Учебник по Технологии

Влияние шероховатости на точность обработки. Между точностью обработки и шероховатостью поверхности существует определенная взаимозависимость, выражающаяся в том, что высокой точности обработки соответствует низкая шероховатость.

В табл. 33 представлена взаимосвязь между методами обработки, достижимой точностью размеров и шероховатостью обрабатываемых поверхностей деталей, изготовленных из конструкционных сталей.

			Таблица 33
Соответствие класса шероховатости классу точности
Метод обработки		Класс
	точности		шероховатости
Точение:
предварительное;	5		4
чистовое;	3		6–7
тонкое	2–1		9
Фрезерование:
предварительное;	5		4
чистовое;	3		6–7
тонкое	2		8–9
Протягивание отверстий	3–2		7–8
Сверление:
чистовое;	4–5		3–5
зенкерование	4		5–6
Развертывание:
предварительное;	3		6
окончательное;	2		7–8
тонкое	2–1		9
Шлифование:
чистовое;	3–2		8–9
тонкое	2		9–10
Притирка	1		10–12

Если по условиям эксплуатации деталей не требуется высокая точность, но необходима низкая шероховатость поверхности (например, для придания поверхности высокой отражательной способности), то соотношения между точностью обработки и классом

419

шероховатости могут не соответствовать табл. 33. Снижения шероховатости поверхности в таких случаях достигают полированием.

Втабл. 34 приведена взаимосвязь эксплуатационных свойств

спараметрами шероховатости поверхности.

Методы измерения шероховатости поверхности по принципу действия делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные методы состоят в непосредственном измерении неровностей, что выполняется ощупыванием исследуемой поверхности алмазной иглой с весьма малым радиусом закругления острия.

Таблица 34

Взаимосвязь эксплуатационных свойств с параметрами шероховатости

	Требования к поверхности	Параметры шероховатости,
		определяющие качество поверхности
	Износостойкость при всех видах	Ra, Rz, tp
	трения и направление неровностей
	Виброустойчивость и направление	Ra, Rz, tp
	неровностей
	Контактная жесткость	Ra, (Rz), tp
	Прочность сопряжения	Ra, (Rz)
	Прочность детали при циклических	Rmax, Sm, S
	нагрузках и направление неровностей
	Геометричность сопряжения	Ra, (Rz), Rmax, tp
	Сопротивление в волноводах	Ra, Sm, S

Бесконтактные методы основаны на косвенном измерении неровностей с последующей математической обработкой результатов измерения. В этом случае высоту неровностей определяют с помощью специальных оптических приборов.

5.6. Аналитический метод расчета ожидаемой точности обработки

Аналитический метод дает возможность при проектировании технологического процесса без экспериментальной проверки принять такой вариант обработки, который гарантирует получение требуемой точности.

420

Сущность этого метода состоит в составлении теоретической схемы процесса, построении ее математической модели, определении численного значения производственной погрешности и нахождении зависимости между производственной погрешностью и погрешностью обработки. Если расчетная погрешность обработки больше допустимой по чертежу детали, то необходимо принимать меры к повышению точности обработки и обеспечению условий работы без брака, что выражается неравенством L ≤ δL , где L – погрешность действительного значения размера L; δL – допуск по чертежу на размер L.

К числу производственных погрешностей, поддающихся аналитическому расчету, относятся: упругая деформация элементов системы станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД); погрешность базирования детали на станке и др. Во многих случаях они являются доминирующими.

Расчет погрешности обработки, вызываемой упругой деформацией элементов системы СПИД. При обработке цилиндри-

ческой поверхности детали, закрепленной одним концом в трехкулачковом патроне токарного станка (рис. 110), система СПИД подвергается упругой деформации. При этом обрабатываемая деталь деформируется, как консоль, на свободный конец которой действует радиальная составляющая силы резания Ру. Если жесткость детали много меньше жесткости шпинделя и суппорта, то для расчета погрешности можно применять эквивалентную схему (рис. 111), позволяющую найти упругую деформацию по формуле

	y = P l3 3EJ ,	(62)
	y
где Е – модуль	упругости материала обрабатываемой детали,
Па (кгс/мм2); J –	момент инерции поперечного сечения детали от-

носительно геометрической оси, мм4 (для детали круглого сечения

J = πd 4 64 ).

421

PY

Рис. 110. Эпюры сил резания

Жесткость j упругой системы – это отношение составляющей силы резания (действующей в плоскости, перпендикулярной обрабатываемой поверхности) к упругой деформации у детали в направлении действия силы:

j = Py / y,

откуда y = Py / j.

Py

y

r

Рис. 111. Изменение упругой деформации

Это уравнение дает возможность проверить расчетное значение упругой деформации экспериментально. Такая проверка целесообразна, если жесткость шпинделя станка соизмерима с жесткостью обрабатываемой детали.

При консольном закреплении детали погрешность обработки, вызываемая упругой деформацией системы СПИД, характеризуется отклонениями профиля продольного сечения и диаметрального размера по длине детали (рис. 112). Определим погрешность размера

422

D = Dmax − Dmin = 2 y .

(63)

	max
min	D
D
	y

Рис. 112. Погрешность токарной обработки при консольном закреплении

Для данного случая условие обработки без брака определяется неравенством

D ≤ δD ,

где δD – допуск на размер D по чертежу детали.

Уравнение (63) выражает функциональную зависимость погрешности обработки от технологических факторов.

При обработке цилиндрических деталей на токарных и шлифовальных станках с установкой в центрах доминирующей производственной погрешностью при определенных условиях может стать деформация заготовки. Схема обработки на токарном станке в центрах представлена на рис. 113. Под воздействием составляющей силы резания Ру система СПИД подвергается упругой деформации. Если жесткость обрабатываемой детали меньше жесткости других звеньев системы СПИД, то деталь можно рассматривать как балку, лежащую на двух опорах, на которую воздействует сила Ру (рис. 114), тогда упругая деформация детали определится уравнением

y = Pyl3 (48EJ ) .

423

Py

Рис. 113. Схема обработки на токарном станке в центрах

Py

y

r

r

Рис. 114. Изменение упругой деформации при закреплении в центрах

Жесткость детали определяется уравнением j = 48EJ l3 .

Максимальная упругая деформация детали, закрепленной в центрах, должна находиться на середине ее длины. Однако наличие поводка не позволяет проточить деталь до конца. Вследствие этого поперечное сечение, соответствующее максимальному прогибу, смещается в сторону обрабатываемого конца и после обработки деталь будет иметь форму, показанную на рис. 115. В этом случае погрешность обработки D = Dmax − Dmin .

D max

D min

Рис. 115. Погрешность токарной обработки при закреплении в центрах

Условие обработки без брака характеризуется неравенством

D ≤ δD .

424

5.7. Технологические процессы и качество. Влияние технологии производства

на надежность радиоэлектронных средств

Качеством деталей называют совокупность их свойств, обусловливающих пригодность деталей надежно выполнять соответствующие функции в сборочных единицах, приборах, аппаратах и других изделиях радиоэлектроники.

Качество деталей характеризуют показателями качества, представляющими собой количественные характеристики свойств деталей. К числу таких показателей относятся геометрические параметры, параметры микрогеометрии поверхностей деталей, физические параметры материала и т.п.

К геометрическим параметрам качества относят точность размеров детали, точность формы поверхностей, точность расположения поверхностей деталей относительно конструкторских баз. К параметрам микрогеометрии поверхностей относят числовые характеристики шероховатости, предусмотренные ГОСТ 2789–73. К физическим параметрам материала деталей относят: твердость, прочность, пластичность, электропроводность, магнитную проницаемость, коэрцитивную силу и др.

Уровнем качества изделий называют относительную характеристику свойств изделия, основанную на сравнении совокупности показателей качества с соответствующей совокупностью показателей базового изделия (прототипа, аналога или эталона).

Управление качеством представляет собой систему мероприятий, проводимых на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации изделий. Управление качеством деталей на стадии конструирования состоит в отработке технологичности конструкции, в обеспечении требований, предъявляемых к детали ее назначением. На стадии технологического проектирования управление качеством состоит в предопределении возможностей изготовления деталей с параметрами качества, заданными чертежом и техническими требованиями, при определенном уровне эффективности производства.

Экономическая эффективность технологического процесса тесно связана с уровнем качества. Повышение уровня качества изделий достигается либо повышением трудоемкости, либо повышением капитальных вложений в технологическое оборудование, оснастку и др. Себестоимость изготовления деталей возрастает с по-

425

вышением точности геометрических и физических параметров качества и снижением шероховатости поверхностей.

Технологический процесс изготовления, сборки и контроля изделия РЭС должен с наименьшими затратами времени и средств обеспечить требуемый уровень качества продукции, включая и надежность. Однако связь параметров ТП с надежностью готового изделия весьма сложна и, кроме того, требования надежности, как правило, вступают в противоречие с такими основными требованиями ТП, как его производительность и экономичность. При осуществлении ТП стремятся его оптимизировать и тем самым обеспечить требуемый уровень качества и высокую производительность. Поэтому надежность ТП должна быть обеспечена как по качественным, так и по количественным показателям. С учетом вышеизложенного надежность ТП – это его свойство обеспечить изготовление продукции в заданном объеме, сохраняя во времени установленные требования к ее качеству. Таким образом, ТС должна быть работоспособна как по показателям качества, так и по производительности.

Основные принципы разработки и реализации технологических процессов – это обеспечение возможности изготовления изделий высокого качества при заданном уровне экономической эффективности производства.

Контролируя технологическую точность изготовления РЭС на каждой операции, необходимо стремиться к тому, чтобы параметры качества оставались стабильными в условиях серийного производства. Поэтому ТП сборки РЭС должен быть не только точным, но и надежным.

Надежность – понятие динамическое. Поэтому точность следует рассматривать как составную часть свойств надежности ТС.

Впонятие надежность функционирования РЭС входят:

∙вероятность безотказной работы;

∙среднее время наработки на отказ;

∙среднее время восстановления работоспособности;

∙долговечность и т.д.

Надежность изделия закладывается в процессе его конструирования и расчета, а специфические условия обеспечения высокой надежности РЭС и заданных характеристик в условиях эксплуатации обусловливают высокие требования к качеству используемых материалов, оборудования и к технологическому процессу изготов-

426

ления электронной аппаратуры. Рациональная организация производственного процесса невозможна без проведения тщательной технологической подготовки производства (ТПП), которая должна обеспечивать полную технологическую готовность предприятия к производству качественных изделий РЭС в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими высокий технический уровень и минимальные трудовые и материальные затраты. Необходимо стремиться применять те компоненты и элементы, которые показали наилучшие результаты в случаях, аналогичных конструируемому изделию. Разработка приборов и приборных комплексов доказывает, что при использовании унифицированных компонентов, деталей, узлов и элементов резко повышается надежность изделия. Это связано с тем, что унифицированные элементы лучше отработаны в схемном и конструктивном отношении и имеют установившуюся и хорошо контролируемую технологию изготовления. При оценке влияния технологии производства на надежность конструкции пользуются двумя методами:

1)улучшение технологического обеспечения производства на тех стадиях процесса изготовления, которые в явной форме влияют на надежность конкретного изделия. Эта тенденция не должна являться безусловным правилом, так как влияние технологии на надежность изделия характеризуется комплексными показателями, выполнение требований которых во многих случаях является задачей оптимизации, решаемой в теоретическом плане на ЭВМ;

2)вероятностный подход к оценке влияния технологии на надежность изделий, который диктует конструкторская теория надежности, базирующаяся на основах теории вероятностей, математической статистики и теории случайных чисел.

Пока не выработано единых показателей надежности, общих для радиоэлектронного производства. Однако показатели надежности массового и серийного производства отличаются в ряде случаев от показателей надежности в единичном и мелкосерийном производстве. Надежность ТП производства простейших механических и электронных устройств в основном характеризуется количеством брака в партии. Этот показатель используется при производстве комплектующих элементов, электроизмерительных приборов, коммутационной аппаратуры и др. Для сложных радиоэлектронных комплексов, выпускаемых мелкими сериями или поштучно, показатели надежности ТП тесно связаны с основной характеристикой изделия, с его надежностью в процессе эксплуатации. Надежность ТП

427

оказывает в данном случае хотя и косвенное, но решающее влияние на надежное функционирование изделий и определяется надежностями входного контроля покупных базовых элементов и устройств, ТП окончательной сборки, процессов контроля и испытаний.

Для расчета показателей надежности разделим весь ТП на фазы: входного контроля, сборки и монтажа, выходного контроля. Так как качественное изделие в результате изготовления получается только в том случае, если оно будет качественным в результате прохождения каждой из фаз процесса, то надежность ТП в целом

H	тп	= H	к	H	сб	Hвх	,	(64)
						к
где Hк – надежность входного контроля; Hсб –								надежность процес-

са сборки и монтажа; Hвхк – надежность выходного контроля.

Надежность входного контроля определяется рядом факторов: методом контроля (ручной, автоматический, стопроцентный, выборочный), скоростью его проведения, сроком службы контрольного оборудования, продолжительностью непрерывной работы контролера и др.

Вероятность ошибки контроля изделий можно определить как

n
PK = ∫ P0 (υ,T )dn ,	(65)
0

где υ – скорость испытаний; Т – срок службы контрольного оборудования; Р0 – вероятность ошибки, характеризующая метод контроля.

При стопроцентном контроле выражение надежности имеет

вид

						n
	Hк = 1− Pк = ∫ P0 (υ,T )dn .							(66)
						0
Надежность выборочного контроля определяется соотноше-
нием
H	вк	= H	к	Н	в	= (1 − Р )(1− Р1 ) ,		(67)
						к	к
где Нк – надежность методики выборочного контроля; Hв –								надеж-

ность контроля непосредственно выборки; Рк1 – вероятность брака в выборке n1.

Надежность многооперационного процесса сборки равна произведению надежностей отдельных операций Нi:

428