Влияние деформаций и качества соединений на качество сборки

Качество машины определяется непосредственно качеством соединений. В свою очередь, показатели качества имеют широкие границы рассеяния. Оно может существенно изменяться даже от колебания фактических размеров в пределах допусков.

Так, например, в пределах посадки Н7/s6 натяг, а, следовательно, и прочность, как один из показателей качества, в диапазоне диаметров 80…100мм меняется в 3,5 раза, а для посадки Н7/р6 - в 7 раз.

Если учесть также, что в ходе сборки возникают различные отклонения (положения, формы, соосности и др.), которые могут сохраняться и усугубляться при эксплуатации машины, то очевидно, что рассеяние показателей качества возрастает еще больше. Эти факты свидетельствуют о том, что колебания показателей качества как соединений, так и машин одного и того же конструктивного исполнения определяются технологическими причинами при сборке.

Деформациина сборке могут играть как положительную, так и отрицательную роль. Деформация при сборке высокоточных соединений, как правило, снижает показатели качества машин. Эпюры давлений реальных соединений вследствие деформаций существенно отличаются от номинальных, которые конструкторы используют в типовых расчетах. При малых нагрузках отклонения формы особенно сильно влияют на деформации контактирующих поверхностей, поскольку их сопряжение происходит в сугубо локальных зонах. Возникновение на сборке указанных деформаций является типичным явлением.

Так, направляющие планки в результате притягивания их винтами к корпусным деталям получают отклонения от прямолинейности и от плоскостности. На рабочей поверхности возникает своеобразная волнистость с числом волн, равным числу винтов. Поэтому деталь, перемещающаяся по таким планкам, будет контактировать лишь с вершинами волн, а указанные отклонения на сборке в итоге могут привести к возникновению чрезмерно больших давлений и снижению долговечности. Аналогично отклонения формы на дорожках качения подшипников в результате сборки так существенно влияют на работу подшипников качения, что их долговечность снижается в несколько раз. Например, снижение высоты волн с 1,5мкм в 5 раз приводит к увеличению долговечности подшипников качения примерно в 2,5 раза.

Вследствие погрешностей сборки эпюры давлений при относительном перемещении сопрягаемых деталей постоянно меняются, что непосредственно влияет на износостойкость соединения. Износ соединений характеризуется скоростью взаимного перемещения контактирующих деталей, их давлением, свойствами материалов, обеспечивающих кинематическую пару, и временем работы пары. Реальные эпюры давлений приводят к дискретности контактов трущихся поверхностей. В отдельные промежутки времени давления достигают чрезмерно больших, пиковых значений.

Например, увеличение отклонения от круглости, вызванное технологическими причинами, с 1,7 до 7мкм увеличивает износ соединения с баббитовыми подшипниками более чем в 20 раз.

Герметичность соединений высокой точности обеспечивается регламентированием отклонений формы и шероховатостью сопрягаемых поверхностей. Отклонения формы, как и взаимное расположение поверхностей деталей, возникающие на сборке, меняются с течением времени и, как правило, снижают надежность такого соединения. Другие показатели надежности формируются на сборке в соответствии с возникающими погрешностями.

Таким образом, сборочные операции в технологии машиностроения занимают особое место. Именно здесь проявляются различные связи деталей, особенности их взаимодействия, итоги всего производственного процесса, формируются показатели качества.

Сборка является трудоемким процессом. Трудоемкость сборочных операций в машиностроении составляет примерно 30%. С ростом требований к точности соединений трудоемкость еще более возрастает. Особенно сильно увеличивается себестоимость изделий, что связано с необходимостью выдерживания в весьма жестких пределах многих выходных параметров, использованием специальной оснастки, измерительных средств, а также необходимостью обеспечения особых условий проведения сборочных операций.

При необходимости обеспечения высокого качества машин сборку нельзя представить как простое компонование различных деталей на уровне маршрутной технологии. Важно установить закономерности взаимодействия деталей.

Именно на этом и основаны производственные секреты многих фирм, выпускающих машины высокого качества. Известны многочисленные факты, когда высокоточные соединения сравнительно простых конструктивных исполнений после разборки и повторной сборки совершенно теряют свои качества, хотя, казалось бы, были выполнены все условия сопряжения деталей. Причину этого следует искать, прежде всего, в деформационной картине собираемых деталей, которые хотя и были выполнены в допусках, но совокупность производственных погрешностей после повторной сборки при других силах взаимодействия деталей не обеспечила качественного их сопряжения.

На операциях сборки редко встречаются случаи возникновения одного какого-либо отклонения. Обычно проявляются одновременно отклонения по нескольким параметрам. Так, отклонение формы бывает сопряжено с одновременным отклонением расположения поверхностей. Такие отклонения являются типичными и могут рассматриваться как суммарные. Суммарный допуск формы и расположения имеет определенное поле, которое представляет собой область в пространстве, внутри которой должны находиться все точки деформированной при сборке реальной поверхности детали.

Природа сборочных погрешностей - двояка. Одни из них определяются различными отклонениями параметров, возникающими еще в процессе изготовления собираемых деталей, другие - непосредственно на сборке. Однако те и другие погрешности устойчиво сохраняются в процессе эксплуатации, в значительной степени определяя качество высокоточного узла. С течением времени величины погрешностей, как правило, увеличиваются и изделие выходит из строя, либо переходит в категорию изделий более низкого качества.

При сравнительно высоком уровне конструктивных разработок машин их выходные параметры не всегда отвечают поставленным требованиям. Это объясняется особенностями технологических аспектов рассмотрения проблемы качества. Сейчас нельзя ограничиваться общими рассуждениями о влиянии одних величин на другие. Необходимы количественные оценки погрешностей, возникающих на сборке. Установление их позволяет технологу-сборщику обоснованно назначать на рабочем месте применяемое оборудование и силовые факторы. Количественную оценку погрешностей проводят расчетным и экспериментальным методами. К сожалению, расчетные методы, даже с использованием элементарных формул применяют в ограниченных случаях. Возникающие погрешности либо не оценивают вовсе, либо оценку проводят на основе опыта рабочего-сборщика. В этих случаях очень возможны грубые просчеты, так как человек по своей природе склонен недооценивать погрешности (и прежде всего - деформационные) на том основании, что зрительно воспринимает собираемые детали как жесткие, а силы - малые. Этот эффект особенно заметен на сборке машин с большими литыми корпусными деталями. Зрительная оценка погрешностей сборки должна быть полностью изжита при разработке технологических процессов. Вне зависимости, какой метод - расчетный или экспериментальный - будет инструментом повышения качества машин, необходима количественная оценка результатов сборки.