Технологичность конструкции и пути ее улучшения

В процессе конструкторской подготовки производ­ства должна обеспечиваться максимальная технологич­ность конструкции деталей, узлов и изделий в целом применительно к конкретным условиям и масштабам производства.

Технологичной называют такую конструкцию детали, узла и изделия в целом, которая при заданных размерах выпуска и при заданных эксплуатационных показателях позволяет применять технологические ме­тоды и формы организации производства, обеспечиваю­щие минимальную себестоимость в конкретных усло­виях данного предприятия. Технологичность не следует смешивать с конструктивностью.

Конструктивность детали – такое ее кон­структивное оформление, которое при минимальных за­тратах на материал обеспечивает выполнение деталью ее назначения в объекте на протяжении расчетного срока службы.

Конструктивность узла – та­кое его конструктивное оформление, которое, будучи выполнено по наиболее простой кинематической или электрической схеме и притом из наименьшего количе­ства конструктивно оформленных деталей, обеспечивает выполнение узлом (прибором) его функций.

В противоположность технологичности конструктив­ность почти не зависит от размеров выпуска. Конструк­ция изделия, разработанная применительно к условиям индивидуального производства, обычно оказывается не­технологичной при переходе к серийному и тем более к массовому производству.

Технологичность как экономический показатель кон­струкции изделия имеет значение для всех без исклю­чения стадий технологического процесса: отливки, штам­повки, механической обработки, сборки, окраски и даже упаковки. Каждый технологический процесс обладает специфическими особенностями, которые должны быть учтены конструктором при его совместной работе с тех­нологом, чтобы при минимальных материальных и тру­довых затратах спроектировать отвечающую своему назначению продукцию.

Следует подчеркнуть динамичность понятия «техно­логичность конструкции». По мере изменения конкрет­ных условий производства, в частности технологической вооруженности предприятия, изменяется и оценка тех­нологичности конструкции. По мере появления нового оборудования и новых, более совершенных технологиче­ских методов, по мере увеличения размеров выпуска и внедрения в производство технико–организационных усовершенствований конструкция должна непрерывно изменяться и улучшаться. Это обязывает конструкторов внимательно следить за новейшими достижениями тех­нологии, хорошо знать технические возможности за­вода, его оборудование и учитывать все это в своей работе.

Важнейшими факторами, определяющими техноло­гичность конструкции, являются:

· количество деталей в конструкции и их распределение по конструктивному назначению;

· конструктивные формы деталей;

· ко­личество применяемых марок и типоразмеров матери­алов, их расход на изделие и использование;

· рацио­нальное расчленение изделия на сборочные единицы.

Все указанные факторы непосредственно влияют на объем работ по технической подготовке производства, на длительность цикла подготовки производства, на размеры затрат по ее осуществлению. Поэтому каждая новая конструкция должна обладать определенными показателями, характеризующими ее соответствие про­грессивным направлениям в технологии и организации производства.

Коли­чественное соотношение деталей в конструкции по их конструктивному назначению является также важнейшим фак­тором технологичности, так как определяет экономич­ность конструктивной и пространственной компоновки изделий.

По своему конструктивному назначению детали мо­гут быть распределены на 4 основные группы:

1. Основные детали, служащие для выполнения оп­ределенных – кинематической, динамической, электри­ческой и т. п.– функций, непосредственно связанных со служебным назначением изделия (например, лампы, резисторы, конденсаторы, проводники, зубчатые ко­леса).

2. Дополнительные детали, аналогичные основным, но не связанные с принципиальной схемой изделия, а вводимые конструктором для пространственной ком­поновки (например, каркасы, шасси, панели).

3. Вспомогательные детали специального и нормаль­ного типа (кроме крепежных), служащие для поддер­жания, закрывания, крепления (например, футляры, крышки, колпаки, кожухи).

4. Крепежные нормализованные детали.

Пользуясь такой классификацией и обозначив через N_осн, N_доп, N_всп и N_кp количества наименований соответ­ственно основных, дополнительных, вспомогательных и крепежных деталей можно выразить технологичность и экономичность компоновки изделия рядом коэффициен­тов. Так, экономичность пространственной компоновки окончательной схемы изделия можно выразить отноше­нием числа дополнительных деталей к числу основных:

· Экономичность окончательного проектирования из­делия при переходе от схем к рабочим чертежам характеризуется отношением числа вспомогательных деталей к числу основных:

(9)

· Экономичность конструктивного оформления изде­лия в целом можно охарактеризовать при помощи ко­эффициента:

(10)

При сопоставлении вариантов конструкций более технологичной окажется та, у которой указанные коэф­фициенты будут ниже.

Экономичность конструкции можно повысить также, если уменьшить общее количество деталей в ней. При разработке электрической схемы необходимо свести к минимуму число используемых в ней номиналов ламп, резисторов, конденсаторов и других комплектующих изделий. С этой же целью необходимо применять такие методы изготовления деталей, как холодная вытяжка, литье под давлением, точное литье, прессование дета­лей из пресспорошка и металлопорошка и т.д., которые создают предпосылки для сокращения числа деталей.

Конструктивные формы детали как фактор техноло­гичности. Создавая деталь, отвечающую требованиям технологичности, необходимо добиваться, чтобы ее кон­структивные формы представляли собой сочетание наи­более простых и удобных для обработки поверхностей, обеспечивающее:

· наименьшее количество перестановок детали в процессе обработки;

· свободный доступ рабочего инструмента к обра­батываемой поверхности;

· простоту установки детали в положение, удобное для обработки ее поверхностей универсальным инстру­ментом, по возможности без применения специального инструмента и приспособлений.

Упростив форму детали, происходит сокращение времени ее об­работки, ускоряются сроки освоения, а также потребность в технологическом оснащении. Добиваясь технологичности конструкции, необходимо повы­шать удельный вес так называемых «черных деталей», т.е. деталей, изготовляемых из сортового металла в основном без снятия стружки, например штамповкой, вырезкой и т. п. В конструкцию следует вводить больше деталей, получаемых литьем под давлением и точным литьем. Необходимо также стремиться к увели­чению доли круглых деталей, образуемых поверхнос­тями вращения и изготовляемых главным образом на токарных станках, автоматах и револьверных станках, которые обслуживаются рабочими сравнительно невы­сокой квалификации. Долю же плоских деталей, обра­батываемых главным образом на фрезерных и плоскошлифовальных станках, а также долю спе­циальных и сложных деталей, требующих для своего изготовления специальных станков или сложных приспо­соблений, необходимо по возможности снижать.

Важным признаком технологичности конструкций является строгость требований, предъявляемых к точ­ности исполнения деталей и к чистоте обрабатываемых поверхностей. Чем больше допуски размеров детали, т.е. чем ниже требования к точности, тем проще тех­нологический процесс изготовления детали и тем выше ее технологичность. С возрастанием требований к точности размеров усложняется конструкция инструмента, возникает надоб­ность в более частых и тщательных заточках инстру­мента. С уменьшением допусков возрастает вероятность появления деталей с размерами, выходящими за пре­делы допустимых отклонений. И если размеры деталей с большими допусками можно контролировать выбо­рочно, то для деталей высокой точности (с малыми до­пусками) приходится вводить стопроцентный контроль размеров после каждой операции. Это увеличивает за­траты на технический контроль и на его оснащение.

Применяемые материалы как фактор технологично­сти. Выбор материала и заготовок для изделия очень сильно влияет на его технологичность. Конечно, выбор материала определяется в первую очередь технико–эксплуатационными соображениями, т.е. стремлением обеспечить надлежащее качество работы и надежность изделия в эксплуатации. Но если этим требованиям удовлетворяет несколько материалов, то выбрать из них следует тот, который обеспечит наибольшее сниже­ние себестоимости изделий. Таким материалом необя­зательно окажется самый дешевый из них. Иногда вы­годнее применить более дорогой материал, если он легче поддается обработке, поэтому следует учитывать, помимо его технико–эксплуа­тационных качеств и стоимости, еще и то, насколько велики будут затраты на его обработку.

Большое влияние на стоимость обработки оказывает характер заготовок. Известно, что формообразование деталей происходит на заготовительных операциях зна­чительно быстрее и легче, чем на операциях механиче­ской обработки. Поэтому при конструировании изделий надо стремиться к получению возможно более точных заготовок, что позволяет отказаться от черновых опе­раций механической обработки и значительно сократить весь цикл изготовления изделия. Весьма широкие воз­можности в этом отношении представляют ме­тоды заготовительной технологии (кокильное литье, литье под давлением, прессование деталей, холодная штамповка и т.д.).

Существенных результатов в повышении технологич­ности изделий можно добиться, сократив расход мате­риалов на единицу продукции и уменьшив массу изделия. Для этого надо уменьшить габариты и сечения деталей и узлов, рационально выбрать их элект­рические и механические параметры. В ряде случаев детали и узлы утяжеляются потому, что конструктор пытается обеспечить стабильность параметров изделия не созданием рациональ­ной конструкции и использованием наиболее подходя­щих материалов, а более легким путем – увеличением габаритов и применением целого ряда вспомогательных деталей, предназначенных для компенсации нестабиль­ного качества основных деталей. Прочность и жесткость деталей, выполняющих механические функции, часто обеспечивают не подбором наиболее рациональных форм и сечений, а увеличением этих сечений и утолщением стенок. В процессе конструирования не всегда учиты­вают возможности наивыгоднейшего раскроя.

Важным фактором повышения технологичности яв­ляется и всемерное сокращение номенклатуры и типо­размеров применяемых материалов. Многообразие наименований и марок материала не только затрудняет материально–техническое обеспе­чение производства, но и усложняет процесс производ­ства, поскольку разные марки требуют разной терми­ческой обработки, различной геометрии инструментов и различных режимов резания. При многообразии на­именований и марок применяемых материалов увеличи­ваются складские запасы.

Важнейшим средством ограничения применения из­готовляемых промышленностью марок и сортаментов материалов является использование ограничительных отраслевых стандартов.

В эти ограничительные стандарты каждое предприя­тие вносит указания по ограничению количества марок и сортамента материала на данном предприятии с уче­том специфики изготовляемой им продукции.

Расчлененность конструкции как фактор технологич­ности. Среди требований, предъявляемых к современ­ным изделиям, имеются такие, как минимальная длительность цикла изготовления, простота сборки, мон­тажа, обслуживания при эксплуатации и ремонте. Для удовлетворения этих требований конструкция должна быть максимально расчленена на составляющие ее сбо­рочные соединения [12].

Наибольшей расчлененности конструкции можно до­биться, применив функционально–узловой принцип кон­струирования. Степень расчлененности конструкции в значительной степени предопределяет возможные ме­тоды сборки. С точки зрения сборки технологичной бу­дет являться такая конструкция, которая расчленена на максимальное количество сборочных единиц, что обеспечивает параллельность и независимость их сбор­ки, функциональную законченность, наименьшее число и наибольшую простоту межузловых связей.

Расчленение конструкции на воз­можно большее количество сборочных элементов не только ускоряет процесс сборки и открывает путь к его механизации и автоматизации, но и расширяет возмож­ности кооперирования производства на основе органи­зации специализированных предприятий по выпуску от­дельных типовых элементов. Одновременно намного облегчаются задачи унификации этих элементов и, стало быть, расширяются возможности их использова­ния в различных изделиях.