1.2 Основи метрології, точність і якість виготовлення

Метрологія – наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способах досягнення потрібної точності. Вона встановлює системи державних еталонів фізичних величин, створює зразкові засоби вимірювання, розробляє стандартні методи і засоби випробування контролю та систематично перевіряє вимірювальні прилади.

Точність виготовлення (технологічна точність) - ступінь відповідності поля розсіювання реальних відхилень виробів заданому допуску. Для механічної обробки вона визначається факторами:

1. Відповідністю оброблених поверхонь заданим геометричним формам та розмірам;

2. Правильністю взаємного розташування оброблених поверхонь між собою та відносно необроблених;

3. Якістю оброблених поверхонь

Розглянемо точність виготовлення продукції через точність обробки деталей. Щоб виконати обробку з заданою точністю треба виявити і врахувати причини виникнення погрішностей. Основні з них:

1. Неточність виготовлення верстатів, пристроїв, інструментів та їх знос;

2. Деформація верстата, пристрою, інструмента та деталі під дією сил закріплення, різання та вібрації;

3. Нагрів при обробці;

4. Неточність настройки верстата;

5. Неточність вимірювання;

Класифікація виробничих погрішностей дозволяє прогнозувати їх виникнення, величину і напрямок дії. В результаті сукупної дії всіх причин виникає результуюча погрішність, яка визначає відхилення від заданого параметра і, як наслідок, надійність і деталі і виробу. З підвищенням точності та надійності виготовлення окремої деталі підвищується надійність виробу, але зростає його вартість. При низькій точності та надійності виготовлення окремої деталі знижується надійність виробу, але знижується його вартість. Такі вироби вимагатимуть збільшення витрат на ремонт і обслуговування. Тому точність і якість виготовлення і надійність виробів повинні бути економічно обґрунтованими.

Експлуатаційні властивості деталей і виробів та довговічність їх роботи залежать від стану поверхні який визначають чистота та фізичні властивості поверхневого шару.

Фізичні властивості визначаються мікроструктурою поверхневого шару створеного наклепуванням від сил різання та термічного впливу (місцевого нагріву). Чистота поверхні обробленої ріжучим інструментом характеризується висотою мікронерівностей (шорсткістю поверхні). Чим вона менша, тим чистіше поверхня.

Шорсткість оцінюють параметрами: R_a і R_z (мал. 1.4)

R_a - середнє арифметичне відхилення профілю яке визначають як середнє значення відстаней (у₁ у₂…у_n) профілю до його середньої лінії у межах базової довжини.

де у_i - абсолютні відстані до середньої лінії

n - число виміряних відхилень

R_z - висота нерівностей яку визначають як середню відстань між п’ятьма найвищими виступами і п’ятьма найнижчими западинами виміряну в межах базової довжини від лінії паралельній середній лінії профілю мікронерівностей

де h₁ h₃…h₉ - відстані від найвищих точок виступів до лінії паралельній середній

лінії

h₂ h₄…h₁₀ - відстані від найнижчих точок западин до лінії паралельній середній лінії

Оцінка шорсткості за параметром Ra дає більш повну оцінку і використовується переважно.

Шорсткість обробленої поверхні оцінюють методами:

Якісним - полягає у візуальному порівнянні оброблених поверхонь з зразками (еталонами) шорсткості. Він суб'єктивний і для дуже чисто оброблених поверхонь ненадійний.

Кількісним - полягає ν вимірюванні нерівностей інструментальними засобами: контактними (профілометр, профілограф) та безконтактними (оптичні прилади, лазерні пристрої)

Точність і якість виготовлення та надійність продукції можливо оцінити тільки шляхом проведення вимірювань. Під вимірюванням розуміють встановлення значення фізичної величини (кількісної характеристики) дослідним шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів вимірювання.

Фізична величина - особливість фізичних об'єктів або явищ спільна для них у якісному відношенні та використана для кількісного вираження (довжина, кут, температура та інше). Кількісну характеристику значення конкретної фізичної величини яка складається з числового значення величини та одиниці фізичної величини якою вимірюють називають її розміром.

Розмірність - вираз з основних одиниць у формі їх математичного співвідношення, що забезпечує поєднання у систему.

Системи фізичних величин - сукупність взаємозв'язаних фізичних величин, які застосовуються в окремих галузях знань.

Державну систему забезпечення вимірювання реалізує метрологія під якою розуміють науку про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення потрібної точності.

Вимірювання - знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом. Технічний засіб вимірювання та прийоми його використання створюють методи вимірювання. Вони бувають:

1. Метод безпосередньої оцінки коли значення вимірюваної величини визначають безпосередньо по відліковому пристрою вимірювального приладу прямої дії.

2. Метод порівняння коли вимірювану величину порівнюють з величиною відтворюваною мірою (еталоном)

Кожний з них буває:

1. Контактний;

2. Безконтактний;

3. Прямий коли значення величини знаходять безпосередньо з дослідних даних (вимірювання кута кутоміром, діаметра - штангенциркулем тощо);

4. Посередній коли значення величини визначають на основі відомої залежності між цією величиною і величинами які піддаються прямому вимірюванню;

5. Абсолютний коли вимірювання базується на прямих вимірах величини та використанні значень фізичних констант;

6. Відносним коли вимірювання базується на порівнянні вимірюваної величини з відомим значенням міри, наприклад, вимірювання величин відносно однойменної величини, прийнятої за вихідну.

Згідно з стандартом міжнародну систему фізичних величин (SI) потрібно застосовувати не тільки в документації, а й при маркуванні продукції. Порівняно з іншими системами вона має серйозні переваги:

-уніфікацію фізичних величин всіх видів вимірювань;

-має тільки сім основних фізичних одиниць, всі інші (160) похідні, утворені від основних (табл.1.1);

-когерентність (узгодженість) яка проявляється у тому, що всі похідні одиниці системи виводять із рівня зв'язку між фізичними величинами в яких всі без винятку коефіцієнти дорівнюють одиниці.

Необхідно звернути увагу на різницю літературного визначення фізичних величин та їх розмірностей:

• всім малим літерам, якими позначені фізичні величини, відповідають ті самі, але великі літери розмірностей;

• великим літерам, якими позначені сила електричного струму та сила світла відповідають ті самі великі літери їх розмінностей. Різниця між ними в тому, що розмірність позначається прямим шрифтом, а позначення фізичних величин – похилим.

Таблиця 1.3

Допустимі наряду з системою SI позасистемні одиниці

Величина	Рекоменд-оване позначення		Одиниця			Співвідношення з одиницею
			Назва	Позначення
				Міжнародне	Укр (рос)
Механічні одиниці
Маса Сила, вага Тиск Напруга (механічна) Потужність Швидкість Частота обертання Лінійна щільність	M F P P, N V N Pl		Тона Центнер Пуд Фунт Атомна одиниця маси Карат Дина Кілограм-сила Бар Кілограм-сила на квадратний метр Кілограм-сила на квадратний сантиметр Міліметр водяного стовпа Міліметр ртутного стовпа Торр Кілограм-сила на квадратний міліметр Кінська сила Вузол Оберт за секунду Оберт за хвилину Текс (у текстильній промисловості)	t cwt lb u - dyn kg*f bar kgf*m -2 kgf*sm -2 mm H2O mm Hg torr kgf*mm -2 hf kn r/s r/min tex	т ц ф а. о. м. кар дин кг*с бар кгс/ м 2 кгс/ см 2 мм. вод. ст. мм. рт. ст. - кгс/ мм 2 к. с. уз. Об/с Об/хвил текс	10 3 kg 10 2 kg 16,3805 kg 0,409 kg 1,66057*10 -27 2*10 -4 kg 10 -5N 9,80665N 10 5 PA 9,80665PA 9,80665PA 9,80665PA 133,322PA 133,322PA 9,80665PA 735,499W 0,514 m/s IS -1 3/60 = 0,016S -1 10 -6 kg*m -1
Oдиниці енергії, роботи і теплоти
Енергія, робота Теплота хімічної реакції, фазового перетворення, ентальпія (кількість теплоти)		А q	Електрон-вольт Ерг Калорія	eV erg cal	еВ (эВ) ерг (эрг) кал	1,602*10 -19 10 -7 I 4,1868 I
Одиниці часу й простору
Довжина Площя		L s	Ангстрем Астрономічна одиниця Морська миля Парсек Світловий рік Ар Гектар Барн	ua n mile pc ly a ha b	а.е. миля пк св. рік а га б	10 -10m 1,496 * 10 11m 1852m 3,086 * 10 16m 9,461 * 10 15m 10 2 m 2 10 4 m 2 10 -28 m 2

Стандарт дозволяє застосовувати нарівні з одиницями SI позасистемні одиниці (Таб.1.3)

Відповідно до міжнародної угоди термін "розмірність фізичної величини X" позначають умовно dimX (aнгл. dimention - розмірність). Похідні фізичні величини визначаються основними фізичними величинами через визначаючі рівняння в яких під літерними символами (позначеннями) розуміють фізичні величини. Наприклад:

Площа (S)

Визначаюче рівняння S=l²

де l- сторона квадрата

Розмірність dim S=dim l²=L²

Одиниця [S]= [l²] = m²

Назва - квадратний метр

Швидкість (V)

Визначаюче рівняння V = S / t

де: S - довжина шляху

t - час руху

Розмірність dimV = dimS / dim t = LT^-1

Одиниця [V] = [S] / [t] = m / S