CC BY
67
УДК 658.562:001.893
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
ТИПА «ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ»
Ю.В. Французова
Рассмотрены вопросы повышения качества конструкторских проектных решений в машиностроении на основе проведения комплексной квалиметрической оценки технологичности детали типа "тело вращения", учитывающей себестоимость, трудоемкость, конструкторскую и технологическую унификацию элементов детали.
Ключевые слова: технологичность, содержание производства, унификация, инженерия, вал.
Обеспечение технологичности конструкции изделия на этапе проектирования - значительная и в то же время наиболее сложная задача конструктора. Если соответствие проекта машины заданному функциональному назначению легко оценить объективными численными показателями, то такое сложное и многофакторное понятие, как «технологичность», весьма затруднительно оценить количественно. Отсутствие общепринятых методик численной оценки технологичности не позволяет объективно разрешать неизбежные конфликты профессиональных интересов между конструктором как поставщиком конструкторской документации (КД) и технологом как ее потребителем.
Очевидно, что каждому набору параметров детали (форма и размеры поверхностей, шероховатость, допуски, конструкторские базы, коэффициент обрабатываемости материала) соответствует свой коэффициент технологичности . Критерием технологичности детали является превышение минимально допустимого значения Идоп., которое определяется
технологическими возможностями производства, тем, как деталь, вполне технологичная для завода, оснащенного современным оборудованием, может оказаться нетехнологичной или вообще невыполнимой для завода с устаревшим оборудованием.
Согласно ГОСТ 14.201-83 "Обеспечение технологичности конструкции изделий" основными показателями технологичности детали являются трудоемкость, себестоимость и унификация. Так как трудоемкость имеет прямое денежное выражение, она обычно включается в себестоимость. Поэтому предлагаемая оценка технологичности включает два основных компонента: технологическую себестоимость С и унификацию, выраженную конструкторским кку и технологическим кту коэффициентами. Тогда
Ик = 3\С\\ + 3 (кку + кту ). (1)
Весовые коэффициенты 2/3 и 1/3 введены для отражения того факта, что согласно ГОСТ 14.201-83 себестоимость, трудоемкость и унификация вносят равный вклад в технологичность детали.
Рассмотрим математическую модель определения технологической себестоимости. Норма себестоимости рассчитывается по формуле
„ ,, С
С = (2)
11 11 CT W
и представляет собой отношение реальной технологической себестоимости к величине Сном, являющейся либо технологической себестоимостью детали-аналога (ранее изготовленная деталь аналогичного типоразмера и конструкции, для которой известна себестоимость), либо номинальной технологической себестоимостью "простейшей" детали; для её расчета берется гладкий вал, габаритные размеры которого совпадают с габаритными размерами рассматриваемой детали, а поверхности имеют среднюю шероховатость
n Ra j • l j
Raср = ^—LTL, (3)
j=1 n •l
где Raj - шероховатость j -й обрабатываемой поверхности ; lj - длина j -й
поверхности; n - число обрабатываемых поверхностей; l -габаритная длина вала.
Технологическая себестоимость рассчитывается по формуле [2]
Ст = Сомб + T • кмат • (Зр + Ссч)• (1 + K /10о) (4)
а для расчета трудоемкости Т использовалась эмпирическая зависимость
[3]
n и
T = My • £ Sf • Rai • tf • кмат, (5)
i=1
где Сб -общая стоимость сырья и материалов, руб.; Зр - средняя часовая
оплата труда рабочего для соответствующего вида производства, руб/час;
Ссч - стоимость станко-часа, руб./час; K - средние накладные расходы, %; n - количество конструкторско-технологических элементов (КТЭ); кмат - коэффициент, учитывающий обрабатываемость материала; M -
масса детали, кг; Si - площадь срезаемого слоя i -й поверхности, мм2; Rai - требуемая шероховатость i -й поверхности, мкм; ti - допуск i -й поверхности, мм; n - число обработанных поверхностей; a, b, c, y -
эмпирические степенные показатели, определенные методом регрессионного анализа.
Далее рассмотрим определение коэффициентов конструкторской и технологической унификации детали типа «тело вращения». Коэффициент конструкторской унификации кку определяется как
1 п
кку = _ Х кку ' ■ п 1=1
к
(6)
где п - число конструктивных элементов; кку - коэффициент конструкторской унификации 1 -го конструктивного элемента детали, зависящий от формы и значения посадочного размера (размера, отвечающего за точность расположения детали в сборке).
Для цилиндра
к = Лку1
1,
если = 1,6
N
0,75, если В
1,25
N
N
0,5, если = 1,12
(7)
0,25, если = 1,06
N
для конуса
к = Лкух -
0, если ни одно условие не выполняется,
1, если 2а е А1,
0,5, если 2а е А2,
^ (8) 0, если ни одно условие не выполняется, где а; - угол при вершине конуса; А1, А2 - ряды предпочтительных углов по ГОСТ 8593 - 81. Приведенные константы (1,6; 1,25...) выражают ряды предпочтительных чисел для диаметра цилиндра согласно ГОСТ 8032-84.
Для конструктивных элементов других типов (например, фасонные проточки, сферические поверхности) анализируется их наличие в каталоге деталей-аналогов. Если подобный элемент найден, то коэффициент кку1 = 1, в противном случае к^ = 0.
В [4] указывается, что с точки зрения технологичности необходимо соблюдать определенное соотношение между размерным допуском на поверхность и ее шероховатостью, обусловленное невозможностью достижения и измерения жесткого размерного допуска на излишне шероховатой поверхности. Поэтому для каждой обрабатываемой поверхности введен следующий коэффициент, учитывающий корректность соотношения шероховатости и поля допуска:
1 п ъ=-X %
п7=17
[ 0, если шероховатость превышает 5% допуска на размер, где Ъу = \
[1, в противном случае.
По данным, собранным с предприятий Тульской области, было выявлено, что одной из основных причин возврата КД (45 % от числа возвратов на этапе технологической подготовки) является несогласованность схем базирования. В ряде случаев из-за неверной простановки конструкторских баз допуски на замыкающие размеры оказывались невыполнимыми, что требовало переработки КД. Следовательно, коэффициент технологической унификации детали должен оценивать прежде всего степень единства конструкторских и технологических баз как важнейший показатель технологичности. Данный коэффициент не удается рассчитать лишь на основе данных, представленных в КД - в ней не указаны технологические базы. Поэтому по чертежу выявляют множество конструкторских баз (конструктивных элементов, от которых проставлены размеры с допусками) детали Мкб . Далее на основе подходящего типового технологического процесса определяется множество гипотетических технологических баз Мтб . Коэффициент кту представляет собой
отношение количества совпавших баз ксов к количеству технологических
кТБ:
кту = . (10)
кТБ
При генерации гипотетического технологического процесса для каждой операции следует выбрать типовое оборудование, если не имеется дополнительной информации об особенностях оснащения конкретного производства. Оборудование зависит от содержания самой операции, габаритных размеров заготовки, свойств материала, точности получаемого размера и серийности производства. Далее требуется на каждом установе выбрать схему базирования. Для тел вращения она зависит в основном от габаритных размеров заготовки. Методом экспертных оценок были выявлены зависимости схемы базирования (в патроне, в патроне с люнетом, в патроне с люнетом и в центре, в патроне с центром, в плавающем центре, в центрах, в центрах с люнетом) от длины и диаметра заготовки. Координаты центра распределения (£>ц, Ьц) для г -й схемы базирования будут вычисляться по формулам
1 к1 1 к1 д =— у , ьц =— у ь1, (11)
ц к у ц1 к у
к У=1 к У=1
где г - номер схемы базирования; кI - определенное экспертами количество деталей, при обработке которых используется г -я схема базирования; й,¡1 - диаметр и длина у -й детали.
Выбор оптимальной схемы базирования /опт детали с габаритными размерами с!,16. происходит по условию минимума разницы расстояний точек в фазовом пространстве (09Ь) для выбранной марки материала:
К-^Мч--7)2-
(12)
*опт - min г
Для проверки адекватности модели был определен коэффициент корреляции между экспертными оценками уровня технологичности ряда деталей типа тел вращения и оценками, рассчитанными по предложенной методике. Коэффициент корреляции составил 0,84, что свидетельствует об адекватности математической модели.
Для эффективного управления технологичностью на этапе проектирования недостаточно просто оценить ее - необходимо дать рекомендации конструктору, указав наиболее нетехнологичные параметры детали.
В практической реализации работы предусмотрен вывод уровня технологичности детали по четырем параметрам: согласованность баз; шероховатость поверхностей; унификация конструктивных элементов; трудоемкость обработки (рисунок).
1. /шершл т^ шшштшш
2. Одмспюроннш зазор между флснцем резь5о5ога кстёро. и пайерхнастыв Б fie Savee DJ нн
3 "Ръзпери ofccrewSaevcR инсмрупентн
\<И2@>\В |
0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Согласованность Шероховатость баз
Унификация КЭ
Трудоемкост
Согласованность баз Шероховатость Унификация КЭ
Трудоемкость
Л^=0,318
N£=0,175
Поэлементная оценка технологичности деталей
Предложенная интеллектуальная подсистема предназначена для применения на рабочем месте конструктора при проектировании машиностроительных деталей для квалиметрической оценки технологичности текущего проектного решения и обоснованного внесения изменений в конструкцию.
Список литературы
1. Саати Т. Принятие решений: метод анализа иерархий / пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993. 268 с.
2. Технологичность конструкции изделия: справочник / под ред. Амирова Ю.Д. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.
3. Новикова М.В., Троицкий Д.И. Интегрированная конструктор-ско-технологическая модель детали как средство оценки трудоемкости ее изготовления // Вестник компьютерных и информационных технологий, №1, 2006. С. 22-25.
4. Вольхин К. А. Конструкторские документы и правила их оформления: учеб. пособие для студентов техн. ун-тов / К.А. Вольхин; Новосиб. гос. тех. ун-т. Новосибирск, 2004. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://graph.power.nstu.ru/wolchin/umm/eskd/index.htm. Загл. с экрана. № гос. регистрации 0320400632.
Французова Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INTEGRA TED MANUFA CTURABILITY ESTIMA TION OF A SHAFT CLASS PART'S
Y. V. Frantsuzova
The article deals with engineering solution quality increase in machine building industry on base of the qualimetric estimation of a shaft class part's manufacturability, that considering the cost, the manufacturing content, engineering and technological unification of the part' elements.
Key words: manufacturability, manufacturing content, unification, engineering,
shaft.
Frantsuzova Yuliya Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, iulian-na [email protected], Russia, Tula, Tula State University
