книги из ГПНТБ / Силаев, И. С. Система КАНАРСПИ в действии (основные направления повышения качества и надежности изделий)

паровых турбин), которые вследствие релаксации остаточных

напряжений под действием тепла подвергаются короблению. Применение в технике материалов с высокой прочностью требует для их обработки принципиально новых технологи­

стве режущего инструмента плазменных горелок, электрон­ ного луча и других методов.

Изготовление деталей из пластмасс и полимерных мате­ риалов. За последние годы количество деталей из пластиче­

ских масс, эластромеров, синтетических смол и других поли­ мерных материалов в различных изделиях резко возросло. Тенденция к росту количества неметаллических деталей и

номенклатуры различных неметаллов в промышленности со­

хранится іи в будущем.

Наряду с изготовлением неответственных деталей из не­ металлических материалов или с их применением в качестве мало нагруженных элементов изготавливаются и ответствен­ ные детали, узлы и агрегаты: корпуса приборов, несущие панели, уплотнительные прокладки, электроизоляционные де­ тали, силовые элементы из клееных конструкций и т. д.

Специфические свойства неметаллических материалов, их новизна, отсутствие большого опыта производства и эксплуа­

тации деталей Из этих материалов накладывают свои особен­

ности как на конструирование новых деталей, так и на со­ вершенствование технологических процессов их изготовления. При проектировании неметаллических деталей должны ис­

пользоваться не только справочные данные по прочности, теплостойкости, диэлектрической проницаемости, химической

стойкости, влагостойкости и т. п., но и данные о влиянии на эти характеристики различных технологических факторов при­ нятого в производстве технологического процесса.

Например, различные стеклотекстолитовые детали из од­ них и тех же исходных материалов можно изготовлять прес­

сованием на прессах при высоких давлениях, пресскамерным способом или вакуумным прессованием. При этом детали бу­ дут иметь различные физико-механические показатели (прочность, влагостойкость) и различные электро-радиотехни­

ческие характеристики. Кроме того, выбор определенного ви­ да технологического процесса неизбежно диктует необходи­

мость введения в чертеж таких сведений, как наличие стыков отдельных слоев (стеклоткани, резины, пенопласта), наличие

IOl

уклонов на вертикальных стенках, наличие мест зачистки

облоя, ровность той или иной поверхности или допустимость

ее механической обработки. При этом между конструктором и технологом согласовываются оптимальные варианты конст­ рукции с точки зрения надежной работы детали и возмож­

ности ее качественного изготовления.

Значительное место в совершенствовании технологиче­ ских процесов изготовления деталей из неметаллов и в конст­ руировании этих деталей занимает проведение научно-иссле­ довательских работ непосредственно на серийном заводе.

Многие детали из стеклопластиков, изготовляемые мето­ дом выклейки и последующего прессования, имеют радиотех­ ническое назначение. В процессе эксплуатации эти детали

обычно нагружаются различными внешними нагрузками, по­ этому к этим деталям предъявляются строгие требования с точки зрения прочности и радиопрозрачности. Характеристики прочности и радиопрозрачности должны быть стабильными в процессе всего периода эксплуатации изделия. Это достига­ ется правильным выбором связующих, времени выдержки

под давлением при определенной температуре, различных до­ бавок и методов обработки деталей.

Сложные конструкции с пенопластовым заполнителем об­ ладают целым рядом преимуществ по сравнению с аналогич­ ными конструкциями, выполненными из металла. Однако при внедрении их в производство возникает ряд трудностей вслед­

пенопласта от его гранулометрического состава, а также ре­

жимы технологии и методы обработки деталей, при которых

гигроскопичность пенопласта практически отсутствует.

Большое значение в повышении качества и снижении себе­ стоимости изделий имеет совершенствование технологии из­ готовления деталей из пресспорошков и резин. Прогрессив­

ными направлениями в этой области являются:

групповой метод прессования пластмассовых и резиновых деталей;

изготовление деталей из различных прессматериалов в за­

висимости от условий работы различных элементов;

изготовление деталей с ориентированными волокнами;

предварительное таблетирование и фильерирование пласт­ масс и стекловолокнистых материалов.

102

Групповой метод прессования пластмассовых и резиновых

Объективный контроль температуры в процессе прессова­ ния осуществляется машиной для автоматического регулиро­ вания и сигнализации МАРС-200Р, рассчитанной на обслу­ живание 200 точек.

Для наиболее ответственных деталей ведется объективный контроль времени технологической выдержки, осуществляе­ мый полуавтоматическим стендом управления прессами, в котором время выдержки контролируется блоком электрон­ ных реле времени.

В некоторых случаях детали изготовляются из комбиниро­ ванного прессматериала. Корпуса деталей изготовляются, на­

пример, из пресспорошка К21-22, обладающего высокой теку­ честью, пригодного для изготовления весьма сложных дета­ лей, а фланцы крепления делаются из текстолита ПТК, обла­ дающего более высокой прочностью. Такая комбинация мате­ риалов возможна, поскольку основу прессматериалов состав­

направлении, определяемом схемой нагружения детали. При изготовлении в пресс-форме гайки с предварительной намот­ кой перед запрессовкой ленты из прессматериала на резьбо­ вой знак путем ориентации стекляных волокон прессматериа­

ла удалось увеличить прочность гайки в два раза по сравне­

ется предварительное таблетирование. Но этот технологиче­

предварительной пластификации и уплотнения, носящей на­ звание «фильерирование».

Прессматериал, пропущенный через фильеру при темпера­ туре 80—90oC (для увеличения текучести), приобретает меньший удельный объем и большую пластичность. Наряду с этими показателями качества использование пластифициро­ ванного прессматериала позволяет снизить до минимума ко­

личество недопрессовок, улучшает условия труда прессов­

щиков.

IOC-

ность и надежность машины. Однако применение высокопроч­ ных конструкционных сталей на многих изделиях заставило пересмотреть эту точку зрения. Дело в том, что защита дета­ лей от воздействия агрессивных сред путем нанесения гальва­

нических покрытий может способствовать возникновению не­ желательных процессов и привести к преждевременному раз-

убедиться на следующем примере. .

Наиболее широко распространенным видом антикоррозий­ ного покрытия стальных деталей является цинковое покрытие. Цинк со сталью образует гальваническую пару, в которой

при наличии влаги цинк выступает в роли анода. Токи галь­ ванической пары цинк-железо обеспечивают защиту стали от коррозии даже при наличии пор, местных повреждений ста­ ли. Несмотря на положительные качества цинка как анодного покрытия иногда прибегают к замене его кадмием, который

по отношению к стали имеет худшие свойства как анод, но

ния в конструкцию изделий высокопрочных конструкционных сталей из-за склонности их к хрупкому разрушению при не­ избежном насыщении водородом стали в процессе цианистого цинкования и кадмирования. Как показали исследования, особенно сильное насыщение водородом происходит при уда­

лении окалины путем травления в кислотах при подготовке деталей под покрытие.

Естественно стремление избежать этой операции путем применения пескоструйной очистки. При этом растягивающие напряжения на поверхности деталей, возникшие в результа­

деталях, имеющих посадочные поверхности и резьбы. Прове­ денное исследование показало, что может быть допущено травление деталей из стали в слабых растворах кислот с при­

104

на заводах, при этом ответственные детали из высокопрочных сталей (особенно болты, термообрабатываемые до предела прочности 120±10 кгс/мм2), подвергнутые цинкованию или кадмированию, дополнительно подвергаются снижению насы­ щения водородом путем нагрева. При этом из-за опасности достижения при температурах, превышающих температуру отпуска стали, приходится ограничиваться частичным пони­ жением концентрации водорода при температурах 200—230o С.

Здесь следует иметь в виду, что процесс снижения концент­

рации водорода в деталях, покрытых кадмием, при одних и тех же условиях проходит лучше, чем в оцинкованных деталях.

Учитывая, что машины могут эксплуатироваться при раз­

личных климатических условиях, приходится отказываться от цинкования некоторых деталей несмотря на высокую степень

ленных городов, а также достижением более низкой концент­ рации водорода при нагреве.

Кадмий, обеспечивающий, как и цинк, длительную защи­

рых зонах машин детали нагреваются до температур, превы­ шающих температуры плавления кадмия. Расплавленный кадмий, проникая в невидимые микротрещины, имеющиеся на любой поверхности, расклинивает их. Трещины растут, что приводит к хрупкому разрушению деталей.

Что касается высокопрочных сталей, склонных к хрупко­

му разрушению от повышения концентрации водорода, то

цинкование и кадмирование для этих сталей вообще недопу­ стимы. Детали из этих сталей обычно фосфатируются, а если

возможно, то и окрашиваются. При невозможности окраски

детали гидрофобизируют, т. е. обрабатывают специальной кремний-органической жидкостью, которая придает поверхно­ сти водоотталкивающие свойства. В крайнем случае, при со­

блюдении особых мер, детали из высокопрочных сталей мо­ гут хромироваться (детали, работающие на трение).

Таким образом, не всегда стойкое антикоррозийное покры­ тие обеспечивает надежность работы деталей — иногда при­ ходится поступаться качеством самой защиты для обеспече­

ния надежности работы деталей.

105

Тем не менее весьма заманчиво найти для высокопроч­ ных сталей долговечное покрытие, которое не вызывало бы проявления нежелательных свойств сталей, например, склон­ ности к хрупкому разрушению. Таким покрытием, по-види­ мому, является кадмирование в хлористо-аммонийном электролите, которое не сопровождается существенным повы­ шением концентрации водорода.

В целях повышения долговечности машин на заводах при­ меняются системы лакокрасочной защиты с применением грунтов АЛГ-14, АГ-За, АГ-ІОс, ГФ-030, эмалей ХВ-16, К-1,

лаков AC-16,9-32, 170А и др.

Для надежной работы деталей большое значение имеет

защита от явлений фретинга (коррозии при трении), анти­

Для увеличения надежности и срока службы деталей из резины и пластмасс в определенных случаях на них наносят озоностойкие защитные покрытия и покрытия, предохраняю­ щие детали от света.

C целью повышения стойкости деталей, работающих при

ный слой деталей несет основную нагрузку при трении и дей­ ствии других механических сил, в нем возникают усталостные трещины и зарождаются коррозийные процессы. Поэтому со­ стояние поверхностного слоя во многом определяет надеж­ ность и долговечность деталей. Очень часто нет необходимо­

сти изготавливать деталь из высокопрочных легированных сталей, достаточно только упрочнить поверхностный слой де­ тали. C этой целью применяются:

методы поверхностного пластического деформирования —

термическая поверхностная обработка — закалка токами высокой частоты, контактным нагревом, пламенная поверх­

ностная закалка;

поверхностное легирование — алитирование, диффузион­

ное хромирование, силицирование, борирование, сульфидиза’-

ция;

106

покрытие поверхностей твердыми и металлокерамическими

сплавами, армирование пластмассами; комбинированные методы поверхностного упрочнения.

Опыт показывает, что эти методы значительно повышают

позволило повысить ресурс детали в три раза. Гидрогалтов­ ка дробью компрессорных лопаток позволила повысить пре­ дел усталостной прочности с 29 до 40 кгс/мм2.

Небольшие затраты на поверхностное упрочнение деталей целиком окупаются. Так, хромирование гильз цилиндров и шеек валов автомобильных двигателей повышает стоимость

двигателя на 4%, но зато в 2-3 раза увеличивает срок рабо­ ты двигателя до капитального ремонта.

Соединение деталей. Соединение деталей должно обеспе­

чить высокую статическую и усталостную прочность, по воз­ можности исключить или снизить уровень концентрации на­

ния, а также комбинированные методы соединений. Важнейшим направлением повышения надежности свар­

ных соединений является автоматизация процессов сварки, сварки в защитной среде, стабилизация сварочной дуги, ак­ тивный контроль режимов сварки. Опыт многих заводов по­ казал, что шов, полученный автоматической сваркой, по срав­ нению с ручной имеет значительно более высокую прочность при статистических и переменных нагрузках.

За последнее время все большее значение в машинострое­

нии приобретают сварные конструкции. Повышение надежно­ сти таких конструкций требует высокой техники сварки, при­ менения новых сварочных процессов и оборудования. Кон­ тактная сварка производится на сварочных машинах с авто­

защитных газов и новые присадочные материалы ликвидиру­ ют такие дефекты, как, например, подрез, повышенное поро­ образование, повышают ударную вязкость шва.

Метод автоматической аргоно-дуговой импульсной сварки неплавящимся электродом, позволяющий сваривать тонколи­ стовые материалы, в 5-6 раз снизил вероятность прожогов, не­ проваров, вольфрамовых включений и других дефектов свар­

ки, в 2-3 раза уменьшил величину деформации. В этом случае для получения качественного шва кромки свариваемых ли-

107

гтов перед сваркой шлифуются на специальных установках с

лучения качественного шва производится с обязательной за­

в узлах из многих сплавов необходима тщательная защита места сварки аргоном. Для этой цели изготовляются специ­ альные камеры, в которых производится сварка таких узлов. Через специальные люки в камеру загружаются подлежащие

35-120%. При этом сварочные деформации устраняются или значительно снижаются.

Разработан процесс сварки закрытой сжатой дугой, при котором дуга, возбуждаемая между вольфрамовым электро­

никновение дефектов. Приборы периодически контролируют

величину сварочного тока, длительность импульса тока, уси­

лие на электродах и другие параметры.

Важным путем повышения надежности конструкций явля­ ется освоение клеесварных комбинированных соединений, со­ четающих точечную контактную сварку и склеивание эле­

ментов конструкции. Заполнение зазора между точками свар­ ного шва конструкционным клеем способствует равномерному распределению напряжений и снижению их концентрации, что в 2—3 раза повышает прочность соединений при цикли­ ческих нагрузках. Одновременно клеевая прослойка играет роль герметизирующего покрытия, предотвращающего воз­ никновение коррозии в сварном шве. Все основные операции цикла клеесварных соединений механизируются и оснаща­ ются средствами неразрушающего контроля, что обеспечи­ вает их высокую надежность.

Весьма перспективной с точки зрения повышения качества

108

и надежности сварных соединений является электроннолуче­ вая и термодиффузионная сварка.

Одним из путей повышения надежности клепаных сое­ динений, которые широко применяются в машиностроении, яв­

ляется механизация и автоматизация процессов клепки, в ре­ зультате чего стабилизируются основные параметры качества соединений и повышается их абсолютное значение.

Прессовая машинная клепка по сравнению с ручной повы­ шает прочность заклепочных соединений при действии вибра­ ционных и повторно-статических нагрузок на 20—30%, герме­ тичность соединений при этом повышается в два раза. Важ­ ным средством улучшения качества заклепочных соединении тонкостенных конструкций является натяжение склепывае­ мых элементов в процессе клепки.

Дальнейшим путем повышения надежности этого способа соединения деталей является применение комбинированных клепано-клеевых соединений, которые благодаря меньшей кон­ центрации напряжений обладают более высокой повторно­ статической и вибрационной прочностью, имеют меньший вес и позволяют получать лучшее качество поверхности. Проч­ ность клепано-клеевых соединений на клее БК-3 при повтор­ но-статических нагрузках на 16,5%, а при вибрационных на

50% выше прочности заклепочных соединений. Проведенные исследования показывают, что при работе на сдвиг выносли­

преимуществ перед другими видами соединений, находят все более широкое применение. Они дают наиболее равномерное распределение напряжений в соединении, обладают высокой

вибрационной стойкостью, дают возможность широко механи­ зировать и автоматизировать процесс соединения.

По мере создания высококачественных клеев, расширения области применения пластмасс и других полимерных мате­

риалов этот метод будет находить все большее применение.

При выполнении болтовых соединений очень важно вы­ брать характер посадки болта в отверстии, а также величину затяжки гайки, чтобы в условиях определенных нагрузок обе­ спечить максимальную надежность соединения.

Большое значение для надежности машин и установок со сложными электрическими и электронными системами имеет качество пайки. Основными путями повышения качества и надежности паяных соединений являются: улучшение условий пайки, создание нейтральной атмосферы с высокой сте­ пенью чистоты; точное регулирование режимов пайки; авто-

109

матизация процесса; изыскание новых высококачественных

припоев.

Важное значение в машиностроении имеет герметизация соединении, приборных отсеков, а также отдельных приборов и их элементов, позволяющая исключить вредное влияние на надежность работы оборудования внешних условий (темпера­ тура, давление, влажность, запыленность и др.). Например,

герметизация кабин и салонов современных самолетов имеет жизненное значение для экипажей и пассажиров.

Надежность герметичных соединений обеспечивается созданием высококачественных герметизирующих материалов, механизацией и автоматизацией подготовки поверхностей и нанесение на них герметиков, применением объективных ме­ тодов проверки качества герметизации. C этой целью исполь­ зуется оборудование, механизирующее процессы приготовле­ ния и нанесения вязких герметиков, создаются приборы для пооперационного и окончательного контроля процессов герме­ тизации — контроля толщины и сплошности герметизации, степени вулканизации нанесенных герметиков, всевозможные течеискатели и т. д.; разрабатываются методы ресурсных ис­ пытаний герметичных отсеков серийных изделий.

Сборка и монтаж. Технологические процессы монтажно­ сборочных работ с точки зрения повышения надежности ма­ шин должны обеспечивать:

взаимозаменяемость по всем параметрам функционирова­

ния и стыковым точкам; возможность максимального выполнения монтажных ра­

бот вне изделия; исключение или минимальные значения монтажных напря­

жений;

требуемую чистоту объемов машины и внутренних поло­ стей гидравлических, топливных систем, надежную изоляцию,

амортизацию всевозможных приборов;

введение объективного контроля с учетом реальных усло­

вий работы.

Технологические процессы монтажно-сборочных работ раз­ рабатываются на основе широкого панелирования и агрегати­ рования монтажей. Членение сложной машины на конструк­ тивно-технологические агрегаты, отсеки и панели, сборка и монтаж которых может производиться независимо в разных, цехах, раскрывает большие возможности для повышения ка­

чества при одновременном снижении трудоемкости и цикла. Под зональной монтажной панелью понимается группа элементов системы, расположенных в данной зоне и объеди­ ненных в законченную конструктивно-технологическую сбо­

рочную единицу на общем основании (панели).

НО