Reklama
Sky4fly.net
A A A

Ocena technologiczności konstrukcji

Bardzo często te same założenia mogą być przez konstruktora zrealizo­wane w zupełnie różny sposób, przy czym wszystkie odmiany konstruk­cyjne mogą posiadać jednakowe cechy użytkowe. Spośród tych odmian najkorzystniejsze będzie rozwiązanie odznaczające się najwyższym stop­niem technologiczności. Technologicznością konstrukcji elementów i zespołów maszyny nazywamy taką właściwość konstrukcji, która umożliwia bez pogorszenia użytkowych cech maszyny wytwarzanie elementów i zespołów jak najbardziej wydajnymi metodami, przy naj­mniejszym nakładzie pracy i najniższych kosztach produkcji. Można wyróżnić pięć głównych sposobów zwiększania stopnia techno­logiczności: 1)unifikacja i normalizacja zespołów i części, właściwy wybór materiałów i konstrukcji półfabrykatów, zmniejszenie zakresu i uproszczenie obróbki skrawaniem, uproszczenie montażu, celowe wymiarowanie i stosowanie właściwych tolerancji. Unifikacja, czyli ujednostajnienie, polega na stosowaniu do róż­nych konstrukcji takich samych elementów. Typowym przykładem unifi­kacji jest konstruowanie „rodziny" silników, umożliwiające uzyskanie jed­nostek o różnych mocach znamionowych. Zróżnicowanie mocy silników wchodzących w skład danej „rodziny" osiąga się najczęściej przez zmianę liczby cylindrów i obrotów. Zasadniczymi elementami, które powinny być wspólne dla „rodziny" silników są: elementy układu korbowego (tłoki, pierścienie, sworznie, kor-bowody, panewki łożyskowe), tuleje cylindrowe oraz elementy rozrządu, układu paliwowego, układu smarowania, układu rozruchowego itd. Skon­struowane w ten sposób ;,rodziny" silników mają wspólne (zunifikowane) wszystkie elementy z wyjątkiem tych, w których zmienia się długość, jak np. kadłub, głowica (nie zawsze), wał korbowy, wał rozrządu itp. Tego rodzaju unifikacja zapewnia bardzo duże korzyści gospodarcze, co uwidacznia następujący przykład. Jeżeli wytwórnia produkuje czterosu-wowy silnik z zapłonem samoczynnym składający się z 1100-^1300 roz­maitych części, to przez skonstruowanie na jego podstawie „rodziny" silni­ków można wykonując dodatkowo około 100-=-120 nowych, rozmaitych elementów produkować w tej wytwórni silniki o kilku wielkościach mocy. Unifikacja konstrukcji zmniejsza ilość prac przy projektowaniu i pozwala wykonać je lepiej, wykorzystując doświadczenia uzyskane przy realizacji konstrukcji wykonanych poprzednio. Unifikacja konstrukcji ułatwia wykorzystanie normalnych narzędzi oraz zmniejsza ilość narzędzi i przyrządów specjalnych; oprócz tego pozwala zmniejszyć rozmaitość wyrobów, a zatem zwiększyć serię. Ogromne ko­rzyści daje unifikacja maszyn z punktu widzenia ich użytkowania i na­praw. Jeszcze większe korzyści gospodarcze niż unifikacja zapewnia norm a-1 i z a c j a. Jednakże w dziedzinie silników spalinowych, podobnie jak w całej dziedzinie budowy maszyn, przedmiot normalizacji stanowią głów­nie powszechnie stosowane elementy maszyn (śruby, nakrętki, podkładki, wpusty itd.) oraz niektóre szczegóły konstrukcyjne elementów (wielkości charakterystyczne uzębień, gwinty, rowki na wpusty, gniazda świec za­pionowych itd.). Całych zespołów i większości elementów nie można znor­malizować, a jedynie można je zunifikować. Najczęściej przy analizie gotowej dokumentacji konstrukcyjnej silnika technolog nie ma wpływu na zwiększenie jego stopnia technologiczności w opisany sposób. Zastosowanie elementów lub części unifikowanych i znormalizowanych musi być uwzględnione podczas projektowania danego silnika przez konstruktora. Właściwy dobór materiałów nie polega na uwzględnianiu jedynie wa­runków konstrukcyjnych (dostateczna wytrzymałość i odporność na zuży­cie oraz mały ciężar właściwy), ale również warunków technologicznych (dostateczne własności plastyczne lub odlewnicze i dostateczna obrabial-ność) i ekonomicznych (niski koszt). Ponadto przy wyborze materiału na­leży uwzględniać również jego wpływ na ekonomiczność metod wykonania i obróbki półfabrykatów. Rozwój produkcji silników spalinowych wpłynął na udoskonalanie ma­teriałów, z których były one wytwarzane. Na przykład ciągły rozwój silni­ków lotniczych spowodował zastosowanie wielkiej liczby stopów lekkich 0 wysokich własnościach mechanicznych, a rozwój silników turbospalino-wych — nowych stopów żaroodpornych. Jednocześnie obserwujemy stałe ulepszanie znanych materiałów. I tak np. wytrzymałość żeliwa na rozcią­ganie przed pięćdziesięciu laty nie przekraczała 10-^15 kG/cm2, natomiast obecnie dzięki udoskonaleniu metod technologicznych (dodatki stopowe, modyfikacja i obróbka cieplna) osiąga 80 kG/cm2 (żeliwo sferoidalne). Ten postęp w dziedzinie materiałów konstrukcyjnych spowodował za­stosowanie poszczególnych materiałów w przypadkach, w których dotych­czas nie były używane, jak np. użycie żeliwa na wały korbowe dużych silników przemysłowych zamiast stali (w silnikach samochodowych że­liwne wały wprowadzono już przed dwudziestu laty). Konstrukcja półfabrykatów ma bardzo duży wpływ zarówno na ich wy­konanie, jak również na późniejszą ich obróbkę skrawaniem. Przy projektowaniu odlewów należy przede wszystkim zapobiegać pow­stawaniu: 2)jam skurczowych i rzadzizn — przez unikanie skupień materiału, a w razie niemożliwości ich uniknięcia, przez nadanie kształtu umożliwia­jącego doprowadzanie ciekłego metalu do grubych przekrojów przez nad-lewy, 3)pęknięć — przez stosowanie łagodnych przejść i zaokrągleń w naro­żach, możliwie równomiernych przekrojów, a przy koniecznych różnicach przekrojów przez pozostawianie swobody odkształceń przy stygnięciu 1 kurczeniu się odlewu, 4)paczenia się — przez symetryczne rozmieszczanie zgrubień przekro­jów, 5)niedolewów — przez unikanie nadmiernego zmniejszania grubości ścianek, 6)pęcherzy gazowych — przez zapewnienie dobrego odprowadzania ga­zów z rdzeni i unikanie dużych płaszczyzn poziomych, zaproszeń materiałem formierskim — przez unikanie wąskich przejść i zagłębień, delikatnych ścianek lub występów ulegających łatwo uszko­dzeniu przez strumień ciekłego metalu. W celu zmniejszenia kosztów wytwarzania ukształtowanie odlewu po­winno ułatwiać: 7)wykonanie modelu' — przez unikanie zbędnych krzywizn i złożonych kształtów oraz wichrowatych powierzchni, formowanie i wykonanie rdzeni — przez zapewnienie przeprowadze­nia prostego i w miarę możliwości pojedynczego podziału formy, bez potrzeby wykonywania części modelu „na luz", stosowanie zbieżności i konstrukcji otwartych zamiast zamkniętych oraz zapewnienie pew­nego osadzenia rdzenia w formie, oczyszczanie odlewu — przez konstrukcyjne rozwiązanie możliwości usunięcia rdzeni i szkieletów rdzeniowych oraz oczyszczanie odlewu wewnątrz, obróbkę mechaniczną, co jest oddzielnie omawiane dla wszystkich półfabrykatów. Przy projektowaniu odkuwek matrycowych należy przestrzegać, między innymi, następujących zasad. 8)Podział matrycy powinien przebiegać w miarę możliwości w jednej płaszczyźnie i nie na przedłużeniu krawędzi odkuwki; ponadto powinien on zapewniać: łatwe wykonanie matrycy, dużą wydajność kucia oraz do­bre wypełnienie wgłębień materiałem odkuwanym. Należy unikać podziału matrycy w płaszczyznach równoległych do kierunku uderzeń młota ze względu na powstawanie sił bocznych i możli­wość przesadzenia odkuwki (dotyczy to przypadków, w których podział matrycy nie przebiega w jednej płaszczyźnie). Należy unikać wysokich i cienkościennych występów i żeber oraz znaczniejszych wgłębień. Wszystkie odkuwki muszą mieć zbieżności umożliwiające ich wyję­cie z matrycy. W celu zmniejszenia zbieżności należy tak konstruować odkuwkę, aby wykrój był jak najpłytszy. Należy unikać wielokrotnych i nagłych zmian przekroju odkuwki oraz ostrych krawędzi i konturów. Najmniejsze grubości ścianek, najmniejsze promienie zaokrągleń przej­ściowych i najmniejsze pochylenia ścian bocznych dla odkuwek matryco­wych podane są w normie PN/H-94300. Norma ta podaje również wytycz­ne dotyczące wykonywania rysunków odkuwek. Zmniejszenie zakresu obróbki skrawaniem możliwe jest przede wszyst­kim przez zastosowanie dokładnych odlewów, odkuwek, prasowania itd. Wiele powierzchni obrabianych dawniej skrawaniem, obecnie, po zastoso­waniu nowych rodzajów półfabrykatów, obróbki tej nie wymaga. Ramio­na wałów korbowych i trzony korbowodów, przy zastosowaniu kucia ma­trycowego, W wielu przypadkach w ogóle nie podlegają obróbce. Zmniejszenie zakresu obróbki skrawaniem uzyskuje się również przez zmniejszenie powierzchni obrabianych. Na rys. 184 przedstawiono przy­kład zmniejszenia zakresu obróbki uzyskany w ten sposób w przypadku powierzchni cylindrycznej. Uproszczenie obróbki skrawaniem osiąga się przy przestrzeganiu szeregu warunków, spośród których zostaną podane tylko najbardziej ogólne. Kształt przedmiotu powinny tworzyć w miarę możności powierzchnie najprostsze, tzn. płaskie i cylindryczne, ponieważ większość obrabiarek jest przystosowana właśnie do obróbki takich powierzchni, natomiast po­wierzchnie o zarysach krzywoliniowych wymagają obróbki ręcznej lub złożonych sposobów kopiowania. Kształt przedmiotu powinien umożliwiać również stosowanie najbardziej prostych i tanich sposobów obróbki (wier­cenie, frezowanie itp.), bez użycia złożonych przyrządów. Szczególnie wysokim stopniem technologiczności powinny się odznaczać te elementy, które podlegają długotrwałym operacjom (wytaczanie w kad­łubach, wiercenie głębokich otworów itp.) i wymagają skomplikowanych przyrządów i narzędzi lub specjalnych obra­biarek. Na przykład przy wytaczaniu współosiowych otworów ważną rolę odgrywa wzajemny stosu- nek ich średnic, przy czym mo- żna wyróżnić przypadki przed- stawione na rys. 185. W pierw- szym przypadku (rys. 185a), przy którym wszystkie 3 otwory mają jednakową średnicę, potrzebne wy­miary otrzymuje się przy jednym nastawieniu narzędzia, nie można jednak zastosować do obróbki jednego wytaczadła z trzema nożami, co natomiast jest możliwe w przypadku drugim (rys. 185b). Najgorszy pod względem technologicznym jest przypadek trzeci (rys. 185c), ponieważ wymaga na­stawiania noża do obróbki środkowego otworu wewnątrz obrabianego kad­łuba. Obrabiany przedmiot powinien być możliwie sztywny, ponieważ w prze­ciwnym przypadku następuje pogorszenie warunków skrawania (zwiększe­nie czasu i kosztów obróbki). Przy projektowaniu elementów obrabianych należy uwzględnić kon­strukcję i kształt narzędzia oraz jego swobodne wyjście przy końcu skra­wania. Na przykład przy szlifowaniu powierzchni walcowej i sąsiadującej z nią powierzchni czołowej należy przewidzieć zaokrąglone przejście lub gwint zewnętrzny nie powinien dochodzić zupełnie do czoła części wałka posiadającej większą średnicę (rys. 187a), natomiast wewnętrzny — do dna nieprzelotowego otworu (rys. 187b) itd. Należy unikać wiercenia otworów na powierzchni pochyłej lub zaokrą­glonej (rys. 188a), gdyż powoduje to często złamanie wiertła; uniknąć tego można wprowadzając odpowiednie nadlewy lub wybrania (rys. 188b, c). To samo dotyczy powierzchni wyjściowych otworów przelotowych (po­równaj rys. 188d, e) oraz trafiania wyjścia otworu na pionową lub pochyłą ścianę (rys, 188/, g). Przy konstruowaniu należy starać się zapewnić najłatwiejszy dostęp do wszystkich obrabianych powierzchni, a więc np. unikać wiercenia otworów w bezpośredniej bliskości ścianek, wyma­gającego zwykle stosowania długich wier­teł (rys. 189), unikać obróbki powierzchni wewnątrz kadłubów itd. Należy jak najczęściej stosować znorma­lizowane kształty i wymiary, jak np. gwin­ty, normalne średnice itd. Założona dokła­dność obróbki i gładkość powierzchni po­winna być taka, jaka jest rzeczywiście ko­nieczna dla zapewnienia właściwej pracy silnika; nieprzestrzeganie tego utrudnia obróbkę i zwiększa jej koszt. Ze względu na uproszczenie montażu konstrukcja silnika powinna umożliwiać stopniowe jego wykonywanie, tzn. zaczy­nając od podzespołów, następnie zespołów i na końcu całego silnika. Przestrzeganie tej zasady umożliwia szerszy rozdział prac montażowych i tym samym znaczne ich skrócenie i uproszczenie poszczególnych operacji składowych. Ułatwia to również wprowadzenie montażu potoko­wego. W produkcji seryjnej, a zwłaszcza masowej, podstawowym wymaga­niem z punktu widzenia technologiczności montażu jest stosowanie zamien­ności części, a więc montażu bez ich indywidualnego dopasowywania. Konstrukcja silnika powinna również umożliwiać łatwe wykonywanie poszczególnych operacji montażowych. Na rvs. 190