Взаимозаменяемость, как техническая основа обеспечения качества машиностроительной продукции

ЛЕКЦИЯ №1 взаимозаменяемость, как техническая основа обеспечения качества машиностроительной продукции план лекции 1.1 Функциональный характер взаимозаменяемости. 1.2 Виды взаимозаменяемости (полная, ограниченная, внутренняя). 1.3 Преимущества, создаваемые взаимозаменяемостью в производстве и эксплуатации продукции. 1.4 Методы установления функциональных связей между выходными характеристиками и влияющими на них параметрами (аналитический метод, метод испытаний, метод подобия). 1.5 Геометрическая точность, как важнейший влияющий параметр (точность размеров, точность формы, точность расположения поверхностей, шероховатость). 1.1 Функциональный характер взаимозаменяемости. Одним из важнейших инструментов, обеспечивающих качество продукции является взаимозаменяемость. На современных машиностроительных заводах детали изготавливаются независимо друг от друга в одних цехах, а собираются в узлы, агрегаты, изделия и т.д. - в других. При сборке довольно часто применяются крепежные детали, подшипники, детали из резины и пластмасс, другие готовые комплектующие изделия (компрессор домашнего холодильника, двигатель мотороллера, электродвигатели металлорежущих станков, устройства гидроавтоматики металлорежущих станков - золотники, дроссели и т.д.). Такая организация производства возможна потому, что конструкторы при разработке новых изделий стремятся к тому, чтобы детали и сборочные единицы при изготовлении получались взаимозаменяемыми, т.е. одинаковыми по всем функциональным показателям: размерам, форме, механическим свойствам материала и др. Впервые принцип взаимозаменяемости применили тульские мастера-оружейники. Петр 1 предписал мастерам при изготовлении ружей следить за правильным применением калибров, по которым делались детали и за однородностью отдельных частей ружей. В 1826 году принцип взаимозаменяемости был продемонстрирован на Тульском оружейном заводе иностранным представителям: взятые со склада 30 ружей были разобраны, их детали перемешаны. Из первых попавшихся деталей ружья были собраны вновь и действовали безотказно. Под взаимозаменяемостью понимается свойство элемента (детали, сборочной единицы), обеспечивающее возможность его применения вместо другого без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого он входит. Изделия с взаимозаменяемыми деталями имеют более однородные свойства (точность, надежность, долговечность, безотказность в работе) и, следовательно, более качественны. Кроме того, взаимозаменяемость создает целый ряд преимуществ, как для производителя продукции, так и для ее потребителя. Например, при массовом выпуске специализированными заводами типовых деталей (крепежа, подшипников, зубчатых колес) ускоряется процесс конструирования и изготовления новых машин, так как конструктору не надо создавать чертежи на указанные детали, а заводу тратить время и средства на их изготовление. Взаимозаменяемость облегчает эксплуатацию машин и их ремонт, так как износившаяся или поломанная деталь легко может быть заменена запасной без ухудшения эксплуатационных качеств изделия. В общем случае взаимозаменяемые детали должны быть одинаковыми по геометрическим (размерам, форме, расположению поверхностей, шероховатости и т.д.), физическим (массе, центровке, прочности, жесткости) и функциональным параметрам. 1.2 Виды взаимозаменяемости Наибольшее распространение получили следующие виды взаимозаменяемости: 1. Полная взаимозаменяемость, при которой сборка осуществляется без дополнительных подгоночных операций. Но не всегда полная взаимозаменяемость возможна (например, при очень жестких требованиях к точности деталей или большом их числе). Преимуществом метода полной взаимозаменяемости является возможность сборки с помощью конвейеров, автоматизированных линий, роботов; 2. Неполная (ограниченная) взаимозаменяемость, при которой сборка осуществляется с применением таких операций, как групповой подбор деталей по размерам, применение компенсаторов, регулирование положения некоторых частей сборочной единицы. По отношению к сборочным единицам, состоящим из отдельных частей, различают: 1. Внешнюю взаимозаменяемость - взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий (подшипники качения по присоединительным размерам, двигатели по мощности), т.е. взаимозаменяемость готовых изделий по эксплуатационным показателям, размерам и форме присоединительных поверхностей 2. Внутреннюю взаимозаменяемость - взаимозаменяемость отдельных частей данного изделия, сборочной единицы (шарики в подшипниках качения). Например, внутренней взаимозаменяемостью двигателя является взаимозаменяемость деталей, из которых он состоит, а его внешней взаимозаменяемостью является взаимозаменяемость по присоединительным размерам, по скорости вращения вала, по мощности и т.д. 1.3 Преимущества, создаваемые взаимозаменяемостью в производстве и эксплуатации продукции 1) упрощает сборку и повышает ее производительность; 2) облегчает ремонт; 3) создает основу для кооперации и специализации; 4) упрощает конструирование и изготовление новых машин. Основные задачи в области взаимозаменяемости следующие: - Расширение области взаимозаменяемых производств за счет высокой технологичности изделий. - Разработка методик по технико-экономическому подходу к установлению выходных характеристик и их связи с влияющими параметрами. - Разработка стандартов на все виды продукции с качественными показателями на уровне лучших мировых образцов. - Разработка средств контроля, обладающих высокой производительностью, дающих объективную оценку качества продукции. - Создание средств контроля, совмещенного с процессом обработки, т.е. активного контроля. Взаимозаменяемость является важнейшей характеристикой технологичности конструкции и ее уровень в общем случае определяется коэффициентом взаимозаменяемости Кв, равным отношению трудоемкости изготовления взаимозаменяемых деталей и узлов Твз к общей трудоемкости изготовления Тобщ: 1.4 Методы установления функциональных связей между выходными характеристиками и влияющими на них параметрами При использовании любого вида взаимозаменяемости необходимо обеспечить тождество отдельных частей изделия, ведущее к тождеству выходных характеристик (мощность, производительность и т.д.) всего изделия. Выходная характеристика это интегральный показатель, характеризующий функциональное назначение изделия. Представим это в виде схемы (рис.11). 1,2,3,…k – число параметров; 1,2,3,…n – номер изделия Рисунок 11 – Связь между выходной характеристикой и влияющими параметрами В процессе создания изделия конструктор устанавливает на основании анализа служебного назначения изделия особенности его эксплуатации, ожидания потребителя, выходную характеристику изделия Y и меру ее стабильности Y. Затем конструктор устанавливает круг параметров, оказывающих наиболее существенное влияние на выходную характеристику X1, X2, X3,…Xn. На следующем этапе работы конструктор устанавливает по известной величине Y меру стабильности каждого влияющего параметра X1, X2, X3,…Xn. Для решения этой задачи конструктор должен установить связь Связь между выходной характеристикой и влияющими параметрами может быть достигнута следующими способами: 1. Аналитическим - в этом случае необходимо знать аналитическую зависимость выходной характеристики y от параметров x1, x2, x3,.. xn. Изменение x любого параметра вызывает изменение выходной характеристики y. Аналитический метод требует отыскания точных математических моделей, а это не всегда бывает возможно. 2. Метод испытаний на стендах или полигонах. Используется при создании принципиально новых конструкций и требует очень больших затрат. Так например, получена связь производительности компрессора домашнего холодильника с зазором между цилиндром и поршнем. Меняя зазор измеряли производительность. Испытания показали, что оптимальный зазор должен быть не более 0,015 мм. Эта цифра легла в основу назначения точности изготовления деталей. 3. Метод подобия. Это наиболее распространенный метод в повседневной работе конструктора. Для его реализации конструктор в справочной литературе отыскивает аналог, зарекомендовавший себя на практике, и назначает требования к влияющим параметрам, внося определенные коррективы. На заключительном этапе проектирования конструктор оформляет чертежи проектируемого изделия, делает его техническое описание, инструкции и т.д., в которых указывает найденные значения X1, X2, X3,…Xn. Эти документы служат исходной информацией для разработки технологической документации, которая выполняется технологами на этапе технологической подготовки производства. Технолог выбирает такой порядок технологических операций, такое оборудование и технологическую оснастку, чтобы при изготовлении частей изделия обеспечить назначенные конструктором меры стабильности каждого влияющего параметра. Одним из важнейших условий обеспечения стабильности влияющих параметров является их контроль с помощью соответствующих средств. В изделиях машиностроения одним из важнейших влияющих параметров является геометрическая точность различных элементов детали. С точки зрения функциональной взаимозаменяемости геометрическая точность является показателем комплексным, проявляющим себя стабильностью размеров, стабильностью формы, стабильностью расположения поверхностей, состоянием микрорельефа поверхностей элементов деталей.