Совмещённые свойства качества функционирования изделий

ОСНОВЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

В соответствии с рекомендациями ИСО взаимозаменяемость – это свойство одних и тех же изделий, процессов, услуг и т. д., позволяющие использовать их вместо других изделий, процессов, услуг и т. д. без предварительной подгонки в целях выполнения одних и тех же требований. Для обеспечения взаимозаменяемости в изделиях, процессах, услугах необходимо соблюдать ряд условий – это установление оптимальных и номинальных значений параметров деталей и сборочных единиц, выполнение требований к материалу деталей, технологии их изготовления и контроля. Свойством основной функции изделия (функционирование), достижение и обеспечение которой создаёт максимальные сложности и затраты в процессе производства, является точность. Точность – это свойство, которое характеризуется степенью соответствия реальных объектов их идеальным прототипам. Количественным критерием точности служит погрешность Д – для оценки отклонений геометрических параметров, дефект – для оценки качества основного материала по физическим параметрам. Погрешности или дефекты бывают двух видов – разрешённые (регламентируются допуском) и неразрешённые.

Величину G, обратную погрешности Д, называют мерой точности: G = 1/Д. Она показывает, что точность стремится к бесконечности с приближением погрешности к нулю G = 1/Д; lim G – oo. Следовательно, чем больше значение меры G, тем выше точность.

Выполнение требований к параметрам точности деталей и сборочных единиц изделия является одним из основных условий взаимозаменяемости. Различают следующие виды и свойства взаимозаменяемости.

Полная взаимозаменяемость – это такая взаимозаменяемость при которой обеспечивается возможность беспригоночной сборки (или замены при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в сборочные единицы, а последних – в изделия при соблюдении предъявляемых к ним технических требований по всем параметрам качества. Взаимозаменяемыми могут быть детали и сборочные единицы и изделия в целом. В первую очередь такими должны быть детали, сборочные единицы и запасные части, от которых зависят надёжность и другие эксплуатационные показатели изделий.

При полной взаимозаменяемости:

- упрощается процесс сборки – он сводится к простому соединению деталей работниками невысокой квалификации;

- появляется возможность точно нормировать процесс сборки во времени, устанавливать необходимый ритм работы и применять поточный (конвейерный) метод;

- создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий, и упрощения их ремонта. Такой вид взаимозаменяемости позволяет вести специализацию и кооперирование предприятий (изготовитель производит унифицированные изделия, детали или сборочные единицы ограниченной номенклатуры и поставляет их заказчику, выпускающему основную продукцию);

- упрощается ремонт изделий, так как любая деталь или сборочная единица, давшая отказ может быть заменена новой.

Неполная взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость, при которой для обеспечения требуемой точности изделия, имеющего конструктивные особенности с трудно выполнимыми допусками вводятся дополнительные технологические операции при сборке или ремонте. Такие дополнительные технологические операции, в том числе доводка и пригонка, называются селективной сборкой или групповой подбор деталей, а в конструкцию изделия вводятся регулировочные элементы – компенсаторы. Неполная взаимозаменяемость осуществляется не по всем, а только по отдельным геометрическим или другим параметрам.

Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (собираемых в более сложные изделия) и монтируемых сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей.

Внутренняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость всех или некоторых деталей, составляющих сборочные единицы, входящие в изделие.

Функциональная взаимозаменяемость стандартных изделий – это свойство независимо изготовляемых друг от друга деталей изделий занимать в них своё место без дополнительной обработки, то есть обеспечивать необходимые значения их эксплуатационных показателей и функциональных параметров. Функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели изделий или служебные функции сборочных единиц.

Совместимость – это свойство объектов занимать своё место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые функции при совместной или последовательной работе этих объектов и сложного изделия в заданных эксплуатационных условиях.

Уровень взаимозаменяемости производства можно характеризовать коэффициентом взаимозаменяемости К, равным отношению трудоёмкости изготовления взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц к общей трудоёмкости изготовления изделия. Значение этого коэффициента может быть различным, однако степень его приближения к единице является объективным показателем технического уровня производства.

Указанные свойства изделий, процессов, услуг возникают в результате осуществления комплекса научно-технических мероприятий и положений, объединяемых понятием «принцип функциональной взаимозаменяемости», который представляется тремя группами исходных положений, которые безусловно определяются главным образом конструкторской, технологической и эксплуатационной точностью.

Первая группа состоит из пяти основных положений, которые используются при конструировании изделий.

1. Функциональная взаимозаменяемость стандартных изделий в большинстве случаев обеспечивается на стадии проектирования изделий. Прежде всего уточняются номинальные эксплуатационные показатели и определяются допустимые отклонения от их значений, возникающие в период эксплуатации. В теоретических исследования и в экспериментах, проводимых на макетах, моделях и опытных образцах устанавливаются возможные изменения функциональных параметров во времени (износ при эксплуатации, пластическая деформация, изменение структуры и т. д.), определяются связи и степень влияния этих параметров и их отклонений на эксплуатационные показатели нового изделия. Зная эти связи и допуски на эксплуатационные показатели изделий, определяют допустимые отклонения функциональных параметров и рассчитывают посадки для ответственных соединений.
2. Эксплуатационные показатели изделий определяются уровнем и стабильностью характеристик процесса изготовления (размерами, формой, другими геометрическими параметрами деталей и сборочных единиц), а также уровнем и стабильностью свойств (механических, физических, химических) материалов, из которых изготовлены изделия, и ряда других причин. Немаловажным обстоятельством является обеспечение однородности исходного сырья и материалов заготовок и полуфабрикатов по структурно-химическому составу, а также постоянного уровня физико-механических свойств, точности и стабильности размеров и формы заготовок.
3. При конструировании изделий необходимо руководствоваться общетехническими нормами, широко применять унифицированные и стандартизованные детали и сборочные единицы, так как без этого нельзя обеспечить требуемое качество изделий и экономичность производства.
4. Для обеспечения взаимозаменяемости деталей по шероховатости поверхностей, их форме и взаимному расположению эти параметры следует выбирать таким образом, чтобы износ деталей был минимальным, а эксплуатационные качества – оптимальными.
5. При конструировании необходимо учитывать требования технологии производства изделий и предусматривать возможность контроля точностных параметров деталей, сборочных единиц и изделий, с учётом выбора таких схем измерений, которые не вносили бы дополнительных погрешностей и позволяли применять простые и надёжные универсальные или специальные средства измерений.

Из этой группы положений можно сделать вывод, что рабочий чертёж, в котором указаны требования точности к значениям параметров изделия, является исходным и основным документом, по которому разрабатывают технологические процессы, измеряют и контролируют размеры деталей, составных частей готовой продукции.

Вторая группа рассматривает технологическую точность и состоит из следующих положений.

1. Для соблюдения принципа функциональной взаимозаменяемости при изготовлении деталей и сборке изделий необходимо строго выдерживать нормированную точность функциональных параметров.
2. Чтобы обеспечить большой безотказный жизненный цикл изделий, ответственных функциональных параметров целесообразно выполнение следующего условия Tf >Tr, где Tf – допуск параметра, устанавливаемый исходя из эксплуатационных требований; Tr – технологический допуск, обеспечиваемый принятым технологическим процессом.
3. Точность оборудования, инструмента и оснастки должна быть несколько выше требуемой точности изготавливаемых деталей, то есть надо иметь гарантированный запас точности.
4. Для обеспечения взаимозаменяемости деталей и требуемого качества изделий необходимо, чтобы конструкторские и технологические измерительные базы совпадали, то есть надо соблюдать критерий единства и постоянства измерительных баз.

При этом, для реализации этих положений применяют три вида воздействия на технологическую точность:

- устранение – это действия, устраняющие причины возникновения погрешностей;

- компенсацию, средствами воздействия которой являются ужесточение значения меры точности, введением конструкции с минимальной размерной цепью и компенсаторов;

- учёт погрешности, который рекомендован из-за возможности роста материальных затрат.

Третья группа состоит из положений, которые определяют эксплуатационную точность изделий во времени вследствие износа: механического, коррозионного, эрозионного. К ним также относятся: укомплектованность запасными частями, периодичность ремонта, планово-предупредительная замена отдельных частей, узлов, модулей и эксплуатационных материалов.

Технологическую и эксплуатационную точность находят из данных о конструкторской точности, используя коэффициент точности как отношение погрешностей между технологической и конструкторской точностью. Коэффициент динамичен, так как зависит от ценовых показателей, постоянно изменяющихся в сторону увеличения или уменьшения во времени.

При проектировании изделия определяют размеры и формы каждой детали, обеспечивающие заданные эксплуатационные характеристики. Однако при изготовлении деталей в связи с большим числом факторов, возникающих в процессе обработки, появляются отклонения от заданных размеров и форм.

Точность обработки чаще всего бывает различной в разных сечениях и точках даже в пределах одной поверхности. Она представляет собой совокупность отклонений с различными частотами и амплитудами.

Степень соответствия действительных геометрических размеров параметрам, заданным чертежом, принято называть точностью обработки, а величину обратную ей погрешностью обработки.

В производственных условиях для оценки точности размеров деталей принято использовать укрупнённую классификацию отклонений геометрических параметров:

- отклонения размера;

- отклонения расположения поверхностей;

- отклонения формы;

- волнистость поверхностей;

- шероховатость поверхностей.

Чтобы провести анализ источников погрешностей обработки их надо систематизировать по определённым группам исходных причин.

Неточность станка. Погрешность обработки вызывается биением шпинделя, отклонениями от прямолинейности направляющих станины или суппорта, отклонениями от параллельности и перпендикулярности перемещений суппорта относительно оси шпинделя, несовпадением осей центров передней и задней бабок, зазорами в сопряжениях.

Неточности приспособления. Проявляются при неточности элементов приспособлений, предназначенных для установки обрабатываемой детали, а также для определения положения режущего инструмента.

Неточности режущего инструмента. Наиболее существенное влияние на форму и размер обрабатываемых поверхностей оказывают неточности мерного инструмента (свёрл, развёрток, метчиков, и т. п.) и профильного (фасонного) инструмента (резцов, шлифовальных кругов, фрез и т. п.). Такие неточности устранить подналадкой нельзя.

Для всех режущих инструментов наиболее существенными будут погрешности, вызываемые износом режущей части.

Неточности установки режущего инструмента. Чаще всего её называют погрешностью настройки инструмента на размер. Возникает при неточной первоначальной установке режущего инструмента или при его замене.

Неточности детали. Деталь, поступившая на данную операцию, имеет погрешности обработки, возникающие на предшествующих операциях. Эти погрешности влияют на точность обработки, достигаемую на данной операции.

Деформация детали. Особенно часто проявляется при обработке нежёстких деталей. Погрешности обработки возникают в результате действия сил устройств закрепляющих деталь и сил, возникающих при обработке резанием.

В процессе обработки деталей сложной формы, имеющих резкие изменения сечений, особое значение приобретают деформации, вызванные внутренними напряжениями.

Деформация станка, приспособления, инструмента. В основном это упругие деформации, возникающие в результате действия сил при обработке резанием в станке, приспособлениях, инструменте. Величины этих деформаций определяются жёсткостью станка и зависят прежде всего от его конструкции и качества изготовления.

Температурные деформации, возникающие в процессе обработки детали. Температура отдельных частей станка, приспособления, инструмента, детали изменяется неодинаково. Материалы, из которых они изготовлены, имеют различные коэффициенты линейного теплового расширения. В результате первоначальное положение поверхностей изменяется, что является причиной возникновения погрешностей.

Неточности измерения и контроля размеров. Погрешности, допускаемые при измерениях и контроле, неточность изготовления, настройки и юстировки средств измерений и другие факторы не позволяют определить истинные размеры, полученные при обработке, поэтому приходится пользоваться реальными размерами.

Дата добавления: 2014-01-06