Учебное пособие по ПРПС. Теоретические основы технологий производства и ремонта ва гонов История развития инфраструктуры вагонного хозяйства железных дорог России
 Скачать 5.12 Mb.
|
|
1.2.7. Точность при изготовлении и ремонте, качество поверхности деталей Интенсификация работы железнодорожного транспорта, повышение качественных показателей работы, влияющих на нагрузку конструкции ваго- на, таких как оборот вагона, статистическая нагрузка, участковая скорость, длина поезда предъявляют повышенные требования к узлам вагона в части точности их изготовления. Увеличение или занижение против технологических норм зазоры, несоответствия геометрических параметров деталей ведут к повышенному износу их в процессе эксплуатации, выходу узлов и механизмов из строя и росту эксплуатационных расходов на их ремонт. Все это повышает роль точности в современных технологических про- цессах. В последнее время с выходом новых нормативных документов значи- тельно ужесточились требования к точности изготовления и ремонта деталей вагонов. Под точностьюпонимают степень приближения изготавливаемого из- делия заданным размерам, форме, техническим, физическим свойствам и иным характеристикам, вытекающим из служебного назначения этого изде- лия. При изготовлении и ремонте деталей неизбежно появляются некоторые отклонения от заданных параметров в результате влияния случайных и си- стематических факторов называемых погрешностями. Погрешности разделяются на производственные и конструктивные. 18 – Конструктивныевозникают из-за неоптимальной проработки кон- струкции изделия. – Производственные– возникающие в результате отклонений в произ- водстве. Производственные погрешности подразделяют на систематические и случай- ные. Систематические– этонеточность станка, инструмента и т.д. Случайные- неоднородность материала, ошибки при измерении и т.д. Предельные отклонения размеров назначают, в основном, руково- дствуясь следующими правилами: – допуск назначается в тело детали; – для охватывающих размеров отклонение назначается в «+»; – для охватываемых размеров отклонение назначается в «-» ; – для прочих размеров отклонения назначаются симметрично – «±» (от- клонения по абсолютной величине равны половине допуска). Анализ точности технологического процесса позволяет на стадии про- ектирования технологического процесса выявить причины возникновения производственных погрешностей для каждой технологической операции, обосновать допуски и выбрать методы их обеспечения. Применяется аналитический и статический метод анализа. Аналитическийметод основан на функциональной зависимости между зна- чениями каждой первичной погрешности и окончательной точностью изде- лия. Данный метод не может учесть всех факторов, поэтому применим только для оценки влияния отдельных факторов на точность. Статический метод основан на обработке большого количества наблюдений с использованием кривых распределений корреляционного и дисперсного анализа точностных диаграмм. Метод обеспечения требуемой точности сборки может быть выбран на основе тщательного и всестороннего анализа сборочных размерных цепей по всем соединениям технологического узла. Размерной цепью– называется последовательный ряд взаимосвязан- ных линейных или угловых размеров, образующих замкнутый контур и отне- сенных к одной или группе деталей. Каждая размерная цепь состоит из составляющих звеньев (размеров) цепи и замыкающего звена (размера). Замыкающим размером называется размер, получающийся последним в процессе обработки детали или сборки узла, величина и точность которо- го зависят от величины и точности всех остальных размеров цепи, называ- емых составляющими. По взаимному расположению размеров размерные цепи делятся на линейные, плоскостные и пространственные. Линейными называются размерные цепи, звенья которых располо- жены параллельно друг другу. 19 Плоскостными называются размерные цепи, все или часть звеньев ко- торых не параллельны друг другу, но расположены в одной или не- скольких параллельных плоскостях. Пространственными называются размерные цепи, все или часть зве- ньев которых не параллельны друг другу и расположены в непараллельных плоскостях Угловыми называются размерные цепи, все звенья которых – угловые величины Признаками составляющих размеров угловой цепи часто бывают неперпендикулярность, непараллельность осей и поверхностей и тому по- добные погрешности взаимного расположения поверхностей и осей дета- лей. Увеличивающими называются составляющие размеры, при увеличе- нии которых замыкающий размер увеличивается. Уменьшающими называются составляющие размеры, при увеличении которых замыкающий размер уменьшается. Размер сборочной размерной цепи, который определяет функциони- рование узла или механизма, называется исходным (функциональным) размером (зазор, натяг, величина перемещения детали и т. д.). В процессе сборки этот размер, как правило, является замыкающим. При расчете размерных цепей различают прямую и обратную задачи. Прямая задача заключается в определении допуска и предельных от- клонений составляющих размеров по заданным номинальным размерам всех звеньев цепи и заданным предельным отклонениям исходного (замы- кающего) звена. Обратная задача заключается в определении номинального значения, допуска и предельных отклонений замыкающего размера по заданным но- минальным размерам и предельным отклонениям составляющих звеньев. Прямая задача, связанная с размерными цепями, решается при проек- тировании новых конструкций деталей, узлов и машин (проектные расче- ты). Обратная задача решается в случаях, когда в чертежах допуски на со- ставляющие размеры установлены конструктором, исходя из конструктив- ных, технологических и экономических соображений и требуется прове- рить их соответствие допуску замыкающего звена (проверочные расчеты). Как прямые, так и обратные задачи размерного анализа можно решать методом полной взаимозаменяемости; теоретико-вероятностным методом и другими методами, обеспечивающими неполную взаимозаменяемость. В размерном анализе и синтезе конструкций машин выбирают методы достижения точности замыкающего звена, обусловленные способами ре- шения размерных цепей. Методы и способы автономны и к ним относятся следующие. Метод полной взаимозаменяемости метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается во всех случаях 20 ее реализации путем включения составляющих звеньев без выбора, подбо- ра или изменения их значений. Метод неполной взаимозаменяемости применяется, когда требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается с некоторым риском путем включения в нее составляющих звеньев без участия других методов. В этом случае допускаются перекрывающиеся допуски, и сборка может проходить с помощью методов групповой взаимозаменяемости, ре- гулирования, пригонки. При методе групповой взаимозаменяемости требуемая точность за- мыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размер- ную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к соответственным группам, на которые они предварительно рассортированы. В методе регулирования требуемая точность замыкающего звена раз- мерной цепи достигается изменением значения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. Роль компенсатора обычно вы- полняет специальное звено в виде прокладки, регулируемого упора, клина и т. д. В методе пригонки требуемая точность замыкающего звена размер- ной цепи достигается изменением значения компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала по оставленному припуску. К задачам расчета размерных цепей относят следующее. Задача синтеза (прямая) — та, при которой заданы параметры замы- кающего звена (номинальное значение, допустимые отклонения и допуски) и требуется определить параметры составляющих звеньев. Задача анализа (обратная) — задача, в которой известны параметры составляющих звеньев и требуется определить параметры замыкающего звена. По виду задач, в решении которых участвуют цепи, они делятся на конструкторские, технологические и измерительные. Конструкторские размерные цепи решают задачу по обеспечению точности при конструировании. Они устанавливают связь размеров детали в изделии. На рис. 1 приведены примеры сборочных размерных цепей. На рис. 1, а приведена элементарная сборочная размерная цепь, решающая за- дачу обеспечения точности сопряжения двух деталей. На рис 1, б тоже по- казана сборочная цепь, которая решает задачу обеспечения перпендику- лярности поверхности 2 к оси 1, необходимой для базирования подшипни- ка качения. 21 Рис. 1. Примеры сборочных размерных цепей. Сборочными называют размерные цепи, взаимно увязывающие разме- ры технологических узлов и их составных частей – деталей и технологиче- ских узлов низших порядков. Структура сборочной размерной цепи определяется принятым спосо- бом сборки. Принцип построения сборочных размерных цепей рассмотрим на примере сборки простейшей рамы (рис.2). Рис.2 Рама (поперечный разрез): 1– продольная балка; 2 – поперечная бал- ка. При сборке рамы принят следующий способ: продольные балки при- жмем к поперечной балке до выборки зазоров в соединениях стенок профи- лей, будем считать, что профили симметричны. Построение размерной цепи начнем с любой точки, принадлежащей любой детали, важно, чтобы положе- ние этой точки в конструкции узла было вполне определенным. Например, точка S, начиная с которой будем откладывать последовательно размеры в виде векторов определенного направления, обходя контур изделия так, чтобы вернуться в исходную точку. Полученная размерная цепь (рис 3 а) называется неупорядоченной, так как она содержит более двух ветвей. Для ее упорядочения необходимо векто- ры одного направления поместить в одну ветвь, векторы другого направле- ния в обратную ветвь. Это возможно в силу замкнутости размерной цепи. Можно было получить сразу упорядоченную размерную цепь, если бы нача- ли составлять ее от точки Р. (рис 3, ). 22 Рис 3 . Размерные цепи для сборки рамы без зазоров в соединениях: а – неупорядо- ченная; б – упорядоченная. Все размеры, входящие в цепь называются звеньями размерной цепи. Звено за счет, которого производится увязка цепи, называется замыка- ющим, остальные составляющими звеньями. Замыкающее звено обозначается Аs рисунок 4. Рис.4. Замыкающее звено / Технологические цепи так же подразделяются на чисто технологиче- ские цепи, звеньями которых являются припуски и размеры и цепи системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь). Замыкающим звеном в технологической цепи, как правило, является размер, который при обработке не выдерживается, а получается при сборке. Построение размерных цепей позволяет определить размер замыкаю- щего звена и сравнить его с номинальным значением. Рассмотрим одномерную линейную цепь рисунок 5. 23 Рис 5. Одномерная линейная цепь 1.2.8. Методы сборки. Методом сборкиназывается принятый метод обеспечения заданной точности выходных параметров изделия в процессе соединения деталей в сборочные единицы, сборочных единиц в вагон, при определенных методах взаимозаменяемости. Взаимозаменяемостьюназываются свойства одних и тех же деталей и сборочных единиц, позволяющие устанавливать детали или заменять их без предварительной подгонки при сохранении всех требований к работе сбо- рочной единицы и конструкции в целом. Взаимозаменяемость – основа всех технологий в современном мире. Она позволяет максимально снизить трудозатраты на сборочные операции, обеспечение запасными частями, снижение себестоимости. Практически все запасные части, применяемые в вагоностроении взаи- мозаменяемые. Методы сборки подразделяютпо степени взаимозаменяемости деталей и в зависимости от выбора базирования. В зависимости от выбора базирования: по разметке, по сборочным от- верстиям, в приспособлении. По степени взаимозаменяемости деталей: при полной взаимозаменяе- мости деталей (автосцепка.); при не полной взаимозаменяемости, этот метод не гарантирует абсолютного качества изделий; подбор с сортировкой по группам (ролики); с применением компенсаторов (сборка с регулированием); индивидуальной подгонкой (внутренние кольца). 1.2.9. Качество поверхности деталей вагонов, заготовок. Одним из параметров, влияющих на износ деталей вагона, наравне с точностью и напрямую связанную с ней, является качество поверхности. Качество поверхности деталей вагонов влияет на такие их служебные свойства , как сопротивление усталости, износостойкость, коррозийная стой- 24 кость, прочность посадок с натягом, плотность подвижных и неподвижных соединений и др. При прочих равных условиях интенсивность изнашивания существен- но зависит от качества контактируемых поверхностей. Качество поверхности определяется геометрией поверхности как границы тела и физико- химическими свойствами, обусловленными процессом ее образования при обработке деталей. Под качеством поверхности понимают совокупность геометрических параметров и физические ее свойства. Шероховатостьповерхности важнейшая базовая характеристика мик- ро геометрии поверхности, представляющая собой совокупность неровностей образующих рельев поверхности, рассматриваемый на определенной длине. Волнистость – совокупность периодически чередующихся неровно- стей с относительно большим шагом, превышающим базовую длину шерохо- ватости. Критерием для разграничения волнистости и шероховатости служит величина отношения шага к высоте неровностей (рисунок 6). Рис. 6. Величина отношения шага к высоте неровностей Si – средний шаг местных выступов; Sm – средний шаг неровностей; Нi maх, Нi min – отклонения от средней линии вершин по наиболее высоких выступов и наиболее высоких впадин. Для количественной оценки шероховатости на базовой длине установ- лено 6 параметров. Отметим, что полученная при обработке деталей начальная шерохова- тость поверхности оказывает существенное влияние на интенсивность изна- шивания лишь на стадии приработки поверхностей. В результате приработ- ки исходные параметры шероховатости изменяются, приобретая значения, характерные для стадии нормальной эксплуатации. Кроме рассмотренного, существенное влияние на процессы изнашива- ния оказывают: обоснованных выбор конструкционных материалов, способы термической и химической обработки рабочих поверхностей деталей в парах трения; жесткость и податливость узлов, разгрузка рабочих поверхностей; способы и приемы сборки, исключающие нежелательные остаточные напря- 25 жения; применение обоснованных смазочных материалов и поддержание их свойств при эксплуатации вагона. Факторы, влияющие на качество поверхности: 1. Метод обработки (точение, фрезерование, шлифование). 2. Режим обработки. 3. Механические характеристики поверхностного слоя. 4. Инструмент. 5. Применение эмульсий. 6. Жесткость СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь). Методы измерения шероховатости. Прямые: профилометры, профилографы, двойной микроскоп. На рисунке 7 прямые измерители шероховатости, на рисунке 8 косвенные в виде эталонов. Рис.7 . Прямые измерители шероховатости Косвенные: метод сравнения по эталонам, пример на рисунке 8. Рис.8. Косвенный метод измерения шероховатости 26 Обозначение шероховатости по шкале – механическая обработка, – литье, ковка, штамповка. – не устанавливается. Рекомендуемые классы шероховатости. Свободные не сопряженные детали вагонов (корпусные детали) 3–4 класс. Поверхности сопряжений не являющиеся посадочными (опорные по- верхности корпусов) –5 класс. Базовые поверхности сопряжения корпусных и других деталей (букса, подшипник.) – 6 класс. Посадочные поверхности (подшипник ось) –7 класс. Поверхности ответственных деталей –8класс. Поверхности ответственных деталей, обеспечивающих требования усталостной точности 9 –10 класс. Поверхности качения подшипников 11–12 класс. Влияние качества поверхности на износ деталей. Изнашивание – это процесс разрушения или отделения материала с по- верхности твердого тела и накопления его остаточных деформаций при тре- нии, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела ха- рактеризуется величиной износа, интенсивностью и скоростью изнашивания. Изнашивание является результатом трения соприкасающихся частей машин друг с другом или окружающей средой (для вагонов это элементы ж. д. пути, перевозимый груз). Трение движения – трение двух тел находящихся в относительном движении, подразделяется на трение скольжения, при котором скорости от- носительного движения тел в точке контакта различны по величине или направлению, и трение качения, происходящее при одинаковых по величине и направлению скоростях относительно движения. 1.2.10. Методы получения заготовок и деталей Методы получения заготовок и деталей Существует множество методов обработки металла для получения заго- товок, от самых древних, таких как литье и ковка, до современных, таких как лазерная, плазменная. Методом литья можно получать заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку и детали не тре- бующие дальнейшей обработки. При изготовлении деталей вагонов пласти- ческим деформирование металла в горячем состоянии наиболее часто приме- няют горячую объемную штамповку, реже свободную ковку и некоторые уз- коспециализированные методы обработки металлов давлением. В вагоно- строении прокат используют в основном как исходный материал для изго- товления деталей, не подвергаемых дальнейшей обработке. И поступающих непосредственно на сборку. 27 Форма поперечного сечения проката называется профилем. Совокуп- ность различных профилей и разных размеров проката называется сортамен- том. Сортамент проката, применяемого в вагоностроении может быть сведен следующие группы: листовой, сортовой, периодический, специальный и тру- бы. Методы получения заготовок указаны на рисунке 9. Рис.9 Методы получения заготовок В вагонном хозяйстве на сегодня применяются в основном традицион- ные методы обработки металла для получения заготовки, в первую очередь это обработка резанием. Обработка резанием применяется для изготовления новых деталей, в основном применяется токарная обработка для изготовле- ния валиков, втулок, болтов, гаек и т.д., а также для обработки деталей вос- станавливаемых путем наплавки изношенных поверхностей. Обработка фрезерованием применяется в производстве новых деталей для обработки рабочих поверхностей после литья. В ремонтном производ- |