Обеспечение качества машин

существенно упрощает эту работу.

Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок, и гильз

схожи между собой. Основными технологическими трудностями изготовления этих

деталей является обеспечение требований по малым отклонениям формы наружных

и внутренних поверхностей, малым отклонениям от цилиндричности, биению

поверхностей. Преодоление этих трудностей на фоне типовой технологии

представляет собой основу повышения качества деталей.

Конструктивные элементы деталей в виде отверстий, пазов порождают

отклонения формы на ответственных поверхностях. Такие отклонения следует

преодолевать на основе расчета возникающих упругих перемещений под

действием сил резания. Последние выбирают исходя из соображения того, что

перемещения должны быть меньше допуска на отклонение формы.

В деталях указанного типа, изготовленных по неизмененным технологическим

маршрутам, одного и того же химического состава, но из заготовок,

полученных разными методами, получается в итоге различный уровень

остаточных напряжений. Термическая обработка меняет уровень напряжений,

даже изменяется их знак, но общий вывод остается неизменным и должен

приниматься в расчет при технологическом обеспечении качества.

Эффект технологического наследования особенно следует учитывать при

изготовлении типа колец. Заготовки колец, изготовленные на горизонтально-

ковочных машинах, неизменно получают отклонение формы наружной поверхности

в виде овала. Указанная погрешность оказывается исключительно устойчивой,

на всех операциях технологического процесса она уменьшается. Ставя задачу

повышения качества, нельзя игнорировать форму заготовки. Для качественных

колец необходимо ограничить отклонение формы заготовок. Вторым условием

повышения качества следует считать использование зажимных устройств с

закреплением заготовок по торцам. Этими мероприятиями вполне можно

предотвратить передачу вредных наследственных свойств.

Проблема обеспечения качества деталей типа колец, втулок и гильз

непосредственно связана с особенностями закрепления их при обработке

резанием. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками

передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается

ощутимой. Поэтому крайне важно обеспечить малые отклонения формы

установочных поверхностей.

Указанные детали часто работают в условиях изнашивания, и в связи с этим

в поверхностных слоях предпочтительнее напряжение сжатия. Однако

вследствие разнообразия методов обработки, различных сочетаний силовых и

тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность

возникают остаточные тангенциальные напряжения, различные по величине и по

знаку, что следует учитывать при технологическом формировании такого

показателя качества, как износостойкость.

Вопрос о напряжениях непосредственно связан с отклонениями формы

поверхностей колец, втулок, гильз. Реальные поверхности всегда имеют

волнистость (гранность). После токарной обработки заготовок диаметром 50-

80 мм под такой поверхностью возникает слой со структурой, отличной от

структуры основного материала. Глубина этого слоя составляет 25-50 мкм.

После термической обработки на операции шлифования можно достичь очень

малых отклонений формы. Однако установлено, что на глубине 10-12 мкм от

поверхности прошлифованного образца располагается пояс аустенитных зерен.

Толщина этого пояса оказывается различной и периодически повторяющейся. С

течением времени нестабильный по структуре слой аустенита превращается в

мартенсит. При этом, естественно, изменяется (увеличивается) объем

материала. В тех местах, где слой аустенита был шире, происходит большее

изменение объема (увеличение), и наоборот. Поэтому деталь, имевшая после

шлифования весьма малые отклонения формы, получает наследственную

волнистость. Для уменьшения отклонений формы необходимо рассматриваемую

поверхность обработать дополнительно с помощью методов, создающих сжимающие

напряжения, так как они замедляют процесс превращения аустенита в

мартенсит. Одним из таких методов является алмазное выглаживание. В

результате такой обработки отклонение формы за один и тот же промежуток

времени оказывается почти в 3 раза меньше, чем после шлифования эль бором.

Конструктивные формы корпусных деталей непосредственно влияют на

теплоотвод при растачивании основных отверстий. Следствием его является

отклонение от соосности. При последовательном растачивании показатели

качества более низкие, чем при одновременном. Наилучшие результаты получены

при одновременном растачивании симметричных частей корпусов.

Особо следует отметить опасность искажения формы главных отверстий

корпусных деталей при их закреплении на металлорежущих станках. Для

технологического обеспечения качества корпусных деталей в связи с

использованием технологической оснастки необходима экспериментальная

отработка в условиях заводских лабораторий схемы закрепления с указанием

сил закрепления и координат их приложения. Наивысшую точность обеспечивает

схема закрепления, соответствующая схеме закрепления корпуса после сборки

его в готовой машине.

Для деталей других типов существуют свои технологические приемы

повышения качества, и вопрос решается аналогично тому, как он решается

применительно к деталям, рассматриваемым выше.

В различных отраслях машиностроения наблюдается повышенный интерес к

гибкому производству, в том числе автоматизированному, использованию

станков с программным управлением. В связи с этим иногда полают, что

вопросы технического обеспечения качества продукции можно решить только

благодаря этой, так называемой новой технике. Такая точка зрения,

безусловно, ошибочна. Во-первых, указанные технологические системы обладают

практически теми же недостатками, что и системы обычные, во-вторых,

масштабы их применения малы и пока не играют ощутимой роли в общей массе

изготавливаемых деталей машин, в-третьих, надежность их находится не на

таком уровне, чтобы можно говорить об устойчивых технологических процессах.

Вместе с тем тенденция развития и совершенствования таких технологических

систем очевидна. Проблема технического обеспечения качества деталей машин

должна решаться с применением любых технологических систем в первую очередь

- автоматических.

С увеличением точности на сборке требуется особый подход к оценке баз

как геометрических образов. Производственные погрешности и деформации на

сборке вызывают существенные отклонения от плоскостности, цилиндричности,

конусности, перпендикулярности и пр. Поэтому следует принимать в расчет

реальные формы базовых поверхностей.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИН НА ОПЕРАЦИЯХ СБОРКИ.

Сборка является заключительным этапом производства. Но этот этап

принципиально отличается от других этапов тем, что именно в нем проявляются

различные связи деталей, особенности их взаимодействия. После сборки

совокупность свойств представляется как показатель качества машины. Машина

может считаться качественной, если погрешность лежит в заданных

пределах.

Большое разнообразие машин не позволяет дать единой картины повышения

качества машин на сборке. Сборка по методу полной взаимозаменяемости,

применяемая в массовом и серийном производствах, не допускает подбора

деталей, регулировок и пригонок. Качество машины обеспечивается самой

компоновкой собираемых деталей, точность которых оказывается сравнительно

высокой, равно как м себестоимость изготовления. Тогда замыкающие звенья

имеют жесткие допуски. Экономические оценки играют в этом случае очень

важную роль.

Метод неполной взаимозаменяемости не гарантирует необходимое качество

всех собираемых машин, так как у сравнительно небольшого количества

объектов точность замыкающего звена не будет обеспечена.

Широкое распространение получил метод сборки с групповой

взаимозаменяемостью. Все изготовленные детали разбивают на размерные

группы, а соединение получают непосредственным подбором деталей, взятых из

соответствующих групп. При этом допуски на детали каждой группы оказываются

жесткими, что обеспечивает сборку весьма точных соединений. Однако

повышение качества изделий этим методом не представляется возможным в

условиях поточной сборки, так как нельзя гарантировать, что время на подбор

двух деталей соединения будет постоянным и равным такту.

Сборка с регулировкой представляет собой метод обеспечения качества

машин. Регулировку выполняют перемещением одной из деталей, которая играет

роль компенсатора. Поэтому представляется возможным получать высокое

качество всей цепи при сравнительно низкой точности звеньев.

Точностные показатели сборки в оценке качества машин являются

Одними из основных. Их обеспечение сопряжено с преодолением ряда

технологических трудностей. Сюда относят неточности изготовления собираемых

деталей. Каждый тип производства имеет свои особенности сборки.

В массовом производстве характерной является сборка на конвейерах,

которые перемещаются непрерывно или периодически. Но главным является

наличие потока, когда продолжительность сборки на различных рабочих местах

оказывается практически одинаковой и соответствует такту. Именно для этого

случая сборки особенно важна обработка конструкции на технологичность, что

обеспечивает высокое качество соединений в условиях жесткого такта.

Многие вопросы сборки в условиях массового производства успешно решены с

помощью средств автоматизации, которая обеспечивает постоянство условий

сборки, что повышает качество машины

Следует считать прогрессивными такие технические решения, когда один

узел на сборке устанавливается относительно другого узла с помощью луча

света, а оператор, получив сигнал о правильности расположения узлов, дает

команду на их закрепление на базовой детали.

В развитие высказанного технического решения можно привести пример

сборочной системы, построенной в МВТУ им. Баумана. Она предназначена для

сборки деталей типа втулок с корпусными деталями методом охлаждения. Любая

втулка имеет на наружной (установочной) поверхности отклонение от

цилиндричности (гранность), что объясняется особенностями ее изготовления.

Аналогичные отклонения имеет и отверстие корпуса. Сборка с натягом в этих

условиях повлечет за собой передачу отклонений от цилиндричности

сопрягаемых поверхностей на отверстие втулки.

Сборочная система состоит из трех участков: измерительного,

вычислительного и сборочного. На измерительном участке проводят 100%-ную

аттестацию всех поступающих на сборку деталей по параметру отклонения

формы. Полученную информацию передают на вычислительный участок, где с

помощью микропроцессора проводится гармонический анализ обеих сопрягаемых

цилиндрических поверхностей. Результаты анализа позволяют провести

ориентирование собираемых деталей. Оно состоит во взаимном повороте по

разработанной программе одной из деталей вокруг своей оси так, чтобы

имеющиеся погрешности формы сочетались на обеих поверхностях оптимальным

образом. При этом перенос отклонений формы сопрягаемых поверхностей на

отверстие втулки произойдет в наименьшей степени. Далее рука робота

переносит уже ориентированную втулку в охлаждающую среду и по истечении

определенного времени подает ее в отверстие корпуса для сборки поперечно-

прессовым методом. В итоге каждая пара сопрягаемых деталей сочетается

характерным только для нее образом, однако все действия системы не нарушают

такта поточной сборки. Такой подход может представлять принципиальный

интерес для массового производства.

Серийное производство имеет свои существенные отличия на сборке, но

именно здесь могут встретиться самые различные организационные формы. С

одной стороны, необходимо использовать преимущества автоматизированной

сборки, с другой стороны, - автоматизация сдерживает возможность

переналадки сборочного оборудования на изготовление новой партии изделий.

Как и в массовом производстве, для повышения качества машин большую роль

играет отработка конструкций на технологичность и соблюдение требований

технологического процесса сборки.

Широкое применение на сборке находят ориентирующие устройства. Их

назначение оказывается различным. При больших партиях собираемых деталей

эти устройства могут играть роль распознавателей образов и давать команду

на поворот и поступательное перемещение в пространстве деталей для

сопряжения с другой деталью. В ориентирующих устройствах используются

механические, электрические и пневматические элементы. Созданные в МВТУ им.

Баумана оптические ориентирующие устройства позволяют подавать на сборку

детали с исключительно малой асимметрией. Переналадка таких устройств с

целью обеспечения гибкости сборочного оборудования занимают несколько

минут.

Положительным фактором является сочетание в этих устройствах функций

ориентирования с функциями контроля деталей. Исключительно важную роль

играют устройства, которые ориентируют одну деталь на сборке относительно

другой. В условиях серийного производства оптические устройства позволяют

выверять детали с использованием лучей лазера и затем закреплять их.

Использование оптических устройств на сборке в целом позволило значительно

повысить качество машин.

Автоматизация собственно процессов сборки в условиях серийного

производства для всех видов соединений маловероятна. Вместе с тем для

повышения качества отдельных сопряжений или сопряжения группы деталей

использование автоматизации необходимо. Логичным оказывается использование

сборочных комплексов, которые способны выполнять функции контроля качества

сборки. Широкое использование координатно-измерительных машин существенно

повышает качество сборки.

Наибольший эффект при сборке обеспечивают гибкие автоматизированные

устройства для отдельных наиболее ответственных соединений. Так, в

станкостроении выделяют две группы деталей. Для каждой из групп решается

проблема обеспечения качества с помощью автоматизации сборке на основе

группой технологии.

Повышению качества машин и их соединений способствует появление

интересных технологических решений, в частности, сборка пар ходовой винт-

гайка. Такая пара обладает высоким качеством, когда обеспечивается заданное

прилегание по регламентированному числу витков резьбы. Создан ряд

технологических систем, объединяющих станки воедино. Если при окончательном

изготовлении гайки возникает погрешность, то она фиксируется, и информация

о ней передается на второй станок. Такая информация позволяет

самонастраиваться станку для изготовления винтов с учетом погрешностей

гайки.

Возможности металлорежущих станков с ЧПУ привели к мысли об объединении

в серийном производстве в едином технологическом комплексе процессов

изготовления деталей и их сборки. Такое решение может обеспечить высокое

качество соединений.

Многообразие методов повышения качества на сборке объясняется условиями

единичного производства и широким ассортиментом собираемых изделий - от

объектов тяжелого машиностроения до приборов. Для каждого вида продукции

требуются особые условия сборки. Например, именно на сборке обеспечивается

качество высокооборотных приводов (шпинделей) шлифовальных станков высокой

точности. Обеспечение на сборке изделия высокой точности является

серьезной технологической проблемой.

Необходимо учитывать деформации деталей на сборке. Упругие деформации

вполне соизмеримы с допусками на изготовление деталей. В ряде случаев

деформация может превосходить допустимое значение выходного параметра

изделия. Так высокоточные детали на сборке могут превратиться в детали

низкой точности. Собранное изделие, если и сможет работать, будет иметь

низкую надёжность.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН.

Теория надежности останется как в ближайшее время, так и в отдаленной

перспективе основой для прикладных методов расчета и эксплуатации

механических систем. Методологические вопросы теории надежности машин и

конструкций могут быть отнесены к фундаментальным вопросам науки.

Наряду с традиционными направлениями теории надежности машин и

конструкций в ближайшем будущем получат развитие новые направления. Среди

них: методология оценки надежности и безопасного срока службы технического

объекта с целью принятия решений о его дальнейшей эксплуатации. К новым

направлениям относятся: методы прогнозирования надежности по расчетным

схемам, максимизация приближения к реальным объектам, методы оценки

безопасности объектов по отношению к редким природным и техногенным

воздействиям; учет человеческого фактора в расчетах сооружений на

надежность и т.д.

Перечисленные новые направления останутся наиболее перспективными в

научном отношении. Полученные результаты найдут применения при создании

норм расчета и проектирования нового оборудования. Одним из основных

напрвления развития тео- рии надежности на перспективу будет более глубокое

взаимное проникновение кон- цепций надежности в механику.

Среди новых разделов механики одной из ведущих мест принадлежит механике

разрушения. Трещины практически неизбежны в любой крупногабаритной конст-

рукции. Требования отсутствия таких трещин чрезвычайно обременительно и за-

частую просто невыполнимо. Назначение мехинки разрушения - указать пути для

выбора материала, отвечающих разумному копромису между требованиями эконо-

мичности и требованиями высокой безопасности и надежности.Крупные успехи ме-

ханики развития позволили разработать методы оценки трещино-стойкости

конст- рукционных материалов, наметить пути создания конструкций,

обладающих повы- шенной живучестью при наличии трещин.

В настоящее время одно из основных проблем механики является создание

теории зарождения и роста трещин.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Машиностроительная энциклопедия в сорока томах.

Под ред. К. С. Колесникова Том IV-3.-М.:1998

Технологические основы обеспечения качества машин.

Под ред. К. С. Колесникова. М.: Машиностроение 1990

Технология важнейших отраслей промышленности.

Под ред. А.М. Гинберга, Б.А. Хохлова М.: Высшая школа

1985

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

1. Кулапин Р.П. Проблемы развития рынка отечественной машиностроительной

продукции.// Вестник машиностроения,1998,№ 7

Страницы: 1, 2