Единичные показатели технологичности изготовления технических изделий

 

В качестве показателя технологичности может быть использован такой конструктивный показатель, как коэффициент сборности (блочности) изделия по ГОСТ 14.202-73 – ГОСТ 14.204 – 73.

Коэффициент сборности (блочности) изделия К _сб характеризует трудоемкость (технологичность) его монтажа (сборки). Коэффициент сборности является обобщающим показателем, так как характеризует одновременно с технологичностью изготовления ещё и технологичность ремонтных работ, а также необходимую преемственность данного изделия – его унифицированность.

Информацию для расчета К _сб берут из конструкторской документации. Число унифицированных сборочных единиц находят в таких разделах специфики, как «Сборочные единицы», «Комплекты», «Стандартные изделия», «Комплексы». Считается, что коэффициент сборности (блочности) машин и другой техники можно определить по массам или стоимостям основных сборочных единиц изделия.

Показатели эксплуатационной технологичности изделий определяют аналогично тому, как определяют показатели технологичности их производства, т.е. тоже по суммарной (общей), структурной, удельной, сравнительной и относительной трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

Сложность формы детали, узла или изделия в целом предопределяет другие показатели технологичности изготовления.

Сложность формы детали оценивается коэффициентом формы:

 

,

 

где F_д – вес готовой детали;

F_о – вес простейшего геометрического тела. Описывающего рассматриваемую деталь (цилиндра, шара, квадрата, прямоугольного тела и т.д.).

Следующими показателями технологичности изготовления детали являются характеристики точности механической обработки.

Точность обработки – это степень приближения формы, размеров и шероховатости обработанной поверхности детали к требованиям конструкторского чертежа и технических условий. Точность обработки характеризуется квалитетом, назначенным конструктором и достигаемым в процессе механической обработки детали на соответствующих металлообрабатывающих и других станках.

От точности обработки деталей зависит работоспособность сопряжений (нагрузка в контакте, условия образования масляного слоя, износ и т.п.).

При изготовлении возникают отступления геометрических размеров деталей от запроектированных значений. Эти отступления называются погрешностями производства. Понятия о точности и погрешности взаимосвязаны. Точность характеризуется действительной погрешностью (действительная точность) или пределами, ограничивающими значение погрешности (нормированная точность). Очевидно, что чем уже эти пределы, тем меньше погрешности, но выше точность.

Точность изготовления деталей по их геометрическим параметрам есть совокупное понятие, подразделяющееся по следующим признакам:

– точность размеров деталей;

– точность формы поверхностей деталей;

– точность по шероховатости поверхности;

– точность взаимного расположения деталей.

Классы точности, характеризующие степень приближения к заданным размерам, названы квалитетами (от фр. qualite – качество). Квалитеты – показатели качества обработки поверхностей. Предусмотрено 19 квалитетов, обозначенных порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска погрешности: 01; 0; 1; 2; 3…17. Номера 01 и 0 соответствуют двум наиболее точным квалитетам, введенным в систему ИСО в дополнение к первому квалитету. Сокращенно допуск по одному из квалитетов обозначается латинскими буквами IT и номером квалитета, например IT 6 обозначает допуск по 6-му квалитету. Значение допуска каждого квалитета (класса качества поверхности) регламентировано государственным стандартом и находится по специальным формулам, графикам или таблицам.

Допуск – это разность между наибольшим и наименьшим размерами или абсолютное значение алгебраической разницы между верхними и нижними отклонениями от номинального размера, указанного на чертеже детали.

Коэффициент точности механической обработки изделия (сборочной единицы – детали, корпуса и т.д.) К _т.и детали определяют как отношение типовой (наиболее распространенной) точности в машиностроении IT 6 (допуск Т 6), взятой для любого произвольного размера, к среднему значению допусков Т _ср всех поверхностей детали того же размера, т.е.

 

.

 

Среднее значение квалитета всех размеров рассчитываю так:

 

,                                          (12.1)

 

где   n – общее число обрабатываемых поверхностей детали;

N – номера квалитетов точности обрабатываемых поверхностей;

Р _N – количество поверхностей, имеющих точность соответствующего квалитета.

Пример 1

Определим К _т.и вала с n=7 и квалитетом поверхностей IT 12, IT 12, IT 8, IT 6, IT 6, IT 6, IT 5. Возьмем произвольный размер диаметра, равный 60 мм. Значения допусков находим из таблицы ГОСТ 25346-82. Допуск IT 5 равен 19 мкм.

В данном случае получаем:

.

Допуск квалитета IT _ср, равного IT, составляет 46 мкм.

Отсюда находим, что

 

.

 

Следовательно, исследуемая часть имеет меньшую точность, чем базовое значение точности соответствующее квалитету IT 6.

Точности получения необработанных поверхностей, т.е. точности заготовок, имеют квалитеты от IT 12 до IT 17. Поэтому для того, чтобы определить, во сколько раз точность готовой детали должна быть или есть выше точности заготовки, рассчитывают так называемый коэффициент уточнения К _ут

 

,

 

где Т _заг – допуск на размер заготовки;

Т _ср – средний допуск, определяемый по формуле (12.1).

Пример 2

Пусть точность выполнения заготовки того же вала диаметром 60 мм равна IT 14 и, следовательно, допуск Т 14 равен 0,74 мм, т.е. 740 мкм.

В этом случае

 

.

 

Следовательно, точность обработанной детали (вала) в 16 раз выше, чем точность размера его заготовки.

На практике, с учетом свойств, зависящих от точности изготовления детали и затрат на ее достижение, для каждого способа обработки находят два значения квалитета: экономический и достижимый.

Экономические квалитеты – оптимизированные по техническим требованиям и экономическим затратам на обработку, а достижимые – характеризующие наиболее точность, получаемую данным способом обработки поверхности. Так, например, при чистовом подольном обтачивании стальных заготовок экономическими квалитетами являются IT 7- IT 9, а достижимым квалитетом – IT 6; при тонком обтачивании (алмазным инструментом) с продольной подачей экономический квалитет IT 6, а достижимый – IT 5. Таким образом, можно судить о технологичности обработки деталей по точности их размеров.

Качество детали, соединения, узла или машины в целом, оцениваемое по критерию точности изготовления, целесообразно характеризовать еще и коэффициентом запаса точности совокупности параметров К _з.т, определяемым как отношение допустимой погрешности соответственно детали, кинематической пары (соединения), узла или машины Т _F к действительной (измеренной) погрешности готового изделия Т _к, т.е. как

 

.

 

Например, если радиальное биение шпинделя оцениваемого шлифовального (токарного или иного) станка равно 0,005 мм, а допустимое биение шпинделя станка данного класса точности регламентировано значением менее 0,01 мм, то коэффициент запаса точности работы шпинделя К _з.т = 0,01 мм/0,005 мм = 2.

Или, например, если для обеспечения экономичной работы двигателя внутреннего сгорания отклонения диаметра жиклера карбюратора не должны превышать 8 мкм, а фактическая точность характеризуется отклонениями в 5 мкм, то

.

 

При создании любого технического изделия необходимо устанавливать значения допустимых погрешностей нормируемого параметра. Запас точности следует создавать при изготовлении изделия по всем основным геометрическим, упругим, электрическим и другим функциональным параметрам. Коэффициент запаса точности как показатель качества определяют и в процессе эксплуатации изделия, так как при работе техники постепенно увеличивается отклонение (погрешность) параметров от их номинальных значений и погрешность часто становится больше допустимой.

Шероховатость поверхности – это характеристика совокупности микронеровностей обработанной поверхности изделия на участке его базовой длины l. Шероховатости поверхности возникают по причинам пластической деформации поверхностного слоя при ее обработке из-за неровностей режущих кромок инструмента, вырывания частиц материала с обрабатываемой поверхности, вибрации заготовки и инструмента и т.п.

Шероховатость поверхности существенно влияет на эксплуатационные свойства деталей, узлов и изделия в целом. От уровней шероховатости поверхности во многом зависят износостойкость трущихся поверхностей, усталостная прочность, хрупкость, коррозионная устойчивость и другие свойства детали.

Числовые значения показателей шероховатости поверхности определяют измерением от единой базы – базовой линии, имеющей форму номинального профиля. Параметры шероховатости (один или несколько) выбирают из установленной ГОСТ 2789-73 номенклатуры: R _а – среднее арифметическое отклонение размера профиля от номинального значения; R _z – наименьшая высота неровностей профиля по десяти точкам измерения; R _max – наибольшая высота профиля; S _m – средний шаг неровностей; S – средний шаг местных выступов профиля; t _p – относительная опорная длина профиля. Количественно шероховатость поверхности устанавливают независимо от способа ее обработки. Существует 14 классов шероховатости, каждому из которых соответствует определенное сочетание основных параметров R _а и R _z.

Выбор числовых значений шероховатости осуществляют в зависимости от условий работы и требований эксплуатации. При этом учитывают не только технологические возможности получения заданной шероховатости рациональными методами обработки поверхности, но и затраты на обработку. Чем выше требования к шероховатости, тем больше затраты на обработку, которые могут быть оправданы, если компенсируются повышением качества изделия. Повышенные требования к шероховатости (как и к точности) могут оказаться не только нерентабельными, но и недопустимыми. Так, например, в подшипниках скольжения при слишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление «схватывания», при котором частицы металла отрываются от трущихся поверхностей, что ускоряет износ подшипников. Обычно оптимальная шероховатость поверхности должна быть близкой к получающейся в процессе приработки трущихся поверхностей. Оценку качества поверхности детали по ее шероховатости осуществляют коэффициентом шероховатости К _ш:

 

,

 

где - среднее значение параметра шероховатости R _z на всех обрабатываемых поверхностях;

2,5 мкм – значение базового параметра шероховатости R _z для восьмого класса шероховатости.

Значение  находят по формуле

 

,

 

где n – общее число обрабатываемых поверхностей;

P _i – количество поверхностей детали, имеющих соответствующую шероховатость R _z;

R _zi – параметр шероховатости i -й поверхности.

Пример  3

Определи коэффициент шероховатости К _ш по критерию R _z. Пусть у детали количество поверхностей n =8. У пяти поверхностей R _z = 25 мкм, у двух R _z = 3,2 мкм и у одной R _z = 6,3 мкм. Тогда

 

.

 

Коэффициент шероховатости, при базовом значении шероховатости восьмого класса R _z = 2,5 мкм, получаем как

 

.

 

Коэффициент уменьшения шероховатости поверхности детали в результате ее обработки рассчитывают по формуле

 

,

 

где  - показатель шероховатости заготовки до ее обработки;

 - среднее значение шероховатости детали, его определяют так же, как и при расчете коэффициента шероховатости К _ш.

Показатель  определяют на основании замеров неровностей заготовки, а R _z поверхностей – замерами на готовой детали.

Оценивая и регулируя точность и шероховатость деталей сложного изделия, добиваются взаимозаменяемости деталей и частей изделия. Взаимозаменяемость – это технологическое свойство независимо изготовленных деталей и сборочных единиц машин и приборов обеспечивать возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) сопрягаемых деталей в сборочную единицу, а сборочных единиц – в изделии при соблюдении предъявленных к ним технических требований.

Технологичность механической обработки при изготовлении резанием деталей оценивают коэффициентом обрабатываемости материала К _м:

 

,

где V _н – скорость резания при регламентированном точении оцениваемого материала детали;

V ₄₅ – скорость резания при точении эталонной стали 45 в отожженном состоянии при тех же параметрах обработки.

Обрабатываемость металлических материалов резанием определяют в условиях получистового точения без охлаждения и резцами из твердых сплавов Т5К1О или ВК8 или резцами из быстрорежущих сталей Р18 или Р12. Точение осуществляют при постоянной глубине резания 1,5 мм, подаче 0,2 мм/об. и главного угла в плане резца φ = 60º. Обрабатываемость оценивают по скорости резания, соответствующей 60-минутной стойкости резцов (V ₆₀), и выражают соответствующими коэффициентами К _{м.тв.спл} и К _м.б.ст по отношению к эталонной стали 45, скорость резания V ₆₀ которой при точении твердыми сплавами равна 145м/мин, а при точении резцами из указанных быстрорежущих сталей – 70м/мин.

Технологичность изготовления деталей характеризуется не только показателями, относящимися к обработке их резанием. Есть технологические показатели литейных свойств, свойств обработки металлов давлением (ковка, прокатка, штамповка и т.п.), свариваемости и других технологических свойств. При оценке технологичности следует учитывать показатели технологичности сборки изделия из его составных частей и т.п.

 

 

Контрольные вопросы

1. Что понимается под производственной технологичностью?

2. Поясните назначение эксплуатационной технологичности.

3. Поясните назначение штучной трудоемкости.

4. Поясните назначение суммарной трудоемкости.

5. Перечислите показатели материалоемкости изделия.