» » Оценка геометрической точности деталей

Оценка геометрической точности деталей

1 294 0 websat

Оценка геометрической точности деталей

Геометрическая точность деталей характеризуется деформацией (изменением размеров), короблением (изменением формы), чистотой поверхности (в основном шероховатостью, волнистостью). При анализе геометрической точности деталей (см. рис. 15.5) следует различать ее разновидности: сразу после изготовления, перед сборкой, в сборочной единице (в узле) и при эксплуатации. Такая градация вызвана тем, что деформация и коробление готовых деталей не являются постоянными, а изменяются в ходе комплексного технологического и производственного процессов, а также при эксплуатации.

Первая разновидность точности деталей — это точность сразу после изготовления; она в основном определяется точностью механической обработки (состоянием станков, инструментов, приспособлений, режимами резания). Наблюдения показывают, что после механической обработки многие размеры характеризуются высокой точностью и стабильностью, их отклонения постоянно находятся в допуске. Кроме того, на точность детали сразу после ее изготовления также влияют химический состав материала деталей, в том числе и наличие постоянных примесей (серы, фосфора) и случайных примесей (различных элементов, в том числе хрома, молибдена, ванадия и др.), которые не вводятся как легирующие. Значительно влияет на размерную точность и микроструктура заготовок (полосчатость, равномерность распределения перлита, феррита, карбидов, нитридов и др.).

Введение второй разновидности точности деталей — перед сборкой — обусловлено изменением размеров и формы деталей (особенно нежестких) после их изготовления с течением времени. Изменение геометрических размеров деталей (их деформация) на этом отрезке производственного процесса происходит по двум причинам. Во-первых, из-за релаксации остаточных внутренних напряжений, возникающих на стадии литья, обработки давлением, механической обработки. Во-вторых, из-за пластической деформации, возникающей под действием временных нагрузок при механической обработке, транспортировке, загрузке и разгрузке деталей в тару.

Особенностью остаточных напряжений является то, что их действие, реализуемое в виде упругой и пластической деформации, приводящей к изменениям размеров и формы детали, проявляется со значительным опозданием во времени. Это приводит к тому, что детали (например, типа 616 гильзы) точные сразу после финишных операций механической обработки, перестают быть таковыми через определенное время и на сборку поступают уже с отклонениями размеров и формы. При этом следует помнить, что величина и характер остаточных напряжений зависят не только от условий механической обработки, но также от факторов, действующих на предыдущих стадиях комплексного технологического процесса. К этим факторам относятся: весовая и геометрическая точность заготовок под штамповку и самих поковок, равномерность толщин стенок отливок, микроструктура поковок и отливок, режимы термической и химико-термической обработки деталей, микроструктура и твердость поверхностных слоев и сердцевины деталей, размер зерна в этих зонах, толщина упрочненного слоя и другие показатели упрочнения. Влияние этих факторов на деформацию деталей на этом этапе производства в случае оптимальных условий механической обработки может быть весьма заметным.

В связи с этим еще раз отметим, что остаточные напряжения любого происхождения — предпосылка для неуправляемого самопроизвольно протекающего во времени изменения размеров и формы готовых деталей, обусловленного релаксацией этих напряжений. В связи с этим в производственном процессе изготовления деталей, особенно высокоточных, обязательно должны быть предусмотрены технологические процессы для снятия остаточных напряжений, которые возникают при литье, штамповке, черновой механической обработке, а также меры для предупреждения их возникновения на окончательных операциях механической обработки (например, шлифовании). При этом надо помнить, что из заготовки (отливки, поковки), которая далека от равновесного состояния из-за наличия остаточных внутренних напряжений, невозможно изготовить деталь, обладающую стабильностью своей геометрии даже при использовании самого точного технологического оборудования и совершенных процессов механической обработки. Это вызвано тем, что при механической обработке нарушается установившееся равновесие остаточных напряжений в заготовке, а для установления нового равновесия напряжений уже в детали требуется время. При этом следует помнить, что на коробление, т. е. изменение формы деталей, особо влияет неравномерность изменения остаточных напряжений.

Следует отметить, что кроме перераспределения остаточных напряжений при механической обработке заготовок на изменение формы готовых деталей (особенно это заметно на нежестких деталях, например, типа гильз) влияют остаточные напряжения, возникающие при резании в поверхностном слое деталей (0,05 — 0,2 мм).

Третья разновидность геометрической точности готовых деталей возникает при сборке. Здесь изменение формы детали есть результат действия и остаточных, и внешних (монтажных) напряжений. Действие суммы этих напряжений усиливает коробление деталей; причем чем выше уровень остаточных напряжений, тем больше коробление под действием одной определенной внешней нагрузки. Это показывает, что остаточные напряжения действуют двояко: через релаксацию и через действие временных напряжений. Следует отметить, что напряжения, возникающие на стадии сборки, часто сопоставимы с остаточными и рабочими напряжениями при эксплуатации.

Показательным примером влияния сборки на точность деталей в узлах является поведение гильзы цилиндров. При монтаже в блок в подавляющем большинстве случаев гильзы приобретают овальную форму; причем в верхней части большая ось овала ориентирована в плоскости качания шатуна, а в нижней — эта ось находится в плоскости коленчатого вала; в средней части овальность гильз отсутствует. При установке головки блока овальность гильз увеличивается дополнительно на 25 — 30% без изменения ее характера.

Таким образом, деформация деталей при сборке возникает в результате совместного действия остаточных внутренних напряжений, временных напряжений из-за внешней нагрузки и прочности материала. Это свидетельствует о том, что детали в сборочной единице (узле) во многом теряют свою индивидуальность и уже участвуют в работе данного узла кооперативно с другими деталями. При этом многие параметры отдельных деталей изменяются в процессе сборки. Например, биение шпинделя прецизионного зуборезного станка увеличивается с 2 до 10 мкм. При сборке под действием сил затягивания и при наличии различных геометрических погрешностей (например, непараллельности и неперпендикулярности торцов) происходит искривление осей валов, что снижает качество работы всего узла и прежде всего подшипников качения и/или подшипников скольжения из- за нарушения режимов смазки и движения шариков и роликов. На успешную работу всего узла значительное влияние оказывает качество поверхностных слоев собираемых деталей (шероховатость, волнистость), так как оно заметно изменяет жесткость узла. Таким образом, окончательно оценивать способность детали сохранять геометрическую точность на этапах создания техники (в нашем случае — автомобилей) необходимо не только при измерении их деформации после изготовления, но и после сборки, когда можно учитывать влияние как остаточных, так и временных внешних напряжений, а также механические свойства материала детали.

Четвертая разновидность геометрической точности деталей проявляется при эксплуатации машин. На этом этапе своего жизненного цикла детали испытывают неравномерную упругую деформацию, в их поверхностных слоях накапливается микропластическая деформация. Под одновременным действием механического, теплового, а часто и химического нагружения в результате изменений фазового и структурного состояний снижается прочность материала деталей. Все это приводит к нарушению расчетных условий эксплуатации, концентрации нагрузки, повышению удельных напряжений, возрастанию динамических нагрузок и вибрации, что в значительной степени способствует деформации и преждевременному разрушению деталей.

Примером отрицательного влияния деформации деталей в процессе эксплуатации на их долговечность служит овализация гильз цилиндров двигателей. В процессе эксплуатации она растет и достигает 85 мкм; максимальное значение, отмечаемое в литературе, равно 120 мкм. При овализации больше 30 мкм долговечность гильз цилиндров уменьшается в 1,5 — 2 раза.

 

К изменениям, возникающим при сборке, добавляются искажения внутреннего диаметра гильз при их нагреве в процессе работы двигателя. Так как верхняя часть гильз нагревается до более высоких температур, чем нижняя, то сужение внутреннего диаметра гильз максимально в их верхней части. Это приводит к появлению другого вида искажения гильз: бочкообразное™ или конусности внутреннего отверстия.

Комментарии