3.2. Технологические методы достижения заданной точности при сборке

Точность представляет собой важнейшую характеристику качества ТП.

Задача оценки технологической точности заключается в определении допусков, получаемых при выбранном ТП, и сравнении расчетных и заданных значений допусков.

Выбор метода сборки для данного объема выпуска и типа производства должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей.

Расчет сборочных размерных цепей.

Размерной цепью называется совокупность взаимно связанных размеров, образующих замкнутый контур (Рис.3.3).

Замыкающее звено А_Δ непосредственно не задается, а получается последним в процессе обработки деталей или сборки. В сборочных цепях за замыкающее звено принимают зазор в соединении, совпадение осей симметрии двух деталей и др. При этом зазор или натяг рассматривают как самостоятельное звено, которое, правда, может быть равно и 0.

Увеличивающим называется звено размерной цепи, с увеличением которого замыкающее звено увеличивается (А₂ ).

Уменьшающим называется звено размерной цепи, с увеличением которого уменьшается замыкающее звено.

Расчет ведут следующими методами.

Метод максимум-минимум.

Номинальный размер замыкающего звена плоской размерной цепи с параллельными звеньями определяется по формуле

m-1

А_Δ = ∑ ξ_i А_i,

i=1

где А_Δ - номинальный размер замыкающего звена; А_i – номинальный размер i-го составляющего звена; i = 1,2,…,m – порядковый номер звена; ξ_i – передаточное отношение, представляющее собой коэффициент, характеризующий влияние погрешности i-го составляющего звена на замыкающее звено.

В общем случае ξ_i есть частная производная, показывающая влияние i-го размерного звена на замыкающее звено.

Для плоских размерных цепей с параллельными звеньями:

ξ_i = +1 для увеличивающих составляющих звеньев;

ξ_i = - 1 для уменьшающих составляющих звеньев (то есть показывает знак в сумме).

Связь между допуском замыкающего размера Δ_n и допусками составляющих звеньев цепи выражается формулой

m-1

Δ_n = ∑│ ξ_i │ Δ_ni,

i=1

где Δ_ni – поле допуска i-го составляющего звена.

Координата середины поля допуска X_Δ замыкающего звена выражается формулой

m-1

X_Δ = ∑ ξ_i X_i ,

i=1

где X_i – координата середины поля допуска i-го составляющего звена.

Теоретико-вероятностный метод.

Метод максимум-минимум не учитывает характер рассеяния размеров. Наибольшее и наименьшее значение размера замыкающего звена определяют по предельным значениям размеров составляющих звеньев размерной цепи (то есть по предельным отклонениям, заданными допуском на размер).

При решении задач теоретико-вероятностным методом, то есть с учетом характера рассеяния размеров, сочетания предельных значений исключают как маловероятные.

В общем случае зависимости А_Δ = f (А₁,А₂,…А_n) связь между допуском замыкающего размера и допусками составляющих размеров выражается формулой

1 n

А_Δ =--- t √∑ ξ_i² λ_i² А_i²,

3 i=1

где t – коэффициент риска (определяется из таблиц); λ – коэффициент относительного рассеяния (для нормального закона λ=1, равновероятного – 1/3, треугольного – 1/6).

Координаты середины поля допуска замыкающего звена Δ₀ связаны с координатами середины полей допусков составляющих звеньев Δ_0i следующим уравнением

m-1

Δ₀ = ∑ ξ_i Δ_0i.

i=1

Предельные отклонения размеры любого звена размерной цепи определяются по формулам

δ δ

Δ_в = Δ₀ + -- ; Δ_н = Δ₀ - -- ,

2 2

где Δ_в, Δ_н – верхние и нижние предельные отклонения звена размерной цепи; Δ₀ – координаты середины поля допуска звена; δ – допуск звена.

Задачи по размерным цепям делят на два типа: прямые и обратные.

К прямой относится задача, в которой по известному допуску замыкающего размера требуется определить допуски и отклонения на все составляющие размеры размерной цепи.

К обратной относится задача, в которой неизвестными являются только допуск и отклонения одного из размеров размерной цепи – замыкающего или одного из составляющих.

Существуют 5 методов достижения заданной точности замыкающего звена размерной цепи:

1. Полной взаимозаменяемости.

2. Неполной взаимозаменяемости.

3. Групповой взаимозаменяемости (селективная сборка).

4. Метод регулировки.

5. Метод пригонки.

Метод полной взаимозаменяемости.

Называется метод взаимозаменяемости, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается при включении в нее или замене в ней любого звена без выбора, подбора или изменения его величины (то есть, другими словами, из двух групп собираемых деталей можно брать любые и они должны собираться без подбора и без подгонки).

Достоинства метода.

1. Простота достижения точности замыкающего звена. Сборка превращается в простое соединение деталей.

2. Облегчено нормирование процессов сборки во времени.

3. Широкие возможности механизации и автоматизации ТП сборки.

4. Возможность кооперирования различных цехов и заводов по изготовлению отдельных деталей и СЕ.

5. Применение малоквалифицированной рабочей силы при сборке изделия.

Недостаток метода – трудность достижения высокой точности составляющих звеньев размерной цепи, то есть необходимость изготовления деталей изделия с высокой точностью, что приводит к высоким финансовым и временным затратам.

При использовании метода необходимо соблюдение ряда условий:

а) расчет допусков и координат середины полей допусков составляющих звеньев рассчитывают по методу максимум-минимум, то есть при наиболее неблагоприятном сочетании погрешностей, когда все звенья размерной цепи имеют отклонения в худшую сторону, и, следовательно, имеют минимальный допуск, то есть высокую точность

m-1

Δ_n = ∑│ ξ_i │ Δ_ni,

i=1

m-1

X_Δ = ∑ ξ_i X_i .

i=1

б) при этом наибольший интерес представляет решение прямой задачи (исходя из заданной точности замыкающего звена, определить точность изготовления составляющих звеньев), так как она не имеет однозначного решения. Ее обычно решают одним из следующих способов:

- методом назначения равных значений допусков для всех звеньев размерной цепи;

- методом пробных расчетов или методом последовательных приближений (устанавливаются допуски для всех звеньев размерной цепи, кроме одного, допуск которого определяется расчетным путем);

- способом равных квалитетов точности для всех звеньев размерной цепи.

Метод неполной взаимозаменяемости.

При расчете размерных цепей по методу максимума-минимума требования к точности изготовления деталей завышены, а гарантии точности – избыточные, так как сочетание крайних значений отклонений встречаются достаточно редко по сравнению со средними значениями, что подтверждается теорией точности ТП и практикой (нормальное распределение погрешностей изготовляемых изделий при устойчивом и стабильном технологическом процессе).

Методом неполной взаимозаменяемости называется метод взаимозаменяемости, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается не у всех объектов, а только у определенной их части.

При применении данного метода на составляющие звенья размерной цепи назначаются расширенные (менее точные) допуски, что удешевляет изготовление изделия в целом, но при этом идут на риск получения брака, так как не все изделия соберутся.

Методу сборки по принципу неполной взаимозаменяемости соответствует теоретико-вероятностный метод расчета сборочной размерной цепи.

При этом точность параметров любого звена характеризуется его дисперсией или среднеквадратическим отклонением.

Для нормального закона распределения погрешностей составляющих звеньев поле допуска замыкающего звена равно

2 n 2

Δxо = к_н² ∑ Δxi ,

I=1

где Δxi = х_{i max} – x_{i min} – поля допусков составляющих звеньев размерной цепи; Δxо – поле допуска замыкающего звена; к_н – коэффициент надежности, который зависит от количества собираемых изделий.

Сборку по методу неполной взаимозаменяемости рационально применять для изделий с числом составляющих звеньев более шести и при невысокой точности выходного параметра изделия.

Метод особенно успешно применяется в серийном производстве. Основной недостаток – достаточно большое незавершенное производство, то есть не все детали собираются в изделие. Их смешивают с вновь поступившими на сборку и продолжают сборку.

Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка).

Этот метод еще называется селективной сборкой. Суть его заключается в том, что допуска назначаются не жесткие, как по методу неполной взаимозаменяемости, а перед сборкой детали сортируются по величине отклонения параметра от номинала таким образом, что при сборке изделий из деталей, относящихся к одноименным группам, внутри этих групп обеспечивается полная взаимозаменяемость.

Часто качество изделий определяется не только точностью обработки деталей и сборки по геометрическим параметрам, но и надежностью, механическими, физическими и другими свойствами деталей, полученными в результате ТП изготовления. Область применения селективной сборки достаточно велика. Она может выполнять, например, задачу соединения отдельных деталей с различными физическими и механическими свойствами в комплект, выходные характеристики которого должны выдерживаться в строго заданных пределах. Селективная сборка широко применяется в современной электронике, так как малые размеры современных электронных компонентов исключают применение регулировочных и подгоночных элементов, а стабильность характеристик микросхем и полупроводниковых приборов невелика. Для компенсации разброса характеристик и применяется соответствующий подбор электронных компонентов, комплект которых подается на сборку.

Область применения селективной сборки ограничена рядом условий.

Экономические ограничения связаны с дополнительными расходами, вызванными необходимостью измерения м сортировки всех деталей, хранения и доставки деталей сформированных групп на сборку. Для решения вопроса о применении метода необходимо рассматривать структуру себестоимости изделия, точность сборки которого может быть достигнута различными методами.

К организационно-технологическим ограничениям следует отнести нецелесообразность применения метода селективной сборки в единичном и мелкосерийном производстве. И даже при применении в крупносерийном и массовом производстве сдерживающим фактором является незавершенное производство. Оно возникает потому, что при группировании в одноименных группах оказывается неодинаковое количество деталей.

В то же время, при селективной сборке возможно из одних и тех же деталей собирать изделия с разными допусками на выходной параметр, то есть изделия различного качества. Естественно, что цена изделий с разным качеством будет разная. Таким образом, комплектуя изделия из уже готовых деталей, но с разными показателями качества (например, точности изготовления деталей), соответственно, разной ценой можно получить максимум суммарной прибыли, так как изделия с меньшей точностью не бракуются, а продаются по более низкой цене.

В производстве радиоэлектронной аппаратуры, особенно в условиях крупносерийного и массового производства, метод селективной сборки является единственным для достижения требуемой выходных параметров изделия.

Метод селективной сборки особенно эффективен, когда законы распределения погрешностей деталей в одноименных группах идентичны, при этом незавершенное производство минимально.

Метод регулировки.

Методом регулировки называется метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением компенсирующего звена без снятия слоя материала:

- изменением положения одной из деталей, ее линейным перемещением или поворотом – подвижный компенсатор;

- введением в размерную цепь специальной детали требуемого размера или с требуемым относительным поворотом ее поверхности – неподвижный компенсатор.

Если компенсация выходной величины производится непрерывно или бесступенчато, то такой способ называется регулировкой. В этом случае в качестве подвижных компенсаторов используются эксцентрики, резьбовые втулки, пружины, муфты и др.

При ступенчатой компенсации используют неподвижные компенсаторы – пакеты прокладок, промежуточные кольца, шайбы и др.

По знаку изменения замыкающего звена размерной цепи компенсаторы делятся на односторонние и двусторонние.

Преимущества метода регулировки:

- возможность достижения заданной точности замыкающего звена при изготовлении составляющих звеньев по экономически выгодным в данных производственных условиях допускам, то есть все звенья размерной цепи, кроме одного, изготавливаются с расширенными допусками и за счет звена-компенсатора достигается требуемая точность замыкающего звена;

- при использовании метода регулировки появляется возможность периодически или непрерывно, вручную или автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена в процессе эксплуатации;

- возможность взаимной компенсации погрешностей, используя детали с положительными и отрицательными отклонениями погрешностей;

- отсутствие пригоночных работ, то есть работ со снятием слоя материала.

Метод пригонки.

В тех случаях, когда использование в конструкции изделия компенсаторов нежелательна, в основном, из за уменьшения жесткости и прочности конструкции, требуемую точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивают доработкой одной детали. Такой метод называется пригонкой. Чаще всего этот метод применяется в механических соединениях, где путем притирки, шлифовки и других операций обеспечивают заданную точность соединения.

Метод также применяется и в электрических элементах (изменением витков катушек индуктивностей или проволочных резисторов и др.).

Преимущество – возможность расширения допусков составляющих звеньев (то есть изготавливать менее точно) при достижении заданной точности за счет подгонки одного звена.

Недостаток – дорогостоящие доводочные работы, что влечет непостоянство времени на пригонку, неудобства применения метода в серийном и массовом производстве.