Технологическое обеспечение показателей качества деталей машин

Лекция 6

Типовая технология является той основой повышения качества деталей, на которой могут реализовываться различные методы обработки с учетом эксплуатационных особенностей деталей. Например, валы, работающие на кручение, и валы, работающие в условиях изгиба знакопеременной нагрузкой, могут иметь одинаковые технологические маршруты обработки. Вместе с тем должен быть проведен учет и наследственных явлений и особенностей проведения финишных операций, которые могут весьма существенно отличаться в обоих случаях друг от друга. Так, валы, работающие на изгиб, должны иметь специфическую шероховатость поверхности и подвергаться специальной термообработке, чего в случае валов, работающих на кручение, можно не предусматривать.

Задача повышения качества машин должна решаться путем повышения качества всех деталей, однако это требование не может быть распространено на все детали в равной степени. Существует круг деталей, которые в наибольшей степени определяют качество всей машины.

Основная технологическая трудность достижения высоких показателей качества связана с тем, что каждый элемент технологической системы при ее функционировании вносит свои погрешности в общее значение показателя качества. Одним из методов оценки технологического влияния на показатель качества является использование положений теории вероятностей. Установление корреляционных зависимостей позволяет оценить влияние каждого из элементов на их суммарный результат. Тем не менее, для такой оценки, как правило, нужна своеобразная информация, полученная как результат измерений уже произведенной продукции. В этом случае существенно ослабляется воздействие человека на технологический процесс для его совершенствования.

Расчетно-аналитический метод определения показателей качества основан на оценке действия каждого из элементов технологической системы. В первом приближении оценивают значение шести элементов системы еще до начала ее функционирования или даже до создания такой системы в металле.

С помощью расчетов и опытных данных оценивают погрешность установки заготовок на станках, влияние на геометрическую точность детали упругих перемещений системы, тепловых ее деформаций, износа режущих инструментов, погрешности их настройки и геометрической точности металлорежущих станков. Поскольку каждая из названных погрешностей представляет собой вектор в пространстве, сложение погрешностей как векторных величин для технологических решений представляет известные неудобства. Если же рассматривать погрешности как случайные (а часть из них систематические постоянные) и учесть законы их распределения, то суммирование погрешностей существенно упрощается. Суммарное значение ожидаемой погрешности должно быть меньше или равно допуску на параметр, установленному конструктором. Если погрешность исчисляется несколькими микрометрами, то ее составляющие оказываются существенно меньше и обеспечение их на практике связано с преодолением существенных технологических трудностей. Рассмотрение путей их преодоления представляет принципиальный интерес.

Технологическое обеспечение показателей качества деталей типа валов начинается уже на стадии проектирования. Поскольку существует технологическое наследование конструктивных форм, конструктор должен представить себе картину деформированного состояния вала в процессе обработки. Так, например, полые валы, имеющие коническое отверстие, обрабатывают «от отверстия», т. е. на его базе. При этом в отверстие вала устанавливают коническую пробку и далее проводят обработку в центрах. Причиной деформирования вала является разложение сил на конической пробке (круглом клине). Деформация как составляющая суммарной погрешности может быть определена расчетом и учтена при установке заготовки на станок. При сложной форме наружной поверхности вала такой расчет несколько затрудняется и на помощь должен прийти эксперимент, организуемый в заводских лабораториях. Конструктор обязан учитывать указанные погрешности наряду с отработкой детали на технологичность.

Большое внимание должно быть обращено на выбор заготовок и формирование требований к ним. Даже для типовой технологии необходимо учитывать, что пространственные отклонения валов после чернового прохода составляют 0,06 от отклонений заготовки, а после чистового прохода – 0,04 отклонения, возникшего после чернового прохода. Эти данные, естественно, могут меняться в зависимости от жесткости технологических систем, но при обеспечении качества валов должны быть учтены. Нельзя пространственные погрешности исправлять исключительно на финишных операциях. Более того, при многопроходном шлифовании валов с постоянной подачей исходная погрешность, оставшаяся после обработки лезвийным инструментом, постоянно увеличивается, так как постоянно увеличивается разность между заданной и фактической глубинами резания. Для постоянного уменьшения погрешностей следует при каждом последующем проходе уменьшать подачу и глубину.

Обработку валов, как правило, проводят в центрах. При этом в условиях контакта центра с выступами на конической поверхности центрового отверстия эпюра отжатий заготовки повторяет его форму. Жесткость сопряжения «центр-заготовка» изменяется по закону косинуса. Возникающая наследственная погрешность является весьма устойчивой. Мерами борьбы с такой погрешностью являются использование отверстий с криволинейными образующими, обеспечение необходимого соотношения углов центровых отверстий и центров, повышение точности формы центровых отверстий. Хорошие результаты достигаются при шлифовании центровых отверстий, а также при правке гранеными твердосплавными центрами с числом граней три или пять.

Промышленность накопила богатый опыт по обеспечению заданной шероховатости как параметра качества. Однако пока не представляется возможным предложить строгие математические зависимости шероховатости от многих производственных факторов и приходится использовать эмпирические формулы. Если известны геометрические размеры детали, ее материал, тип токарного станка, тип инструмента и глубина резания, то можно назначать оптимальные режимы обработки для обеспечения заданной шероховатости. Успешно решаются аналогичные задачи по выбору оптимальных методов обработки заготовок по заданным параметрам их поверхности. Использование ЭВМ существенно упрощает эту работу.

Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок и гильз схожи между собой. Указанные детали отличаются друг от друга соотношением размеров, но основными технологическими трудностями изготовления всех этих деталей является обеспечение требований по малым отклонениям формы наружных и внутренних поверхностей, малым отклонениям от цилиндричности, биению поверхностей. Преодоление этих трудностей на фоне типовой технологии представляет собой основу повышения качества деталей.

В деталях указанного типа, изготовленных по неизменным технологическим маршрутам, одного и того же химического состава, но из заготовок, полученных разными методами, получается в итоге различный уровень остаточных напряжений. Это обстоятельство может оказать решающее влияние на высокоточные маложесткие конструкции. Различия в напряжениях можно объяснить специфическими условиями производства заготовок. Из трех видов заготовок: проката, поковки и трубы для деталей типа гильз наименьший уровень напряжений оказывается у гильз, выполненных из трубы, а наибольший - из поковки. Термическая обработка, естественно, меняет уровень напряжений, даже изменяется их знак, но общий вывод остается неизменным и должен приниматься в расчет при технологическом обеспечении качества.

Проблема обеспечения качества деталей типа колец, втулок и гильз непосредственно связана с особенностями закрепления их при обработке резанием. Наружная установочная поверхность всегда имеет отклонения формы. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается ощутимой. Например, у втулок с диаметром наружной поверхности 30 мм, диаметром отверстия 16 мм и длиной 25 мм, установленных в зажимных приспособлениях для растачивания, погрешности наружной поверхности переносятся на отверстие с коэффициентом (в среднем) 0,5, а число граней установочной поверхности переносится полностью. Поэтому крайне важно обеспечить малые отклонения формы установочных поверхностей, в том числе для торцовых поверхностей гильз, так как следствием закрепления по торцам, имеющим отклонение от плоскостности, являются искажения цилиндрических наружных поверхностей.

Указанные детали часто работают в условиях изнашивания, и в связи с этим в поверхностных слоях предпочтительнее напряжения сжатия. Однако вследствие разнообразия методов обработки, различных сочетаний силовых и тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность возникают остаточные тангенциальные напряжения, различные по величине и по знаку. Даже в пределах одного метода обработки напряжения существенно изменяются. Так, при тонком точении они изменяются до 3,3 раза, при тонком шлифовании – до 6 раз, при суперфинише – до 2 раз, при виброобкатывании – также до 2 раз, что следует учитывать при технологическом формировании такого показателя качества, как износостойкость.

Типовая технология изготовления ответственных корпусных деталей предусматривает проведение фрезерных операций только для обдирки перед старением, а на последующих операциях - строгание.

Отверстия растачивают на базе предварительно обработанных направляющих поверхностей. Главные отверстия обрабатывают хонингованием или доводкой несколькими притирами. Часто эти операции проводят после сборки корпусных деталей с рядом сопряженных деталей для создания реальной деформационной картины функционирования готового изделия. Алмазное растачивание и хонингование проводят при вертикальном расположении оси главного отверстия. На базе указанных типовых технологических приемов возможно дальнейшее повышение качества корпусных деталей.

Особо следует отметить опасность искажения формы главных отверстий корпусных деталей при их закреплении на металлорежущих станках.

Величины искажений непосредственно связаны с конструкцией детали, но могут быть так велики, что на финишных операциях не поддаются исправлению. Для технологического обеспечения качества корпусных деталей в связи с использованием технологической оснастки необходима экспериментальная отработка в условиях заводских лабораторий схемы закрепления с указанием сил закрепления и координат их приложения. Существенной ошибкой при закреплении корпусных деталей является последовательный ввод в работу нескольких зажимов. В этом случае возникает неблагоприятная деформационная картина закрепления, хотя, казалось бы, обеспечены заданные величины сил и координаты их приложения. Необходимо одновременное закрепление во всех точках корпуса. Наивысшую точность обеспечивает схема закрепления, соответствующая схеме закрепления корпуса после сборки его в готовой машине. При этом указанную схему следует применять не только на финишных операциях, но и на многих предшествующих.

Наиболее ответственной является операция растачивания. Причинами возникновения погрешностей следует считать переменную глубину резания из-за наследственных погрешностей формы, смещение оси расточной оправки относительно оси растачиваемого отверстия и переменную жесткость по углу поворота и вылету шпиндельного узла расточного станка. На практике применяются специальные устройства, позволяющие выравнивать жесткость технологических систем, а также проводить более точную настройку станков.

Требования же относительно наименьших отклонений формы должны быть выставлены для всех технологических операций, а не только для финишных. С помощью расчетов по методикам, разработанным отечественными технологами, можно прогнозировать отклонения от прямолинейности образующих, отклонения формы и в итоге отклонения от цилиндричности отверстий корпусных деталей.

Для деталей других типов существуют свои технологические приемы повышения качества, и вопрос решается аналогично тому, как он решается применительно к деталям, рассмотренным выше.

В различных отраслях машиностроения наблюдается повышенный интерес к гибкому производству, в том числе автоматизированному, использованию станков с программным управлением, роботизации технологических процессов. В связи с этим иногда полагают, что вопросы технологического обеспечения качества продукции можно решить только благодаря этой, так называемой новой технике. Такая точка зрения, безусловно, ошибочна. Во-первых, указанные технологические системы обладают практически теми же недостатками, порождающими погрешности, что и системы обычные, во-вторых, масштабы их применения малы и пока они не играют ощутимой роли в общей массе изготовляемых деталей машин, в-третьих, надежность их находится не на таком уровне, чтобы можно было говорить об устойчивом технологическом процессе. Вместе с тем тенденция развития и совершенствования таких технологических систем очевидна. Проблема же технологического обеспечения качества деталей машин должна решаться с применением любых технологических систем, но в современных условиях в первую очередь – конечно же автоматизированных.

Дата добавления: 2014-01-05