 |
Анализ технологичности конструкции детали
|
|
|
|
Теоретические положения.
В производстве при разработке технологических процессов обработки и сборки необходимо тщательно проанализировать конструкции на предмет выявления их недостатков по данным чертежа и техническим требованиям. Выявить возможно ли получение точности по допускам размеров, формы, расположения на предварительно выбранном или имеющимся на производстве оборудовании.
Под технологичностью конструкции изделия понимается совокупность свойств, обуславливающих оптимизацию затрат труда в процессе проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта в сравнении с однотипным экземпляром при условии обеспечения эксплуатационных показателей качества и при заданном типе производства.
Исполнителями отработки конструкции на технологичность являются разработчики конструкторской документации и разработчики технологических процессов предприятия - изготовителя. На стадии рабочей конструкторской документации должен быть выполнен основной объем работ по отработке конструкции детали на технологичность (примерно 80%).По ГОСТ 2.121-73 введено понятие технологического контроля конструкторской документации.
Отработка конструкции изделия на технологичность обеспечивает решение следующих задач:
-снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия;
-снижение трудоемкости и стоимости работ при эксплуатации, техническом обслуживания и ремонте.
Обеспечение технологичности конструкции детали сводятся к выполнению следующих требований:
1. Конструкция должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;
2. Детали должны изготавливаться из стандартных или унифицированных заготовок;
|
|
|
3. Физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления (включая процессы упрочнения, коррозионной защиты и пр.), хранения и транспортировки;
4. В конструкции детали должны быть предусмотрены элементы для выхода инструмента при обработке;
5. Конструкция детали должна предусматривать применения высокопроизводительных методов
обработки, многоместных приспособлений, типовых и стандартных технологических процессов;
6. Размеры и поверхности детали должны иметь оптимальную точность и шероховатость из условий
работоспособности и изготовления.
Качественный анализ.
Качественный анализ технологичности ставит задачу выявления рациональных геометрических форм деталей, назначение оптимальной точности из условий обеспечения работоспособности детали и достижения этой точности на металлообрабатывающем оборудовании, рациональный выбор метода получения заготовки и пр. Примеры обеспечения технологичности деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках, приведены в [5 стр. 164-180]. (Рис.1)
Конические переходы (Рис.1а) между ступенями вала и фаски следует назначать с учетом стандартных проходных резцов с углом в плане 45, 60, 90 град.
Геометрические элементы (фаски, канавки, галтели и др.) должны быть унифицированы (рис.1а 16), поверхности должны по форме соответствовать стандартному инструменту (рис.1в).
Форма шпоночного паза должна соответствовать форме дисковой фрезы, более целесообразной чем концевой (рис. 1г).Значительное различие в скорости резания на кромке инструмента в центре и на периферии при обработке сферы (рис.1д) приводит к неравномерному изнашиванию и наличие осевого отверстия существенно улучшает процесс резания.
Целесообразную безударную обработку торцов детали (рис 1 е) обеспечивает замена прямоугольного фланца круглым.
|
|
|
Ось отверстия, обрабатываемого сверлом, протяжкой (рис.1 ж, з) должна располагаться по нормали к поверхности на входе и выходе.
Поверхности детали должны обеспечить свободный доступ к обрабатываемым поверхностям для чего необходимо увеличивать диаметр отверстий и избегать обработки закрытых поверхностей (рис.1 к,л,у).
Необходимо максимально упрощать фасонные поверхности, отделять их от остальных поверхностей канавками (рис.1м).
Рис.1. Технологичность конструктивных элементов детали
При выполнении этого раздела студенту необходимо вычертить эскиз детали и номерами обозначить поверхности (см. рис.2) Для сопрягаемых поверхностей детали, по рекомендациям [1], исходя из условий работы, конструктивных факторов по методу аналогов выбрать посадку. Посадка сопрягаемых деталей определит определит поле допуска размера поверхности. Назначить по [3] численные значения допусков формы и расположения поверхностей, округлив их до численных значений по степеням точности таблиц стандартов [1]. Исходя из технологических возможностей металлообрабатывающих станков, по [5 табл. 3.1] проверить возможность достижения заданного допуска.
Например: поверхность 5 детали на рис.2 цилиндрическая, сопрягается с внутренним кольцом подшипника. Из циркуляционного нагружения кольца по [2] принимаем посадку с натягом Lo/к6, поле допуска размера поверхности – к6. Для увеличения работоспособности подшипника, снижения шума при работе назначаем допуск круглости по рекомендациям [3] То=1/4 Тр, где допуск на размер поверхности, То=0,013 мм. Принимаем численное значение допуска из таблиц стандарта [1] То=0,012 мм., что соответствует 6-й степени точности. Для уменьшения вибрации, повышения работоспособности узла необходимо назначить допуск соосности поверхностей, сопрягаемых с подшипниками Т®= 48/п, где «-число оборотов вала, получаем Тв>=0.048 мм. Принимаем из таблиц стандарта ближайшее значение Т®=0,05 мм., что соответствует 7-й степени точности. Для упрощения контроля вместо допуска соосности целесообразно назначить допуск радиального биения Т|, приняв численное значение по 7-й степени или на одну степень больше. За базу при контроле допуска биения принять ось центровых отверстий. Величину шероховатости поверхностей назначаем по рекомендациям [1 табл.2.68] Ra= 0.8мкм.
|
|
|
Для шлицевых поверхностей необходимо назначить способ центрирования, выбрать посадки по поверхностям, которые определят поля допусков размеров [2].
Для резьбовых соединений назначить шаг резьбы и принять посадку. При наличии в детали отверстий под крепежные соединения назначить позиционные допуски по рекомендациям [1].
Степень точности зубчатых колес принять по рекомендациям [2], в зависимости от окружной скорости.
Рис.2. Эскиз детали с обозначением поверхностей
Количественный анализ технологичности конструкции детали.
Для количественной оценке показателей технологичности применяют показатели, рекомендованные ГОСТ 14.201-73 и ГОСТ 140292-73 (система ЕСТПП). Для установившегося серийного или массового производства изделий на стадии рабочей документации рекомендуется оценивать технологичность по 22 показателям [4].
Для деталей на этапе технического проекта рекомендуется определять следующие количественные показатели технологичности:
- Ти трудоемкость изготовления изделия, оцениваемая щтучным временем на изготовление;
- Ким коэффициент использования материала, равный отношению массы детали к массе заготовки;
- Ст технологическая себестоимость изделия;
- Ктп коэффициент применения типовых технологических процессов;
- Кт.ч коэффициент точности обработки;
- Кш коэффициент шероховатости поверхности;
- Ку коэффициент унификации конструктивных элементов.
Для определения трудоемкости изготовления детали и технологической себестоимости необходимо выполнить необходимо знать технологический процесс обработки, тип оборудования, технологические режимы обработки. Поэтому в данной практической работе определим количественные величины остальных коэффициентов. Для выпонения расчетов данные по параметрам поверхностей детали целесообразно занести в табл. 1.
Таблица 1. Номера поверхностей по рис.2
|
|
|
Коэффициент унификации конструктивных элементов
,
где 
– сумма унифицированных конструктивных элементов,
– сумма конструктивных элементов поверхностей детали, подлежащих унификации.
Деталь считается технологичной, если Ку> 0.6
Коэффициент точности обработки
Кт.ч.= 1- 1/Аср,
где Аср = (6·N6 + 7·N7 + 8·N8 +……14·N14)/ , здесь 6, 7, 8…..14 – квалитеты точности поверхностей, N6, N7, N8….N14 – количество поверхностей соответствующего квалитета.
Деталь считается технологичной, если коэффициент точности Кт.ч. > 0.6.
Коэффициент шероховатости
Кш = 1/ Бср,
где Бср = 0,2·N0,2 + 0,4·N0,4 + ………..+ 6,3·N6,3, здесь 0.2, 0.4 ….6.3 шероховатость поверхностей по параметру Ra, N – количество поверхностей с соответствующей шероховатостью.
Деталь считается технологичной, если Кш< 0.32.
Технологичность с учетом термообработки.
Термическая и химико-термическая обработка, предварительная, промежуточная и окончательная позволяет повысить надежность деталей и их эксплуатационные характеристики.
Вследствие неравномерного нагревания и охлаждения при термической обработке возникают термические напряжения, что приводит к короблению и, возможно, образованию трещин. Искривление деталей простой формы устраняют после термической обработки правкой, а искажение размеров – шлифованием. Детали сложной формы предпочтительно изготавливать из легированных сталей и закаливать в масле. Для деталей, подвергаемых термической обработке, следует соблюдать следующие требования:
- сечение детали должно быть симметричным;
- форма детали не должна иметь резких перепадов сечений;
- детали не должны иметь острых кромок, тонких перемычек, выступов;
- внутренние углы и резкие перепады сечений должны иметь скругления радиусом не менее 0.5 мм при закалке в воде и 0.25 мм. при закалке в масле;
- шероховатость поверхностей во избежание возникновения трещин должна быть Ra <12мкм..
- при закалке ТВЧ не допускается выход закаленного слоя в опасную (нагруженную) зону.
Остальные требования по технологичности конструкции термообрабатываемых деталей приведены в [5].
Порядок выполнения задания.
1. По выданному сборочному чертежу составить эскиз заданной преподавателем детали и обозначить поверхности. (См. рис 2). Чертеж детали также может быть выдан студенту преподавателем.
2.Провести анализ технологичности конструктивных форм детали и ее элементов.
3. Выбрать посадки сопрягаемых поверхностей детали, определить допуски на указанные поверхности.
(по выданному чертежу назначить допуски и шкроховатость поверхностей из числа стандартных значений, проверить соответствие численных значений допусков размеров, формы и расположения, шероховатости поверхностей).
|
|
|
4. Назначить допуски формы и расположения поверхностей детали.(если чертеж разрабатывается)
5. Назначить шероховатость поверхностей.(если чертеж разрабатывается)
6. Выполнить деталировочный чертеж в соответствии с требованиями ЕСКД.(если чертеж разрабатывается)
7. Провести количественный анализ технологичности.
8. Провести анализ технологичности с учетом термообработки.
9. Предъявить преподавателю эскиз, чертеж и выполненные расчеты.
Литература.
1. Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. / В.Д. Мягков, М.А. Палей и др. / 6-е изд. перераб. и доп. - Л. Машиностроение, Ленингр. Отд- ние 1981. 4.1.
2. Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. / В.Д. Мягков, М.А. Палей и др. / 6-е изд. перераб. и доп. - Л. Машиностроение, Ленингр. Отд-ние 1981. 4.2.
3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для техн. спец. Вузов. - М.: Высш. шк., 1998. - 447 с, ил.
4. Единая система технологической подготовки производства. Москва. Издательство стандартов, 1975.
5. Балабанов А.Н. Технологичность конструкций машин. - М.: Машиностроение, 1987. - 336 с: ил.
Практическая работа №5
|
|
|
