Конспекти от лекции по дисциплината Метрология, стандартизация и сертификация - МСС1 - лек4
взаимозаменяемостта като техническа основа за осигуряване на качеството на инженерните продукти
4.1 Функционален характер на взаимозаменяемостта.
4.2 Видове взаимозаменяемост (пълна, ограничена, вътрешна).
4.3 Предимства, създадени от взаимозаменяемостта при производството и експлоатацията на продуктите.
4.4 Методи за установяване на функционални връзки между изходните характеристики и параметрите, които ги засягат (аналитичен метод, метод за изпитване, метод на подобие).
4.5 Геометричната точност като най-важен влияещ параметър (точност на размерите, точност на формата, точност на местоположението на повърхността, грапавост).
4.1 Функционално естество на взаимозаменяемостта.
Един от най-важните инструменти, които гарантират качеството на продукта, е взаимозаменяемостта.
В съвременните машиностроителни заводи частите се произвеждат независимо една от друга в едни и същи цехове и се сглобяват в възли, възли, продукти и др. - в други. При сглобяване често се използват крепежни елементи, лагери, гумени и пластмасови части и други готови компоненти (компресор на домашен хладилник, двигател на скутер, електродвигатели на металорежещи машини, хидравлични автоматични устройства на металорежещи машини - макари, дросели и др.).
Такава организация на производството е възможна, защото при разработването на нови продукти дизайнерите се стремят да гарантират, че частите и монтажните единици са взаимозаменяеми по време на производството, т.е. еднакви по всички функционални показатели: размер, форма, механични свойства на материала и др.
За първи път принципът на взаимозаменяемост е приложен от тулските оръжейници. Петър 1 нареди на занаятчиите в производството на оръжия да следват правилната употребакалибри, според които са изработени частите и за еднаквост на отделните части на оръдията. През 1826 г. принципът на взаимозаменяемост е демонстриран в Тулския оръжеен завод на чуждестранни представители: 30 оръдия, взети от склада, са разглобени, частите им са смесени. От първите части, които се натъкнаха, оръжията бяха сглобени отново и работеха безупречно.
Взаимозаменяемостта се разбира като свойство на елемент (част, монтажна единица), което позволява използването му вместо друг без допълнителна обработка, като същевременно се запазва определеното качество на продукта, в който е включен. Продуктите с взаимозаменяеми части имат по-еднакви свойства (точност, надеждност, издръжливост, безотказност) и следователно са с по-високо качество. В допълнение, взаимозаменяемостта създава редица предимства, както за производителя на продукта, така и за неговия потребител. Например, с масовото производство на стандартни части (крепежни елементи, лагери, зъбни колела) от специализирани фабрики, процесът на проектиране и производство на нови машини се ускорява, тъй като дизайнерът не трябва да създава чертежи за тези части, а заводът харчи време и пари за тяхното производство. Взаимозаменяемостта улеснява работата на машините и техния ремонт, тъй като износена или счупена част може лесно да бъде заменена с резервна, без да се нарушава работата на продукта.
Като цяло, взаимозаменяемите части трябва да бъдат идентични по отношение на геометрични (размер, форма, разположение на повърхността, грапавост и т.н.), физически (маса, центриране, якост, твърдост) и функционални параметри.
4.2 Видове взаимозаменяемост
Най-разпространени са следните видове взаимозаменяемост:
Пълна взаимозаменяемост, при която се извършва сглобяванетобез допълнителни корекции. Но пълната взаимозаменяемост не винаги е възможна (например при много строги изисквания за точността на частите или голям брой от тях). Предимството на метода на пълна взаимозаменяемост е възможността за сглобяване с помощта на конвейери, автоматизирани линии, роботи;
Непълна (ограничена) взаимозаменяемост, при която сглобяването се извършва с помощта на операции като групов избор на части по размер, използване на компенсатори и регулиране на позицията на някои части на монтажната единица.
По отношение на монтажните единици, състоящи се от отделни части, има:
Външна взаимозаменяемост - взаимозаменяемост на закупени и сътрудничещи продукти (търкалящи лагери по отношение на монтажните размери, двигатели по отношение на мощността), т.е. взаимозаменяемост на готовите продукти по отношение на производителност, размери и форма на свързващите повърхности
2. Вътрешна взаимозаменяемост - взаимозаменяемост на отделни части от даден продукт, монтажна единица (сачми в търкалящи лагери). Например вътрешната взаимозаменяемост на двигателя е взаимозаменяемостта на частите, от които се състои, а външната му взаимозаменяемост е взаимозаменяемостта по отношение на присъединителни размери, честота на въртене на вала, мощност и др.
4.3 Предимства на взаимозаменяемостта в производството
и работа на продукта
1) опростява монтажа и увеличава неговата производителност;
2) улеснява ремонта;
3) създава основа за коопериране и специализация;
4) опростява проектирането и производството на нови машини.
- Разширяване на областта на взаимозаменяемите индустрии поради високитетехнологичност на продуктите.
- Разработване на методи за технико-икономически подход за установяване на изходните характеристики и връзката им с въздействащите параметри.
- Разработване на стандарти за всички видове продукти с качествени показатели на нивото на най-добрите световни образци.
- Разработване на инструменти за контрол с висока производителност, даващи обективна оценка на качеството на продукта.
- Създаване на контроли, комбинирани с процеса на обработка, т.е. активен контрол.
Взаимозаменяемостта е най-важната характеристика на технологичността на дизайна и нейното ниво обикновено се определя от коефициента на взаимозаменяемост Kv, равен на съотношението на трудоемкостта на производството на взаимозаменяеми части и възли Tvz към общата трудоемкост на производството Ttot:
4.4 Методи за установяване на функционални връзки между изходните характеристики и параметрите, които ги влияят
При използване на всякакъв вид взаимозаменяемост е необходимо да се гарантира идентичността на отделните части на продукта, което води до идентичността на изходните характеристики (мощност, производителност и др.) на целия продукт.
Изходната характеристика е интегрален показател, който характеризира функционалното предназначение на продукта. Нека го представим под формата на диаграма (фиг. 11).
1,2,3,…k – брой параметри;
1,2,3,…n – номер на продукт
Фигура 11 - Връзка между изходната характеристика и влияещите параметри
В процеса на създаване на продукт дизайнерът установява въз основа на анализа на официалното предназначение на продукта, характеристиките на неговата работа, очакванията на потребителите, изходната характеристика на продукта Y и мярката за неговата стабилност Y. След това дизайнерът задава диапазона от параметри, които имат най-значително влияние върху изходната характеристика X1, X2,X3,…Xn.
На следващия етап от работата проектантът задава мярката за стабилност на всеки влияещ параметър X1, X2, X3,…Xn чрез известната стойност Y. За да реши този проблем, дизайнерът трябва да установи връзка
Връзката между изходната характеристика и влияещите параметри може да се постигне по следните начини:
1.Аналитичен- в този случай е необходимо да се знае аналитичната зависимост на изходната характеристика y от параметрите x1, x2, x3. xn. Промяната на x на който и да е параметър води до промяна в изходната характеристика y. Аналитичният метод изисква намирането на точни математически модели, а това не винаги е възможно.
Метод на изпитванена стендове или полигони. Използва се за създаване на фундаментално нови структури и изисква много високи разходи.
Например, получена е връзката между производителността на компресора на домашен хладилник и разстоянието между цилиндъра и буталото. Чрез промяна на разликата се измерва производителността. Тестовете показват, че оптималната междина трябва да бъде не повече от 0,015 mm. Тази цифра формира основата за определяне на точността при производството на части.
3.Подобен метод. Това е най-разпространеният метод в ежедневната работа на конструктора. За да го приложи, дизайнерът в референтната литература търси аналог, който се е доказал на практика, и задава изисквания към влияещите параметри, като прави определени корекции.
В крайния етап на проектиране дизайнерът изготвя чертежи на проектирания продукт, прави неговото техническо описание, инструкции и др., В които посочва намерените стойности X1, X2, X3,…Xn.
Тези документи служат като първоначална информация за разработването на технологична документация, която се извършва от технолози на етапа на технологична подготовка.производство.
Технологът избира такъв ред от технологични операции, такова оборудване и технологично оборудване, за да осигури мерките за стабилност на всеки въздействащ параметър, зададен от дизайнера по време на производството на части от продукта.
Едно от най-важните условия за осигуряване на стабилност на въздействащите параметри е тяхното управление с подходящи средства.
В инженерните продукти един от най-важните влияещи параметри е геометричната точност на различните елементи на частта. От гледна точка на функционалната взаимозаменяемост, геометричната точност е сложен показател, който се проявява като стабилност на размерите, стабилност на формата, стабилност на местоположението на повърхността и състоянието на микрорелефа на повърхностите на частите.