Технологичность.Допуски и посадки / Лекция 2_Технологичность.Допуски и посадки

чистовая. Точность обработки составляет 4...8 квалитет, шероховатость поверхностей – до Ra 0,1 и зависит от вида обработки. Так, при обработке режущим инструментом (зенкерование, чистовое фрезерование и точение) характеристики ниже по сравнению с абразивной обработкой (шлифование). Чистовая обработка обеспечивает высокие требования к точности форм и расположения поверхностей и часто является окончательной;

тонкая. Служит для получения особо точных размеров, чистоты поверхности и высоких требований к отклонениям форм и расположения поверхностей деталей. Выполняется с целью обеспечения как заданной точности, так и иных требований, например, повышенного сопротивления усталостной прочности.

Механическая обработка позволяет удовлетворить разнообразным требованиям к качеству деталей, но связана с разрушением поверхностного слоя. Это не всегда допустимо, так как ведет к образованию в новом поверхностном слое сети микротрещин, вызывающих концентрацию напряжений, снижение антикоррозионных свойств материала и т.п.

Обработке могут подвергаться материалы, твердость которых меньше твердости инструмента. Но, с другой стороны, плохо обрабатываются и вязко-пластичные материалы, “засаливающие” шлифовальные круги, налипающие на инструмент.

Механическая обработка без снятия поверхностного слоя. Производится обкатыванием поверхности роликами и шариками, накатыванием резьбы, зубьев и рифлений, дробеструйной обработкой, чеканкой и т.п. Обычно, это – завершающие операции и выполняются после чистовой обработки. Такая обработка существенно повышает поверхностную прочность, твердость и износостойкость деталей, а также чистоту обработанной поверхности. Точность обработки повышается незначительно. Обработке подвергаются материалы, допускающие пластическую деформацию в холодном состоянии.

Электрофизическая и электрохимическая обработка. Достаточно трудоемка, но позволяет обрабатывать особо прочные и твердые материалы и детали сложной формы. Подвергаемые обработке материалы должны быть токопроводящими.

Упрочняемость – обобщенное название, под которым подразумевается возможность улучшения или изменения механических (прочность), физических (например, коэрцитивная сила) и химических (например, коррозионная стойкость) свойств материала всей или части детали. Это позволяет более полно использовать свойства материалов, хотя и требует специального оборудования и заметно увеличивает стоимость изделия. Упрочняемость достигается методами термической (ТО) и химико-термической (ХТО) обработки и обычно проводится для металлов.

Термообработка включает следующие наиболее распространенные виды:

отжиг, т.е. нагрев до определенной, свойственной конкретному материалу температуры с последующим медленным охлаждением с целью получения равновесной (устойчивой) структуры. Используется для уменьшения твердости материала и повышения его обрабатываемости, снятия внутренних напряжений, достижения однородности структуры. Длительность отжига составляет 10...20 часов;

нормализация, т.е. нагрев с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Операция аналогична отжигу, но выполняется за более короткий срок. Структура материала не успевает полностью прийти в равновесное состояние. Механические характеристики – несколько повышенные по сравнению с отжигом;

закалка, т.е. нагрев и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры материала. Обеспечивает высокие механические характеристики (прочность и твердость), но повышает и хрупкость материала. В зависимости от глубины зоны прокаливаемости закалку подразделяют на объемную (деталь или ее часть закаливаются практически по всему сечению) и поверхностную (закаливается до большой твердости поверхностный слой при, обычно, вязкой сердцевине);

улучшение, т.е. закалка с последующим высоким отпуском (нагрев до температуры ниже закалочной с последующим охлаждением). Снижает хрупкость закаленного материала. Получаемые механические характеристики выше, чем при нормализации, но ниже, чем при закалке;

старение, т.е. естественное или специально вызываемое изменение свойств материалов со временем, связанное с перестройкой структуры материала в более устойчивое состояние. Повышает прочность материала, но, в тоже время, и его хрупкость.

Химико-термическая обработка связана с насыщением поверхностных слоев деталей различными элементами. Это улучшает такие свойства, как поверхностная твердость, прочность, износостойкость и коррозионная стойкость. Обработка экономит дорогостоящие материалы, позволяя получить требуемые высокие характеристики у обычных материалов, сокращает номенклатуру используемых в конструкции материалов. Наиболее распространены следующие виды химико-термической обработки:

цементация, т.е. науглероживание поверхностного слоя глубиной от 0,5 до 2мм. Сопровождается последующей закалкой. Повышает твердость, износостойкость и предел выносливости. Процесс обработки достаточно трудоемкий и длительный, причем время обработки возрастает с увеличением глубины насыщения. При цементации возможно коробление детали, но достаточность толщины слоя насыщения допускает чистовую доводку;

азотирование, т.е. насыщение поверхностного слоя азотом. Толщина слоя незначительна, и незначительно коробление. При насыщении происходит небольшое увеличение размеров детали вследствие набухания поверхностного слоя. Обеспечивает очень высокую поверхностную твердость, снижает чувствительность детали в месте обработки к концентрации напряжений (прочностное азотирование), либо повышает коррозионную стойкость (антикоррозионное азотирование). Однако поверхностный слой весьма хрупок и не выдерживает больших контактных и ударных нагрузок. Процесс очень длительный и дорогой;

цианирование, т.е. насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом в расплавленных солях цианистых соединений (дорогих и ядовитых). Сопровождается последующей закалкой. Толщина слоя до 0,3мм. Обработанные поверхности обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, но слегка коробятся и не допускают большого контактного давления;

нитроцементация, т.е. насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом в газовых средах. Сопровождается последующей закалкой. Толщина слоя может достигать 1мм. Обеспечивает свойства материала, как и после цианирования.

Существует ряд других способов обработки, связанные с насыщением поверхностного слоя алюминием (алитирование), серой (сульфидирование), бором (борирование), хромом (хромирование), титаном и т.п. Диффузионная обработка применяется для повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, износостойкости и твердости. Выбор способа, прежде всего, зависит от имеющегося оборудования, отпущенного времени и средств.

Соединяемость.

Как правило, изделие состоит из нескольких деталей. Возможность их взаимного соединения и способы соединения зависят и от свойств материала, из которого эти детали изготовлены. Необходимо учитывать следующие основные факторы:

чувствительность материала к концентрации напряжений, что важно при выполнении отверстий (например, под болты), пазов и т.п.;

поверхностная контактная прочность при нормальном давлении и сдвиге

(определяет допустимое давление по соединяемым поверхностям);

допустимость нагрева или охлаждения. Характеризуется диапазоном рабочих температур, скоростью нагрева или охлаждения, порогом хладноломкости. Учитывается при тепловой сборке, сварке, работе в специальных условиях;

адгезионные свойства, обеспечивающие свариваемость, паяемость и склеиваемость деталей из однородных и разнородных материалов;

химическая совместимость материалов контактирующих поверхностей деталей. Проявляется в возможности образования парой материалов в условиях эксплуатации или хранения гальванических элементов и, как следствие, появления электрохимической коррозии.

Обеспечение экономических требований к конструкции.

Экономические требования определяют целесообразность использования того или иного материала. Они неразрывно связаны с функциональными и технологическими требованиями и учитывают следующие основные затраты:

затраты на материал с учетом функциональной эффективности от его применения в изделии;

затраты на изготовление детали заданной формы, с требуемыми точностью размеров и качеством поверхностей, физико-механическими и физико-химическими свойствами. Связано с таким понятием, как обрабатываемость материала. Обычно эти затраты составляют наибольшую долю в общей стоимости изделий;

затраты на сборку изделия (косвенно определяются массо-габаритными характеристиками деталей и узлов изделия);

затраты на обеспечение сохраняемости изделия, т.е. неизменяемости его характеристик и свойств составляющих его материалов при длительном хранении и транспортировке (затраты на предохранение от климатических воздействий, вибраций и толчков при перевозке и т.п.).

Понятие экономичности, как и технологичности, – относительное. Так, на стоимость материалов влияют его доступность, затраты на транспортировку, конъюнктура и т.п. Выбор способа изготовления и сборки определяется имеющимся оборудованием, квалификацией работников и т.п. И то, что может быть осуществимо на одном предприятии, не всегда реализуемо на другом. По этим причинам конструирование и, в том числе, выбор материала деталей, должны всегда быть привязаны к конкретной ситуации и производству.

Понятие стандартизации и унификации.

Стандартизация – установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон для достижения оптимальной экономии при соблюдении норм безопасности.

Комплекс стандартов ГСС РФ (ГОСТ Р1.0, ГОСТ Р1.1, ГОСТ Р1.2 и др.) представляет собой систему взаимоувязанных правил и положений, определяющих цели и задачи стандартизации, организацию и методику проведения работ по стандартизации во всех производственных отраслях России. ГСС устанавливает порядок разработки, оформления, согласования, утверждения, издания, обращения стандартов разных уровней стандартизации и других нормативных документов, а также контроля за их внедрением и соблюдением.

Нормативный документ – это документ, устанавливающий общие принципы, правила или характеристики, касающиеся различных видов деятельности. Термин «нормативный документ» охватывает такие понятия, как стандарты и иные нормативные документы по стандартизации, нормы, правила, своды правил, регламенты и другие документы, соответствующие основному определению. Ранее применялся термин «нормативно-технический документ», который допускается к применению до окончания их срока действия или пересмотра, когда он будет изменен на предпочтительный термин «нормативный документ».

Цели стандартизации – это обеспечение:

-безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды (экосистемы), жизни, здоровья и имущества человека,

-повышение эффективности общественного производства материальных ценностей, экономии всех видов ресурсов

-оптимального качества продукции, работ, услуг,

-технической и информационной совместимости частей сложных систем и их взаимозаменяемости,

-единства измерений,

-обороноспособности и мобилизационной готовности страны,

-международного экономического и технического сотрудничества.

Стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:

позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;

повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;

упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали – взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций).

Стандартизации конструктивная и технологическая взаимосвязаны. На этапе проектирования уровень технологической стандартизации можно повысить следующими способами:

номинальные размеры деталей должны соответствовать размерам, получаемым при использовании стандартного инструмента (диаметры и шаги резьбы, модули зацепления, радиусы галтелей и т.д.), либо величинам из ряда предпочтительных чисел (поскольку, например, диаметры сверл тоже соответствуют таким значениям);

посадки и отклонения размеров деталей должны быть стандартными. Это особенно касается сопряжений стандартных деталей (например, подшипников качения) и назначения допусков на отверстия (в целях применения стандартных сверл);

назначать материалы со стандартными значениями параметров (состав, физикохимические свойства);

применять стандартные формы и параметры технологических элементов – фасок, галтелей, проточек, – получаемые типовым инструментом.

Взаимозаменяемость – свойство независимо изготовленных с заданной точностью деталей, узлов и изделий в целом без дополнительной их обработки и подгонки обеспечивать возможность сборки при соблюдении установленных показателей качества данного. Взаимозаменяемость бывает полная и неполная.

При полной взаимозаменяемости требуемая точность узла и изделия обеспечивается автоматически, без применения дополнительных доводочных операций.

При неполной взаимозаменяемости для обеспечения установленных показателей качества по отдельным параметрам требуется применение доводочных операций.

Также различают взаимозаменяемость по видам параметров, характеризующих изделие – функциональные, внешние, внутренние и т.д.

Унификация – это устранение излишнего многообразия посредством сокращения перечня допустимых элементов и решений. Унификация в процессе конструирования изделия – это многократное применение в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Унификация в технологическом процессе – это сокращение номенклатуры используемого при изготовлении изделия инструмента и оборудования (например, все отверстия одного или ограниченного значений диаметров, все обрабатывается только на токарном станке, применение одной марки материала). Унификация позволяет повысить серийность операций и выпуска изделий и, как следствие, удешевить производство, сократить время на его подготовку. С другой стороны, унификация ведет к увеличению габаритов, массы, снижению КПД и т.п. вследствие неоптимальных значений используемых параметров и изделий. Поэтому целесообразность повышения степени унификации должна подтверждаться, например, на основе сравнения разных вариантов технических решений и соответствующего им соотношения затрат и выгод.