УДК628

ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ ПРИ ЗАМЕНЕ ТРАДИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОМПОЗИТЫ

 

EVALUATION OF TECHNOLOGY OF MACHINE-BUILDING PRODUCTS WHEN REPLACING TRADITIONAL MATERIALS ON COMPOSITES

 

Лапина Н.В., Баурова Н.И. (Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, РФ)

 

Lapina N.V., Baurova N.I. (The Moscow automobile and road construction state technical university (MADI))

 

В статье рассматриваются особенности отработки деталей машин на технологичность при замене традиционных конструкционных материалов на новые перспективные материалы (в частности — полимерные композиционные материалы). Описываются качественные и количественные способы оценки технологичности конструкций. Приводятся основные показатели технологической рациональности и показатели преемственности решений.

In the article features of working out of details of machines on manufacturability are considered at replacement of traditional constructional materials on new perspective materials (polymeric composite materials). Qualitative and quantitative methods for evaluating the processability of structures are described. The main indicators of technological rationality and indicators of continuity of decisions are given.

 

Ключевые слова: конструкционные материалы, показатели технологичности, полимерные композиционные материалы, технологичность изделия

Keywords:constructional materials, processability indexes, polymer composite materials, processability of the product

 

В последние годы в машиностроении наблюдается тенденция замещения металлических деталей машин на детали, изготовленные из полимерных композиционных материалов (ПКМ), поскольку эти материалы позволяют добиться существенного снижения веса изделийпри одновременном увеличении их надежности и ресурса [1-2]. Одним из важнейших условий конкурентоспособности ПКМ является оптимальное сочетание их технологичности в производстве и применении с высокими эксплуатационными характеристиками (прочностью, жесткостью, износостойкостью) и низкой стоимостью.Поэтому при замене традиционных конструкционных материалов на ПКМ, очень важно соблюдение условия технологичности изделия.

К новому изделию может быть предъявлено огромное количество различных и часто противоречивых требований: небольшая масса, необходимая долговечность и прочность, заданные габаритные размеры, невысокая стоимость, простота обслуживания и др. Одновременное выполнение всех условий зачастую невозможно, поэтому необходимо принимать компромиссное решение [3-4]. Таким образом, при выборе окончательного решения, обычно останавливаются на том, которое является наиболее технологичным. 

По ГОСТ 14.205-83 под отработкой изделия на технологичность понимается комплекс мероприятий, выполняемый на всех этапах разработки изделия, направленный на достижение заданного уровня технологичности. Основной задачей отработки изделия на технологичность является обеспечение необходимого качества при оптимальных затратах труда, средств, материалов и времени на технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт в конкретных условиях производства и эксплуатации. Для того, что бы решить данную задачу, необходимо при выборе новых конструкционных материалов каждое изделие рассматривать с разных сторон, как [5]:

- объект проектирования (изделие проходит ряд стадий по ГОСТ 2.103-68);

- объект производства (изделие рассматривается с позиций технологической подготовки производства, методов получения заготовок, обработки, сборки, испытания и контроля);

- объект эксплуатации (изделие анализируется по соответствию эксплуатационных параметров техническому заданию; удобству и сокращению трудоемкости подготовки к функционированию и контролю работоспособности; удобству и сокращению трудоемкости профилактических и ремонтных работ, требуемых для повышения срока службы и восстановления работоспособности изделия).

Технологичность изделия является относительным и комплексным понятием. Относительность проявляется в том, что для одного и того же изделия технологичность может меняться в зависимости от типов производства. Достаточно технологичное изделие в единичном производстве, может обладать малой технологичностью в массовом производстве и быть нетехнологичным в поточно-автоматизированном. Так же развитие производственной техники изменяет уровень технологичности изделия. Изначально изделия из нетехнологичных материалов, могут стать технологичными при новых методах обработки. Комплексность выражается в том, что технологичность изделия нельзя рассматривать изолированно, без взаимной связи и учета условий выполнения заготовительных процессов, процессов обработки, сборки и контроля. Отработанная на технологичность конструкция не должна усложнять выполнение последующих операций.

Основными факторами, которые определяют требования к технологичности при переходе на новые конструкционные материалы, являются: вид изделия, объем выпуска и тип производства [5].Вид изделия характеризует главные конструктивные и технологические признаки, определяющие основные требования к технологичности конструкции. Объем выпуска и тип производства характеризуют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологических процессов и специализацию всего производства.

Оценка технологичности может быть количественной и качественной. Вид оценки характеризует метод сравнения различных решений и обоснованного выбора оптимального варианта. Качественная оценка допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего решения и не требуется определение степени различия технологичности сравниваемых вариантов. Она производится обобщенно, на основании опыта исполнителя, а так же предшествует количественной оценке и характеризует ее целесообразность [5].

Количественная оценка определяется показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности. Система показателей количественной технологичности включает в себя:

- базовые показатели технологичности, устанавливаемые в техническом задании на проектирование изделия;

- показатели технологичности, достигнутые при разработке конструкции;

- уровень технологичности (отношение достигнутых показателей к базовым).

Все многообразие известных показателей технологичности изделий машиностроения может быть сведено к пяти группам показателей.В табл. 1приведены состав и структура показателей технологичности, рекомендованных для изделий машиностроения государственными стандартам ЕСТПП. Показатели трудоемкости, себестоимости и материалоемкости относятся к показателям технологической рациональности (показатели технологичности 1 категории), а показатели применяемости унифицированных и стандартизированных решений и показатели повторяемости конструктивных решений относятся к показателям преемственности решений (показатели технологичности 2 категории) [5].

Согласно ГОСТ 14.201-83 обработка изделия на технологичность должна, на основе достижения технологической рациональности и оптимальной конструктивной и технологической преемственности, обеспечивать решение следующих основных задач:

- снижение трудоемкости и себестоимости изготовления и монтажа;

- снижение трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта;

- снижение важнейших составляющих общей материалоемкости изделия – расхода конструкционных материалов и топливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже, техническом обслуживании и ремонте.

Снижение трудоемкости изготовления изделия зависит от многих факторов, основными из которых являются стандартизация, унификация составных частей изделий и их элементов (посадок, классов точности, шероховатости поверхностей, резьб, шлицев, шпонок, модулей зубьев, диаметров отверстий и др.) и типизация технологических процессов изготовления, технического обслуживания и ремонта[6]. При стандартизации составных частей изделия появляется возможность их взаимозаменяемости. Унификация составных частей позволяет использовать в новых изделиях составные части конструкций, обработанные на технологичность и освоенные в производстве, а так же сократить количество наименований и типоразмеров, составных частей изделия и применяемых материалов. Возможность использования типовых технологических процессов позволяет повысить уровень механизации и автоматизации процессов, сократить сроки изготовления, обслуживания и ремонта.

 

Таблица 1 - Показатели технологичностиизделий машиностроения

п/п

Наименование показателя

Состав показателя

1.

Показатели

трудоемкости

- трудоемкость изготовления;

- трудоемкость подготовки к функционированию;

- трудоемкость профилактического обслуживания;

- трудоемкость ремонтов;

- трудоемкость заготовительных работ;

- коэффициент эффективности взаимозаменяемости.

2.

Показатели

себестоимости

- технологическая себестоимость изготовления;

- себестоимость подготовки к функционированию;

- себестоимость профилактического обслуживания;

- себестоимость ремонтов;

- коэффициент точности обработки;

- коэффициент шероховатости поверхности.

3.

Показатели

материалоемкости

- материалоемкость (масса) изделия;

- коэффициент использования материала;

- коэффициент применяемости материала.

4.

Показатели применяемости унифицированных и стандартизированных решений

- коэффициент унификации изделия;

- коэффициент стандартизации изделия;

- коэффициент перспективного использования в других изделиях;

- коэффициент применения типовых технологических процессов;

- коэффициент унификации конструктивных

элементов;

- коэффициент сборности изделия.

5.

Показатели повторяемости конструктивных решений

- коэффициент повторяемости составных частей изделия;

- коэффициент повторяемостиконструктивных элементов.

 

Отработка технологичности всего изделия, составных сборочных единиц, деталей и их элементов ведется на всех стадиях создания изделия. На стадии проектирования определяются базовые показатели технологичности конструкции. На стадии технического предложения проводится анализ вариантов схем и компоновок изделия. При разработке эскизного проектавыполняется анализ принципиальных конструктивных решений по компоновке и членению конструкции. На стадии технического проекта принимаются окончательные решения по технологичности сборочных единиц и изделия в целом.Наибольшее значение имеют конструктивные решения на первых стадиях проектирования, когда определяются основные конструктивно-технологические признаки конструкции, предопределяющие в основном ее технологичность.

При разработке рабочей документации на опытный образец, осуществляют отработку конструкции деталей на технологичность, делают увязку со сборочными единицами. Для установочной серии осуществляют отработку на технологичность с учетом конкретных данных завода изготовителя. На стадии установившегося серийного или массового производства осуществляют завершение отработки конструкции соответственно условиям установившегося производства.

Список использованных источников

1.    Нелюб В.А. Применение полимерных композиционных материалов в судостроении для ремонта корабельных надстроек // Ремонт, восстановление, модернизация. 2013. №5. С. 21-24.

2.    Баурова Н.И., Зорин В.А. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: учеб.пособие. - М.: МАДИ, 2016. - 264 с.

3.    Баурова Н.И. Закономерности процессов разрушения композиционных материалов при продольном нагружении в зависимости от особенностей их структуры на микроуровне // Энциклопедия инженера-химика. 2012. №11. С. 35-41.

4.    Баурова Н.И. Модели долговечности клеевого материала с применением аппарата теории катастроф // Клеи. Герметики, Технологии. 2008. №10. С. 20-23.

5.    Лапина Н.В., Баурова Н.И. Особенности отработки деталей машин на технологичность при переходе на новые конструкционные материалы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. №1. С. 11-15.

6.    Зорин В.А., Севрюгина Н.С. Развитие теории и практики обеспечения технической и технологической безопасности транспортных средств // В сборнике: Информационные технологии и инновации на транспорте материалы 2-ой Международной научно-практической конференции. Под общей редакцией А.Н. Новикова. 2016. С. 294-305.