Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ОБРАЗОВАНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ НА ПРОТЯЖЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В практике машиностроения, как правило, не удается из предмета труда за один технологический переход получить готовую деталь и тем более изделие. Поэтому обычно изделие изготовляют за сравнительно большое число технологических переходов и операций.

Например, чтобы превратить заготовку в деталь заданной геометрии и точности, необходимо снять с заготовки лишний слой материала и пре­образовать ее форму и размеры; преобразование будет происходить до тех пор, пока заготовка не приобретет форму и размеры, укладывающие­ся в заданные допуски на готовую деталь.

Аналогично достигают других качественных характеристик готовой детали; и здесь задача тоже сводится к тому, чтобы исходные качествен­ные характеристики заготовки преобразовать в характеристики готовой детали.

Указанный процесс преобразования можно осуществлять различны­ми методами и средствами. Так, заготовку можно превратить в деталь при обработке резанием или методами физико-химической обработки.

При установлении связей между параметрами качества детали, по лучающимися по ходу технологического процесса, пользуются такими понятиями, как уточнение и передаточное отношение. Эти понятия отра­жают связь качества обработки, полученной на данной операции, с каче­ством обработки на предыдущей операции.

Под фактическим уточнением є понимается отношение погрешности заготовки к погрешности детали по данной геометрической харак­теристике (размерам линейному и угловому, форме):

Е = q3 / .

Передаточное отношение:

5 = ПД/Пэ.

Если с помощью уточнения характеризуют процесс уменьшения погрешности заготовки от одного технологического перехода к другому, то с помощью передаточного отношения - процесс переноса погрешно­сти заготовки от перехода к переходу. После прохождения заготовкой каждой технологической системы ее размеры уточняются в соответствии с величиной е и после т технологических переходов общее уточнение

Т

Е = є, є2 ...Zm =і~]є, ,

1=1

Где є, - уточнение заготовки на м технологическом переходе.

Процесс наследования погрешности заготовки можно представить с помощью передаточного отношения

Т (=1

Где - передаточное отношение на /-м технологическом переходе.

Для получения годной детали по выбранной геометрической харак­теристике необходимо, чтобы допуск

Т 1=1

Или

Т

Где т - число технологических переходов.

Точность детали характеризуется точностью линейных и угловых размеров, геометрической формы поверхностей, поэтому по каждому показателю точности требуется определить е или ф

Обычно значения передаточных отношений или уточнений по раз­ным показателям различны. Это приводит к тому, что для получения за­данной точности (например, линейного размера) необходима технологи­ческая система с одним значениям передаточного отношения, а для полу­чения требуемой шероховатости - технологическая система с другим значением передаточного отношения.

Например, гладкие валы сначала обрабатывают на токарных и шли­фовальных станках для получения требуемой точности размеров и фор­мы, а затем на притирочных и суперфинишных станках - для получения требуемой шероховатости поверхности.

С тем, чтобы на практике можно было рассчитывать с требуемой достоверностью значения отклонений, надо знать закономерности перс - носа свойств предмета труда в процессе изготовления изделия, историю возникновения каждого отклонения.

Пути преобразования предмета труда в изделие различаются вре­менными, трудовыми, материальными, энергетическими и стоимостными затратами. В задачу технолога входит разработка такого технологическо го процесса, который отличался бы наибольшей эффективностью. Чтобы разработать такой технологический процесс, технолог должен понимать не только закономерности формирования качества изделия на технологи ческом переходе, но и закономерности преобразования качества предмета труда на протяжении всего технологического процесса, уметь устанавли­вать связи между качественными характеристиками предыдущих и по следующих технологических переходов.

Опыт показывает, что чем раньше по ходу технологического про цесса заготовка приближается по своим качественным характеристикам к готовой детали, тем в конечном итоге экономичнее будет этот процесс Отсюда желательно получать такую заготовку, качественные характери­стики которой максимально приближались бы к качественным характе ристикам готовой детали.

Различают понятия "технологическое наследование" и "технологи ческая наследственность" [14].

Технологическим наследованием называется явление перенооі свойств объектов от предшествующих технологических операций к по­следующим. Эти свойства могут быть как полезными, так и вредными Сохранение же этих свойств у объектов называют технологической на следственностью. С их помощью можно проследить за состоянием объ­екта производства в любой момент времени с учетом всех предшествую щих технологических воздействий. В процессе передачи свойств важную роль играет так называемая наследственная информация материала дета­лей и их поверхностных слоев. Информация представляет собой большом перечень показателей качества.

Существенным является установление общих закономерностей тех­нологического наследования при изготовлении деталей и сборки изделии Определяют количественную сторону технологического наследования таких параметров, как конструктивные формы заготовок и деталей, по грешности технологических баз, погрешности формы, пространственные отклонения заготовки и деталей, волнистость, физико-механические свойства поверхностных слоев и др.

Носителями наследственной информации являются собственно ма­териал детали, а также ее поверхности с многообразием параметров, опи­сывающих состояние этих поверхностей. Носители информации активно участвуют в технологическом процессе, проходя через своего рода "барь­еры", задерживаясь на них частично или полностью; одним из сущест­венных "барьеров" являются термические операции.

Суть явления технологической наследственности рассмотрим на примере шлифования трех групп образцов, выполненных из подшипни­ковой стали. Образцы первой группы были предварительно проточены с большой подачей и имели шероховатость Ra = 20 мкм. Образцы второй группы были предварительно проточены с достижением Ra = 5 мкм, а образцы третьей группы - предварительно прошлифованы с получением Ra = 0,32 мкм. Эти три группы образцов были в одинаковых условиях закалены, а затем прошлифованы с получением Ra = 0,32 мкм. В итоге образцы трех групп получили одинаковые (в пределах допуска) размеры и одинаковую шероховатость.

Однако эксплуатация этих образцов-деталей в контакте с другими деталями в одинаковых условиях и через одно и то же время показала совершенно различное состояние поверхностей. На поверхности деталей, входящих в первую фуппу, образовалось большое количество глубоких раковин, у деталей второй группы этих раковин было значительно мень­ше, а у деталей третьей фуппы раковины отсутствовали полностью. Сле­довательно, при одинаковых качественных показателях (j. камеры и ше­роховатость) служебные свойства детачей оказались различными, так как проявились свойства, полученные до проведения термической обра­ботки. Этому явлению должно быть дано разъяснение, так как на ею основе возможно управление качеством деталей машин.

Шлифовальный круг / (рис. 1.6.38) своей цилиндрической поверх­ностью АВ в первую очередь срезает микровыступы заготовки 2; при этом возникают множественные локальные очаги теплового воздействия на поверхностный слой заготовки (стрелками условно показано переме­щение теплоты). Своеобразные тепловые удары создаются в поверхност­ном слое зоны, где происходят фазовые превращения материала с изме­нением физико-механических характеристик (зоны условно заштрихова­ны вертикальными линиями), что объясняет возникновение раковин.

В ходе шлифования инструмент займет положение СД, однако не­равномерность свойств отдельных зон поверхностного слоя останется и будет проявляться у готовой детали тем больше, чем больше было значе­ние Ra у заготовки; так свойства заготовок наследуются на готовых дета­лях. Если установлена наследственная природа свойств деталей, то мож­но принять соответствующие коррективы при разработке технологиче ских процессов для предотвращения наследственного переноса вредных свойств и, наоборот, создания благоприятных условий для передачи по лезных свойств.

Рассмотрим технологическое наследование погрешностей геометри ческой формы технологических баз шлифования заготовок, установлен ных в центрах. Шлифование производится широким кругом. На заготовку
действует сила Р (рис. 1.6.39, а); технологическими базами являются конические поверхности В центровых отверстий. В связи с особенностя­ми изготовления центровых отверстий на их поверхностях возникаеі волнистость. Чаще всего наблюдается две, три или пять волн, что ус­ловно показано на рис. 1.6.39, б. При невращаюшихся центрах и ти ю янном направлении силы Р жесткость системы "заготовка - центры оказывается переменной, поэтому и упругое перемещение заготовки также будет переменным. На обрабатываемой поверхности А возникают отклонения формы (рис. 1.6.39, в). Число выступов и впадин на поверх­ности А точно соответствует числу волн на технологических базах. Г ак, погрешности технологических баз переносятся (наследуются) на обра­батываемую поверхность. Если производить не врезное, а круглое шлифование или установить на центры заготовку с различным числом волн на центровых отверстиях, процесс наследования окажется более сложным.

Решение проблемы технологического наследования всегда связано с отысканием таких условий, при соблюдении которых не возникает на­следственного переноса вредных свойств от предшествующих операций к последующим. Рассмотрим процесс суперфиниширования. После бес­центрового шлифования заготовок на их наружной поверхности возникло 18 выступов (рис. 1.6.40, а). Для удаления такой погрешности формы и достижения заданной шероховатости заготовки подвергали суперфини­шированию тремя абразивами. Постоянно отклонение формы уменьша­лось, что можно наблюдать по круглограммам, снятым с заготовок через каждые 4 с; спустя 20 с со станка снимают качественные детали. Однако если заготовки имеют после предварительной обработки три выступа (рис. 1.6.40, б), то при тех же условиях проведения процесса суперфини­ширования погрешность формы увеличивается, что можно видеть из ана­лиза круглограмм. Чтобы не возникало ухудшения формы и были ликви­дированы наследственные погрешности, полученные на предшествую­щей операции, необходимо знать и использовать математические зависи­мости, полученные на основе закономерностей технологического насле­дования. Например, в данном случае они позволят определить требуемое число брусков абразива и закон относительного движения.

Важно установить не только качественные, но и количественные ха­рактеристики технологического наследования. Именно количественные характеристики позволяют определить, насколько велико влияние техно логического наследования на достижение данного свойства детали в про цессе ее изготовления.

Вопрос о необходимости учета явления технологического наследо вания надо решать в каждом конкретном случае на основе степени влия ния наследуемого свойства на характеристики детали.