4661

Взаимосвязь между геометрическими параметрами и качеством изделий

Научная статья

Производство и промышленные технологии

Взаимосвязь между геометрическими параметрами и качеством изделий Влияние геометрических параметров на качество изделий Очевидно, что качество изделий в значительной степени обеспечивает изготовитель. Если изделие сделано плохо, оно плохо работает...

Русский

2012-11-23

59 KB

7 чел.

Взаимосвязь между геометрическими параметрами и качеством изделий

Влияние геометрических параметров на качество изделий

Очевидно, что качество изделий в значительной степени обеспечивает изготовитель. Если изделие сделано плохо, оно плохо работает. Но если спроектировано морально устаревшее изделие, оно будет неконкурентоспособным на рынке даже при отличном качестве изготовления. Следовательно, уровень качества любого изделия в первую очередь определяет его разработчик. Но плохое производство способно существенно снизить уровень качества, а хорошее – всего лишь обеспечить заложенный проектировщиком уровень. Неправильное использование даже высококачественного изделия приведет к его быстрой поломке, и в таком случае, разговор о качестве теряет всякий смысл. В настоящее время особое внимание уделяют также утилизации изделий, поскольку опыт работы с такими объектами как атомные электростанции и атомные подводные лодки заставляет обращать внимание не только на эффективность функционирования, но и на угрозу загрязнения окружающей среды. Значит, качество изделия следует рассматривать на протяжении всего «жизненного цикла» от проектирования, через изготовление и эксплуатацию – до физической или моральной его «смерти» (рисунок 3.1).

«Жизненный цикл» изделия строится с учетом не только прямых связей (качество сложного изделия закладывается при проектировании, обеспечивается в ходе производства, реализуется при эксплуатации), но и обратных связей, которые используются для корректирования требований, обеспечивающих приемлемый уровень качества объекта.

При разработке изделия определенный уровень качества закладывается еще на этапе подготовки технического задания.

Качество любого объекта (проекта, изделия, процесса) можно оценить, и на основе этой оценки сравнить объекты одинакового назначения. Качество изделия является наиболее общим его свойством и складывается из таких свойств как мощность, производительность, коэффициент полезного действия, надежность, эргономичность и др. В свою очередь, эти свойства могут быть более или менее сложными. Например, надежность изделия включает в себя его безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. А такие свойства, как масса, отдельные габаритные размеры изделия являются простейшими и не разлагаются на составляющие элементы.

Простые свойства, которые могут быть выражены числовыми значениями физических величин: масса, длина, твердость и др. далее будут называться параметрами. Функциональные параметры элементов изделия — это параметры, определяющие уровень его эксплуатационных показателей. К ним могут быть отнесены геометрические, физико-механические, электрические, магнитные и другие.

Номенклатура функциональных параметров зависит от назначения изделия, его состава, конструкции и работы. Например, вращающий момент двигателя внутреннего сгорания зависит от объема камеры сгорания, давления при сгорании смеси, а также от площади зазоров в системе цилиндр-кольцо-поршень. От твердости рабочих поверхностей уплотнительных колец и стенок цилиндра зависит их износостойкость, следовательно, и долговечность двигателя. Эксплуатационные показатели, определяющие качество изделий, зависят в значительной степени от геометрических параметров деталей. Для нормальной работы соединений деталей (сопряжений) и изделия в целом необходимо обеспечить требуемую точность размеров, формы и расположения поверхностей, а также параметры их микрогеометрии (шероховатости).

Поверхность шарика в пишущем узле стержня шариковой ручки должна быть достаточно правильной (сферической), чтобы шарик свободно вращался в «гнезде», а соотношения размеров деталей сферического сопряжения должны обеспечивать зазор для выхода красящей пасты. Причем, слишком маленький зазор приведет к заклиниванию при письме, а слишком большой – к свободному вытеканию пасты.

Всем известны шарнирные соединения, используемые для открывания-закрывания дверей. Слишком малый зазор в шарнире затруднит поворот двери, а слишком большой не позволит двери стать на место при ее закрывании. Кроме того, при двух шарнирных соединениях и большем их числе должно быть согласовано расположение шарниров.

Для большинства деталей необходимо соблюдать требуемую точность не только по геометрическим параметрам. Например, наиболее важные детали оптико-механического прибора (микроскопа, фотоаппарата, бинокля) изготавливаются из стекла или пластмасс, и для них весьма существенны оптические свойства материала. Точность размеров оптических деталей (радиусы и толщина линз, углы и толщина призм, правильность формы и расположения сферических и плоских поверхностей линз и зеркал, параметры микрогеометрии рабочих поверхностей и т.д.) также будет влиять на качество собранного изделия.

Из примеров видно, что геометрические параметры влияют на качество любого изделия вне зависимости от сферы его применения и целевого назначения.

Стандартизация параметров

Множество современных технических изделий работает на автономном электрическом питании от батареек. Батарейки вставляют в часы, фотоаппараты, фонари, игрушки, причем вставить новую батарейку часто может сам пользователь. Замена батарей возможна благодаря тому, что во всем мире изготовители и пользователи придерживаются одинаковых норм – стандартов – на их геометрические размеры и напряжение. Весь мир пользуется фотографической пленкой стандартных размеров, то же можно сказать о магнитных пленках для аудио- и видеоаппаратуры, дискетах и компакт-дисках.

Если компакт диски можно читать на любых дисководах, их можно считать взаимозаменяемыми. Взаимозаменяемость однородных изделий означает «одинаковость» их основных параметров. Но единообразие подхода к нормированию параметров не исключает возможности разработки и выпуска различающихся изделий одного назначения, например, уже упоминавшихся батареек и более сложных изделий – фотоаппаратов, часов, принтеров.

Для того чтобы запустить изделия в серийное и массовое производство, техническая документация на них должна содержать жестко нормированные значения основных функциональных параметров. Чтобы разбросы параметров, неизбежно возникающие при изготовлении элементов, не оказывали существенного влияния на работу изделия, их ограничивают определенными нормами. Параметры могут быть ограничены с одной стороны (сверху или снизу), но наиболее жестко определяет параметр двухстороннее ограничение. Нормы допустимого рассеяния параметров при двухстороннем (двухпредельном) ограничении называют допусками. Необходимость разнообразных параметров (по видам и по функциональному назначению) требует применения допусков разной точности.

Чем уже назначенный диапазон рассеяния параметра (допуск), тем дороже обходится его достижение (см. рисунок 2, модуль «Введение»), поэтому избыточные требования к точности неоправданно удорожают изделие. Но с другой стороны, заниженные требования к точности параметров делают изделие неработоспособным. Поскольку относительная стоимость деталей экспоненциально возрастает с повышением точности обработки, особо внимательно следует относиться к назначению высокоточных допусков.

Соблюдение одинаковых номинальных значений параметров и единообразия норм их рассеяния обеспечивает взаимозаменяемость изделий. Номинальные значения параметров могут быть зафиксированы в стандартах, например, в виде рядов предпочтительных чисел, а для геометрических параметров – в виде рядов нормальных линейных размеров, нормальных углов, уклонов и конусностей.

Изделия будут взаимозаменяемыми только в том случае, если на одинаковые номинальные значения параметров будут назначены одинаковые допуски и реальные значения параметров будут соответствовать установленным требованиям.

Номенклатура допусков геометрических параметров

Допуск параметра есть разность его наибольшего и наименьшего предельных значений. Допуск – норма, которая ограничивает возможное рассеяние параметра заданными пределами и тем гарантирует получение нужного эффекта (в производстве – годность изделия, соответствие режимов техпроцесса заданным и т.д.). Для большого числа параметров нормирование осуществляют только ограничением предельных значений, например, температура в помещении (20 ± 2) оС, напряжение от 210 В до 240 В или сопротивление резистора 100 Ом ± 5 %. Здесь использованы разные формы двухпредельного нормирования, но рассеяние всех параметров нормировано однотипно (двухпредельное ограничение допуском А).

TА = Аmax – Аmin.

Однако в нормировании встречаются и более сложные ситуации.

Нормирование геометрических параметров достаточно сложно из-за их пространственного характера и разнообразия. Так для плоских и цилиндрических поверхностей деталей принято нормировать допуски размеров, формы и расположения (макрогеометрия поверхностей) и параметры шероховатости (микрогеометрия поверхностей). Рассмотрим деталь простейшей геометрической формы – тело качения шарикового подшипника – шарик. Идеальная поверхность шара – сфера, характеризуется одним номинальным параметром (диаметром d). Для того чтобы реальные шарики (с размерами d1, d2, d3,..., dn) нормально работали в подшипнике, размеры их должны быть практически одинаковы, т.е.

d1 ≈ d2 ≈ d3 ≈ ... ≈ dn.

Разность размеров отдельных шариков зависит от требуемого качества подшипника и нормируется допуском размера Td:

Td = dmaxdmin,

а размеры всех шариков должны соответствовать зависимости

dmin ≤ (d1, d2, d3,..., dn) ≤ dmax.

Различие размеров отдельных шариков шарикоподшипника определенной номенклатуры – понятие скорее геометрическое, чем техническое. Оно основано на допущении, что каждый шарик характеризуется одним размером, т.е. имеет идеальную геометрическую форму. Реальный шарик имеет бесконечное множество размеров (толщин), которые хоть и незначительно, но отличаются друг от друга. Следовательно, в рассматриваемом случае допуск размера Td ограничивает допустимые разности размеров каждого шарика, а, тем самым, и всех шариков одного подшипника.

Назначив допуск размеров шарика, мы одновременно установили требования к его форме. Но часто возникают ситуации, когда требования к форме должны быть жестче, чем это установлено назначенным допуском размера. Например, прижимные ролики и натяжные шкивы в ряде конструкций могут существенно отличаться по размерам без нарушения взаимозаменяемости. Что же касается круглости их наружных поверхностей – это требование закономерно вытекает из назначения деталей и должно быть жестко нормировано.

Допуски формы и расположения поверхностей необходимо назначать и в тех случаях, когда они непосредственно не ограничиваются допусками функционально важных размеров. Часто нужны хорошие привалочные плоскости плит, кронштейнов и других деталей, прямолинейность направляющих, параллельность и перпендикулярность плоскостей. Требования к точности размеров могут при этом практически не устанавливаться или назначаться весьма свободно.

Микрогеометрия поверхностей настолько существенно влияет на качество подвижных и неподвижных сопряжений, что ее нормирование обязательно. В современном машиностроении и приборостроении принято нормировать высотные, шаговые и некоторые другие параметры шероховатости поверхности, а, кроме параметров, также и некоторые характеристики микрогеометрии поверхностей, например, направление микронеровностей.

Нормы точности недостаточно только назначить, следует также убедиться в том, что они были выдержаны при изготовлении. Иными словами, необходим контроль точности изготовления изделий.

Применение средств измерений для технического контроля

Если в пищевой промышленности часто применяют органолептический (основанный на использовании органов чувств) контроль вкуса, цвета, запаха продуктов, в машиностроении и приборостроении для контроля изделий чаще применяют специальные технические средства. Объективную характеристику параметра позволяет получить измерительный контроль – контроль с использованием средств измерений. Информацию при измерительном контроле обычно получают в ходе технических измерений.

Измерительный контроль можно выполнять с применением средств измерений любых видов: калибров, штриховых мер, приборов. При контроле калибрами обычно осуществляют сортировку деталей на годные и брак (неисправимый и исправимый). Такой контроль достаточен для потребителя, заказчика: брак не проходит. Однако информация только о годности может оказаться недостаточной для наладчика и технолога. Им нужно знать числовые значения параметров каждой детали. Результаты измерений, которые несут информацию о точности технологического процесса и оборудования, получают с помощью приборов, измерительных установок и измерительных систем. Используя полученные данные, можно вовремя переналадить станок или принять решение о его ремонте. Информация о конкретном значении каждого контролируемого параметра может быть получена в процессе технических измерений. Здесь и далее под техническими измерениями мы будем понимать инструментальные измерения, выполненные с точностью, не ниже установленной. Задачи установления требуемой точности и методы ее обеспечения составляют теоретическую основу технических измерений.


Рис
унок 3.1 – «Жизненный цикл» изделия

братные связи

Производство

Проектирование

Эксплуатация

Утилизация

Техническая документация

Изделие

"Металлолом"


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8007. Дидактические принципы обучения 57.5 KB
  Дидактические принципы обучения Дидактические принципы - содержание, организационные формы и методы процесса обучения. Дидактические правила - конкретные указания учителю, как нужно поступить в типичной педагогической ситуации. Принципы...
8008. Процесс обучения 27 KB
  Процесс обучения Учебный процесс - двусторонний управляемый процесс совместной деятельности учителя и учащихся, направленный на интеллектуальное развитие, формирование знаний и способов деятельности и развитие их способностей и наклонностей. Со...
8009. Основні принципи реформування змісту сучасної шкільної освіти 18.43 KB
  Основні принципи реформування змісту сучасної шкільної освіти Зміст шкільної освіти не може бути вузьким через те, що особистість, засвоюючи його, готується до збереження і розвитку культури. Тому зміст освіти повинен мати джерела наука, виробничі ...
8010. Зміст освіти в національній школі 22.64 KB
  Зміст освіти в національній школі. Наукові основи визначення змісту освіти та шляхи його вдосконалення відповідно до Законів України Про освіту, Про загальну середню освіту У Законах України Про освіту, Про загальну середню освіту, у Національ...
8011. Характеристика навчальних планів, програм і підручників національної школи 21.08 KB
  Характеристика навчальних планів, програм і підручників національної школи Основним джерелом змісту освіти на державному рівні є такі документи: навчальний план школи, освітні стандарти, предметні програми, підручники. Шкільні навчальні плани. У шкі...
8012. Зміст освіти зарубіжної школи 15.94 KB
  Зміст освіти зарубіжної школи Проблема змісту навчання є однією зі стрижневих у теорії та практиці навчання в зарубіжній педагогіці. Уявлення про зміст освіти в зарубіжних школах дає середньостатистичне співвідношення предметів у навчальному плані. ...
8013. Педагогический коллектив в школе. Аттестация педагогических кадров 31 KB
  Педагогический коллектив в школе. Аттестация педагогических кадров. Цель аттестации - создание эффективной системы дифференцированной оценки и оплаты труда работников образования, стимулирование их профессионального роста, непрерывн...
8014. Аттестация педагогических кадров 45.5 KB
  Аттестация педагогических кадров Профессионализм педагога - решающий фактор обеспечения качества образования. АПК стимулирует рост педагога как профессионала, повышает продуктивность педагогического труда. Готов ли сегодняшний учитель раб...
8015. Управление современной школой 37.5 KB
  Управление современной школой Управление школой - научно обоснованные действия администрации и педагогов, направленные на рациональное использование времени и сил преподавателей и учащихся в учебно-воспитательном процессе с целью углубленного и...