12.04.2018

Анализ технологичности комплексных поковок и принципов унификации заготовок, поковок и деталей


Технологичность конструкции изделия (деталей) в соответствии с ГОСТ 14.205-83 является комплексным свойством, характеризующим возможность рационального изготовления рассматриваемых деталей при обеспечении условий оптимального использования различных видов материальных ресурсов. Технологичность конструкций является оценкой совершенства деталей с точки зрения технического уровня, т.к. она в значительной мере определяет технико-экономические показатели производства.

Отработка конструкций деталей на технологичность - одна из важнейших функций технологической подготовки производства.

Под качественной оценкой технологичности конструкции изготовляемой детали понимается оценка соответствия принимаемых конструктивных решений требованиям оптимальных технологических процессов. Количественная оценка базируется на системе различных показателей. При качественной оценке технологичности детали важное значение имеет практический опыт разработчика и знание им возможных методов изготовления.

Применение группового метода накладывает дополнительные требования к повышению технологичности изготавливаемых деталей. Факт включения детали в группу говорит о возможности изготовления по единому технологическому процессу, т.е. в определенной степени характеризует технологичность каждой детали и группы в целом.

Основные требования технологичности сводятся к следующему: максимально возможное упрощение конструкции поковки; рациональное назначение припусков и напусков на поковку для снижения ее металлоемкости; рациональное ограничение количества марок и сортаментов применяемых металлов, более широкое применение недефицитных легкообрабатываемых металлов; выбор рациональной заготовки; использование принципов унификации на различных этапах технологической подготовки производства. Эти требования конкретизируются с учетом особенностей технологических процессов, и их выполнение способствует повышению технического уровня производства.

В справочно-технической литературе много внимания уделяется обеспечению технологичности на этапе разработки чертежа поковки для различных операций ХОШ и ПГОШ.

При проектировании комплексных поковок форма упрощается в итоге наложения отличающихся друг от друга контуров. При назначении величины припусков и напусков принимаются во внимание возможности технологических процессов ХОШ и ПГОШ, а также значения предельных отклонений размеров деталей, шероховатости поверхностей и требования потребителя.

Шероховатость поверхности поковок после ХОШ и ПГОШ зависит от качества поверхностей инструмента и заготовки; состава смазочного материала; вида операции. При прямом выдавливании и редуцировании шероховатость поверхности Ra 1,6, при высадке - до Ra 3,2. Это позволяет в ряде случаев исключить последующую механическую обработку функциональных поверхностей изделия. Шероховатость поверхностей поковок, получаемых ПГОШ, несколько выше. Так, например, шероховатость стальных поковок после полугорячего выдавливания составляет Ra 5...10.

Если поверхности поковки не подвергаются механической обработке, то назначение допусков на размеры производят согласно табл. 2.15.
Уровень технологичности поковки тем выше, чем меньше потери металла в стружку. Величины припусков рекомендуется вычислять, используя соотношения: ПD = (0,05...0,15) VD; Пd = (0,05...0,15)Vd; ПL = (0,01...0,05)L.

На точность поковок, получаемых ХОШ и ПГОШ, влияет большое количество факторов, в том числе колебания объема заготовок; упругие деформации инструмента и элементов оборудования; температуры нагрева заготовок; величины износа рабочих деталей штампа и др.

Точность размеров деталей, получаемых с помощью различных процессов механической обработки (формообразования и резания), иллюстрирует табл. 2.16.

При проектировании чертежа поковки следует учитывать, что переходы поверхностей должны быть плавными. В табл. 2.17 приведены опытные данные минимальных радиусов переходов поковок, получаемых ХОШ.
Повышению технологичности деталей способствует соблюдение принципов унификации деталей, а также рациональное изготовление заготовок. Объектами унификации являются детали, входящие в состав продукции предприятия. В настоящее время детали общемашиностроительного назначения составляют не менее 20 % продукции машиностроения, их выпуском занято 25 % общего числа всех работающих в машиностроении, т.е. примерно 3 млн. производственного персонала. Детали, поковки и заготовки межотраслевого применения изготавливают более 17 тыс. предприятий, при этом специализированные предприятия выпускают 2 % такой продукции. Удельный вес предприятий с подетальной специализацией составляет всего 1,5 % в химическом машиностроении и достигает 25,6 % в автомобильной промышленности.

В соответствии с ГОСТ 23945.0-80 "Унификация изделий. Основные положения" под унификацией понимается приведение заготовок и деталей к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей. Следует отметить, что унификация является эффективным средством разрешения противоречий между усложнением конструкции деталей и ограничением потребляемых ресурсов.

Наибольший экономический эффект от унификации в масштабе предприятия достигается, как правило, в результате уменьшения затрат на этапах проектирования и производства.

По области применения унификацию подразделяют на конструктивную и технологическую. Анализ практической деятельности предприятий позволяет выделить следующие основные направления работ по конструктивной унификации: создание универсальных конструкций геометрически подобных, технологичных деталей данного типоразмера; соблюдение преемственности технических решений. Работы по унификации, выполняемые до проектирования конкретных деталей, направлены на регламентацию номенклатуры деталей.

Конструктивная и технологическая унификация взаимосвязаны. Эта взаимосвязь может быть определена количественно. Оценив сокращение количества штамповой оснастки в результате конструктивной унификации, можно обоснованно выбрать рациональный вариант геометрической формы проектируемой поковки.

Основными направлениями технологической унификации являются следующие: сокращение количества применяемых технологических процессов и штамповой оснастки благодаря использованию типовых процессов штамповки и конструкций штампов; применение группового метода изготовления деталей. Значение технологической унификации возрастает с увеличением конструктивной сложности изготавливаемых деталей.

Условием успешной унификации является разработка классификаторов деталей, которые позволяют с помощью вычислительной техники определять оптимальные уровни унификации и планировать работу в этой области.

Важным этапом унификации является установление главного и основных параметров, подлежащих унификации. Набор таких параметров должен быть минимальным и включать показатели, необходимые для характеристики основного функционального назначения детали, типоразмеров и технологических процессов ее изготовления. Главный параметр детали при конструктивной унификации связан лишь с геометрической формой и функциональным назначением детали. Как правило, в качестве главного параметра принимают один из определяющих размеров детали. При технологической унификации главный параметр тесно связан как с технологичностью детали, так и с технологией ее изготовления. Таким параметром может быть либо технологическая сила штамповки, либо показатель общего формоизменения, т.е. степень деформации металла заготовки.

В связи с многовариантностью конструктивно-технологических решений при унификации деталей 10 типоразмеров и более следует применять рассмотренные методы группирования. В результате унификации повышается серийность производства деталей и, как следствие, снижается трудоемкость их изготовления и себестоимость. Например, обработка 1 млн. т проката методами объемной штамповки в специализированном производстве обеспечивает по сравнению с обработкой резанием снижение отходов металла в 4...5 раз, экономию около 30 млн. станко-ч, высвобождение около 10 тыс. единиц металлорежущего оборудования и 30 тыс. рабочих.

В условиях серийного и мелкосерийного производства экономичным видом сортового проката для заготовок под холодную и полугорячую объемную штамповку являются горячекатаные прутки по ГОСТ 2590-88, при повышенных требованиях к заготовкам следует использовать калиброванные прутки по ГОСТ 7417-75. Эффективность применения горячекатаного проката объясняется его относительно низкой стоимостью.

Технические условия на металл для холодной объемной штамповки в таких странах, как Япония, Швеция, США не допускают никаких поверхностных дефектов, отечественными же стандартами допускаются дефекты на поверхности глубиной, равной величине допуска на диаметр. Одним из основных ограничений применения ХОШ является величина допустимой степени деформации. Для оценок используют как относительную степень деформации, так и логарифмическую, обладающую свойствами аддитивности.

При ХОШ в результате упрочнения металла предел текучести повышается 1,6...2,5 раза, поэтому можно применять менее прочные материалы. Возможность замены материала на более пластичный определяется на основании анализа кривых упрочнения.

Деформируемость углеродистых сталей в значительной степени обусловлена их химическим составом.

Требования к химическому составу сталей, используемых для изготовления деталей ХОШ, приведены в табл. 2.18.
ХОШ возможна для деталей различной сложности из сталей с массовой долей углерода 0,08...0,45 %. Стали с массовой долей углерода более 0,25 % следует отжигать для повышения показателя пластичности или использовать ПГОШ.

Уменьшение числа применяемых марок сталей для ХОШ в первую очередь связано с использованием сталей, микролегированных бором в количествах 0,002...0,009 %. Боросодержащие стали (например, марок 06ХГР, 17Г2Р, 20Г2Р, 35ХГР) позволяют заменить группу среднеуглеродистых и легированных сталей таких марок, как 30, 35, 40, 45, 20Х, 40Х, 18ХВН, 38ХА, 40ХНМА и др., имеющих недостаточную деформируемость в условиях ХОШ. Боросодержащие стали, обладая повышенной пластичностью, высокой ударной вязкостью, хорошей прокаливаемостью, не требуют отжига перед ХОШ. Химический состав одной из марок сталей, например, стали 20Г2Р, поставляемой по ТУ 14-1-2810-79 в горячекатаном состоянии, массовая доля, %: 0,17...0,20 С; 1,05...0,021 Mn; 0,20...0,26 Si; 0,010...0,018 Р; 0,014...0,021 S; 0,12...0,15 Cr; 0,001...0,002 В. Следует отметить, что отечественные боросодержащие стали не уступают по свойствам лучшим мировым образцам. В табл. 2.19 приведены сравнительные данные по основным механическим свойствам некоторых марок сталей.
Возможность применения теплого (в интервале (0,3...0,4)Tпл) и полугорячего деформирования (в интервале (0,4...0,7)Tпл) зависит от физической природы сплава и требований к эксплуатационным характеристикам. Все сплавы, для которых представляет интерес ПГОШ, делят на следующие группы: однофазные латуни, медноникелевые и никелевые сплавы, нержавеющие стали аустенитного класса, легированные стали (в том числе инструментальные типа P18, Р6М5), стали с повышенным содержанием углерода и низколегированные стали, в которых проявляется эффект деформационного старения, низкоуглеродистые стали.

Первые две группы сплавов целесообразно подвергать только теплой обработке, силовые характеристики при этом уменьшаются на 15...20 %. Стали аустенитного класса рекомендуется штамповать в интервале температур 200...400 °С, что позволяет уменьшить силы в среднем в 1,5...2,0 раза, а также износ инструмента, связанный с его отпуском и потерей прочностных свойств. Третья группа сплавов подвергается деформированию в интервале температур 650...800 °C, что позволяет сократить силовые характеристики процессов в 2...4 раза. Наибольший удельный вес по объему выпуска и массе составляют детали из сплавов четвертой группы, для которых благоприятными температурами нагрева являются те, которыми характеризуются области критических точек перлитного превращения, но не выше 800 °C — из-за хрупкости и резкого возрастания окалинообразования. Силовые характеристики процессов уменьшаются в среднем в 2...3 раза. При ПГОШ низкоуглеродистых сталей технологические силы снижаются на 20...25 %.

Обеспечение описанных выше требований к технологичности деталей и поковок является необходимым, но недостаточным условием отработки конструктивно-технологических решений изготавливаемых деталей. Окончательное решение о выборе рационального варианта и конструктивного исполнения детали, технологического процесса холодной или полугорячей объемной штамповки из ряда возможных альтернатив может быть принято только по результатам количественной оценки.

Для количественной оценки технологичности поковок в основном используются базовые показатели, например трудоемкость изготовления:
где Tа - трудоемкость изготовления поковки — аналога или эталона; Ктр -коэффициент снижения трудоемкости: Kтр = [100/(100 + Ктп)]'; Kтп - планируемый рост производительности труда; t — период времени от начала проектирования до запуска детали в производство; Ф - критерий учета сложности поковки, вычисляемый по формуле (2.17).

Правомерны при оценке технологичности деталей базовые показатели, которые учитывают технологичность деталей по массе, удельной трудоемкости изготовления деталей.

Для комплексной оценки технологичности деталей с учетом сравнения вариантов конструктивно-технологических решений и выбора наиболее рационального, а также технического уровня предприятий служит показатель
вычисляемый на основе суммарных затрат изготовления детали без изменения ее конструкции CЕ; CЕд - суммарные затраты на изготовление детали предлагаемой конструкции с учетом ее упрощения или изменения метода изготовления; CЕmin - минимально возможные затраты при изготовлении рассматриваемой детали.

При CЕ = CЕд соответственно Kт = 0; при оптимальной конструкции детали и технологичности ее изготовления методами ХОШ и ПГОШ CE = CEmin и, следовательно, Kт = 1.

Таким образом, повышение технологичности деталей представляет собой многоэтапный процесс, в котором конструирование и технология взаимосвязаны. Если конструктивные и технологические решения при данном варианте детали соответствуют рекомендациям, то вариант возможного применения прогрессивной технологии принимается для окончательной проработки. Основные этапы отработки конструкции детали на технологичность отражены в следующем алгоритме:

— назначение нормативных величин базовых показателей по имеющимся методикам;

— определение альтернативных вариантов конструктивного исполнения комплексной поковки;

— сравнение конструктивных решений и требований к процессам изготовления;

— определение достигнутых значений базовых показателей и сопоставление их с нормативными;

— принятие окончательных конструктивно-технологических решений.

Очевидно, что после оценки технологичности должны решаться задачи генерирования и синтеза вариантов технологических процессов изготовления полученной номенклатуры комплексных поковок методами ХОШ и ПГОШ с последующим технико-экономическим анализом.





Яндекс.Метрика