- •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
6.1.1 Влияние деформаций и качества соединений на качество сборки
Качество машины определяется непосредственно качеством соединений. В свою очередь, показатели качества имеют широкие границы рассеяния. Оно может существенно изменяться даже от колебания фактических размеров в пределах допусков.
Так, например, в пределах посадки Н7/s6 натяг, а, следовательно, и прочность, как один из показателей качества, в диапазоне диаметров 80…100мм меняется в 3,5 раза, а для посадки Н7/р6 - в 7 раз.
Если учесть также, что в ходе сборки возникают различные отклонения (положения, формы, соосности и др.), которые могут сохраняться и усугубляться при эксплуатации машины, то очевидно, что рассеяние показателей качества возрастает еще больше. Эти факты свидетельствуют о том, что колебания показателей качества как соединений, так и машин одного и того же конструктивного исполнения определяются технологическими причинами при сборке.
Деформации на сборке могут играть как положительную, так и отрицательную роль. Деформация при сборке высокоточных соединений, как правило, снижает показатели качества машин. Эпюры давлений реальных соединений вследствие деформаций существенно отличаются от номинальных, которые конструкторы используют в типовых расчетах. При малых нагрузках отклонения формы особенно сильно влияют на деформации контактирующих поверхностей, поскольку их сопряжение происходит в сугубо локальных зонах. Возникновение на сборке указанных деформаций является типичным явлением.
Так, направляющие планки в результате притягивания их винтами к корпусным деталям получают отклонения от прямолинейности и от плоскостности. На рабочей поверхности возникает своеобразная волнистость с числом волн, равным числу винтов. Поэтому деталь, перемещающаяся по таким планкам, будет контактировать лишь с вершинами волн, а указанные отклонения на сборке в итоге могут привести к возникновению чрезмерно больших давлений и снижению долговечности. Аналогично отклонения формы на дорожках качения подшипников в результате сборки так существенно влияют на работу подшипников качения, что их долговечность снижается в несколько раз. Например, снижение высоты волн с 1,5мкм в 5 раз приводит к увеличению долговечности подшипников качения примерно в 2,5 раза.
Вследствие погрешностей сборки эпюры давлений при относительном перемещении сопрягаемых деталей постоянно меняются, что непосредственно влияет на износостойкость соединения. Износ соединений характеризуется скоростью взаимного перемещения контактирующих деталей, их давлением, свойствами материалов, обеспечивающих кинематическую пару, и временем работы пары. Реальные эпюры давлений приводят к дискретности контактов трущихся поверхностей. В отдельные промежутки времени давления достигают чрезмерно больших, пиковых значений.
Например, увеличение отклонения от круглости, вызванное технологическими причинами, с 1,7 до 7мкм увеличивает износ соединения с баббитовыми подшипниками более чем в 20 раз.
Герметичность соединений высокой точности обеспечивается регламентированием отклонений формы и шероховатостью сопрягаемых поверхностей. Отклонения формы, как и взаимное расположение поверхностей деталей, возникающие на сборке, меняются с течением времени и, как правило, снижают надежность такого соединения. Другие показатели надежности формируются на сборке в соответствии с возникающими погрешностями.
Таким образом, сборочные операции в технологии машиностроения занимают особое место. Именно здесь проявляются различные связи деталей, особенности их взаимодействия, итоги всего производственного процесса, формируются показатели качества.
Сборка является трудоемким процессом. Трудоемкость сборочных операций в машиностроении составляет примерно 30%. С ростом требований к точности соединений трудоемкость еще более возрастает. Особенно сильно увеличивается себестоимость изделий, что связано с необходимостью выдерживания в весьма жестких пределах многих выходных параметров, использованием специальной оснастки, измерительных средств, а также необходимостью обеспечения особых условий проведения сборочных операций.
При необходимости обеспечения высокого качества машин сборку нельзя представить как простое компонование различных деталей на уровне маршрутной технологии. Важно установить закономерности взаимодействия деталей.
Именно на этом и основаны производственные секреты многих фирм, выпускающих машины высокого качества. Известны многочисленные факты, когда высокоточные соединения сравнительно простых конструктивных исполнений после разборки и повторной сборки совершенно теряют свои качества, хотя, казалось бы, были выполнены все условия сопряжения деталей. Причину этого следует искать, прежде всего, в деформационной картине собираемых деталей, которые хотя и были выполнены в допусках, но совокупность производственных погрешностей после повторной сборки при других силах взаимодействия деталей не обеспечила качественного их сопряжения.
На операциях сборки редко встречаются случаи возникновения одного какого-либо отклонения. Обычно проявляются одновременно отклонения по нескольким параметрам. Так, отклонение формы бывает сопряжено с одновременным отклонением расположения поверхностей. Такие отклонения являются типичными и могут рассматриваться как суммарные. Суммарный допуск формы и расположения имеет определенное поле, которое представляет собой область в пространстве, внутри которой должны находиться все точки деформированной при сборке реальной поверхности детали.
Природа сборочных погрешностей - двояка. Одни из них определяются различными отклонениями параметров, возникающими еще в процессе изготовления собираемых деталей, другие - непосредственно на сборке. Однако те и другие погрешности устойчиво сохраняются в процессе эксплуатации, в значительной степени определяя качество высокоточного узла. С течением времени величины погрешностей, как правило, увеличиваются и изделие выходит из строя, либо переходит в категорию изделий более низкого качества.
При сравнительно высоком уровне конструктивных разработок машин их выходные параметры не всегда отвечают поставленным требованиям. Это объясняется особенностями технологических аспектов рассмотрения проблемы качества. Сейчас нельзя ограничиваться общими рассуждениями о влиянии одних величин на другие. Необходимы количественные оценки погрешностей, возникающих на сборке. Установление их позволяет технологу-сборщику обоснованно назначать на рабочем месте применяемое оборудование и силовые факторы. Количественную оценку погрешностей проводят расчетным и экспериментальным методами. К сожалению, расчетные методы, даже с использованием элементарных формул применяют в ограниченных случаях. Возникающие погрешности либо не оценивают вовсе, либо оценку проводят на основе опыта рабочего-сборщика. В этих случаях очень возможны грубые просчеты, так как человек по своей природе склонен недооценивать погрешности (и прежде всего - деформационные) на том основании, что зрительно воспринимает собираемые детали как жесткие, а силы - малые. Этот эффект особенно заметен на сборке машин с большими литыми корпусными деталями. Зрительная оценка погрешностей сборки должна быть полностью изжита при разработке технологических процессов. Вне зависимости, какой метод - расчетный или экспериментальный - будет инструментом повышения качества машин, необходима количественная оценка результатов сборки.