Технологическое обеспечение качества

Обеспечение качества изделий машиностроения
в целом выполняется на всех этапах создания изделия от технического задания до его отгрузки заказчику. Технологическое обеспечение качества выполняется начиная с проектирования изделия, где предусматриваются совместно многие технические и технологические решения. Под технологическим обеспечением качества в основном понимают обеспечение качества деталей на стадии технологической подготовки производства, при изготовлении деталей, узлов и других сборочных единиц, сборке, испытании и упаковке изделия.

Процесс изготовления начинается с изготовления деталей. Важнейшим показателем качества изделия является точность его деталей. При изготовлении деталей невозможно достичь абсолютно точных номинальных размеров. Поэтому при составлении рабочих чертежей назначают допускаемые отклонения от начальных размеров, которые отвечают точности их изготовления.

Точность детали характеризуют следующими параметрами:

а) допускаемые отклонения действительных размеров от номинальных;

б) допускаемые отклонения от геометрической формы (овальность, огранка, некруглость, неплоскостность, нецилиндричность, непрямолинейность и т.д.);

в) допускаемые отклонения поверхностей и осей от их взаимного расположения или расположения отно-сительно базы (несоосность, торцовое или радиальное биение, отклонение от перпендикулярных и параллель-
ных плоскостей или осей и т.д.). Согласно ГОСТ устанавливают 16 степеней точности:

Пример: предельное отклонение формы.

d = 18...30 мм

1 степень точности - 0,6 мм радиальное биение - 16 мкм,

10 степень точности - 4,0 мм радиальное биение - 100 мкм;

г) допускаемая шероховатость поверхности (микрогеометрические отклонения).

Точность обрабатываемой детали - степень соответствия её всем требованиям рабочего чертежа, технических условий и стандартов. Чем выше это соответствие, тем выше точность изготовления. Действительные отклонения параметров реальной детали от заданных номинальных их значений - погрешность обработки.

Необходимая точность обработки может быть достигнута следующими основными методами.

а) Метод пробных рабочих ходов - заключается в индивидуальной выверке устанавливаемой на станок
заготовки, последовательного снятия стружки с короткого участка путём пробных рабочих ходов, сопровож-даемых пробными замерами. Окончательная обработка производится по всей длине заготовки после корректировки положения режущего инструмента по данным пробных замеров.

Достоинства метода:

1. На неточном оборудовании можно получить высокую точность.

2. Исключается влияние износа режущего инструмента на точность, так как при проведении пробных хо­дов и замеров корректируется положение инструмента.

3. Исключает необходимость пользоваться сложными и дорогостоящими приспособлениями (кондукто­рами, поворотными и делительными головками и т.д.).

Недостатки:

1. Зависимость достигаемой точности от толщины снимаемой стружки, т.е. нет возможности внести по-правку в размер меньше толщины стружки.

2. Высокая квалификация исполнителя.

3. Низкая производительность, высокая себестоимость.

Используется в единичном, мелкосерийном производстве. В серийном - "спасение брака".

б) Метод автоматического получения заданного размера - заключается в том, что партию заготовок обрабатывают на предварительно настроенном станке с установкой заготовок в приспособление без выверки их поло-
жения, а режущий инструмент при наладке станка устанавливают на определённый размер, называемый настроечным. Метод более производителен, так как обработка ведётся за один проход, а затраты времени на предвари-тельную наладку раскладываются на всю партию деталей. Применяется в серийном и массовом производстве.

Преимущества:

1. Повышение точности и снижение брака.

2. Рост производительности.

3. Низкая квалификация рабочих. Применяются также такие методы как:

1) за один проход с установкой размера по лимбу (нужное деление - пробной обработкой одной детали, или по эталону), - мелко-среднесерийное производство;

2) с использованием подналадчика, с использованием устройств, производящих измерение на ходу - ав­томатизированное производство.

1.4. ВЛИЯНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ТОЧНОСТИ НА ТРУДОЁМКОСТЬ И СЕБЕСТОИМОСТЬ

При обработке одной и той же заготовки с различной степенью точности изменяются трудоёмкость и себестоимость: при изготовлении деталей с меньшим допуском (большей точностью) они возрастают (рис. 1, а).

Это объясняется тем, что для достижения заданной точности обработки приходится применять больше технологических методов, например: точение, шлифование, полирование и т.д.

На рисунке 1, б показано влияние отдельных методов обработки на себестоимость. Очевидно, что эконо­мически целесообразно достигнуть ХТ < 8 - чистовым шлифованием; 8 < 1Т < 9 - предварительным шлифова­нием; ХТ > 9 - чистовым точением.

Показатель этой целесообразности - средняя экономическая точность определённого метода обработки, которая есть точность, получаемая в нормальных производственных условиях с меньшими затратами, чем при других сопоставимых методах обработки

Наряду со среднеэкономической точностью различают также достижимую точность, обеспечение которой связано с большими затратами, так как требует специальных приемов, высокой квалификации рабочего, тща­тельной подготовки инструмента.

ВИДЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Все первичные (элементарные) погрешности разделяют на:

1) систематические постоянные - которые при обработке партии заготовок постоянны во времени позначению и знаку.

Пример: погрешность размера режущего инструмента (зенкера, развёртки, сверла), неточность формы фасонного резца, неперпендикулярность оси шпинделя и плоскости стола вертикально-сверлильного станка и др. Эти погрешности могут быть выявлены путём пробных замеров нескольких деталей.

2) систематические функциональные переменные - которые в процессе обрабатывания закономерно ме-няются по времени, т. е. в зависимости от числа обрабатываемых изделий.

Пример: износ режущего инструмента, тепловые деформации до момента теплового равновесия и

Выявляются путём пробных замеров. Установив закон изменения можно снизить и даже устранить ука­занные погрешности.

3) случайные погрешности - которые для партии деталей имеют различные значения, предсказать их по-
явление и характеризовать невозможно (делятся на непрерывные и дискретные).

Пример: погрешности установки детали и инструмента; упругое отжатие СПИД (03ПИ), определяемое неравномерностью твёрдости заготовки, погрешности из-за неравномерности припуска на обработку и т.д. Ос­новная масса случайных погрешностей - непрерывные, имеющие значения в пределах определённого интерва­ла. Дискретные встречаются редко (пример: погрешность регулировки при использовании устройств ступен­чатого типа).

Для получения результирующей погрешности необходимо суммировать погрешности по размеру и знаку, причём делают это различными методами:

а) систематические постоянные - алгебраически (с учётом их знаков);

б) систематические переменные - арифметически;

в) случайные - по правилу квадратного корня.

ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ

ЗАКОН НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Установлено, что в интервале x = ±3а площадь, ограниченная этим участком, составляет 0,9973 всей пло­щади, т.е. 99,73 % обработанных заготовок будут годными. Процент брака - 0,27. Таким образом точность любого способа обработки можно установить по величине 6а (правило шести а ), что достаточно точно для практических расчетов (рис. 6).

Закону Гаусса подчиняются многие непрерывные случайные величины: размеры детали; вес заготовок и деталей машин; твёрдость и другие характеристики механических свойств; высота микронеровностей на обра­ботанных поверхностях; погрешности измерения и другие величины.

Метод оценки точности на основе кривых распределения универсален, позволяет объективно оценить точ­ность механической обработки и других механических операций, но не позволяет оценить изменения параметра во времени, нельзя отличить переменные систематические погрешности от случайных - и, как результат, - от­сутствует возможность активного воздействия на технологический процесс обработки заготовки.

СТАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Под статическим регулированием технологического процесса понимается корректировка параметров процесса в ходе производства с помощью выборочного контроля из изготовляемой продукции. Применяют:

а) метод медиан и индивидуальных значений (используется при отсутствии автоматических измеритель-ных средств);

б) метод средних арифметических значений и размеров (используется при автоматических устройствахдля контроля).

Методы применимы в случае если распределение размеров подчиняется законам Гаусса и Максвелла. Рассмотрим подробнее оба метода.

Метод медиан и индивидуальных значений (рис. 7).

Из потока продукции через определённые промежутки времени отбирают выборку объёмом от 3 - 10 единиц (чаще 5). Время между двумя отборами устанавливается в зависимости от стабильности ТП (обычно 1-2 часа).

Значения размеров наносят на специальную карту

Положение предупредительных границ определяется по формулам не основе теоретических положений статического контроля.

Далее на карту наносятся результаты замеров, причём выделяют третье.

При выборе баз необходимо чётко представлять общий план обработки заготовки, который на последующих этапах проектирования детализируется и уточняется.

При n = 5 значение: 37,99; 37,98; 37,975; 37,975. х = 37,98 - медиана, среднее значение упорядоченного по возрастанию или убыванию ряда чисел.

Протекание процесса нормальное, если х не выходит за рамки Р_в и Р_н , а крайнее значение выборок за Р_вр и Р_нр. Если имеются выходы за границу (выборки 5, 6, 7) на карте делают отметку в виде стрелок и устраняют причину, вызывающую отклонение процесса. Продукцию между двумя выборками подвергают сплошному контролю.

Метод средних арифметических значений и размеров.

При использовании автоматических измерительных средств используют метод в целом схожий с описанным, но в качестве статических характеристик является среднее арифметическое значение

БАЗИРОВАНИЕ

Качество изготовленного изделия во многом зависит от того, насколько правильно оно установлено и за­креплено в процессе механической обработки, т.е. произведено её базирование.

При обработке заготовок на станках различают следующие поверхности (рис. 8):

а) основные (А) - с помощью которых определяют положение детали в изделии;

б) вспомогательные (В) - определяющие положение присоединяемых деталей относительно данной;

в) исполнительные (С) - поверхности, выполняющие служебное (функциональное) назначение (здесь -
поверхность зуба колеса);

г) свободные (Д) - не соприкасающиеся с другими деталями и служащие для придания необходимой формы

База - поверхность (сочетание поверхностей, ось, точка) принадлежащие заготовке (изделию), используе­мая для базирования.

Базирование - придание заготовке (изделию) требуемого положения относительно выбранной системы ко­ординат. По назначению базы делятся на:

1) конструкторские - определяющие положение детали (сборочные единицы) в изделии. Делятся на:

а) основные - определяющие положение самой детали в изделии.

б) вспомогательные - определяющие положение присоединяемой деталь относительно данной.

2) технологические - используемые при определении положения заготовки или изделия при изготовлении
или ремонте.

Различают основные и вспомогательные (искусственные) технологические базы.

Основные - являются неотъемлемым элементом конструкции, например: поверхность отверстия 1 и торец заготовки 2, используемые для базирования при нарезании зубьев, являются основными технологическими ба­зами (рис. 9).

Вспомогательные базы - поверхности, специально создаваемые из детали из технологических соображе­ний, а для работы детали они не нужны, например: центровые гнезда валов (А), центрирующий поясок 1; прилив с центральным отверстием (А) у поршня. Возможность создания искусственных баз должна быть предусмотрена в конструкции детали.

3) измерительные - используемые для определения относительного положения заготовки (или изделия) и
средств измерения.

Базирование заготовок с обязательным лишением их всех степеней свободы - правило шести точек. В за­висимости от количества лишаемых степеней свободы базы классифицируется на:

1) установочные - с наиболее развитой площадью, включающие три опорные точки и лишающие тело трёх степеней свободы (перемещение вдоль одной и вращение вокруг двух других осей);

2) направляющие - поверхности наибольшей длины, включающие две опорные точки, и лишающие тело двух степеней свободы (перемещение вдоль одной оси и вращение вокруг другой);

3) опорные - имеющие одну опорную точку, лишающие тело одной степени свободы (перемещение вдоль оси, или вращение вокруг неё).

При базировании цилиндрических заготовок (например, в призме) их положение определяется четырьмя опорными точками, расположенными на цилиндрической поверхности, образующими двойную направляющую базу.

Указанные выше схемы базирования - схемы полного базирования, т.е. с лишением всех степеней свободы (комплект из трёх баз). При лишении тела только в одном направлении применяют схемы упрощённого базиро­вания.

При обработке поверхности, определяемой размерами a ив неточность установки относительной оси у не имеет значения, поэтому достаточно двух базирующих поверхностей (I и II), а торец заготовки используют как опорную (но не базирующую!) поверхность, прилегающую к упору (рис. 12).

По конструктивному оформлению базы подразделяются на скрытые и явные.

К скрытым базам относятся воображаемые плоскость, ось или точка, используемые в качестве одной из

баз.

К явным (конструктивно оформленным) базам относятся реальные поверхности, разметочные риски, точки пересечения рисок.

При образовании терминов баз по нескольким классификационным признакам последние должны располагаться в следующей последовательности: A Б В Например:

1. Основная (А) установочная (Б) явная (В) база.

2. Технологическая (А) направляющая (Б) скрытая (В) база и т.д.

Для обеспечения требуемой точности механической обработки необходимо принять меры для уменьшения возникающих погрешностей. С этой целью применяют следующие принципы выбора баз:

а) принцип постоянства баз заключается в том, что при возможно большем числе операций используется
одна и та же база. При этом на последующих операциях исключается влияние погрешностей взаимного распо-
ложения технологических баз на точность изготовления детали.

б) принцип совмещения баз заключается в том, что в качестве технологических баз используют конструк-
торские и измерительные базы.

Возможность совмещения технологической, измерительной и конструкторской баз при обработке детали должна учитываться конструктором в процессе проектирования и технологом при разработке ТП.

В технологии установочные (технологические) базы разделяются на: черновые, промежуточные и окон­чательные.

Черновые базы используются на первых операциях обработки, когда ещё нет обработанных поверхностей на заготовке. Они служат для создания промежуточных установочных баз, а часто сразу окончательных, кото­рые служат для проведения отделочных (финишных) операций. При выборе базовых поверхностей по ходу проведения ТП следует придерживаться следующих рекомендаций:

1. Всемерно использовать принцип совмещения и постоянства баз.

2. Придерживаться правила шести точек, т. е. обеспечить устойчивость и жёсткость установки, необходи­мую ориентацию её в приспособлении.

3. Черновую базу используют, как правило, однократно - на первой установке (для заготовок полученных точными методами литья и штамповки это правило не обязательно). За черновые базы применяют поверхности с наименьшим припуском на обработку. При выборе черновой поверхности за базовую следует выбирать ту поверхность, которая остаётся необработанной в готовом изделии.

4. На первых операциях ТП обрабатывают основные базовые поверхности (чистовые базы) или искусст­венные базовые поверхности.

5. Чистовые установочные базы должны быть базами конструкторскими (это исключает погрешность ба­зирования); должны иметь наибольшую точность формы и размеров, малую шероховатость. В зависимости от сложности детали имеется несколько схем базирования:

1. Заготовку базируют на необработанные поверхности и за одну операцию проводят полную обработку (на автоматах, агрегатных станках и т. п.).

2. Заготовку базируют при большей части операции на обработанные, несменяемые поверхности, подго­товленные на первых операциях с базированием на черновые базы. Эта схема используется на более сложных деталях, обрабатываемых в несколько установов.

3. То же, что и в пункте 2, но перед последней операцией базовые поверхности обрабатываются оконча­тельно. Используется эта схема при сложных деталях высокой точности.

4. Заготовку базируют на различные обработанные поверхности. Схема нежелательная, используется на деталях с особыми требованиями.

5. Базирование заготовки с повторной (многократной) обработкой последовательно сменяемых баз. При­мер: шлифование бруска (предварительное и окончательное) на магнитной плите с последовательным перевёр­тыванием заготовки.

При выборе технологических баз необходимо придерживаться основных принципов, а также:

- при вынужденной смене баз следует переходить от менее точной и более точной базе (принцип после­довательной смены баз).

- следует использовать типовые схемы установки.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

В процесс обработки заготовки возникают отклонения от геометрической формы и размеров, заданных чертежами. Эти отклонения обязаны находиться в пределах допусков, определяющих наибольшие допустимые значения погрешностей. Суммарная (окончательная) погрешность складывается из целого ряда факторов, определяющих значения этих погрешностей. Рассмотрим основные из них.

. ПОГРЕШНОСТЬ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВКИ Возникает при установке заготовки непосредственно на станке или в приспособлении и определяется как: As₆ - погрешность базирования; As,, - погрешность закрепления; As - погрешность положения заготовки в приспособлении.

Составляющие As _y - случайные величины, поэтому суммируются по правилу геометрического сложения.

As^ - возникает вследствие неточности изготовления станочного приспособления, не связана с процес­сом установки заготовки и поэтому часто учитывается в расчётах отдельно. Значения As^ определяют по спра­вочникам.

Погрешность базирования As₆ - возникает в результате базирования заготовки по технологическим базам, не связанным с измерительными базами. Численное значение определяют при помощи геометрических расчётов для конкретной схемы установки детали (приводится в справочной литературе).

Погрешность закрепления As,, - возникает в процессе закрепления заготовки в связи с колебаниями вели­чины контактных деформаций стыка "заготовка-опора-приспособление" (рис. 13). Зависит от условий контакта, материала и твёрдости базовой поверхности заготовки (коэффициент С), силы, действующей на опору (Q);направления наибольшего смещения (а)

(Погрешность закрепления тонкостенной оболочки в трёхкулачковом патроне токарного станка)

ПОГРЕШНОСТЬ, ВЫЗВАННАЯ НЕЖЁСТКОСТЬЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ДОЗПИ)

Обрабатываемая заготовка, установленная на станке с приспособлениями и режущим инструментом, представляет собой замкнутую упругую систему

На точность обработки влияют преимущественно те деформации, которые изменяют расстояние между режущей кромкой инструмента и обрабатываемой поверхностью, т.е. направленные нормально (перпендикулярно) к обрабатываемой поверхности (составляющая P_y)

Рис. 14. Составляющие силы резания:

Р_х - нормальная; Р_у - радиальная; P_z - тангенциальная

Жёсткостью технологической системы ОЗПИ (оборудование, заготовка, приспособление, инструмент) называется отношение радиальной составляющей силы резания P_y к смещению режущей кромки резца относи­тельно обрабатываемой заготовки, отсчитываемое в направлении действия этой системы.

Упругие свойства составляющего элемента технологической системы характеризуются податливостью, т.е. величиной обратной жёсткости (отношение перемещения к силе).

Жёсткость технологической системы - способность противостоять действию силы, вызывающий дефор­мацию.

Податливость технологической системы - способность деформироваться под действием силы резания. Жёсткость станков (нормальной точности) j = 2000...4000 кгс/мм, но есть станки с j до 10 000 кгс/мм.

Жёсткость элементов технологической системы статическим методом находится экспериментально. Для этого проводят статическое нагружение от нуля до некоторой наибольшей величины. Для каждого значения измеряется отжатие по нормали к обрабатываемой поверхности. Далее ведут ступенчатое разгружение при тех же значениях и фиксируют остаточное отжатие (рис. 16).

По данным при нагружении и разгрузке строят зависимости y = f (P_y).

Истинную жёсткость для каждого текущего момента можно найти по отношению приращения силы в данной точке кривой к приращению переме­щения. В упрощённых технологических расчётах берётся средняя жёсткость (абсцисса точки А как среднее значе­ние силы).

Повышение жесткости достигают:

1) улучшением конструкции станков и приспособлений;

2) затяжкой стыков;

3) подгонкой сопряжённых поверхностей;

4) уменьшением высоты вылета элементов технологической системы;

5) увеличением опорных поверхностей;

6) использованием дополнительных опор и другие приемы.

Все перечисленное увеличивает жёсткость, что, в свою очередь, повышает точность и производительность обработки. На практике важно не только увеличивать жёсткость отдельных элементов системы, но и выравни­вать её по всем направлениям и в различных сечениях технологической системы. Необходимо учитывать не статический а динамический характер силы резания, так как она изменяется скачкообразно (по амплитуде коле­баний) и точка её приложения в процессе обработки меняется. В технологических расчётах упругих отжатий значение силы резания умножают на динамический коэффициент. Его принимают при предварительной обра­ботке K = 1,2...1,4; при чистовой K = 1,0...1,2, причём меньшие значения соответствуют безвибрационной механической обработке.

ПОГРЕШНОСТЬ ЗА СЧЁТ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (Д_ин)

В процессе механической обработки режущий инструмент подвергается износу. При обработке деталей на настроенном станке размерный износ приводит к изменению размеров обрабатываемых заготовок (увеличение размера).

Режущая кромка отдаляется от обрабатываемой поверхности, что свидетельствует об износе режущего инструмента по задней стенке, причём износ идет непрерывно. Возможно округление режущей кромки (для инст­румента из стали типа ХВГ) и выкрашивание контактных поверхностей (для твёрдосплавного инструмента ТК, ВТК, ВК).

Для уменьшения влияния размерного износа на точность (рис. 18) применяется подналадка станка (наибо­лее эффективен - автоматический подналадчик).

ПОГРЕШНОСТЬ ЗА СЧЁТ НАСТРОЙКИ СТАНКА (Д_настр)

Величина погрешности, возникающая из-за необходимости периодической смены затупившегося инструмента, т. е. настройки и поднастройки. Зависит от методов настройки. Таких методов два:

1. Установка режущего инструмента последовательным приближением к заданному размеру при обработке на станке пробных деталей.

2. Установка режущего инструмента по шаблону (эталону).

ПОГРЕШНОСТЬ ЗА СЧЁТ ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (Д/)

Учёт тепловых деформаций важен. Нагреву и охлаждению подвержена вся система, т.е. станок-инструмент-деталь. Тепловое состояние V различают как стационарное и нестационарное. Считают, если станок предварительно разогреют и обрабатывается небольшая заготовка, то тепловое состояние системы стационарно. Нестационарное появляется при запуске станка после длительной остановки. Влияние тепловых дефор­маций на точность растёт когда поглощение тепла заготовкой увеличивается, например, при обработке внут­ренней поверхности тонкостенной втулки. Общие тепловые деформации складываются из: а) тепловых деформаций станка, б) заготовок, в) инструмента:

а) нагрев деталей станков происходит от потерь на трение в механизмах, электроустановках, гидросисте-мах. Тепло может передаваться от внешней среды, например: перепад температур в корпусе передней бабки
может составлять 50 °С;

б) при резании происходит передача тепла заготовке. Основная часть тепла уходит со стружкой, так при токарной обработке с большой скоростью резания со стружкой уходит свыше 90 % тепла. При принудительном
охлаждении заготовка практически не нагревается;

в) резец в целом также при активном охлаждении не перегревается, в то время как в некоторых случаях режущая кромка нагревается до 850 °С.

Величину погрешности можно определить, зная перепад температур, коэффициент линейного расширения и размеры детали.

Пример: нельзя проводить чистовую обработку заготовки сразу после черновой, так как в результате обдирочной операции происходит значительный нагрев заготовки. Меры снижения влияния Д/:

1) предварительный прогрев станков на холостых оборотах;

2) использование СОЖ;

3) термостатирование цехов.

ПОГРЕШНОСТИ, ВЫЗВАННЫЕ ОСТАТОЧНЫМИ

НАПРЯЖЕНИЯМИ В МАТЕРИАЛЕ ЗАГОТОВОК (Д_ост)

Остаточные (собственные) напряжения - напряжения, существующие в заготовке или готовой детали при отсутствии внешних нагрузок. Остаточные напряжения полностью уравновешиваются и внешне не проявляются. Однако, при нарушении значительного равновесия, вызываемого сжатием материала при механической обработке, химическим или термическим воздействием, - деталь начинает деформироваться с целью восстанов­ления стабильности внутренних напряжений. Остаточные напряжения делятся на две группы: конструктивные и технологические.

Конструктивные - возникают в деталях в процессе их эксплуатации в результате взаимодействия конст­руктивных элементов изделия.

Технологические - возникают на стадии изготовления детали в результате:

а) неоднородного (неравномерного) нагрева или охлаждения;

б) фазовых, структурных превращений металле;

в) диффузионных процессов в металле;

г) пластических деформаций (наклёп).

Технологические остаточные напряжения в зависимости от способа изготовления делятся на:

а) литейные;

б) сварочные;

в) термические;

г) ковочные;

д) от наклепа;

е) от холодной правки и т. д.

С целью уменьшения погрешностей, связанных с остаточным напряжением, применяют специальные методы, например: термические обработки (отжиг, нормализация и т.д.); механические обработки (вибрации, об­катка и т.д.)

ПОГРЕШНОСТЬ ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ НЕТОЧНОСТЕЙ СТАНКА (Л_ст)

Следующая причина возникновения погрешностей механической обработки - геометрические неточно­сти станка. Узлы станка вместе представляют собой единую технологическую систему. Одни узлы связаны с режущим инструментом, другие - с обрабатываемой заготовкой. Погрешности взаимного положения узлов станка оказывают влияние на форму и расположение поверхностей обработки, но не влияют на размер детали. Причиной может служить неточность сборки станка, неправильная обработка основных деталей станка, неточ­ность его установки, неправильное крепление на фундаменте, например: биение переднего центра (эксцентричность относительно оси вращения шпинделя при обтачивании за два установа) - "двухосность детали"

Геометрические погрешности станка могут быть следствием старения, т.е. износа станка. Эти погрешности регламентированы нормами точности, указанными в соответствующих ГОСТ. Точность станка и точность об­работки взаимосвязаны и первая влияет на вторую. Но надо уточнить, что возможности станка выше, т. е. нор­мы точности обработки всегда ниже норм точности соответствующих станков.

В этих нормах ГОСТ даются методы проверки точности, осуществляемые в ненагруженном состоянии при неподвижном положении узлов или медленном их перемещении вручную. Погрешности, указанные в ГОСТ соответствуют новым станкам, после ремонта нормы точности принимают ниже.

Величина рассматриваемых погрешностей связана с точностью станков, которые по точности делятся на 5 классов:

нормальной; высокой; особо высокой; сверхточной; прецизионные.

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И ЗАГОТОВОК

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Качество поверхности - совокупность физико-химических свойств, геометрических показателей поверхностного слоя как результат технологического воздействия на данную поверхность.

Поверхностный слой - поверхностный объём материала существенно отличающийся от материала сердце­вины детали. Глубина этого слоя различна в зависимости от условий обработки, определяющих технологию изготовления изделия.

Пример: несколько мкм - калибр, несколько сотен мкм - вал.

В соответствии с современными представлениями качество поверхностного слоя - комплексное понятие, определяемое двумя группами характеристик Волнистость занимает промежуточное место между погрешностями формы и шероховатостью. Критерий их разграничения - отношение шага S к высоте шероховатостей R .

Допуски формы и расположения поверхностей устанавливает ГОСТ. Для каждого вида допусков формы и расположения установлено 16 степеней точности.

Качество поверхности: физико — химические характеристики, геометрические характеристики, микроструктура, отклонение формы (макрогеомегрия), микротвердость, волнистость, поверхностные напряжения, шероховатость (микрогеометрия), электродный потетщиал др.

Волнистость в настоящее время не нормирована Согласно рекомендациям волнистость определяется:

а) высотой волнистости (W_z);

б) средним шагом волнистости Sw .

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ

Качество поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства изделия: износостойкость, коррозийную стойкость, усталостную прочность, стабильность посадок, герметичность и т.д.

При отклонении формы поверхности наблюдается неравномерный износ отдельных участков детали (бочкообразной - средние участки, седлообразной - крайние).

Волнистость (наряду с макронеровностями) определяет размеры участков, в которых находятся зоны фак­тического контакта, т. е. определяют контурную площадь касания (рис. 22). Наличие волн уменьшает опорную площадь в 5 - 10 раз. Высота волнистости W_z важнее, чем S_w, так как она больше сказывается на величине опорной площади.

Влияние шероховатости на износ деталей связано со сроком эксплуатации (временем работы). Экспериментально установлено, что наименьший износ достигается не при минимальной шероховатости, а при её оптимальном значении Изнашивание увеличивается за счёт возрастания механического зацепления, скалывания и среза неровностей.

Пришабренные, виброобкатанные поверхности лучше работают, чем притёртые, так как они имеют "карманы" для хранения смазки. 2. Работа подшипников скольжения. Шероховатость оказывает также влияние на:

1) стабильность неподвижных посадок (запрессовка). С увеличением R снижается фактический контакт и прочность сцепления сопрягаемых деталей;

2) прочность детали при циклических нагрузках;

3) на коррозионную стойкость, так как на шероховатой поверхности легче разрушается первичная защит­ная плёнка под влиянием внутренних напряжений.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ. ЗАВИСИМОСТЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ

Качество поверхностного слоя заготовок и обработанных деталей зависит от ряда факторов. Разнообразно влияние факторов, связанных с процессом получения заготовок. Изготовление заготовки из проката отвечает шероховатости прокатных валков.

Заготовки, полученные свободной ковкой, имеют шероховатости 1,5...4 мм. У горячештамповочных заго­товок воспроизводится поверхность штампов, неровности которых составляют 150...500 мкм. Для отливок -шероховатости стенок литьевых форм, величины зёрен формовочной смеси, плотность набивки, например: при литье крупных заготовок неровности достигают 1500 мкм, при литье под давлением - 10 мкм, при машинной формовке - 300 мкм.

На шероховатость заготовок при обработке резанием также влияет ряд факторов.

Прежде всего, шероховатость зависит от метода обработки. Каждому методу отвечает определённый диа­пазон высоты микронеровностей, форма штрихов от инструмента и схема их расположения определяется кине­матикой движения режущего инструмента относительно заготовки.

Влияние режимов резания значительно. Наибольшее оказывает скорость резания, с увеличиваем которой до и 25 м/мин высота неровностей достигает максимального значения (рис. 24). При всех прочих неизменных ус­ловиях дальнейшее увеличение скорости уменьшает шероховатость. На шероховатость влияют пластические явления, захват и отрыв слоёв металла (для стали) и хрупкого вырыва частиц (серый чугун). Подача на шерохо­ватость влияет при различных методах неодинаково. Например, при точении резцами с широкой режущей кромкой влияние подачи практически отсутствует, что позволяет повысить производительность отделочных операций. Незначительное влияние подачи на шероховатость наблюдается при сверлении, зенкеровании, тор­цовом и цилиндрическом фрезеровании.

Глубина резания заметно не влияет на шероховатость если жёсткость системы велика. Форма режущей кромки инструмента так же влияет на шероховатость.

При шлифовании шероховатость снижается с увеличением окружной скорости вращения заготовки и раз­мера зёрен образива.

На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химический состав и структура материала, например: из низкоуглеродистых сталей трудно получить поверхности с высоким уровнем обработки, т. е. с низкой шероховатостью.

ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТОДАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Целенаправленное формирование поверхности изделия с заданными свойствами в процессе изготовления - важнейшая задача современного машиностроения.

Многие характеристики качества поверхности зависят от технологического метода и условий обработки деталей. Конструктору целесообразно назначать метод обработки поверхности, обеспечивающий получение оптимальной шероховатости в зоне контактирования, уже на стадии изготовления изделия.

До недавнего времени исследование путей улучшения качества поверхности ограничивалось рассмотрени­ем условий проведения последней операции, завершающей технологический процесс изготовления детали. Од­нако, последние исследования показали, что существует технологическая наследственность - перенос свойств обрабатываемого изделия от предшествующих операций к последующим. Это сказывается в дальнейшем на экс­плуатационных свойствах изделия, определяемых:

1) методами и режимами, используемыми в отдельных операциях механической и термической обработки;

2) видом и состоянием режущего инструмента;

3) условиями его охлаждения;

4) размерами операционных припусков;

5) последовательностью и содержанием операций технологического процесса и т.д.

Для придания поверхности детали специальных свойств применяются различные технологические методы. Целесообразность их выбора для конкретного изделия определяется в первую очередь необходимостью обеспе­чения оптимальной несущей способности.

1.10.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ

1. Методы упрочняющей обработки поверхности предназначены для:

а) улучшения физико-механических свойств;

6) повышения твёрдости поверхностного слоя;

в) снижения влияния концентраторов напряжения;

г) повышения предела выносливости.

В результате обработки в поверхностном слое возникают деформационное упрочнение и остаточные напря­жения (сжатия или растяжения).

Рассмотрим методы повышения качества поверхности.

1) Дробеструйное деформационное упрочнение - для деталей сложной формы. Повышает в 10 - 12 раз срокслужбы рессор, пружин.

2) Чеканка - для упрочнения частей ступенчатых валов, сварных швов, зубчатых колес и др.