Гинберг А.M. и др. Технология важнейших отраслей промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

241

обеспечении установленных значений показателей качества и принятых

условиях изготовления, эксплуатации и ремонта (ГОСТ 18831-73).

Основными показателями технологичности конструкции являются

трудоемкость изготовления и технологическая себестоимость изделия. В связи с

отсутствием необходимых данных для их расчета на стадии разработки изделия

на практике технологичность конструкции оценивают по дополнительным

показателям технологичности.

Дополнительные показатели технологичности (ГОСТ 18831—73) делятся на

технико-экономические и технические.

Технико-экономическими показателями, например, являются; относительная

трудоемкость заготовительных работ, подготовка изделия к

функционированию, профилактическое обслуживание функционирующего

изделия, ремонт изделия и др.

Технические показатели включают коэффициенты унификации изделия,

сборочных единиц и деталей, удельную материалоемкость изделия,

коэффициенты использования материала, применяемости материала, точности

обработки, шероховатости поверхностей, сборности и др.

Технологичная конструкция — это такая конструкция изделия, значения

показателей технологичности которой соответствуют показателям

технологичности, принятым исходные при сравнительной ее оценке.

Показатели технологичности выбираются в зависимости от вида изделия и

стадии разработки конструкторской документации (ГОСТ 14.201—83).

Качество изделий

Изделием называется любой предмет или набор предметов производства,

подлежащих изготовлению на предприятии. Этим же стандартом установлены

следующие виды изделий: а) детали, б) сборочные единицы, в) комплексы, г)

комплекты (ГОСТ 2.101 — 68).

Под качеством изделия понимается совокупность всех его свойств,

полностью обеспечивающих предъявляемые к нему эксплуатационные

требования: технические характеристики и параметры, технологичность,

надежность, долговечность, безотказность и ремонтопригодность. Основными

экономическими характеристиками изделия являются трудоемкость,

материалоемкость и себестоимость.

Уровень качества изделия выявляется при сравнении его показателей

качества с соответствующей совокупностью базовых показателей, в том числе

показателей лучших образцов изделий советского и зарубежного производства.

Всемерное повышение качества изделий во всех отраслях народного

хозяйства, в том числе в машино- и приборостроении, является одной из

основных задач, поставленных решениями XXVI съезда партии.

Качеством продукции можно управлять. В настоящее время в большинстве

отраслей народного хозяйства разрабатываются и внедряются системы

управления качеством, охватывающие все области деятельности

242

производственных предприятий — техническую, организационную,

экономическую.

Понятие о точности обработки

Огромная роль в обеспечении требуемого качества изделия принадлежит

точности обработки деталей и их сборки в готовые изделия.

Под точностью обработки понимается степень соответствия изготовленной

детали заданным размерам, форме и взаимному расположению ее

поверхностей, их шероховатости, а также механическим и физическим

свойствам. Точность обработки определяется суммарной результативной

погрешностью, вызванной совместными действиями всех факторов,

возникающих в процессе получения детали

Различные производственные факторы могут вызывать систематические

(постоянные и переменные) и случайные погрешности. Постоянной

систематической погрешностью является, например, погрешность всех

отверстий, обработанных разверткой, имеющей отклонение размера от

заданного.

К переменным систематическим погрешностям можно отнести, например,

непрерывно изменяющиеся размеры длинного вала при обработке его резцом

вследствие изнашивания последнего.

Случайными называются такие погрешности, которые в объеме заданной

задачи имеют различные значения, момент появления которых и точную

величину определить заранее невозможно (при данном уровне развития науки).

В связи с действием различных производственных факторов невозможно

получить при обработке детали с абсолютно точными размерами.

Действительный размер детали, выявленный при непосредственном се

измерении после обработки, будет всегда отличаться от номинального размера,

указанного в чертеже.

Номинальным размером называется основной расчетный размер,

относительно которого определяются допустимые предельные размеры; он

является началом отсчета отклонений.

Различают наибольший и наименьший предельные размеры. Различают

также верхнее отклонение как алгебраическую разность между наибольшим

предельным и номинальным размерами. Нижнее отклонение — алгебраическая

разность между наименьшим предельным и поминальным размерами.

Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим

предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности

между верхним и нижним отклонениями. Поле допуска — поле, ограниченное

верхним и нижним отклонениями.

Принято все наружные (охватываемые) поверхности называть валом, а

внутренние (охватывающие) — отверстием. Характер соединения деталей

(отверстия и вала), определяемый величиной получающихся в нем зазоров и

243

натягов, называется посадкой. Когда размер вала меньше размера отверстия —

посадка с зазором. При размере вала до сборки, превышающем размер

отверстия,— посадка с натягом. Существуют также переходные посадки, при

которых можно получить как зазор, так и натяг, так как поля допусков

отверстия и вала перекрываются частично или полностью.

Для деталей любых соединений установлен принцип взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемость

— это свойство независимо изготовленных деталей,

агрегатов собираться без пригонки и выполнять свое служебное назначение, не

нарушая технических требований на изделие. Различают размерно-

технологическую и функциональную взаимозаменяемость.

Paзмерно-технологическая взаимозаменяемость

обеспечение монтажных

требований (собираемость и взаимная замена одноименных деталей).

Функциональная взаимозаменяемость — это обеспечение

работоспособности изделия, сохранение его эксплуатационных показателей в

течение заданного срока службы (например, пружины).

Монтажные требования удовлетворяются за счет точности геометрических

параметров — размеров, формы, взаимного расположения сопрягаемых

поверхностей. Функциональные требования обеспечиваются точностью

геометрических и физико-химических параметров, влияющих на

эксплуатационные показатели изделия.

Детали взаимозаменяемы, если совпадают номинальные значения их

параметров и допустимые отклонения этих параметров (допуски).

Взаимозаменяемость имеет большое технико-экономическое значение, она

позволяет организовать крупносерийное и массовое производства деталей,

которые непосредственно подаются на сборку. Кроме того, при эксплуатации

изделия в случае поломки или износа детали можно заменить ее на другую,

взаимозаменяемую.

Стандартами Совета Экономической Взаимопомощи (CT СЭВ 144-75 и CT

СЭВ 145-75), действующими в СССР, установлена единая система допусков и

посадок гладких соединений. Этой системой установлены 19 квалитетов (01, 0,

1, 2, ..., 17), каждый из которых устанавливает совокупность допусков.

соответствующих одинаковой степени точности дня всех номинальных

размеров

Этими же стандартами установлены различные посадки. Посадки

выбираются по двум системам — системе отверстия и системе вала. В системе

отверстия характер соединения деталей, определяемый величиной

получающихся в нем зазоров или натягов, выполняется за счет размеров вала,

его предельных отклонений. В этой системе отверстие считается основным

(обозначается буквой Н). нижнее отклонение которого равно нулю, а верхнее

вне зависимости от характера посадки — постоянно для определенного

квалитета. В системе вала — основной вал (обозначается буквой h) имеет

верхнее отклонение, равное нулю, а нижнее остается постоянным (в

определенном квалитете) вне зависимости от посадки.

244

В обозначение посадки входит номинальный размер, общий для отверстия и

вaлa, а затем условное обозначение их полей допусков, например 40Н7 — g6

или 40*Н7/g6

. Эта посадка выполнена по системе отверстия,

в которой основное отверстие H выполнено по 7-му квалитету, а посадка — g за

счет вала 6-го квалитета. В системе вала для номинального размера 40 может

быть такая посадка 40Р7 — h6. Для выбора посадок по стандарту

предусмотрено 27 вариантов полей допусков вала: a, b.

с и т. д до zc (в системе

отверстия) и столько же для полей допусков отверстия:

A, В, С, и т. д. до ZC (в

системе вала).

Графическое изображение посадок в системах отверстия и вала приведено

на рис. 17.2.

Система отверстия имеет наибольшее распространение. Она более

экономична, так как предельные размеры отверстия какою-либо номинального

диаметра и квалитета остаются постоянными вне зависимости от посадки, чтo

не требует применения различных режущих инструментов (сверл, разверток и

др.).

Кроме допусков и посадок на гладкие соединения разработаны и действуют

различные стандарты на другие виды соединений. Например, существует ряд

стандартов по допускам на резьбовые соединения (ГОСТ 9000—81, ГОСТ 16093

— 81 и др.), широкое применение находят стандарты на допуски

цилиндрических зубчатых передач (ГОСТ 9178-81, ГОСТ 1643-81) и т. д.

Основные методы и средства контроля качества изделия

Качество изделии закладывается при их конструктивной разработке и

обеспечивается в производстве передовой технологией, ритмичностью

производства, тщательностью контроля и т. д.

Все изделия машиностроения и металлообрабатывающей промышленности

проверяют на их соответствие рабочей документации и технико-

эксплуатационным требованиям (техническим условиям — ТУ),

устанавливаемым перед разработкой изделия.

Различают следующие виды испытаний готовых изделий :

245

приемо - сдаточные, обязательные для поставщика (изготовителя). Для

проверки соответствия качества допускаются повторные испытания у

потребителя — входной контроль;

периодические, также обязательные для изготовителя и являющиеся

выборочными. Изделия для них отбираются случайной выборкой из продукции,

изготовленной за определенный календарный период;

типовые проводятся изготовителем после освоения каждого нового вида

продукции или после изменения конструкции, технологии, материала,

могущих повлиять на качество или технические характеристики продукции;

аттестационные проводятся с целью присвоения продукции Знаков

качества иди для выдачи разрешения на право выпуска продукции, а также для

установления достигнутых показателей;

эксплуатационные проводятся представителя- ми изготовителя на

изделиях, находящихся в эксплуатации у потребителя (как правило, для

сложных и дорогих мощных турбин, автоматических линий и других

подобных изделий).

Различные детали изделий проверяются как в процессе изготовления, так и

на стадии полной их готовности. Основными этапами проверки деталей

являются измерения их линейных и угловых размеров. Существует два

способа проверки таких размеров;

Измерение — сравнение измеряемого размера с однородным размером,

принятым за единицу, контроль— сравнение проверяемого размера с двумя

предельными однородными размерами, между которыми он должен

находиться.

Контроль размеров обычно выполняется предельны ми калибрами:

пробками (гладкие отверстия), скобами (валы), резьбовыми пробками и

скобами (резьбовые детали) и др. Применяют проходные и непроходные

калибры или двусторонние, одна сторона которых является проходным

калибром, другая — непроходным.

Номинальными размерами проходных и непроходных калибров являются

предельные размеры проверяемой поверхности детали. Например, для

проходного калибра гладкой пробки номинальным размером устанавливается

наименьший предельный размер отверстия, а непроходнoгo — наибольший

предельный размер отверстия.

Для измерения размеров существует ряд методов и измерительных средств

(инструментов, приборов и др.).

Все методы измерения разделяются на абсолютные и относительные

(сравнительные), прямые и косвенные, комплексные и дифференцированные,

контактные и бесконтактные. Кроме того, измерения, проводимые после

изготовления детали, относятся к пассивным методам, а измерения,

выполняемые непосредственно при изготовлении детали на обрабатывающем

246

станке, когда станку дается команда по введению поправки на износ

инструмента (например, абразивного) — к активным.

Основными средствами измерения являются: меры универсальные,

измерительные средства и специальные измерительные средства.

Меры длины выпускаются в виде плоскопараллельных концевых мер

(прямоугольных параллелепипедов и цилиндров) по четырем классам точности.

Их по- грешности очень малы. Например, срединное отклонение длины

концевой меры номинального размера, равного 100 мм, составляет 0,0005 мм

для 1-го класса и 0,0003 мм для 0-го класса. Для измерения углов применяют

угловые меры (плитки), изготовляемые по двум классам — 1 и 2.

Абсолютные измерения можно выполнять следующими инструментами:

штангенциркулем, штантенглубиномером, микрометром, угломером и др.,

которые относятся к универсальным измерительным средствам. Все эти

инструменты имеют штриховые шкалы (линейки или лимбы). Повышение

точности отсчета, связанное с оценкой доли деления шкалы, осуществляется с

помощью специальных устройств — нониусов. Специальные измерительные

средства изготовляют для определенных, конкретных контрольных операций.

К приборам для абсолютного измерения относятся универсальные и

инструментальные микроскопы, проекторы, Для относительных

(сравнительных) измерений используются индикаторы часового типа,

миниметры, микромеры (МКМ), микрокаторы, оптиметры, контактные

интерферометры, пневматические приборы и др.

В настоящее время получают широкое распространение различные

контрольные автоматы (электрические автоматы для рассортировки деталей по

размерам, автоматические устройства, определяющие годность детали

одновременно но всем контролируемым размерам, и т. д.). В основу

проектируемых автоматов и автоматических устройств для контроля размеров и

формы деталей закладываются различные конструкции электроконтактных

датчиков.

На современном этапе развития науки и производства непрерывно

расширяется область применения неразрушающих методов контроля,

совершенствуются средства неразрушающего контроля. К таким методам

относятся: оптические (оптическая топография, электронная микроскопия),

электромагнитные и электрические (для контроля блоков и электроцепей на

функционирование, сопротивления цепей и прочности изоляции, для других

целей), рентгеновские (рентгенография, рентгенотелевизионные методы),

тепловые (посредством ИК-камер), ультразвуковые, капиллярные

(люминесцентные) и др.

Шероховатость поверхности

Основоположником учения о качестве поверхности был русский ученый

проф. В. Л. Чебышев.

247

При различных процессах механической обработки па обрабатываемых

поверхностях образуются неровности — шероховатость, представляющая собой

чередующиеся выступы (гребенки) и впадины. Кроме того, поверхность

обработки приобретает волнистость и особые измененные физико-

механические свойства.

Шероховатость поверхности в значительной, степени определяет качество и

срок службы деталей машин, агрегатов, приборов, В частности, износ трущихся

поверхностей зависит от их шероховатости. Большая шероховатость

поверхностей сопрягаемых деталей ведет при работе к быстрому изменению

посадок. Поэтому для длительного сохранения посадок необходимо вводить

процессы чистовой обработки, уменьшающие шероховатость.

Однако весьма малая шероховатость может вызвать выдавливание

смазывающего вещества, а вследствие этого появление полусухого или сухого

трения, характеризующегося интенсивным износом. Коэффициент трения также

зависит от шероховатости поверхности. Шероховатость поверхности оказывает

влияние на антикоррозионную стойкость. При большой шероховатости

корродирующие вещества, сосредотачиваясь на дне впадин неровностей

поверхности, вызывают интенсивный процесс коррозии.

Разрушение деталей при знакопеременной нагрузке начинается с появления

микроскопических трещин, которые, увеличиваясь, приводят к их поломке.

Поверхностные неровности можно рассматривать как первоначальные

трещины, в которых концентрируется напряжение усталости. По данным проф.

С. В. Серенсена, поверхности с малой шероховатостью имеют повышенный

предел усталости материала.

К настоящему времени еще не установлен общий критерий оценки качества

поверхности, охватывающий как изометрическое ее очертание, так и физико-

механические свойства поверхностного слоя материала. Действующий и СССР

ГОСТ 2789—73 (соответствующий рекомендации СЭВ по стандартизации РС6

—71) оценивает качество обработанной поверхности лишь по ее

шероховатости, т. е. по микрогеометрии.

Параметрами шероховатости (одним или несколькими) являются:

Ra — среднее арифметическое отклонение профиля (микрогеометрии):

Rz- высота неровностей профиля по 10 точкам; R mах — наибольшая высота

неровностей профиля;

Sm — средний шаг неровностей; S- средний шаг

неровностей по вершинам.

Стандартом установлены возможные направления неровностей:

параллельное, перпендикулярное, перекрещивающееся, произвольное,

кругообразное и радиальное. Неровности, характеризующие шероховатость, и

количественная оценка параметров шероховатости ограничиваются базовой

длиной l, величина которой увеличивается с повышением шероховатости.

Обозначение шероховатости на чертежах выполняется по ГОСТ

2.309-73.

Структура обозначения шероховатости показана на рис. 17.3.

248

Методы оценки шероховатости (микрогеометрии) поверхности можно

отнести к двум группам:

1) методы сравнительной оценки, при которых не выявляется абсолютная

величина неровностей поверхности, а лишь дастся оценка общего ее состояния

в сравнении с эталоном шероховатости (или образцовой деталью); при этом

используют лупу или сравнительный микроскоп;

2) профильные методы, с применением которых определяется истинная

высота микронеровностей в абсолютных единицах. К ним относятся измерения

на профилографах

и профилометрах разных конструкций, двойном микроскопе

Линника и других приборах

Выбор заготовок

Для получения деталей применяют различные заготовки; металлические,

пластмассовые, керамические и др. Металлические заготовки изготовляют

литьем, горячей и холодной штамповкой, сваркой и другими методами. Вид

заготовки, ее конфигурации и размеры зависят от типа производства, формы

детали и требований, предъявляемых к ней в отношении точности и

шероховатости поверхностей.

Например, литьем в песчаные формы получают заготовки в мелкосерийном

и единичном производствах, однако заготовки крупных деталей — станин,

корпусов, рам (главным образом из чугуна) отливают в серийном, а иногда и в

массовом производстве. Наряду со многими недостатками литье в песчаные

формы имеет достоинство — небольшие первоначальные затраты на оснастку

Литье в кокиль наиболее целесообразно применять в серийном и массовом

производствах для отливок средней сложности из цветных сплавов и чугуна с

размерами по 12-му квалитету точности.

По сравнению с литьем в песчаные формы, литье в кокиль обеспечивает

большую производительность труда, более высокую точность и меньшую

шероховатость, лучшую структуру металла, повышающую механические

свойства на 10 — 20%. Факторами, ограничивающими применение литья в

кокиль, являются высокая стоимость кокиля и трудность получения отливок

сложной конфигурации.

Литье под давлением применяют для получения небольших, в основном

тонкостенных заготовок сложной конфигурации, требующих при других

249

способах отливки длительной механической обработки. Оно является наиболее

производительным способом литья, обеспечивает достаточно высокую

точность, повышенные свойства металла, возможность сопряжения нескольких

деталей и армирования. Однако пресс-формы для литья под давлением имеют

высокую стоимость, а в отливках имеется воздушно-газовая пористость.

Высокая стоимость форм позволяет применять такое литье лишь в

крупносерийном и массовом производствах, но, изготовляя формы из

нормализованных частей, его можно применять в серийном производстве даже

при небольших партиях. Вакуумирование металла уменьшает пористость

отливок.

Литьем по выплавляемым моделям получают точные (прецизионные)

заготовки сложной формы, которые нельзя отлить другими способами, в

частности из труднообрабатываемых сплавов. Заготовки, полученные таким

способом, как правило, не проходят механическую обработку. Применение

этого метода ограничивается значительной стоимостью пресс-форм для

восковых моделей и формовочного материала.

Горячей обработкой давлением получают заготовки с повышенными

механическими свойствами, малыми припусками на обработку. Горячей

штамповкой чаще получают заготовки деталей с толстыми стенками из

железных, медных, алюминиевых и магниевых сплавов. Стоимость штампов

достаточно высокая, хотя но сравнению со стоимостью пресс-форм для литья

под давлением она в 1,5—2 раза ниже, а срок их службы в 2 — 3 раза больше.

Горячую штамповку применяют в серийном и массовом производствах.

Холодной штамповкой получают плоские объемные заготовки из

листового материала.

Сваркой получают обычно заготовки каркасных деталей, к которым не

предъявляются жесткие требования по деформации.

Для получения заготовок из листового материала в серийном и массовом

производствах широко применяется холодная штамповка. При наличии

универсальных штампов для поэлементной штамповки она может

использоваться и в мелкосерийном производстве.

Размеры заготовок складываются из размеров деталей, для которых они

предназначены, и всех межоперационных припусков и допусков. Существует

методика расчета размеров заготовок.

Дальнейшее совершенствование заготовительного производства связано с

получением наиболее точных заготовок и внедрением в производство

прогрессивных методов формообразования, обеспечивающих повышение

производительности труда, снижение себестоимости изделий, повышение

коэффициента использования материалов. Количество точных заготовок будет

увеличиваться за счет новых методов обработки металлов давлением,

расширения использования прогрессивных методов литья, порошковой

металлургии, новых сортаментов металлов и сплавов с повышенными

250

техническими и технико-экономическими характеристиками, применения

экономичных профилей проката.

В частности, прокатка и волочение обеспечивают более высокие

механические свойства металла заготовок, меньшие отходы материала.

Производительность прокатки превышает производительность штамповки в 4—

8 раз. Как указано в Основных направлениях экономического и социального

развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года, выпуск

металлических порошков для порошковой металлургии уже в одиннадцатой

пятилетке должен повыситься в 3 раза.

В заготовительном производстве будут расширяться методы

дистанционного управления технологическими процессами и оборудованием, а

также централизованное управление ими с единого диспетчерского пульта.

Широкое применение найдут автоматизированные системы управления

комплексами технологических процессов (АСУТП).

§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса

Экономическую оценку технологического процесса механообработки

можно провести по следующей приближенной методике.

Себестоимость изготовления одной детали или штучная себестоимость

находится по формуле

=a + b/N.

где а — сумма всех текущих расходов, приходящихся на одну деталь; b —

единовременные расходы на изготовление заданного количества деталей; N —

количество изготовленных деталей (в год).

Себестоимость заданной партии деталей (годовой программы)

S = a N + b.

Текущие расходы определяются тремя составляющими

a = m + З + р,

где т — расходы на материал и технологическое топливо, m = q

— q

\ q

— массы расходуемого материала и утилизируемых отходов соответственно,

кг;

— цена 1 кг материала и отходов соответственно, руб.; З — расходы

на зарплату основным рабочим и начислений па нее (по социальному

страхованию и на оплату отпусков): без учета начислений — норма штучного

времени; т — тарифная ставка по данной квалификации (разряду) и профессии;

n — число операций; р - рабочие (накладные) расходы текущего характера, к

которым относятся амортизационные отчисления по оборудованию, расходы на

освещение, отопление, режущий и измерительный инструмент общего

назначения, расходы на содержание административно-управленческого

аппарата и подсобных рабочих и т. д. Они начисляются в % к основной

зарплате или рассчитываются отдельно по каждой статье расходов.