Лекция 30. Эксплуатационные свойства деталей

Современный уровень развития технологии металлообработки позволяет достичь практически любых показателей качества и высокой надежности изделия. Обеспечить эти показатели можно как за счет применения более качественных материалов и изменения конструкции, так и за счет выбора более рационального производственного процесса изготовления детали.

Так как изготовить деталь заданного качества возможно различными технологическими методами, то решение по выбору метода необходимо принимать на основе объективной оценки. Такой признанной и распространенной оценкой является эффективность.

В металлообработке эффективным считается процесс, который обеспечивает изготовление детали заданного качества, с необходимой производительностью при минимальной себестоимости. Выбор процесса изготовления является результатом сопоставления возможных методов по критериям эффективности, которыми являются параметры качества изделия, производительность и себестоимость процесса..

Помимо производительности, эффективность производственного процесса включает такие показатели, как уровень загрузки оборудования, длительность цикла изготовления изделия, ритмичность производства, объем незавершенного производства, своевременность выполнения производственных заданий и т.д. К формированию эффективности по этим показателям привлекают, помимо технологии изготовления, также организацию производства и его оперативное планирование, управление производственным процессом и т.п.

Строго говоря, жизненный цикл сложного изделия включает период от появления идеи об его создании до момента окончания непосредственного использования, когда изделие прекращает свое функционирование. В соответствии с этим определением жизненного цикла изделия, производственный процесс, осуществляемый на машиностроительном предприятии, включает все этапы, которые проходит заготовка при создании готового изделия (детали), соответствующего его служебному назначению. То есть эти этапы включают не только изготовление, но и контроль, и испытания (в ответственных случаях).

Так как производственный процесс создания изделия, соответствующего требованиям его служебного назначения, является сложной многофакторной системой, то на практике рассмотрение жизненного цикла ограничивают этапом создания опытного образца. Этот этап как-бы моделирует расположенные в определенной временной последовательности все стандартные подсистемы производственного процесса изготовления серийной продукции: проектирование технологического процесса, изготовление детали, контроль качества детали, испытание (исследование) и эксплуатация детали. Графически подсистемы и задачи, решаемые в каждой из них, приведены на Слайде 1.

Подсистемы-этапы представляют собой замкнутый цикл, в котором условия работы детали на этапе эксплуатации являются исходными для окончательного назначения показателей качества. Каждый этап наступает в соответствующий период жизненного цикла при выполнении задач предыдущего этапа. За счет передачи информации осуществляется как прямая, так и обратная взаимосвязь этапов.

Прямая связь – передача необходимых данных с предыдущих этапов для возможности осуществления последующего. Обратная связь с предыдущими этапами выполняется для исправления, корректировки их выходных параметров с учетом уточненных требований. Высокая эффективность всей системы может быть обеспечена только при принятии эффективных решений на каждом этапе, чему способствует наличие обратной связи.

В основу методологии изучения подсистем и решения на этой основе задач, возникающих при создании изделия, положен системный подход, который позволяет определить необходимую последовательность взаимосвязанных действий, составляющих процесс.

Так, при проектировании технологического процесса анализируются различные методы формообразования и выбирается лучший, удовлетворяющий заранее установленным эксплуатационным требованиям к детали и обеспечивающий наиболее эффективный производственный процесс. Разрабатывается маршрутная технология на стадии изготовления опытного образца, затем - операционная технология. Анализируются варианты способов повышения надежности технологического процесса.

Далее, на основе анализа определяется способ контроля изготовленной детали. И, наконец, четвертая подсистема включает анализ результатов исследований и эксплуатации деталей. Здесь окончательно формулируют необходимые показатели качества детали, обеспечивающие ее служебное назначение, и показатели надежности. Эти показатели объединяют все подсистемы в единую систему, в производственный процесс. Системный подход графически отображен на Слайде 2.

Следует заметить, что параметры качества опытных изделий назначают, исходя или из опыта эксплуатации подобных изделий, или из результатов предварительных исследований, предшествующих проектированию. А затем анализ результатов эксплуатации или исследований надежности изделий может привести к корректировке параметров их качества. Информация об этом поступает во все подсистемы, что стрелками показано на Слайде 2.

Будем рассматривать надежность как свойство детали сохранять значения параметров качества в течение накопленного времени при условии, что при этом обеспечивается выполнение ею служебного назначения.

Прямую и обратную задачи надежности от технологического процесса можно представить следующей схемой (Слайд 3). Обратная задача формулируется так: на основе зависимостей между показателями надежности условий применения объекта найти значения параметров технического качества объекта, при которых обеспечивается требуемый уровень показателей надежности.

Решение обратной задачи надежности для деталей, соединяемых в узлы машин, также основано на экспериментальных исследованиях. Создаются базы данных: во-первых, для определения параметров качества деталей, необходимых для обеспечения эксплуатационных условий деталей; во-вторых, для назначения технологического процесса, создающего эти параметры качества. Эти базы данных относятся к таким параметрам качества деталей, которые характеризуют их точность и поверхностный слой. Основные свойства, такие как прочность, усталостная прочность, определяются расчетным путем.

В качестве примера приведен алгоритм, в соответствии с которым по требуемым эксплуатационным свойствам формируется технологический процесс, обеспечивающий указанные свойства (Слайд 4).

Алгоритм включает следующие этапы:

- исходя из и условий эксплуатации, формы и размеров элементарных поверхностей и материала детали, устанавливаются требования к эксплуатационным свойствам поверхностного слоя детали;

- на основании требований к эксплуатационным свойствам поверхностного слоя детали формулируются требования к состоянию поверхностного слоя;

- на основании математических моделей в базе данных по требуемому состоянию поверхностного слоя определяются режимы обработки, инструмент, оборудование, смазывающе-охлаждающая технологическая среда (СОТС), необходимые для реализации окончательной обработки заданной детали;

- по параметрам состояния ПС осуществляется отбор технологической операции по критерию эффективности с определением по имеющимся в базе знаний режимов обработки, инструмента, оборудования, СОТС и других условий, необходимых для реализации предыдущей операции (перехода) обработки.