Главный критерий технологичности конструкции — ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта

Стандартное определение технологичности конструкций сформулировано, исходя из принципа сокращения материальных и трудовых затрат во всех сферах проявления свойств конструкции объекта.

Технологичность — совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени на всех стадиях создания, производства и эксплуатации изделия.

Отработка конструкции изделия на технологичность — это комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции изделия по установленным показателям. Основная задача отработки — придание изделию комплекса свойств, устанавливаемых понятием (термином) «технологичность». Для решения этой задачи изделие необходимо рассматривать как объект, разработки (по стадиям разработки) на всех стадиях жизненного цикла. Технологичность изделий проявляется в процессе их производства и эксплуатации. Основными видами технологичности конструкции изделий являются:

1. По области проявления:

· производственная технологичность (конструкторская и технологическая подготовка производства);

· эксплуатационная технологичность (таким образом и ремонт).

2. По характеризуемым свойствам:

· технологическая рациональность конструкции (по виду затрат);

· конструктивно-технологическая преемственность (по форме проявления).

Основные требования и рекомендуемые решения при отработке конструкции на технологичность:

· обеспечение расчленения объекта на сборочные единицы (возможность независимой параллельной сборки; принцип агрегатирования);

· обеспечение унификации и стандартизации элементов конструкции (сокращение номенклатуры деталей);

· обеспечение рациональных сборочных баз (принцип единства баз);

· обеспечение рационального процесса сборки;

· обеспечение удобства сборки (механизация и автоматизация; общая сборка без промежуточных разборок; доступ к местам регулирования и контроля; легкосъемность быстроизнашивающихся деталей;

· обеспечение рациональных соединений составных частей (минимальное число соединений);

· обеспечение применения типовых технологических процессов: обработки, сборки, контроля и испытаний.

Для создания рациональной технологии изготовления (и сборки) необходима рациональная конструкция. Рациональность конструкции во многом определяется следующими показателями технологичности:

· масса (вес) изделия;

· удельная материалоемкость изделия.

В машиностроении уменьшение массы изделий позволяет снижать расход материалов (в основном металлических) и, соответственно, стоимость изготовления. Снижение массы должно обеспечиваться без ущерба прочности, жесткости и надежности (долговечности) объекта.

Понятие «материалоемкость» отличается от понятия «масса» — они неравнозначны. Материалоемкость лучше всего выражается объемом элементов, составляющих объем. Удельная материалоемкость является показателем качества конструкции. Снижение массы и материалоемкости объекта обеспечивается рациональной конструкцией элементов объекта, которая основана на следующих принципах:

· принцип равного напряжения сечения — рациональная форма сечения для каждого вида нагрузки;

· принцип равнопрочности - уменьшение концентрации нагрузки - обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечных сечениях;

· принцип относительной жесткости — обеспечение рационального баланса жесткости;

· принцип рационального погружения;

· принцип обсечения — уменьшение неравномерности напряжений путем удаления материала из малонапряженных участков;

· применение рациональных конструктивных схем — минимальное число звеньев, компактность, многопоточные схемы;

· уточнение расчетных напряжений;

· выбор соответствующего материала, применение технологических методов упрочнения материалов.

Выгодность материалов по массе можно оценить с помощью удельных показателей. Выбор материала определяется не только его массово-прочностными характеристиками, но и следующими факторами:

· назначением и условиями работы детали;

· физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами материала;

· стоимостью,

В машиностроении жесткость — это способность системы сопротивляться действию внешних нагрузок с деформациями (перемещениями), допустимыми без нарушения работоспособности системы. Таким образом, жесткость определяет работоспособность объекта в такой же мере, как и прочность, и, соответственно, определяет массу (материалоемкость) конструкции.

Одним из важнейших направлений сокращения трудоемкости и продолжительности ТПП является использование технологической унификации и стандартизации. К основным ее направлениям относятся: типизация и нормализация технологических процессов; унификация технологической документации; групповые методы обработки деталей; унификация оборудования и технологической оснастки. Под типизацией технологических процессов (ТТП) понимается система их рациональной разработки, основанной на создании групп конструктивно-технологически подобных деталей или сборочных единиц. Наибольшее распространение ТТП получила при разработке технологических процессов механообработки.

ТТП обеспечивает: упорядочение существующей технологии; внедрение прогрессивных методов обработки и сборки; использование высокопроизводительной, быстропереналаживаемой оснастки и оборудования; применение принципов поточного производства в организации производственных процессов серийного и мелкосерийного производств; внедрение гибкого автоматизированного производства; значительное снижение трудоемкости разработки технологических процессов, а вместе с тем и сокращение сроков ТТП.

Работы по ТТП осуществляются в два этапа.

Первый этап — классификация деталей по группам конструктивно-технологического подобия и выбор типового представителя каждой группы. Подбор деталей в такие группы осуществляется по следующим признакам: близкие по конструктивному оформлению при одинаковых требованиях к точности и чистоте обработки поверхностей, одинаковой последовательности операций и однотипном использовании оборудования и оснастки.

Формирование таких групп, как правило, осуществляется на основе разработанного конструктивно-технологического классификатора деталей, при котором детали предварительно группируются в классы по признаку служебного назначения, классы делятся на подклассы по конструктивным формам деталей, что обусловливает подобие их технологических маршрутов и идентичность применяемой оснастки. Дальнейшее разделение на группы (по признаку общности материала) обеспечивает унификацию технологического маршрута их обработки. И, наконец, все детали группируются по типам в соответствии с требованиями точности их обработки. Из каждой типовой группы деталей выбирается конкретная деталь, имеющая наибольшее число обрабатываемых поверхностей и наибольшую трудоемкость изготовления. Эта деталь принимается в качестве базовой для разработки технологии.

Второй этап — разработка технологического процесса на базовую деталь, который утверждается как типовой для данной группы. Кроме необходимых сведений для изготовления базовой детали ТТП содержит указание о методах обработки всех деталей данной группы в виде полного перечня и последовательности операций и переходов обработки деталей данного типа. ТТП сборки осуществляется с помощью типовых технологических схем, определяющих структуру технологического процесса в виде перечня типовых операций и последовательности их выполнения.

Нормализация технологических процессов (НТП) дополняет ТТП. В распоряжении технологов имеются технологические нормали на используемые исходные материалы (сплавы, марки, профили и др.), режимы и методы обработки (плавки, заливки, нагрева под ковку, штамповку, термообработку), геометрические элементы конструкций (радиусы закруглений, углы и т. д.), припуски, допуски, уклоны на штамповке и т. п.

Групповые методы обработки деталей аналогично ТТП базируются на классификации деталей по группам по тем же признакам конструктивно-технологического подобия. Однако групповой технологический процесс разрабатывается не на конкретную базовую деталь, а на комплексную деталь, в которую включены все элементарные поверхности деталей, входящих в группу. Обработка данной группы деталей осуществляется с помощью групповой оснастки станка, настроенной на изготовление комплексной детали.

Унификация технологической документации приводит к сокращению общего количества документов, облегчению труда технологов при подготовке производства и внесении изменений в действующие процессы. К числу основных унифицированных документов, используемых при разработке ТТП, относятся карты типовых представителей, операционные технологические карты, сводные карты ТТП, операционные карты групповой обработки, сводные карты групповых процессов.

Унификация оборудования и технологической оснастки позволяет использовать ее при смене объектов производства, повысить коэффициент загрузки оснастки и ее эффективность, при этом можно вести обработку деталей большими партиями. Стандартизация оснастки существенно уменьшает затраты времени и средств на ее проектирование, сокращает цикл ее изготовления, является предпосылкой специализации производства, что приводит к сокращению затрат на оснащение.

Наибольшее распространение на предприятиях получили такие системы унифицированной оснастки, как сборно-разборные, универсально-сборные, универсально-наладочные приспособления, универсальная безналадочная, неразборная специальная, специализированная наладочная.

Сборно-разборная оснастка (СРО) состоит из стандартных фиксирующих, зажимных, крепежных и специальных деталей; при перекомпоновке на новое изделие возможна доработка стандартных элементов. СРО представляет собой обратимую специальную оснастку долгосрочного применения. Она используется для обработки одной или нескольких деталей, а также пригодна для условий крупносерийного производства.

Универсально-сборная оснастка (УСО) собирается из стандартных деталей и узлов многократного использования, изготовленных с высокой степенью точности. Используется для сверлильных, токарных, фрезерных, расточных, шлифовальных, сварочных, штамповочных и других операций. Компоновки УСО после обработки данной партии деталей разбираются, детали и узлы используются для сборки других приспособлений и повторных компоновок. Недостатком этого вида оснастки являются высокая стоимость набора компоновочных элементов и пониженная жесткость приспособлений. Применяется преимущественно на заводах опытного, единичного мелкосерийного и серийного производств.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) имеют базовую оригинальную деталь и сменные наладки. Базовая деталь используется многократно, а сменные элементы предприятия изготовляют в соответствии с конфигурацией обрабатываемых деталей. К недостаткам УНП можно отнести замену сменных наладок раньше их полного износа в связи с обычно возникающей необходимостью переходить на выпуск новых изделий.

Универсальная безналадочная оснастка (УБО) используется для многократной и долговременной установки различных по форме и размерам заготовок, обрабатываемых на универсальных металлорежущих станках. Преимущества этой оснастки — небольшие сроки и затраты на проектирование и изготовление, разнообразие деталей, для которых они могут применяться, возможность использовать их до полного износа. Основным недостатком УБО является невысокая производительность из-за необходимости постоянно выверять точность установки заготовок.

Неразборная специальная оснастка (НСО) долгосрочного применения используется, как правило, для одной деталеоперации в крупносерийном и массовом производствах. К достоинствам НСО можно отнести высокую производительность, так как не требуется выверять детали, размеры получаются автоматически, обеспечивается высокое качество. Ее недостатки — большие сроки и стоимость проектирования и изготовления,- невозможность использования при смене изделий, т.е. ухудшение гибкости производства.

Специализированная наладочная оснастка (СНО) используется для деталей, близких по конструктивно-технологическим признакам, имеющих общие базовые поверхности и одинаковый характер обработки. Эта оснастка состоит из базового агрегата и наладки. Она допускает регулирование элементов или замену специальной нападки. В этом случае детали обрабатываются по единому групповому или типовому технологическому процессу.

Другим важным направлением сокращения трудоемкости и продолжительности ТПП является создание и использование автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП), включающих системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПРТП), системы автоматизированного проектирования технологического оснащения (САПРТО), системы автоматизированного проектирования производственных подразделений (САПРОП) и системы автоматизированного управления технологической подготовкой производства (АСУТПП).

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологических операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали (изделия, узла), а также ее состояние или взаимное расположение отдельных элементов. Однако одна и та же операция может производиться многими способами, на различном оборудовании. Поэтому выбор ресурсосберегающего технологического процесса заключается в оптимизации каждой операции по минимуму потребления материальных, трудовых и энергетических ресурсов.

Рассмотрев варианты технологических процессов, обеспечивающих примерно одинаковое качество изделий, соответствующее требованиям технического задания, технолог обязан выбрать наиболее экономичный из вариантов и детально его разработать.

Важным показателем экономичности названных ресурсов является снижение себестоимости (экономия ресурсов), связанное с применением лучшего технологического процесса. Для определения этого показателя требуется рассчитать себестоимость для каждого из сравниваемых вариантов технологического процесса. Расчет полной себестоимости продукции по каждому варианту сложен и требует большого количества исходных данных и времени. Для упрощения расчетов экономии без ущерба для точности можно определять и сопоставлять не полную, а так называемую технологическую себестоимость, включающую только те элементы затрат на изготовление изделия, величина которых различна для сравниваемых вариантов. Одинаковые или незначительно изменяющиеся элементы себестоимости в расчет не включаются. Таким образом, технологическая себестоимость — это условная себестоимость, состав статей которой непостоянен и устанавливается в каждом отдельном случае. Сопоставление вариантов технологической себестоимости дает представление об экономичности каждого из них.

Контрольные вопросы:

1. Жизненный цикл новой продукции и его влияние на показатели производства и использования продукции.

2. Задачи проектирования продукции и его основные этапы. Формы и методы организации НИР. Методы перехода на выпуск новой продукции.

3. Организация конструкторской подготовки производства. Задачи, этапы и требования, предъявляемые к конструкторской подготовке производства.

4. Методы и средства конструкторской подготовки производства. САПР.

5. Показатели технологичности. Повышение технико-экономического уровня создаваемых конструкций изделий.

6. Организация технологической подготовки производства. Содержание, задачи и этапы технологической подготовки производства. Отработка конструкции на технологичность.

7. Единая система технологической подготовки производства. Разработка и унификация технологических процессов.