ДМи. ОК Проектирования и его структура Безудержный рост потребностей общества, начавшийся в 20 веке, стимулировал поиск все новых и новых технических решений. Все ярче начали проявляться ограниченность материальных и временных ресурсов, опасность экологических последствий. Современному уровню развития техники стали присущи не только сложность проектируемых объектов, но и их интенсивное воздействие на общество и окружающую среду, тяжкость последствий аварий из-за ошибок разработки и эксплуатации, высокие требования к качеству и цене, сокращению сроков выпуска новой продукции. При создании подобных объектов их уже необходимо рассматривать в виде систем, т. е. комплекса взаимосвязанных внутренних элементов с определенной структурой, широким набором свойств и разнообразными внутренними и внешними связями. Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования. Системное проектирование Объекты Модели Элементная база Процесс Структура Принципы, законы, методы
ДМи. ОК Проектирования и его структура В настоящее время существуют два представления структуры проектирования, подобных по форме, но различных по целям и подходам к деятельности. Это – структура оформления этапов проектных работ и структура проектной деятельности. Стадии проектирования, регламентированные стандартом Соответствующая структура стадий проектирования регламентирована стандартом (ГОСТ 2. 103) и обязательна при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем или между соисполнителями работ. Стадии разработки проектной документации Техническое задание Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Разработка рабочей документации Опытного образца Установочной серии (опытного производства) Установившегося производства Сертификация 1. Техническое задание (ТЗ) устанавливает требования: основное назначение, технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования к разрабатываемой технической системе, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и ее состав, а также специальные требования к изделию. 2. Техническое предложение (ПТ) – совокупность документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснование (ТЭО) целесообразности разработки проекта. Такое заключение дается на основании анализа ТЗ заказчика и различных вариантов возможных решений, их сравнительной оценки с учетом особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов. Согласованное и утвержденное в установленном (на предприятии, в министерстве и т. п. ) порядке ПТ является основанием для разработки эскизного проекта. 3. Эскизный проект (ЭП) – совокупность документов, содержащих принципиальные решения и дающих общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемой технической системы, а также данные, определяющие ее назначение, основные параметры и габаритные размеры. В случае большой сложности системы этому этапу может предшествовать аван-проект (предпроектное исследование), обычно содержащий теоретические исследования, предназначенные для обоснования принципиальной возможности и целесообразности создания данной системы. При необходимости на стадии ЭП проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемой системы.
ДМи. ОК Стадии разработки проектной документации Техническое задание Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Рабочий проект (разработка рабочей документации) Опытного образца Установочной серии (опытного производства) Установившегося производства Сертификация Проектирования и его структура Технический проект (ТП) – совокупность документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемой системы, исходные данные для разработки рабочей документации. На стадии рабочего проекта (РП) сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего испытания. Испытания проводят в ряд этапов (от заводских до приемосдаточных), по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, ее испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, затем разрабатывается завершающая рабочая документация установившегося производства. В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы постановки ТЗ и технического проектирования могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы технического предложения и эскизного проектирования – образовывать цикл опытноконструкторских работ (ОКР). Завершает структуру этап, подводящий итог проектной деятельности – сертификация. Его назначение – определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, где предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или ее реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у нее сертификата качества.
ДМи. ОК Проектирования и его структура Внешние проектирование – когда разработка системы (изделия) уже начинается с постановки задачи и формирования ТЗ и активно ведется совместно с заказчиком. Внутреннее проектирование – данные этапы нацелены на поиск решения задачи и выполняются разработчиком (синтез принципа действия, структуры и параметров проектируемой системы). Синтез принципа действия – отыскивают физические эффекты, которые составят основу функционирования системы (фундаментальные законы, их частные случаи или следствия). Работа ведется с физическими моделями и их графическим представлением – блок-схемами. Этому этапу соответствует заключительная стадия ТЗ и стадия технического предложения структуры проектирования по ГОСТ 2. 103. Структурный синтез – создаются варианты начального графического представления системы (структурные схемы). В соответствии с ГОСТ 2. 103 этот этап включает стадию эскизного проектирования. Техническое задание Параметрический синтез – отыскиваются значения параметров системы, находится численное решение проектной задачи, Синтез принципа модель действия создаются чертежи изделия и его частей. метод Этот этап соответствует стадиям Структурный технического и рабочего проектирования. синтез решение Решение задачи – появляется потребность в подсистемах. Решение частных Параметрический синтез принятие решения проектных задач, дополняющих основное решение, также проводится в соответствии с представленной последовательностью.
ДМи. ОК Проектирования и его структура ВАЖНО Вследствие неполноты начальных знаний процесс проектирования – итерационен, что отражается стрелками обратных движений. Замечено, что эффективность проектируемой системы определяется: в первую очередь – выбранным принципом действия, во вторую – предложенной структурой и в третью – соотношением параметров. Ведение разработки последовательно от верхних уровней иерархической структуры проектируемой системы к низшим называется нисходящим проектированием. Его результатом будут требования к подсистемам. Возможен ход разработки от низшего уровня к верхнему, что образует процесс восходящего проектирования. Такое проектирование встречается, если одна или несколько подсистем уже являются готовыми (покупными или уже разработанными) изделиями. Результатом проектирования будет частная документация подсистем. Нисходящее и восходящее проектирование обладают своими достоинствами и недостатками. Так, при нисходящем проектировании возможно появление требований, впоследствии оказывающихся нереализуемыми по технологическим, экологическим или иным соображениям. При восходящем проектировании возможно получение системы, не соответствующей заданным требованиям. В реальной жизни, вследствие итерационного характера проектирования, оба его вида взаимосвязаны. Например, разрабатывая при нисходящем проектировании автомобиль (от общей схемы к подсистемам и, в частности, – к мотору), необходимо увязать общую компоновку с размерами и мощностью уже выпускаемых двигателей. В противном случае придется разрабатывать применительно к данной компоновке новый двигатель, либо изменять первоначальные варианты его расположения или схему компоновки всего автомобиля.
ДМи. ОК Технологичность конструкции - свойство конструкции, обусловливающее минимальные затраты средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте. Технологичность закладывается в конструкцию (т. е. на этапе проектирования) при соответствующем назначении параметров деталей (материала, размеров и их отклонений, шероховатости и т. п. ), форм и взаимного расположения поверхностей их элементов. Во многих случаях только возможности производства позволяют достичь уникальных характеристик и высоких потребительских свойств, заложенных в спроектированное изделие. Технологичность базируется на выполнении следующих условий: на этапе изготовления – oразработка конструкции с одновременной ее привязкой к конкретным производственным мощностям, т. е. кто, где и на каком оборудовании будет изготавливать и собирать спроектированное изделие; oвыбор материала не только из функциональных требований (прочность, жесткость) к изготавливаемой из него детали, но и из условия обрабатываемости, т. е. допустимости обеспечения заданной твердости, прочности, точности, качества поверхности, отсутствия побочных эффектов (коробления, коррозии, старения и т. д. ); oназначение форм поверхностей деталей, максимально приближенных к формам типового проката либо учитывающих особенности получения заготовки (уклоны, переходы, галтели, припуски и т. п. );
ДМи. ОК Технологичность на этапе изготовления (продолжение) – oобоснование назначения степени точности и чистоты поверхностей деталей – сочетание методов полной и частичной взаимозаменяемости, рациональное составление размерных цепей, согласование параметров точности и шероховатости поверхностей, отклонения их форм и расположения, т. е. использование методов, правил и рекомендаций курса «Основы метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации» ; oиспользование параметрической стандартизации и унификации; oобеспечение удобства базирования деталей при обработке, совмещение при простановке размеров конструктивной, технологической и измерительной баз; oпростановка размеров с учетом особенностей обработки детали, т. е. под конкретное оборудование и инструмент, определенную последовательность операций; oконструирование деталей простых форм поверхностей, с симметричным расположением и возможностью непрерывной их обработки; oунификация и стандартизация форм деталей, приведение их в соответствие с возможностями оборудования; oобеспечение возможностей подвода-отвода инструмента при обработке каждой поверхности; oвозможность одновременной обработки нескольких деталей;
ДМи. ОК Технологичность на этапе сборки – oобеспечение удобства захвата и транспортировки деталей и узлов; oобеспечение простых траекторий взаимного движения деталей при сборке – поступательное и вращательное; oобеспечение взаимозаменяемости элементов, отсутствия пригоночных и регулировочных работ; oобеспечение естественности сборочных движений (наличие направляющих и упоров); oобеспечение возможности параллельной и поузловой сборки. Сочленение одних узлов не должно мешать сборке других узлов, а их регулировка – нарушать регулировку всего изделия. Технологичность тесно связана с типом производства: единичное производство: используется универсальное оборудование (токарнофрезерное, сварочное и слесарное), типовые инструмент и приспособления. Ускорение работ достигается благодаря применению станков с ЧПУ, унификации, стандартизации и преемственности; серийное производство: целесообразно создание специального инструмента и приспособлений (формы для литья, штампов, заточка инструмента и т. п. ). Эффективно применение гибких автоматизированных производств (ГАП); массовое производство: целесообразно создание специального оборудования и производственных процессов. ВАЖНО Технологичность изделия – понятие относительное, поскольку на технологичность влияют место изготовления, серийность, доступное оборудование, развитость межпроизводственных связей и многое другое, культура рабочих и т. д.
ДМи. ОК Технологичность материалов. Конструкционные Основные - марка (состав) материалы сведения В машиностроении материалы различают, - состояние и структура вещества прежде всего, по назначению и, - форма и способ получения заготовки как следствие, – области применения. Это следующие группы материалов: Основные требования Конструкционные - предназначены для изготовления конструктивных функциональные технологические экономические (материальных) частей технических систем; далее… - вид заготовки - стоимость Инструментальные - предназначены материалов - обрабатываемость - стоимость - упрочняемость для изготовления инструмента; обработки - соединяемость Смазочные - применяются для - другие обеспечения нормального функционирования машины или ее частей. Выбирая материал детали, конструктор обязан иметь представление о следующем: марка, определяющая химический состав и физикомеханические свойства; состояние и структура вещества, такие как однородность, зернистость, консистентность и т. п. ; форма заготовки (состояние при поставке) и способ ее получения.
ДМи. ОК Технологичность Функциональные требования трение прочность - статическая - усталостная - длительная - ударная - контактная жесткость несущая способность - объемная - контактная поверхностное - фрикционность - антифрикционность внутреннее температурные - тепло- и жаропрочность - жаростойкость - термостабильность - хладноломкость физические - масса - теплоизоляция / теплопроводность - намагничиваемость - электропроводность / электроизоляция - прозрачность - другие химические - коррозионная стойкость - химическая инертность - другие декоративноэстетические специализиро ванные Функциональные требования: – механические, характеризующие несущую способность конструкции, т. е. способность воспринимать и передавать внешние нагрузки и воздействия, обусловленные назначением и условиями эксплуатации конструкции. Основные из них – прочность и жесткость. Именно они позволяют повысить конкурентоспособность изделия за счет снижения его массы и уменьшения габаритов; фрикционные и температурные свойства. – физические (в значении общефизических): масса, характеризуемая удельной массой; теплоизоляция или теплопроводность (для деталей, работающих при повышенных или пониженных температурах или в условиях постоянного тепловыделения); магнитные. Например, для механических частей электромагнитных устройств; электропроводность или электроизоляция; – химические: коррозионная стойкость. Например, для изделий, работающих в химически активных или агрессивных средах; химическая инертность, т. е. отсутствие взаимодействия материала деталей с окружающей средой или предметами. Это важно, например, для пищевых приборов и аппаратов; – декоративно-эстетические. Обеспечивают нужное зрительное восприятие или осязание детали, – специализированные. Например, биологическая стойкость как невозможность поедания материала насекомыми и грызунами либо появления плесени.
ДМи. ОК Технологичность Прочность. Предельное состояние материала конструкции характеризуется следующими параметрами: Статическая прочность. предел прочности В (при статическом нагружении); предел текучести Т (для пластичных материалов при статическом нагружении). Его оценкой также служат условные пределы текучести, например, 0, 2, характеризующий напряжения, вызывающие остаточную деформацию в образце, равную 0, 2%; Усталостная (или циклическая) прочность. предел выносливости (при циклическом нагружении). В качестве основного случая принят симметричный цикл нагружения, которому соответствует предел выносливости -1; Длительная прочность предел длительной прочности. Он соответствует напряжению, которое при заданных температуре и времени работы приводит к разрушению; Ударная прочность. ударная прочность. Характеризуется удельной ударной вязкостью материала аξ(кси). Она числено равна механической энергии, необходимой для разрушения образца из заданного материала, отнесенной к площади его поперечного сечения в месте излома. Физически эта величина характеризует способность материала поглощать энергию развивающейся в нем трещины. Чем выше эта характеристика, тем лучше материал воспринимает динамические нагрузки. Удельные характеристики материалов: удельная прочность lim/ , равная отношению предельного напряжения к удельному весу материала. Она имеет размерность единицы длины, часто – километра, и числено равна длине вертикально подвешенной проволоки из рассматриваемого материала, которая разрушилась бы под действием собственного веса. Применение материалов с высокой удельной прочностью снижает массу детали и конструкции. В некоторых случаях в качестве уточненной оценки используют степенной показатель, т. е. ( lim / )n ; прочностно-стоимостный показатель lim/( C), равный отношению удельной прочности материала к стоимости его единицы массы или объема. Он дополнительно характеризует экономическую эффективность использования выбранного материала.
ДМи. ОК Технологичность Жесткость. Объемная (собственная) жесткость связана с работой большого объема детали, например, прогиб балки, деформация корпуса. Ее недостаточность может проявляться в виде повышенной податливости детали либо потери устойчивости формы детали. Потеря устойчивости может быть общая (значительное изменение формы детали или конструкции) или местная (изменение формы на небольшом участке детали, например, местное вспучивание). Контактная жесткость является частью общей жесткости детали и связана с деформацией поверхностных слоев материала. В частности, она характеризует сближение точек поверхностей контактирующих деталей и величину площадки контакта. Контактную жесткость повышает качество обработки поверхности детали и ее твердость. Жесткость, как свойство материала, т. е. физическая жесткость, характеризуется модулем упругости Е и модулем сдвига G. Для анизотропных материалов эти величины, как и параметры прочности, – переменные и зависят от направления рассмотрения изучаемых свойств. В качестве удельных показателей часто используют удельную жесткость Е/ или жесткостно-стоимостной показатель Е/( C). С ростом величин этих показателей возрастает эффективность использования материала. Для характеристики материалов изделий, к которым предъявляются высокие требования по жесткости и прочности (например, пружины), применяют обобщенный показатель ( 0, 2 E)/ 2. Жесткость, как свойство конструкции, т. е. конструкционная жесткость, зависит от формы и размеров составляющих ее деталей и характеризуется геометрическими параметрами элементов конструкции, такими как момент инерции, площадь поперечного сечения.
ДМи. ОК Технологичность Твердость. Контактная прочность и жесткость, прежде всего, характеризуется твердостью поверхности. Наиболее часто твердость измеряется по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу и Шору. Испытания проводятся на специальных приборах, называемых твердомерами. Твердость по Бринеллю определяется как отношение нагрузки на вдавливаемый в исследуемую поверхность шарик к площади отпечатка. Условия испытаний регламентируются стандартом. Твердость обозначается буквами НВ и числом твердости, например, НВ 200. Предельная величина замеряемой по Бринеллю твердости составляет НВ 400. . . 500, но на практике твердость в единицах Бринелля указывают, если она не превышает НВ 350. Измерение твердости по Виккерсу основано на вдавливании алмазной пирамиды. Размер отпечатка очень мал. Способ применяется для точных измерений твердых материалов, тонкостенных деталей или в тонком поверхностном слое. Твердость обозначается буквами HV и числом твердости, характеризующим среднюю величину давления наконечника на поверхность, например, HV 1000. Измерение твердости по Роквеллу основано на вдавливании алмазного конуса либо закаленного шарика. Замеряется глубина отпечатка, которая пересчитывается в число твердости. Твердость обозначается буквами HR. Существуют три шкалы: А, В, С, – которые различаются нормируемой величиной прикладываемой нагрузки и формой наконечника. Наиболее распространена шкала С, основанная на вдавливании конуса и обозначаемая как HRC (например, HRC 55). Измерение по Роквеллу применяется для твердых материалов (HВ>300) и исследования тонких поверхностных слоев. Метод испытаний достаточно прост и нетрудоемок. Измерение твердости по Шору применяется в особых случаях, например поверхностей из резины. Мерой твердости служит высота отскока стального шарика от поверхности исследуемого материала.
ДМи. ОК Технологичность Трение. Явление трения используется во всех технических системах. Его изучением занимается специальная наука – триботехника. Трение подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее трение. Возникает между поверхностями пары контактирующих деталей и характеризуется коэффициентом трения f. Его величина имеет существенный разброс, зависит от конкретного состояния и качества обработки поверхностей, вида смазки и способа смазывания и может изменяться в несколько раз. Для хорошего сцепления поверхностей контактирующих деталей их материалы должны составлять фрикционную пару. В такой паре коэффициент трения должен быть достаточно высок (f > 0, 2. . . 0, 3) и постоянен в широком диапазоне относительных скоростей, температур, давлений и других факторов. Фрикционные материалы также должны быть износостойкими (вследствие трения потеря массы вещества за период работы незначительна) и сопротивляться схватыванию (слипанию) по поверхности контакта. Работа сил трения связана с большим тепловыделением. Следовательно, фрикционные материалы должны быть теплостойкими и, по возможности, теплопроводящими (отводящими тепло из зоны контакта), (композитные материалы). В подвижных соединениях деталей для уменьшения износа и потерь на трение контактирующие поверхности должны образовывать антифрикционную пару, т. е. пару материалов с малой величиной коэффициента трения скольжения одной детали относительно другой, f < 0, 1. . . 0, 2. Материалы этих деталей также должны быть теплопроводными (хотя и в малых количествах, но в зоне контакта тепло выделяется), износостойкими и сопротивляться схватыванию (бронза, баббиты). Внутреннее трение характеризует потери энергии при деформации деталей. Величина потерь связана с гистерезисом, и чем он больше, тем выше и потери. Эти потери, в основном, преобразуются в тепловую энергию и могут вызывать существенный разогрев деталей. С другой стороны, наличие внутреннего трения способствует поглощению вибраций и подавлению резонансных колебаний.
ДМи. ОК Технологичность Температурные свойства. Теплостойскость характеризуется жаропрочностью, жаростойкостью, хладноломкостью и термпостабильностью. Материалы, работающие при повышенных или высоких температурах, должны быть теплостойкими или жаропрочными, т. е. сохранять при рабочих температурах высокие показатели прочности и жесткости. Другим важным требованием при работе в таких условиях является жаростойкость, т. е. сопротивление материала детали коррозии при высокой температуре. Материалы, работающие при низких температурах, должны быть стойки к хладноломкости, т. е. обладать стойкостью к разрушению при пониженных температурах (например, материалы криогенных аппаратов). Пригодность материала определяется ударной вязкостью и оценивается критической температурой хладноломкости, при которой ударная вязкость снижается вдвое по сравнению с величиной при температуре 20 о. С. Материалы деталей, работающих в условиях скачков или периодического изменения температур, должны быть термостабильными. Это понятие объединяет два свойства. Первое – способность материала не изменять размеров или формы детали вследствие температурной деформации. Такое свойство характеризуется температурным коэффициентом линейной деформации (ТКЛД). Его величина не должна превышать < (2. . . 4) 10 -6 1/о. С. Второе – способность материала сохранять постоянным, не изменяющимся с температурой модуль упругости. Такое свойство характеризуется температурным коэффициентом модуля упругости (ТКМУ).
ДМи. ОК Технологичность Обеспечение технологических требований к конструкции Технологические требования определяют трудоемкость и практическую реализуемость технического решения, предложенного конструктором. В первую очередь, они учитывают следующие технологические особенности. Способ получения и форма заготовки. Деталь всегда поступает на обработку в виде некой заготовки, которая может быть получена рядом способов. Литье. Позволяет получить заготовки, близкие по форме и размерам к готовым деталям, достаточно сложные и громоздкие, с незначительной последующей обработкой. Литье трудоемко: необходимо изготовление модели и формы, приготовление жидкого металла, получение отливки, ее очистка и контроль на отсутствие раковин, трещин, отклонений формы, размеров и структуры и т. п. Отливаемые материалы должны обладать хорошими литейными свойствами: высокая жидкотекучесть, т. е. способность свободно заполнять всю полость формы; малая усадка, т. е. уменьшение размеров и объема при затвердевании и охлаждении отливки до нормальной температуры. Влияет на образование раковин и других дефектов, температурные деформацию и напряжения, искажающие форму детали; сохранение однородности механических и химических свойств, внутренней структуры не смотря на разную скорость остывания отдельных участков. Способы получения отливок: литье в песчаные формы. Способ универсален. Возможна отливка деталей сложной формы и крупных габаритов, но литейные формы служат один раз. К недостаткам также относятся невысокое качество и точность отливок, низкая производительность, большой дополнительный расход материала на литниковую систему, плохие условия труда;
ДМи. ОК Технологичность литье в металлические формы (кокиль). Способ более производителен, обеспечивает повышенную точность и качество отливки, улучшенные условия труда. Формы используются многократно, но сложны и дороги в изготовлении, требуют применения материалов с повышенными литейными свойствами; литье по выплавляемым моделям. Способ обеспечивает высокую точность и хорошую чистоту поверхности отливок сложной формы, с тонкими стенками, но небольших размеров. Формы служат один раз. Технологический процесс получения отливки длится несколько суток; литье под давлением. Способ высокопроизводителен, обеспечивает высокую точность и чистоту поверхностей отливок разных форм, но небольших размеров. Формы многоразовые. Однако стоимость оборудования и формы очень высоки. Материал должен обладать повышенными литейными свойствами; центробежное литье (деталей с формой тел вращения). Возможно получение отливок больших размеров, но их точность невысока. Обработка давлением. Позволяет получать изделия несложной формы, но с высокими механическими характеристиками. Производство малоотходное. Используемый для обработки материал должен обладать пластичностью в холодном или нагретом состоянии. Основные способы обработки давлением: ковка. Способ универсален, но низкопроизводителен. Применяется для обработки деталей разных размеров, но простой формы. Обычно ковке подвергается нагретый материал, и после его остывания деталь коробится, появляются остаточные напряжения; прокатка, горячая и холодная. В первом случае размеры изделий более крупные, но механические характеристики ниже. На рис. 5. 6 показаны профили типового проката. Это прутки круглого, квадратного и шестигранного сечений, ленты (тонкие и длинные), полосы (средней толщины и длины), листы и плиты (толстые, небольшой длины), фасонные профили (угольники равнобокие и неравнобокие, тавр, двутавр, швеллер, зет). Заготовки из проката получают последующей резкой и гибкой. Прокаткой также изготавливают детали с периодически изменяемым по длине профилем, например, шары;
ДМи. ОК Технологичность волочение. Этим способом изготавливают прутки специального профиля (например, трубы), проволоку (диаметром до 10. . . 16 мм), а также калибруют прокат. Заготовки получают последующей резкой и гибкой; объемная штамповка, горячая и холодная. Способ высокопроизводителен, позволяет получать заготовки сложной формы, точность – средняя. Нуждается в применении дорогих штампов; листовая штамповка. Заготовки получают из листового проката. Метод высокопроизводителен, обеспечивает среднюю точность. В зависимости от сложности формы изделия применяются дорогие пресс-форм или простые штампы; прессование материалов, экструзия. Материал, находящийся в вязко-пластичном состоянии, выдавливается через фасонное отверстие матрицы (фильеру). Получаемые изделия имеют высокую точность; гибка. Заготовки нужной формы получают из проката посредством слесарного инструмента или гибочного оборудования.
ДМи. ОК Технологичность Выкраивание. Служит для получения заготовки из проката механической резкой (выпиливание, вырубка, вырезка) или вырезкой с помощью сварочного аппарата. Сварка. Используется не только для получения заготовок, но и для восстановления бракованных или вышедших из строя деталей (например, заварка трещин, наплавка изношенных поверхностей). Сваркой неразъемно соединяют отдельные детали, создавая изделие более сложной формы. Сварка обеспечивает значительную экономию материала, но в связи с нагревом деталей возможно их коробление и появление температурных напряжений. Соединяемые материалы должны обладать свариваемостью и сопротивляемостью образованию трещин. Известно большое число способов сварки, допускающих соединять различные материалы. Это – электрическая сварка (дуговая, электрошлаковая, контактная и т. д. ), химическая сварка (газовая, термитная), механическая сварка (трением, прессовая, ультразвуком и т. д. ), сварка лучевая и другие. Неразъемные соединения деталей также возможны посредством пайки (низко- и высокотемпературными припоями) и склеивания.
ДМи. ОК Технологичность Обрабатываемость. Для придания детали окончательного вида (соответствие форме, размерам и качеству поверхностей) заготовку полностью или только по отдельным поверхностям обрабатывают. Возможна обработка со снятием и без снятия поверхностного слоя. Механическая обработка со снятием поверхностного слоя ведется инструментом – напильником, фрезой, резцом, сверлом, зенкером, разверткой, протяжкой, шлифовальными кругами или брусками, притирами и другим специальным инструментом. Выбор инструмента и, следовательно, оборудования определяется видом материала, формой обрабатываемых поверхностей, потребным их качеством и точностью и, не в последнюю очередь, производственными возможностями. Это может быть слесарная обработка, точение, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, шлифование, хонингование, суперфиниш, притирка, полирование и иные виды обработки. В зависимости от точности и качества поверхности различают следующую обработку: обдирочная. Точность обработки составляет 16. . . 17 квалитет, шероховатость поверхностей – более Ra 80 (Rz 320). Применяют для обработки грубых поковок и отливок как подготовительная операция; черновая. Точность обработки составляет 12. . . 14 квалитет, шероховатость поверхностей – Ra 20. . . 80 (Rz 80. . . 320). Применяют для обработки деталей с невысокими требованиями по точности и качеству поверхностей; получистовая. Точность обработки составляет 9. . . 12 квалитет, шероховатость поверхностей – Ra 6, 3. . . 32 (Rz 20. . . 125). Применяют для обработки деталей со средними требованиями к точности форм и расположения поверхностей;
ДМи. ОК Технологичность чистовая. Точность обработки составляет 4. . . 8 квалитет, шероховатость поверхностей – до Ra 0, 1 и зависит от вида обработки. Так, при обработке режущим инструментом (зенкерование, чистовое фрезерование и точение) характеристики ниже по сравнению с абразивной обработкой (шлифование). Чистовая обработка обеспечивает высокие требования к точности форм и расположения поверхностей и часто является окончательной; тонкая. Служит для получения особо точных размеров, чистоты поверхности и высоких требований к отклонениям форм и расположения поверхностей деталей. Выполняется с целью обеспечения как заданной точности, так и иных требований, например, повышенного сопротивления усталостной прочности. Механическая обработка позволяет удовлетворить разнообразным требованиям к качеству деталей, но связана с разрушением поверхностного слоя. Это не всегда допустимо, так как ведет к образованию в новом поверхностном слое сети микротрещин, вызывающих концентрацию напряжений, снижение антикоррозионных свойств материала и т. п. Обработке могут подвергаться материалы, твердость которых меньше твердости инструмента. Но, с другой стороны, плохо обрабатываются и вязко-пластичные материалы, “засаливающие” шлифовальные круги, налипающие на инструмент. Механическая обработка без снятия поверхностного слоя. Производится обкатыванием поверхности роликами и шариками, накатыванием резьбы, зубьев и рифлений, дробеструйной обработкой, чеканкой и т. п. Обычно, это – завершающие операции и выполняются после чистовой обработки. Такая обработка существенно повышает поверхностную прочность, твердость и износостойкость деталей, а также чистоту обработанной поверхности. Точность обработки повышается незначительно. Обработке подвергаются материалы, допускающие пластическую деформацию в холодном состоянии.
ДМи. ОК Технологичность Электрофизическая и электрохимическая обработка. Достаточно трудоемка, но позволяет обрабатывать особо прочные и твердые материалы и детали сложной формы. Подвергаемые обработке материалы должны быть токопроводящими. Упрочняемость – обобщенное название, под которым подразумевается возможность улучшения или изменения механических (прочность), физических (например, коэрцитивная сила) и химических (например, коррозионная стойкость) свойств материала всей или части детали. Это позволяет более полно использовать свойства материалов, хотя и требует специального оборудования и заметно увеличивает стоимость изделия. Упрочняемость достигается методами термической (ТО) и химико-термической (ХТО) обработки и обычно проводится для металлов. Термообработка включает следующие наиболее распространенные виды: отжиг, т. е. нагрев до определенной, свойственной конкретному материалу температуры с последующим медленным охлаждением с целью получения равновесной (устойчивой) структуры. Используется для уменьшения твердости материала и повышения его обрабатываемости, снятия внутренних напряжений, достижения однородности структуры. Длительность отжига составляет 10. . . 20 часов; нормализация, т. е. нагрев с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Операция аналогична отжигу, но выполняется за более короткий срок. Структура материала не успевает полностью прийти в равновесное состояние. Механические характеристики – несколько повышенные по сравнению с отжигом; закалка, т. е. нагрев и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры материала. Обеспечивает высокие механические характеристики (прочность и твердость), но повышает и хрупкость материала. В зависимости от глубины зоны прокаливаемости закалку подразделяют на объемную (деталь или ее часть закаливаются практически по всему сечению) и поверхностную (закаливается до большой твердости поверхностный слой при, обычно, вязкой сердцевине);
ДМи. ОК Технологичность улучшение, т. е. закалка с последующим высоким отпуском (нагрев до температуры ниже закалочной с последующим охлаждением). Снижает хрупкость закаленного материала. Получаемые механические характеристики выше, чем при нормализации, но ниже, чем при закалке; старение, т. е. естественное или специально вызываемое изменение свойств материалов со временем, связанное с перестройкой структуры материала в более устойчивое состояние. Повышает прочность материала, но, в тоже время, и его хрупкость. Химико-термическая обработка связана с насыщением поверхностных слоев деталей различными элементами. Это улучшает такие свойства, как поверхностная твердость, прочность, износостойкость и коррозионная стойкость. Обработка экономит дорогостоящие материалы, позволяя получить требуемые высокие характеристики у обычных материалов, сокращает номенклатуру используемых в конструкции материалов. Наиболее распространены следующие виды химико-термической обработки: цементация, т. е. науглероживание поверхностного слоя глубиной от 0, 5 до 2 мм. Сопровождается последующей закалкой. Повышает твердость, износостойкость и предел выносливости. Процесс обработки достаточно трудоемкий и длительный, причем время обработки возрастает с увеличением глубины насыщения. При цементации возможно коробление детали, но достаточность толщины слоя насыщения допускает чистовую доводку;
ДМи. ОК Технологичность азотирование, т. е. насыщение поверхностного слоя азотом. Толщина слоя незначительна, и незначительно коробление. При насыщении происходит небольшое увеличение размеров детали вследствие набухания поверхностного слоя. Обеспечивает очень высокую поверхностную твердость, снижает чувствительность детали в месте обработки к концентрации напряжений (прочностное азотирование), либо повышает коррозионную стойкость (антикоррозионное азотирование). Однако поверхностный слой весьма хрупок и не выдерживает больших контактных и ударных нагрузок. Процесс очень длительный и дорогой; цианирование, т. е. насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом в расплавленных солях цианистых соединений (дорогих и ядовитых). Сопровождается последующей закалкой. Толщина слоя до 0, 3 мм. Обработанные поверхности обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, но слегка коробятся и не допускают большого контактного давления; нитроцементация, т. е. насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом в газовых средах. Сопровождается последующей закалкой. Толщина слоя может достигать 1 мм. Обеспечивает свойства материала, как и после цианирования. Существует ряд других способов обработки, связанные с насыщением поверхностного слоя алюминием (алитирование), серой (сульфидирование), бором (борирование), хромом (хромирование), титаном и т. п. Диффузионная обработка применяется для повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, износостойкости и твердости. Выбор способа, прежде всего, зависит от имеющегося оборудования, отпущенного времени и средств.
ДМи. ОК Технологичность Соединяемость. Как правило, изделие состоит из нескольких деталей. Возможность их взаимного соединения и способы соединения зависят и от свойств материала, из которого эти детали изготовлены. Необходимо учитывать следующие основные факторы: чувствительность материала к концентрации напряжений, что важно при выполнении отверстий (например, под болты), пазов и т. п. ; поверхностная контактная прочность при нормальном давлении и сдвиге (определяет допустимое давление по соединяемым поверхностям); допустимость нагрева или охлаждения. Характеризуется диапазоном рабочих температур, скоростью нагрева или охлаждения, порогом хладноломкости. Учитывается при тепловой сборке, сварке, работе в специальных условиях; адгезионные свойства, обеспечивающие свариваемость, паяемость и склеиваемость деталей из однородных и разнородных материалов; химическая совместимость материалов контактирующих поверхностей деталей. Проявляется в возможности образования парой материалов в условиях эксплуатации или хранения гальванических элементов и, как следствие, появления электрохимической коррозии. Соединяемость также является характеристикой технологичности конструкции, которая закладывается на этапе проектирования – назначение форм соединяемых поверхностей, удобство захвата деталей, наличие направляющих элементов и др. Но в значительной мере соединяемость определяется свойствами материала.
ДМи. ОК Технологичность Обеспечение экономических требований к конструкции. Экономические требования определяют целесообразность использования того или иного материала. Они неразрывно связаны с функциональными и технологическими требованиями и учитывают следующие основные затраты: затраты на материал с учетом функциональной эффективности от его применения в изделии; затраты на изготовление детали заданной формы, с требуемыми точностью размеров и качеством поверхностей, физико-механическими и физико-химическими свойствами. Связано с таким понятием, как обрабатываемость материала. Обычно эти затраты составляют наибольшую долю в общей стоимости изделий; затраты на сборку изделия (косвенно определяются массо-габаритными характеристиками деталей и узлов изделия); затраты на обеспечение сохраняемости изделия, т. е. неизменяемости его характеристик и свойств составляющих его материалов при длительном хранении и транспортировке (затраты на предохранение от климатических воздействий, вибраций и толчков при перевозке и т. п. ). Понятие экономичности, как и технологичности, – относительное. Так, на стоимость материалов влияют его доступность, затраты на транспортировку, конъюнктура и т. п. Выбор способа изготовления и сборки определяется имеющимся оборудованием, квалификацией работников и т. п. И то, что может быть осуществимо на одном предприятии, не всегда реализуемо на другом. По этим причинам конструирование и, в том числе, выбор материала деталей, должны всегда быть привязаны к конкретной ситуации и производству.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Понятие стандартизации и унификации. Стандартизация – установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон для достижения оптимальной экономии при соблюдении норм безопасности. Комплекс стандартов ГСС РФ (ГОСТ Р 1. 0, ГОСТ Р 1. 1, ГОСТ Р 1. 2 и др. ) представляет собой систему взаимоувязанных правил и положений, определяющих цели и задачи стандартизации, организацию и методику проведения работ по стандартизации во всех производственных отраслях России. ГСС устанавливает порядок разработки, оформления, согласования, утверждения, издания, обращения стандартов разных уровней стандартизации и других нормативных документов, а также контроля за их внедрением и соблюдением. Нормативный документ – это документ, устанавливающий общие принципы, правила или характеристики, касающиеся различных видов деятельности. Термин «нормативный документ» охватывает такие понятия, как стандарты и иные нормативные документы по стандартизации, нормы, правила, своды правил, регламенты и другие документы, соответствующие основному определению. Ранее применялся термин «нормативно-технический документ» , который допускается к применению до окончания их срока действия или пересмотра, когда он будет изменен на предпочтительный термин «нормативный документ» . Цели стандартизации – это обеспечение: - безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды (экосистемы), жизни, здоровья и имущества человека, - повышение эффективности общественного производства материальных ценностей, экономии всех видов ресурсов - оптимального качества продукции, работ, услуг, - технической и информационной совместимости частей сложных систем и их взаимозаменяемости, - единства измерений, - обороноспособности и мобилизационной готовности страны, - международного экономического и технического сотрудничества.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку: o позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов; o повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике; o упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали – взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций). Стандартизации конструктивная и технологическая взаимосвязаны. На этапе проектирования уровень технологической стандартизации можно повысить следующими способами: o номинальные размеры деталей должны соответствовать размерам, получаемым при использовании стандартного инструмента (диаметры и шаги резьбы, модули зацепления, радиусы галтелей и т. д. ), либо величинам из ряда предпочтительных чисел (поскольку, например, диаметры сверл тоже соответствуют таким значениям); o посадки и отклонения размеров деталей должны быть стандартными. Это особенно касается сопряжений стандартных деталей (например, подшипников качения) и назначения допусков на отверстия (в целях применения стандартных сверл); o назначать материалы со стандартными значениями параметров (состав, физикохимические свойства); o применять стандартные формы и параметры технологических элементов – фасок, галтелей, проточек, – получаемые типовым инструментом.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Стандартизация тесно связана с взаимозаменяемостью. Взаимозаменяемость – свойство независимо изготовленных с заданной точностью деталей, узлов и изделий в целом без дополнительной их обработки и подгонки обеспечивать возможность сборки при соблюдении установленных показателей качества данного. Взаимозаменяемость бывает полная и неполная. При полной взаимозаменяемости требуемая точность узла и изделия обеспечивается автоматически, без применения дополнительных доводочных операций. При неполной взаимозаменяемости для обеспечения установленных показателей качества по отдельным параметрам требуется применение доводочных операций. Также различают взаимозаменяемость по видам параметров, характеризующих изделие – функциональные, внешние, внутренние и т. д. Унификация – это устранение излишнего многообразия посредством сокращения перечня допустимых элементов и решений. Унификация в процессе конструирования изделия – это многократное применение в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Унификация в технологическом процессе – это сокращение номенклатуры используемого при изготовлении изделия инструмента и оборудования (например, все отверстия одного или ограниченного значений диаметров, все обрабатывается только на токарном станке, применение одной марки материала). Унификация позволяет повысить серийность операций и выпуска изделий и, как следствие, удешевить производство, сократить время на его подготовку. С другой стороны, унификация ведет к увеличению габаритов, массы, снижению КПД и т. п. вследствие неоптимальных значений используемых параметров и изделий. Поэтому целесообразность повышения степени унификации должна подтверждаться, например, на основе сравнения разных вариантов технических решений и соответствующего им соотношения затрат и выгод.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Существуют следующие направления создания унифицированных конструкций: метод базового агрегата - разнообразие получаемых изделий основывается на наличии у них общей, базовой части (агрегата) и дополнительных частей, создающих это разнообразие. Например, разные по виду салона модели легковых автомобилей могут обладать одним и тем же двигателем и шасси (это – базовый агрегат); компаундирование - увеличение производительности изделия достигается параллельным присоединением и одновременной работой ряда однотипных изделий. Например, подключение дополнительных насосов, установка второго двигателя (а не увеличение мощности прежнего); модифицирование – приспособление уже выпускаемого изделия к новым условиям без изменения в них наиболее дорогих и ответственных частей. Например, замена материала корпуса асинхронного двигателя на другой с целью возможности эксплуатации его в новых климатических условиях; агрегатирование (принцип модульности) – новое изделие создается на основе комбинации уже имеющихся унифицированных агрегатов, которые обладают полной взаимозаменяемостью по эксплуатационным показателям и присоединительным размерам. Преемственность – это продолжение использования в новом изделии элементов еще выпускающегося или уже выпускавшегося изделия с сохранением прежней технологии их производства. Преемственность значительно сокращает сроки и затраты на технологическую подготовку производства и проведение испытаний новой конструкции, повышает ее надежность (благодаря применению уже проверенных в эксплуатации частей). Она особенно эффективна при выпуске продукции, требующей специальной технологической подготовки, т. е. изготовления специального инструмента и приспособлений, наладки оборудования (это обычно связано с поточным производством). Преемственность позволяет постепенно, без больших затрат перейти на выпуск новой сложной продукции.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки. Взаимозаменяемость обеспечивается стандартной системой допусков и посадок. Численные значения отклонений размеров регламентируются международной системой допусков и посадок ISO. На ее основе созданы отечественные стандарты на отклонения линейных размеров и угловые размеры. Применение стандартных отклонений и размеров повышает конкурентоспособность изделий, в том числе их технологичность и ремонтопригодность, улучшает читаемость документации. Допуск размера есть разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Стандартом установлено десять степеней точности на угловые размеры (1. . . 10) и двадцать – на линейные (01, 0, 1, 2, . . . , 18). Число, обозначающее степень точности линейного размера, называется квалитетом. Чем выше квалитет, тем грубее выполнен размер, больше его допуск и рассеяние действительных значений размеров, но стоимость изготовления – ниже. Для квалитетов 5 -17 размер допуска Т определяется через число единиц допуска k и единицу допуска i (мкм), т. е. T=k∙i, где i = D, где D (мм) – среднее геометрическое между крайними значениями диапазона размеров, имеющих одинаковый допуск, а стандартные величины чисел единиц допуска k приведены на рисунке. Детали общемашиностроительного применения преимущественно выполняются по квалитетам 4… 11.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Квалитеты 4 и 5 применяют: а) для деталей, определяющих точность работы особо точных машин, прецизионных станков и др. б) дл особо напряженных деталей быстроходных машин в случаях, когда точность в значительной степени определяет нагрузку или распределение напряжений; в) для деталей быстроходных механизмов при необходимости бесшумной работы. Квалитеты 6… 8 считаются основными в современном производстве. Квалитет 9 характерен для деталей в низкоскоростных машинах и механизмах. Квалитеты 10, 11 применяют для деталей, узлов и машин низкой точности, тихоходных. Квалитеты 12 и 13 применяют при самых минимальных требованиях к обработке, как правило для вспомогательных устройств, они ориентированы на изготовление деталей без снятия стружки. Квалитеты 14… 18 предназначаются для свободных размеров деталей, т. е. размеров несопрягаемых деталей, а также размеров заготовок после предварительной обработки. Данные квалитеты точности получаются в результате штампования, волочения, отливки в пресс-формы, грубой обточки и др.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Характер соединения сопряженных деталей определяется посадкой. Посадки с натягом применяют в основном для неподвижного соединения деталей без дополнительного крепления. Пример посадки с натягом в системе отверстия Td s 6 Nmin Nmax H 7 TD D d dmax dmin Dmax Dmin
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Переходные посадки, т. е. посадки, в которых может быть как натяг, так и зазор (в зависимости от сочетания действительных размеров сопрягаемых деталей), применяют для неподвижного соединения деталей с основным креплением шпонками, штифтами и винтами. Пример переходной посадки в системе отверстия Td Smax n 6 Nmax H 7 TD D d dmax dmin Dmax Dmin
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Посадки с зазором применяют в подвижных соединениях (кинематических парах); посадки с малыми зазорами также применяют в подвижных соединениях, но подверженных частой сборке и разборке. Пример посадки с зазором в системе вала F 8 TD Smin Td d dmin dmax h 7 Smax Dmax Dmin D
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Все поля допусков упорядочено расположены относительно номинального значения, и каждому положению соответствует своя буква основного отклонения. Цепочка полей (A. . . ZC – для отверстий, a. . . zc – для валов) условно начинается в “теле” детали, т. е. выше линии номинального размера (иначе называемая “нулевой линией”) для отверстия и ниже – для вала, а заканчивается за пределами детали. Двойными буквами, например, cd и CD, обозначены дополнительно введенные для нужд часовой промышленности и ряда других отраслей по шесть промежуточных расположений. Предусматривают следующие основные отклонения в порядке уменьшения зазора и увеличения натяга (строчные буквы алфавите – для валов, прописные – для отверстий).
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Посадки выбирают по расчету или на основе опыта. Для посадок с натягом его рассчитывают по условию передачи требуемой нагрузки, а для подвижных (с зазором) рассчитывают оптимальный зазор для создания жидкостной смазки с учетом температурных и упругих деформаций. Различные посадки осуществляют варьированием предельных отклонений только одной из сопрягаемых деталей, а предельные отклонения второй детали для данного номинального размера и квалитета остаются постоянными. Это уменьшает требуемое количество инструментов (разверток, протяжек и калибров). Если предельные отклонения сохраняются (для данного диаметра и квалитета) постоянными у охватывающей детали – отверстия, то система допусков и посадок называется системой отверстия, а если у охватываемой, то системой вала. В системе отверстия номинальный размер совпадает с наименьшим предельным размером отверстия, а поле допуска втулки располагается в тело втулки (основное отклонение H). В системе вала номинальный размер совпадает с наибольшим предельным размером вала (основное отклонение h).
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Нормирование номинальных значений параметров Для устранения излишнего многообразия при назначении величин номинальных значений параметров их рекомендуют приводить в соответствие (например, округлять расчетные значения) с предпочтительными значениями параметрических рядов. Такой ряд является последовательностью чисел. Это могут быть: арифметическая прогрессия. Например, шкала обычной линейки – 0 - 5 - 10 - 15. . . , с постоянным членом ряда (разность между последующими и предыдущими значениями), равным 5; ступенчато-арифметическая прогрессия. Например, ряды посадочных размеров внутренних колец подшипников качения, для которых в ряду диаметров от 20 мм до 110 мм постоянный член ряда составляет 5 мм, в ряду диаметров от 110 мм до 200 мм – 10 мм и в ряду диаметров свыше 200 мм – 20 мм; геометрическая прогрессия. Любой член этой прогрессии вычисляется по формуле an=a 0∙qn, где a 0 – нулевой член, q – знаменатель прогрессии, n – номер члена. Например, количество листов в тетрадях разных объемов – 12 - 24 - 48 - 96 , со знаменателем прогрессии 2 (q=2, n=1); смешанная арифметическо-геометрическая прогрессия. Например, стандартные диаметры метрической резьбы –. . . - 1, 2 - 1, 6 - 2, 5 - 3 - 4 - 5 - 6 - 8 - …. Арифметическим рядам свойственна относительная неравномерность расположения соседних членов, т. е. старшие члены ряда расположены относительно ближе, чем младшие. У геометрических прогрессий этот недостаток отсутствует, и поэтому они применяются чаще.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Наиболее распространены геометрические прогрессии со знаменателем , где степень корня n= 5, 10, 20, 40, 80. Это – стандартные (ГОСТ 8032– 84) параметрические ряды, соответственно обозначаемые R 5, R 10, R 20, R 40, R 80. Они связаны с именем француза Ренара, который первый предложил использовать геометрическую прогрессию со знаменателем n=5. Более предпочтительны ряды с большим знаменателем прогрессии. Приведем значения часто используемых первых трех рядов в порядке их предпочтения: R 5: 1 - 1, 6 - 2, 5 - 4 - 6, 3; R 10: 1 - 1, 25 - 1, 6 - 2, 5 - 3, 15 - 4 - 5 - 6, 3 - 8; R 20: 1 - 1, 12 - 1, 25 - 1, 4 - 1, 6 - 1, 8 - 2, 24 - 2, 5 - 2, 8 - 3, 15 - 3, 55 - 4, 5 - 5, 6 - 6, 3 - 7, 1 - 8 - 9; Члены этих рядов по сравнению с точными значениями округлены в пределах 1, 3%. Предпочтительные числа других десятичных порядков получают умножением или делением на 10, 100 и т. д. На основе рядов предпочтительных чисел разработаны ряды нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636– 69). Они обозначаются как Ra 5, Ra 10, Ra 20, Ra 40, Ra 80 и имеют большую степень округления (порядка 5%). Так, ряд Ra 20 включает следующие члены: 1 - 1, 2 - 1, 4 - 1, 6 - 1, 8 - 2, 2 - 2, 5 - 2, 8 - 3, 2 - 3, 6 - 4, 5 - 5, 6 - 6, 3. Остальные величины получаются умножением или делением на 0. 1, 100 и т. д. , но для рядов, старше Ra 5, есть исключения, например, числа 125, 1120. Для угловых размеров в ГОСТ 8908– 81 приведены три ряда нормальных углов. Так, второй, часто употребляемый, ряд имеет следующие значения (в градусах): 0 - 0, 5 - 1 - 2 - 3 - 5 - 8 - 10 - 15 - 20 - 30 - 45 - 60 - 75 - 90 - 120 -. .
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Приведение величин назначаемых размеров в соответствие со значениями нормальных линейных размеров сокращает многообразие используемых величин размеров (повышает уровень унификации). Это позволяет: - унифицировать посадочные размеры деталей (как следствие, например, в серийном производстве сокращается количество типоразмеров деталей, необходимых для комплектации разных изделий), - использовать типовой сортамент и заготовки (листы, трубы, круги, проволока и т. д. ), - использовать типовой инструмент (сверла, фрезы и т. д. ). Использование нормальных линейных размеров не распространяется: - в случае применения стандартных величин размеров (например, модуль зацепления, диаметр резьбы), - на случаи применения стандартных деталей и сопряженных с ними размеров (например, посадочные диаметральные размеры стандартных подшипников качения), - при назначении величин размеров, являющихся результатом оптимизационных расчетов.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Шероховатость поверхности детали контролируют по профилю, полученному сечением плоскостью, перпендикулярной номинальной поверхности. Для отделения шероховатости от волнистости и других макронеровностей ее оценивают в пределах ограниченного участка, т. е. базовой длины. Размер базы устанавливается стандартом или иными документами и зависит от чистоты контролируемой поверхности. Микроотклонения отсчитываются от средней линии, которая имеет форму номинального профиля и по положению соответствует среднему квадратичному отклонению действительного профиля в пределах базовой длины. Качество поверхности существенно влияет на работу деталей вследствие неровностей и изменения физико-механических свойств поверхностных слоев. Стандартом предусмотрено шесть видов параметров шероховатости, разбитых на три группы.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки 1. Высотные: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля. Подсчитывается как среднее арифметическое значение отклонений точек профиля в пределах базовой длины; Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам. Подсчитывается как среднее арифметическое значение по пяти наибольшим вершинам и впадинам в пределах базовой длины; Rmax – наибольшая высота неровностей профиля. Подсчитывается как разность значений наибольшей вершины и наибольшей впадины в пределах базовой длины.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки 2. Шаговые: S – средний шаг неровностей по вершинам. Подсчитывается как среднее значение расстояний между вершинами характерных неровностей профиля в пределах базовой длины; Sm – средний шаг неровностей. Подсчитывается как среднее значение шага неровностей профиля по средней линии профиля в пределах базовой длины.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки 3. Высотно-шаговые: tр – относительная опорная длина профиля. Подсчитывается как отношение суммарной толщины площадок в материале детали в месте среза микровыступов линией, эквидистантной (равноотстоящей) средней линии и расположенной от нее на заданном расстоянии (уровне) P к базовой длине. Относительная опорная длина выражается в процентах. Значение уровня сечения р выражают в процентном выражении уровня сечения P от Rmax , т. е. p=P/ Rmax∙ 100%.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Наиболее часто шероховатость поверхностей характеризуется параметрами Ra и Rz. Параметр Ra предпочтительнее, как дающий более точную оценку, и в настоящее время является основным. Но параметр Rz проще в подсчете и им пользуются, когда подсчет Ra трудоемок. Это – в случаях характеристики шероховатости со средней высотой микронеровностей профиля от 10 мкм и выше (грубые поверхности) и от 0, 1 мкм и ниже (тщательно обработанные поверхности). Обычно параметр Ra применяют в диапазоне высот микронеровностей от 0, 02 мкм до 2, 5 мкм. Величина параметра шероховатости может быть указана следующим образом: в виде наибольшего значения, например, Rz 100. Это означает, что средняя высота микронеровностей не должна превышать 100 мкм; в виде диапазона значений, задающих верхний и нижний пределы допустимого изменения параметров. Способ применяют, когда чрезмерно гладкая поверхность нежелательна. Такие значения размещают в две строки; в виде номинального значения и предельных отклонений в процентах от этой величины. Например, Rz 100 -10%. Способ применяют в особых случаях, например, для эталонов шероховатости.
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Обозначение шероховатости на чертеже. Параметры шероховатости приводятся в микрометрах. Целесообразно пользоваться следующими предпочтительными значениями параметров Ra и Rz: 50 – 25 – 12, 5 – 6, 3 – 3, 2 – 1, 6 – 0, 8 – 0, 4 – 0, 2 – 0, 1 – 0, 05 – 0, 025 – 0, 012. Обозначение шероховатости поверхности на чертежах. Знак проставляется снаружи поверхности детали. Вид обработки поверхности и/или другие дополнительные указания Полка знака Параметры шероховатости Базовая длина (l) высотные Ra, Rz, Rmax шаговые Sm, S опорные tp Условное обозначение направления неровностей (=, , X, M, C, R) Знак
ДМи. ОК Основы метрологии. Допуски и посадки Различают три вида требований к обработке поверхностей: знак (а) применяют, если вид обработки конструктором на чертеже не устанавливается. Он соответствует обычным условиям нормирования поверхности; знак (б) применяют для обозначения шероховатости, которая должна быть получена с обязательным удалением слоя материала, например, точением, сверлением, травлением и т. п. , причем конкретный вид обработки может и не указываться; знак (в) применяют для обозначения шероховатости поверхности в состоянии поставки или с обработкой без удаления слоя материала, например, литьем, ковкой, прокаткой и т. п. , причем конкретный вид обработки может не указываться. Вид обработки поверхности приводят в обозначении шероховатости только в случаях, когда он является единственным, применимым для получения требуемого качества поверхности. Обозначение на рабочих чертежах шероховатости тех поверхностей детали, к которым не проставлен знак шероховатости. а) б) в) Rmax 2, 5 0, 32 Sm 0, 08 t 5070 3, 2 полировать 0. 5 М 2, 5 1, 6 2, 5 Указание одинаковых требований к шероховатости всех поверхностей детали. Указание одинаковых требований к шероховатости поверхности, к которым не проставлен знак шероховатости.
Скачать презентацию ДМи ОК Проектирования и его структура Безудержный рост
Лекция 2_Технологичность.Допуски и посадки.ppt