- •Технологическое обеспечение качества
- •Содержание
- •Введение
- •Лекция № 1. Технологическое формирование показателей качества деталей машин
- •1.1 Основные показатели качества деталей машин
- •1.1.1 Геометрические показатели
- •1.1.2 Физико-механические показатели
- •1.2 Технологическая наследственность как база повышения качества машин
- •1.2.1 Технологическая наследственность
- •1.2.2 Свойства детали, наследуемые в ходе технологического процесса
- •1.2.3 Влияние технологической наследственности на качество деталей в ходе их эксплуатации
- •1.3 Методы обработки заготовок деталей машин
- •1.3.1 Общие принципы выбора методов обработки
- •1.3.2 Механические методы обработки
- •1.3.3 Физико-химические методы обработки
- •1.4 Технологическое обеспечение показателей качества деталей машин
- •1.4.1 Типовые технологические процессы
- •1.4.2 Технологическое обеспечение качества деталей типа валов
- •1.4.3 Технологическое обеспечение качества деталей типа колец, втулок, гильз
- •1.4.4 Технологическое обеспечение качества корпусных деталей
- •Лекция № 2. Машиностроительные материалы и способы обеспечения заданных свойств
- •2.1 Обеспечение качества стали и чугуна
- •2.1.1 Обеспечение качества стали
- •2.1.2 Обеспечение качества чугуна
- •Лекция №3. Литые заготовки деталей машин
- •3.1 Основные проблемы литейной технологии
- •3.1.1 Заливка расплава в форму
- •3.1.2 Затвердевание отливки
- •3.2 Технологичность литых деталей
- •3.3 Рекомендации по обеспечению технологичности отливок при различных способах литья
- •3.3.1 Общие рекомендации по обеспечению технологичности отливок
- •3.3.2 Литье в песчаные формы
- •3.3.3 Литье в металлические формы (кокили)
- •3.3.4 Литье под давлением
- •3.3.5 Центробежное литье
- •3.3.6 Литье по выплавляемым моделям
- •3.3.7. Литье в оболочковые формы
- •3.4 Обеспечение требуемой плотности отливок
- •3.5 Точность изготовления отливок
- •3.5.1 Погрешность размеров геометрической формы и массы отливок
- •3.5.2 Размерная точность и шероховатость поверхности отливок
- •3.5.3 Точность конфигурации и пространственные отклонения отливок
- •3.5.4 Массовая точность отливок
- •Лекция № 4. Заготовки деталей машин, получаемые методами пластического деформирования
- •4.1 Механизм пластической деформации и условия ее осуществления
- •4.1.1 Механизм пластической деформации
- •4.1.2 Влияние пластической деформации на прочность и пластичность металла
- •4.1.3 Влияние пластической деформации на физико-химико-механические свойства металла
- •4.2 Ковка
- •4.2.1 Влияние заготовок для ковки на качество поковок
- •4.2.2 Понятие уковки и ее значение для качества поковок
- •4.2.3 Факторы, влияющие на качество поковок
- •4.2.4 Основные операции ковки
- •4.3 Объемная штамповка
- •4.3.1 Понятие объемной штамповки
- •4.3.2 Холодная и горячая штамповка
- •4.3.3 Неполная горячая объемная штамповка
- •4.4 Листовая штамповка
- •4.4.1 Разделительные операции
- •4.4.2 Формоизменяющие операции
- •4.4.3 Общие требования при конструировании деталей, получаемых листовой штамповкой
- •4.4.4 Гибка
- •4.4.5 Вытяжка
- •4.4.6 Отбортовка
- •4.4.7 Раздача
- •4.4.8 Завивка
- •4.4.9 Формовка
- •4.5 Прокатка
- •4.5.1 Факторы, влияющие на качество деталей из проката
- •4.5.2 Методы прокатки
- •4.6 Штамповка деталей из порошков и пористых материалов
- •4.6.1 Методы пластической деформации порошковых и пористых материалов
- •Лекция №5. Сварка
- •5.1 Физические основы сварки
- •5.2 Влияние физико-химических реакций на качество металла шва
- •5.3 Деформации, перемещения и напряжения при сварке
- •5.3.1 Виды деформаций
- •5.3.2 Возникновение деформаций и перемещений
- •5.3.2.1 Продольные деформации и перемещения
- •5.3.2.2 Поперечные перемещения
- •5.3.2.3 Другие виды перемещений в зоне шва
- •5.4 Влияние термодеформационных процессов на качество сварных конструкций
- •5.4.1 Изменение размеров разделки кромок при сварке
- •5.4.2 Изменение формы и размеров конструкции
- •5.4.3 Остаточные напряжения
- •5.5 Уменьшение сварочных деформаций, напряжений и перемещений
- •5.5.1 Рациональное конструирование
- •5.5.2 Рациональная технология сборки и сварки
- •5.5.3 Пластическое деформирование после сварки
- •5.5.4 Термическая обработка
- •5.6 Характерные зоны сварных соединений
- •5.7 Свариваемость и ее показатели
- •5.7.1 Понятие свариваемости
- •5.7.1.1 Физическая и технологическая свариваемость
- •5.7.1.2 Факторы, определяющие свариваемость
- •5.7.1.3 Степени свариваемости
- •5.7.2 Показатели свариваемости
- •5.8 Виды трещин швов
- •5.8.1 Горячие трещины
- •5.8.2 Холодные трещины
- •5.8.3 Ламелярные трещины
- •5.8.4 Трещины повторного нагрева
- •5.9 Хрупкие разрушения
- •Лекция № 6. Обеспечение качества машин на операциях сборки
- •6.1 Сборка и формирование основных показателей качества машин
- •6.1.1 Влияние деформаций и качества соединений на качество сборки
- •6.2 Технологичность машин в сборке
- •6.2.1 Понятие технологичности машин в сборке
- •6.2.2 Конструктивная преемственность при конструировании машин
- •6.2.3 Основные требования к технологичности конструкций
- •6.3 Обеспечение качества машин на операциях сборки
- •6.3.1 Методы достижения точности замыкающего звена
- •6.3.2 Особенности сборки при массовом производстве
- •6.3.3 Особенности сборки при серийном производстве
- •6.3.4 Особенности сборки при единичном производстве
- •6.4 Испытания машин на сборке
Лекция № 1. Технологическое формирование показателей качества деталей машин
1.1 Основные показатели качества деталей машин
Современное машиностроение характеризуется обилием методов получения заготовок, форма которых близка к форме деталей машин. Эти методы отличаются высокой производительностью, возможностью направленного формирования заданных физико-химических свойств поверхностных слоев. Вместе с тем такие заготовки в своей массе не могут играть роль деталей машин, так как не обладают необходимой геометрической точностью, их поверхности не могут образовать качественное сопряжение двух объектов, а качество поверхностных слоев не обеспечивает заданные эксплуатационные требования.
Производство деталей машин осуществляется на основе технологических процессов обработки резанием, в ходе которых заготовки превращаются в детали машин. Таким образом, качество детали, выраженное через определенные показатели, представляет собой совокупный результат, как формообразования заготовок, так и обработки их резанием.
Качество деталей в общем виде представляет собой совокупность свойств, которые определяют их пригодность для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с их назначением. Оно определяется очень большим числом факторов. Однако для машиностроения и приборостроения качество продукции наилучшим образом оценивается на основе эксплуатационных характеристик, т. е. служебных свойств машин и их деталей. Обычно оценку качества проводят по показателям надежности, динамического качества, эргономичности и экономичности эксплуатации.
Практика машиностроения накопила опыт установления эксплуатационных свойств деталей. К таким свойствам относят: износостойкость, сопротивление усталости, контактную жесткость, виброустойчивость, коррозионную стойкость, прочность сопряжений, плотность соединения, прочность сцепления покрытий, обтекаемость газами и жидкостями, теплоотражение. Обеспечение этих и других свойств технологическими методами связано с регламентированием двух групп показателей. К первой относят показатели геометрического, ко второй - физико-механического характера.
1.1.1 Геометрические показатели
При обработке заготовок резанием большое внимание уделяют точности геометрических показателей.
1. Сравнительно часто качество деталей оценивают по точности размера. Для такой оценки существует ряд измерительных средств, среди которых имеются и такие, которые позволяют оценивать размер с точностью до сотых долей микрометра.
2. Выдерживание заданного размера с жесткими допусками не представляет таких технологических затруднений, как обеспечение точности формы.
В частности, в производственных условиях возникают существенные по величине отклонения от круглости. Они непосредственно сказываются на качестве соединений, имеющих цилиндрические поверхности потому, что по таким поверхностям устанавливают ответственные детали и узлы машин и прежде всего подшипники качения, которые вследствие отклонений формы колец могут утратить свои первоначальные характеристики.
Условия формообразования деталей оказываются настолько сложными, что одновременно возникает ряд отклонений геометрического характера: отклонение от цилиндричности, перпендикулярности, параллельности и др. Технологическое обеспечение геометрических параметров в заданных пределах является обеспечением качества машин.
Так, у пары «вал-корпус» вал при поступательном движении не может перемещаться по прямолинейной траектории, если он имеет отклонения от цилиндричности или если такие отклонения имеет отверстие. Таким образом, геометрические отклонения деталей в этом случае не обеспечивают заданного качества, например, по параметру формы траектории перемещения.
3. Многие показатели взаимного расположения поверхностей существенно влияют на качество машин. Возникает необходимость уточнения существа этих показателей. Понятие «отклонение от соосности» должно предусматривать взаимную увязку осей двух и более отверстий, когда каждая из осей представляет собой не прямую линию, как это часто условно принимают, а сложную пространственную кривую. Понятие «ось» вала или отверстия должно связываться с их реальной поверхностью. В каждом поперечном сечении вала или отверстия располагается свой центр, а ось представляет собой пространственную кривую, проходящую через указанные центры. Аналогичный подход необходим при оценке плоскостности или прямолинейности элементов деталей. Для каждого вида отклонений необходимы соответствующие измерительные средства, поскольку без количественной оценки отклонений разговор о качестве будет иметь самый общий характер.
Количественная оценка геометрических показателей непосредственно приводит к качественным изменениям в соединениях деталей.
Если в шариковых подшипниках применять тела качения 0-й степени точности вместо 01, то долговечность подшипников увеличивается примерно на 30 %. Снижение уровня погрешностей рабочих поверхностей подшипников с 2,5 до 1,0 мкм превышает контактную выносливость примерно в 3 раза. Увеличение точности формы шеек коленчатых валов с 10 до 6 мкм повышает срок службы вкладышей подшипников в 2,5...4 раза и т. д.
4. В центре внимания инженеров и ученых всего мира находится и другая геометрическая характеристика, связанная с шероховатостью поверхностей деталей. Микронеровности поверхностей, обусловленные технологическим процессом изготовления деталей, решающим образом определяют качество соединения и машины в целом. Они являются важной составной частью понятия «качество поверхностного слоя» и наиболее существенным образом влияют на такой показатель качества, как износостойкость.
Если транспортная машина, весящая 3...5 т, теряет в массе вследствие изнашивания 3...4 кг, а подшипник качения, весящий 10...14 кг, теряет в массе 20...30 г, то такие изделия полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели же прецизионных станков массой 10...12 кг уже не могут эксплуатироваться после изнашивания их поверхностей на доли грамма.
Реальная поверхность любой детали всегда несовершенна. Геометрические отклонения поверхностей оценивают, в общем, по отношению шага неровностей к их высоте. В зависимости от числовых значений этого отношения различают шероховатость и волнистость поверхностей.
Назначение параметров шероховатости, проводимое конструктором, непосредственно связано с качеством деталей машин. Современная система оценки шероховатости в соответствии с ГОСТ позволяет назначать шероховатость в зависимости от эксплуатационного свойства детали. Для деталей, работающих в условиях изнашивания, наиболее важными характеристиками оказываются среднее арифметическое отклонение профиля, средний шаг неровностей профиля по средней линии и относительная опорная длина профиля. Для деталей, работающих в условиях знакопеременной нагрузки, наиболее важной является наибольшая высота профиля, а для обеспечения высокой прочности сцепления с покрытием - высота неровностей профиля по десяти точкам. Особо предусматривается направление следов обработки на поверхностях деталей, а также взаимное расположение этих следов на сопрягаемых поверхностях.
В системе оценки геометрических параметров поверхности деталей нельзя не заметить одной важной особенности. Параметры устанавливаются в соответствии с информацией по одной трассе измерения детали или образца. Вторая трасса измерения может дать другие параметры. Поэтому необходимо иметь топографию поверхностей. Именно топография поверхности, а не одно какое-либо ее сечение позволяет достовернее определить причину отказа, т. е. полнее оценить качество детали.