Технологичность деталей

Понятие технологичность деталей (описание, технологические требования к конструкции литых, обработанных давлением деталей)

Сварные заготовки.

Во многих областях промышленности широко используют комбинированные сварные детали, которые состоят из отдельных заготовок, выполненных с применением различных технологических процессов, а иногда и различных материалов. Сварные комбинированные детали экономичны при любом типе производства, в случае изготовления сложных, крупногабаритных деталей, получение которых как единое целое удорожает оснастку, увеличивает объем механической обработки, снижает качество и точность изготовления.

Многие детали современного машиностроения и химической промышленности (валы и роторы, диски, котлы, газгольдеры и т. п.), требующие применения элементов больших сечений, для уменьшения объема механической обработки и снижения себестоимости изготовляют, как правило, в сварном варианте. Однако расчленение крупногабаритных деталей на несколько частей не всегда целесообразно. Иногда в результате расчленения уменьшается жесткость конструкции, увеличивается расход материала на ее изготовление.

Деталь целесообразно расчленять на составные части с последующей их сваркой:

- если изготовление ее цельнолитой или цельнокованой связано с большими производственными трудностями, отсутствием оборудования, усложнением механической обработки;

- если из-за низкой технологичности детали увеличивается брак, снижается качество металла;

- если отдельные части детали работают в особо тяжелых условиях (повышенного изнашивания, коррозии, высоких температур и т. п.) и изготовление их требует применения более дорогих материалов.

При отработке деталей на технологичность анализируют следующие признаки:

- правильность выбора заготовки (с целью сокращения механической обработки);

- рациональность выбора материала;

- оптимальность простановки размеров;

- степень совмещения конструкторских, технологических и метрологических баз;

- исключение обработки торцов внутри корпусов;

- жесткость деталей для успешной механической обработки;

- предусмотрение канавок для выхода инструмента;

- минимизация количества разнообразных отверстий, резьб и т. п.;

- четкое разграничение поверхностей, подлежащих механической обработке;

- расположение соосных отверстий в порядке уменьшения их диаметров;

- исключение несквозных отверстий и т. п.

Технологичность детали в значительной мере определяется рациональностью способа получения заготовки. Заготовки в основном получают из сортового проката, литьем, ковкой и штамповкой, сваркой. Выбор способа получения заготовки определяется объемом производства, конфигурацией детали, сроками, отведенными на технологическую подготовку производства, материалом детали, предопределяющим, в частности, возможность и целесообразность применения того или иного вида литья: в песчаные или оболочковые формы, в кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением.

Заготовки, получаемые литьем или ковкой, обычно подвергаются механической обработке по многим поверхностям в отличие от штампованных заготовок, точность и качество поверхности которых обеспечиваются в процессе штамповки.

Важнейшей характеристикой детали может служить коэффициент сложности формы, равный

где mn – масса детали,

mф – масса условной детали в форме цилиндра или параллелепипеда, в который можно вписать данную деталь.

Чем меньше значение z, тем ниже технологичность детали и тем целесообразнее применение литья или штамповки для получения заготовки. Считается, что при z ≤ 0,16 целесообразно применение ковки для получения заготовки из стали уже при минимальной партии деталей (около 100 шт).

Рассмотрим основные требования к технологичности конструкции деталей, заготовки для которых получают литьем, обработкой металлов давлением, сваркой, а также требования к деталям из пластмасс.

В конструкции отливок:

- должно быть обеспечено минимальное число и оптимальное расположение поверхностей разъема формы; так, для упрощения изготовления модели и формы разъем модели следует осуществлять в одной плоскости с плоскостью разъема формы;

- должно быть минимизировано число стержней;

- полки для крепления других деталей и ребра жесткости следует располагать перпендикулярно к плоскости разъема формы, чтобы исключить появление «теневых» поверхностей (поднутрений). На рис. 8.1, а показаны рациональная (схема II) и нерациональная (схема I) конструкции отливки;

- необходимо предусмотреть литейные уклоны для удаления модели из формы без разрушения последней (при литье в песчаные формы) и для облегчения извлечения отливки из пресс-формы;

- необходимо обеспечить равномерность толщины стенок отливки (рис. 8.1, б), плавный переход от тонких стенок к сечениям большей толщины, а также правильное сопряжение стенок: отношение толщины соприкасаемых стенок не должно превышать 4:1;

- должна быть принята рациональная толщина стенок, которая зависит от материала, способа литья, размеров отливки и т. п. Так, минимальная толщина стенки отливки из серого чугуна при длине отливки до 800 мм составляет 6…8 мм.

Технологичность конструкции отливок оценивают следующими основными показателями:

- коэффициентом использования металла – отношение массы готовой детали к массе отливки;

- коэффициентом необрабатываемой поверхности – отношение необрабатываемой поверхности по всей поверхности отливки.

Чем ближе значения этих коэффициентов к единице, тем технологически рациональнее конструкция отливки.

Для различных методов получения заготовок и деталей обработкой давлением, таких, например, как листовая и объемная штамповка, существуют рекомендации и требования, без учета которых конструирование технологичной заготовки невозможно.

Так, например, у листоштампуемых деталей:

- допуск на толщину стенки детали должен быть больше допуска на толщину листа заготовки;

- для простановки размеров в качестве баз выбирают поверхности, точность обработки которых наиболее высокая;

- требуемые размеры детали должны обеспечиваться размерами инструмента.

Например, на чертеже детали следует проставлять радиус сгиба выгнутой, а не выпуклой поверхности; для стакана, получаемого вытяжкой, указываются внутренние размеры и т. п.

Технологически рациональную форму штампуемой детали выбирают с учетом следующих основных положений и требований:

- рационально одностороннее расположение ребер, бобышек и других

выступающих элементов, что позволяет повысить точность деталей, снизить расход металла;

- следует избегать резких переходов по сечению детали: площадь поперечного сечения по длине детали не должна изменяться более чем в три раза;

- нежелательно, чтобы деталь имела переменную по длине толщину ребер;

- выступы и ребра не должны располагаться близко друг к другу, т. к. при близком расположении затрудняется течение металла в выступы и снижается стойкость штампов;

- сложную по форме деталь целесообразно расчленять на отдельные части простой формы, свариваемые между собой.

При проектировании сварных конструкций необходимо учитывать следующие факторы:

- конструкция и габариты сварного изделия должны позволять проведение термической операции по удалению остаточных напряжений, ответственных за коробление изделия;

- следует стремиться к симметричному расположению сварных швов, что должно снизить вероятность возникновения сварных деформаций;

- следует избегать соединения сварных заготовок различной толщины;

- в конструкциях необходимо использовать наиболее работоспособные и удобно выполняемые типы соединений.

При конструировании деталей из пластмасс необходимо:

- устранять поднутрения, препятствующие извлечению деталей из пресс-формы;

- предусматривать технологические уклоны;

- использовать ребра жесткости;

- предусматривать радиусы закруглений (устранять острые углы);

- выбирать рациональную конструкцию армирующих элементов;

- соблюдать условия равнотолщинности стенок;

- избегать одностороннего расположения ребер, т. к. это может привести к короблению детали.

Ниже приведены некоторые способы повышения технологичности деталей, подвергаемых механической обработке.

Важным признаком технологичности является исключение обработки торцов, канавок и других поверхностей внутри корпуса. В схеме II (рис. 8.2, а) это выполнено за счет использования уже обработанных стаканов 1 и 2, по схеме I обработка торцов крайне затруднена

Расчленение детали (см. схему II на рис. 8.2, б) существенно облегчает обработку поверхностей под подшипники.

Четкое разграничение обрабатываемых поверхностей (см. схему II на рис. 8.2, в) улучшает условия резания, повышает стойкость инструмента и точность по сравнению со схемой I.

Создание условий для свободного выхода инструмента (см. рис.8.2 схему II; рис. 8.2, г, д, е) является необходимым условием изготовления точных поверхностей.

Обработка за один установ (см. схему II рис. 8.2, ж) является важным условием обработки высокоточных поверхностей.