изделий из древесины:

а – обеспечивающие целостность изделий при эксплуатации; б – возможные5 изменения формы щитов при усушке

 

На рис. 20, б показаны четыоре приема склеивания деталей из древесины для уменьшения возможного изменения их размеров и формы в процессе эксплуатации изделия. Широкие детали следует склеивать из мелких заготовок с соответвующим подбором расположения годичных слоев. При этом следует помнить, что полная усушка древесины в тангентальном направлении 6 – 12%, а в радиальном только 3 – 5%. По этой причине при эксплуатации изделий форма детали будет изменяться из-за усушки или разбухания, как показано на рис. 20,б. При склеивании заготовок необходимо, чтобы склеивались одноименные поверхности по расположению годичных слоев,

 

 

а смежные поверхности, образующие пласти заготовок после склеивания, были различными.

Исходя из требования этого правила, детали из цельной древесины размером сечения свыше 100 мм необходимо всегда склеивать из заготовок меньших сечений. Максимально допу­стимый размер сечения брусков из цельной древесины у каче­ственных изделий мебели менее 100 мм. При эксплуатации не­которые изделия из древесины являются несущими и подверга­ются значительным нагрузкам (клееные несущие конструкции, лыжи, хоккейные клюшки и т. п.). Поскольку прочность дре­весины в различных направлениях действия сил относительно ориентации волокон различна, то при конструировании изделий необходимо это учитывать. При сжатии и растяжении древе­сина имеет максимальные значения пределов прочности при действии силы вдоль волокон, а при изгибе — перпендикулярно волокнам. Поэтому все детали изделия, воспринимающие уси­лия растяжения и сжатия, должны иметь направление волокон, совпадающее с действием этих сил. Детали, воспринимающие изгибающие усилия, должны иметь направления волокон древе­сины перпендикулярные действующей изгибающей их силе. Направление годичных слоев в сечении детали из хвойных по­род относительно сжимающих усилий оказывает влияние на предел прочности древесины. Если угол наклона годичных слоев равен 45°, предел прочности древесины хвойных пород на сжатие составляет только 75 % предела прочности при перпен­дикулярном или параллельном направлении силы сжатия к на­правлению годичных слоев. Это правило согласования действия сил и направления волокон соблюдается при конструировании изделия из древесины, так как длина детали и направление во­локон в ней почти всегда совпадают.

Изделие должно быть технологичным для существующих условий производства. Это значит, что проектируемое изделие при изготовлении потребует минимальных материальных и тру­довых затрат, может быть легко освоено действующим произ­водством без коренной ломки технологии и необходимости при­обретения дополнительного дорогого оборудования и оснастки. При изготовлении изделия не потребуются дефицитные мате­риалы и опасные приемы работ. Гарантируется планируемый рост производительности труда и рентабельность производства.

При конструировании необходимо предусмотреть и обеспе­чить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц в преде­лах минимальной точности их изготовления. Количество соеди­нений, требующих высокой степени точности обработки, должно быть минимальным. Необходимо широко использовать унифи­цированные и стандартные элементы, избегать оригинальных крепежных деталей, сложных профилей и трудноосуществимых сопряжений. Целесообразно использовать в новых изделиях де-

 

 

тали и узлы, которые уже освоены производством. При кон­струировании необходимо постоянно учитывать функциональ­ные и эстетические требования. У многих изделий из древесины функциональные требования основываются на данных антропо­метрии, физиологии, инженерной психологии и гигиены. Функ­циональные размеры изделий мебели, музыкальных инструмен­тов и спортивного инвентаря должны соответствовать размерам тела человека, его физиологическим и психологическим особен­ностям. Эстетические требования должны отвечать гармониче­скому сочетанию нового изделия с окружающей средой. Функ­циональные размеры изделий, например мебели, определяются государственными стандартами. Согласно этим положениям проектируемое изделие должно отвечать своему назначению в соответствии с требованиями стандартов и норм по всем по­казателям качества и техническому уровню. Оно должно поль­зоваться спросом, обладать патентной чистотой и быть конку­рентоспособным на внешнем рынке. Проектируемые изделия должны превосходить по некоторым показателям качества ана­логичные изделия высшей категории, аттестованные государст­венным Знаком качества. Для установления соблюдения этих условий конструируемое изделие в художественном совете ми­нистерства тщательно анализируется на соответствие современ­ным требованиям. Составляется карта технического уровня, в которой дается оценка новому изделию по всем основным характеристикам качества, и решается вопрос о целесообраз­ности освоения выпуска изделия производством.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: