Геометрические показатели

Технологическое формирование показателей качества деталей машин

Основные показатели качества деталей машин

Современное машиностроение характеризуется обилием методов получения заготовок, форма которых близка к форме деталей машин. Эти методы отличаются высокой производительностью, возможностью направленного формирования заданных физико-химических свойств поверхностных слоев. Вместе с тем такие заготовки в своей массе не могут играть роль деталей машин, так как не обладают необходимой геометрической точностью, их поверхности не могут образовать качественное сопряжение двух объектов, а качество поверхностных слоев не обеспечивает заданные эксплуатационные требования.

Производство деталей машин осуществляется на основе технологических процессов обработки резанием, в ходе которых заготовки превращаются в детали машин. Таким образом, качество детали, выраженное через определенные показатели, представляет собой совокупный результат, как формообразования заготовок, так и обработки их резанием.

Качество деталей в общем виде представляет собой совокупность свойств, которые определяют их пригодность для удовлетворения определенных по­требностей в соответствии с их назначением. Оно определяется очень большим числом факторов. Однако для машиностроения и приборостроения качество продукции наилучшим образом оценивается на основе эксплуатационных характеристик, т. е. служебных свойств машин и их деталей. Обычно оценку качества проводят по показателям надежности, динамического качества, эргономичности и экономичности эксплуатации.

Практика машиностроения накопила опыт установления эксплуатационных свойств деталей. К таким свойствам относят: износостойкость, сопротивле­ние усталости, контактную жесткость, виброустойчивость, коррозионную стойкость, прочность сопряжений, плотность соединения, прочность сцепления покрытий, обтекаемость газами и жидкостями, теплоотражение. Обеспечение этих и других свойств технологическими методами связано с регламентированием двух групп показателей. К первой относят показатели геометрического, ко второй - физико-механического характера.

Геометрические показатели

При обработке заготовок резанием большое внимание уделяют точности геометрических показателей.

1. Сравнительно часто качество деталей оценивают по точности размера. Для такой оценки существует ряд измерительных средств, среди которых имеются и такие, которые позволяют оценивать размер с точностью до сотых долей микрометра.

2. Выдерживание заданного размера с жесткими допусками не представляет таких технологических затруднений, как обеспечение точности формы.

В частности, в производственных условиях возникают существенные по величине отклонения от круглости. Они непосредственно сказываются на ка­честве соединений, имеющих цилиндрические поверхности потому, что по таким поверхностям устанавливают ответственные детали и узлы машин и прежде всего подшипники качения, которые вследствие отклонений формы колец могут утратить свои первоначальные характеристики.

Условия формообразования деталей оказываются настолько сложными, что одновременно возникает ряд отклонений геометрического характера: от­клонение от цилиндричности, перпендикулярности, параллельности и др. Технологическое обеспечение геометрических параметров в заданных пределах является обеспечением качества машин.

Так, у пары «вал-корпус» вал при поступательном движении не может перемещаться по прямолинейной траектории, если он имеет отклонения от цилиндричности или если такие отклонения имеет отверстие. Таким образом, геометрические отклонения деталей в этом случае не обеспечивают заданного качества, например, по параметру формы траектории перемещения.

3. Многие показатели взаимного расположения поверхностей существенно влияют на качество машин. Возникает необходимость уточнения существа этих показателей. Понятие «отклонение от соосности» должно предусматривать взаимную увязку осей двух и более отверстий, когда каждая из осей представляет собой не прямую линию, как это часто условно принимают, а сложную пространственную кривую. Понятие «ось» вала или отверстия должно связываться с их реальной поверхностью. В каждом поперечном сечении вала или отверстия располагается свой центр, а ось представляет собой пространственную кривую, проходящую через указанные центры. Аналогичный подход необ­ходим при оценке плоскостности или прямолинейности элементов деталей. Для каждого вида отклонений необходимы соответствующие измерительные средства, поскольку без количественной оценки отклонений разговор о качестве будет иметь самый общий характер.

Количественная оценка геометрических показателей непосредственно приводит к качественным изменениям в соединениях деталей.

Если в шариковых подшипниках применять тела качения 0-й степени точности вместо 01, то долговечность подшипников увеличивается примерно на 30 %. Снижение уровня погрешностей рабочих поверхностей подшипников с 2,5 до 1,0 мкм превышает контактную выносливость примерно в 3 раза. Увеличение точности формы шеек коленчатых валов с 10 до 6 мкм повышает срок службы вкладышей подшипников в 2,5...4 раза и т. д.

4. В центре внимания инженеров и ученых всего мира находится и другая геометрическая характеристика, связанная с шероховатостью поверхностей деталей. Микронеровности поверхностей, обусловленные технологическим процессом изготовления деталей, решающим образом определяют качество соединения и машины в целом. Они являются важной составной частью понятия «качество поверхностного слоя» и наиболее существенным образом влияют на такой показатель качества, как износостойкость.

Если транспортная машина, весящая 3...5 т, теряет в массе вследствие изнашивания 3...4 кг, а подшипник качения, весящий 10...14 кг, теряет в массе 20...30 г, то такие изделия полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели же прецизионных станков массой 10...12 кг уже не могут эксплуатироваться после изнашивания их поверхностей на доли грамма.

Реальная поверхность любой детали всегда несовершенна. Геометрические отклонения поверхностей оценивают, в общем, по отношению шага неровностей к их высоте. В зависимости от числовых значений этого отношения различают шероховатость и волнистость поверхностей.

Назначение параметров шероховатости, проводимое конструктором, не­посредственно связано с качеством деталей машин. Современная система оценки шероховатости в соответствии с ГОСТ позволяет назначать шероховатость в зависимости от эксплуатационного свойства детали. Для деталей, работающих в условиях изнашивания, наиболее важными характеристиками оказываются среднее арифметическое отклонение профиля, средний шаг неровностей профиля по средней линии и относительная опорная длина профиля. Для деталей, работающих в условиях знакопеременной нагрузки, наиболее важной является наибольшая высота профиля, а для обеспечения высокой прочности сцепления с покрытием - высота неровностей профиля по десяти точкам. Особо предусматривается направление следов обработки на поверхностях деталей, а также взаимное расположение этих следов на сопрягаемых поверхностях.

В системе оценки геометрических параметров поверхности деталей нельзя не заметить одной важной особенности. Параметры устанавливаются в со­ответствии с информацией по одной трассе измерения детали или образца. Вторая трасса измерения может дать другие параметры. Поэтому необходимо иметь топографию поверхностей. Именно топография поверхности, а не одно какое-либо ее сечение позволяет достовернее определить причину отказа, т. е. полнее оценить качество детали.