2. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
2.1.Прогрессивные конструкционные материалы
итехнологии их получения
Каждое изделие машиностроения является, как правило, системным образованием. Это относится как к конечным изделиям – машинам, приборам, оборудованию, средствам механизации и автоматизации, так и к их составным частям, конструктивным элементам и материалам. Даже любая деталь представляет собой совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов, которые в сочетании должны быть технологически рациональны. Поэтому следует дифференцировано рассматривать технологические требования к исходным материалам и конструктивному испытанию деталей, соединений и сборочных единиц.
Основными направлениями экономии ресурсов за счет применения прогрессивных материалов являются:
–использование рационального сортамента и марок исходных материалов;
–применение металлозаменителей;
–применение ресурсосберегающих технологий.
Использование рационального сортамента и марок ис-
ходных материалов существенно влияет на экономию материалов в производстве. Этому способствует, в частности, использование в качестве заготовок деталей сортового проката, фасонных и специальных гнутых профилей и других видов заготовок, исключающих многие операции механической обработки и необоснованное применение в отдельных случаях литых заготовок и поковок.
К рациональным исходным материалам могут быть также отнесены прогрессивные виды проката с повышенными прочностными характеристиками, минусовыми допусками, стабильными механическими свойствами, антикоррозионными
21
покрытиями.
Применение металлозаменителей. По многим проч-
ностным характеристикам пластмассы давно стали заменителями металла, а по ряду свойств (стойкости к различным средам, диэлектрических и других) они существенно превосходят металлы. Например, лопасти вертолетных винтов, изготовленные из стеклопластиков, более надежны и служат в разы дольше стальных. Детали из керамики по основным технико-эксплуатационным свойствам вполне конкурентоспособны по сравнению с деталями из высокопрочных сталей и сплавов высокой твердости, например в качестве торцовых уплотнений высоконагруженных насосных агрегатов.
Но не всегда удается заменить полностью в конструкции изделия металлы на неметаллические материалы. В отдельных случаях ограничением является требование недопустимости снижения общей массы изделия по условиям эксплуатации. Однако и в этих случаях могут быть найдены резервы экономии металла.
Например, в рамной конструкции ракетного двигателя во избежание повышенных эксплуатационных вибраций по причине снижения веса в результате «чрезмерной» экономии металла при его конструировании предусматривается применение полостных наполнителей из неметаллических материалов (пенополиуретанов), которые кроме основной своей функции – теплозащиты, повышают виброзащищенность трубопроводов и стыков. Экономии металла способствует применение композиционных материалов, которые обладают большей удельной прочностью, повышенной коррозионной стойкостью, жесткостью.
Применение ресурсосберегающих технологий. Основное внимание при организации новых и реконструкции действующих производств уделяется освоению средств технологического оснащения (машин, оборудования, средств автоматизации), реализующих малоотходные, безотходные и
22
энергосберегающие технологии. Основными направлениями развития металло- и энергосберегающей техники и технологии являются:
–создание и массовое применение техники, реализующей упрочняющие, малоотходные и безотходные технологические процессы;
–разработка новых и совершенствование выпускаемых видов энергопотребляющей техники (электрооборудования различных транспортных систем, электробытовых товаров и других изделий) в соответствии с современными, жесткими требованиями к показателям экономного расходования топлива и энергии.
При разработке и модернизации энергопотребляющей техники важную роль играет применение в конструкции энергетических и технологических установок систем и устройств, которые обеспечивают автоматический контроль и регулирование рабочих параметров изделий, оптимальный режим их работы. Внедрение ресурсосберегающих технологий предполагает также решение проблемы экономного использования трудовых ресурсов. Эта проблема решается в двух направлениях:
1) экономия живого труда, т.е. труда, непосредственно используемого в технологическом процессе преобразования предмета труда в конечный продукт;
2) экономия овеществленного труда, т.е. рациональное (более экономное) использование трудовых затрат, воплощенных в продуктах труда, при их непосредственном использовании по назначению.
Применение технологических методов упрочнения и нанесения антикоррозионных покрытий, предусмотренное в конструкторской документации и реализованное в производственных условиях, создает предпосылки для снижения массы машин и повышения их ресурсных характеристик.
К современным высокоэффективным методам технологического упрочнения деталей, относятся:
23
плазменная поверхностная закалка, значительно увеличивающая износостойкость деталей (гильзы плунжеров);
низкотемпературное жидкостное цианирование, повышающее стойкость рабочих поверхностей к выкрашиванию (кромки сопрягаемых поверхностей прецизионных пар трения);
термическая обработка деталей в защитных атмосферах, предотвращающих поверхностное обезуглероживание металла (мембраны регуляторов высокого довления);
формирование регулярных микрорельефов поверхностей деталей методом вибрационного обкатывания, повышающее износостойкость деталей в результате улучшения условий смазки (гильзы и поршни компрессоров);
упрочнение деталей методами пластического деформирования, наплавки износостойких сплавов и материалов, индукционной наплавки твердых сплавов и другими методами, повышающими стойкость деталей при рабочих нагрузках и перегрузках;
комбинированная поверхностная обработка нагруженных деталей, работающих в экстремальных условиях, нетрадиционными методами с использованием совмещенных в одном процессе воздействий различного вида (механических импульсных, электрических, магнитных, лучевых, плазменных
ит.д.).
К числу прогрессивных, ресурсосберегающих методов изготовления деталей и их заготовок относятся принципиально новые методы формоизменения, формообразования и упрочнения, в том числе:
профилирование специализированных заготовок на ковочных вальцах и станах поперечно-винтовой прокатки;
безокислительный и малооксилительный нагрев, обеспечивающий уменьшение припусков и снижение расхода металла на угар;
автоматизированный раскрой материала в листах и
24
ленте;
точная дозированная резка заготовок под горячую малоотходную объемную штамповку;
ротационная вытяжка тонкостенных оболочек;
объемная вибрационная обработка и комбинированные
сней методы и др.
аддитивные технологии прототипирования заготовок. Выбор таких методов изготовления и обработки при
конструировании, а также ориентация на применение соответствующих средств технологического оснащения один из важнейших источников экономии материальных, топливноэнергетических и трудовых ресурсов.
2.2.Требования к технологичности конструкции
вмеханообрабатывающем производстве
Взависимости от принадлежности различают детали взаимосвязанные и самостоятельные. Взаимосвязанными считают детали, являющиеся составными частями других
изделий, самостоятельными детали, не входящие в состав других изделий (например, гаечный ключ, сверло и др.).
Технологичность конструкции взаимосвязанной детали должна удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к изделию, в состав которого она входит, и частным требованиям, связанным непосредственно с ее технологичностью. Технологичность конструкции самостоятельной детали следует обеспечивать на всех стадиях ее разработки, исходя из базовых показателей технологичности, указанных в техническом задании. Конструкцию детали следует отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая зависимости от технологичности исходной заготовки детали, каждого вида обработки в технологическом процессе изготовления, технологичности сборочной единицы, в которую эта деталь входит как составная часть.
25