Качество горной техники и технологических процессов ее изготовления. Оценка качества изготовления деталей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

СЕМИНАР 8

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99" МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99

Я.М. Радкевич, проф., д.т.н., Д.Я. Радкевич, инж.,

МГГУ МГГУ

Качество горной техники и технологических процессов ее изготовления. Оценка качества изготовления деталей

Качество изготовления машины зависит от качества изготовления отдельных деталей, входящих в нее, качества монтажа сборочных единиц и т.п.

Любая машина состоит из множества деталей, для изготовления которых можно спроектировать большое количество самых разнообразных технологических процессов. Однако как бы ни проектировались технологические процессы, их конечный результат - готовые детали, удовлетворяющие заданным техническим требованиям на изготовление. В фактических размерах и геометрии готовых деталей содержится вся существенная информация о состоянии производственного оборудования, инструментов, приспособлений.

Качество изготовления детали формируется в течение всего технологического процесса. Следовательно, о качестве изготовления детали, с одной стороны, можно судить по конечному результату, т.е. по полученной геометрии готовой детали, а с другой стороны, качество

детали является функцией уровней качества, достигнутых на отдельных операциях при обработке конкретного размера.

Анализ чертежей деталей показывает, что существуют три способа задания требований к отдельным свойствам детали на нем:

♦ показатель должен находиться в заданных пределах

- Ртт...Ртах, т.е. действительное значение некоторого параметра (значение параметра, измеренное с допустимой погрешностью), должно находиться в этих пределах (группа 1);

♦ показатель должен быть равен или меньше некоторого максимального значения - Р < Ртах. Нижний предел для таких параметров не устанавливается. Он обусловливается выбранным технологическим процессом достижения требуемого значения параметра. Такие параметры относятся к параметрам, заданным в виде «не более...». К таким параметрам можно отнести показатели отклонения формы, взаимного расположения поверхностей и осей и т.п. (группа 2);

♦ показатель должен быть больше некоторого минимального значения - Р>Ртш. Верхний предел для таких параметров не устанавливается. Он обусловливается выбранным технологическим процессом достижения требуемого значения параметра. Такого рода параметры относятся к параметрам, заданным в виде «не менее...». Примером такого задания параметра может быть, например, «твердость не менее НВ 230» и т.п. (группа 3).

Уровень качества изготовления детали по 1-му регламентированному свойству (для показателей группы 1, рис. 1) можно определить следующим образом. Наивысший, равный единице уровень качества будет иметь место тогда, когда действительный размер Р! равен

Р=0.5^+е1)= Х, (1)

где е1 - нижнее отклонение регламентированного параметра; е&' - верхнее отклонение регламентированного параметра. В этом случае, за базовое значение параметра принимается среднее значение 1-го параметра, установленного конструктором. Если значение 1-го регламентированного параметра выше верхнего и (или) ниже нижнего отклонения, уровень качества по данному параметру детали равен нулю, поскольку данный параметр не отвечает требованиям чертежа. Учитывая тот факт, что при определении действительного значения

параметра имеет место ошибка, обусловленная как точностью метода измерения, так и другими причинами, уровень качества равным нулю следует принимать тогда, когда действительное значение параметра будет ниже (е1-Д) и выше ^+Д). Численная величина Д может быть принята в соответствии с рекомендациями ISO. Так, в соответствии с этими требованиями, предельная абсолютная погрешность измерения Д=(0.2...0.25)ип, а приведенная погрешность

d=100Д/2Пп. Здесь ип - предельное отклонение значения регламентируемого параметра; Пп _ предельное значение измеряемого параметра.

Таким образом, для определения уровня качества по 1му параметру, можно составить следующую систему:

Если Р = X , то ki=\■;

і I ’ 1 ’

« Рі=еі-А.« ki=0;

« Pi=es+A « ki=0.

(2)

Полагая, что изменение і-го параметра от его среднего значения на одну и ту же величину (в пределах допуска) приводит к одинаковому изменению уровня качества, искомая зависимость между значением параметра и величиной уровня качества может быть представлена в виде параболы, как наиболее простой из возможных функций, удовлетворяющих такому требованию.

Зависимость k=f(Pi) определялась в виде:

к1=ао+аіР1+а2Р1. (3)

Для определения коэффициентов ао, а1 и а2 с учетом ограничений (3) составим следующую систему

1=а0+а1Хі+а2Хі2.

0=ao+a1(ei-A)+a2(ei-A)2 (4)

0=ao+a1(es+A)+a2(es+A)2.

Решив эту систему относительно неизвестных коэффициентов ао, а1 и а2, после соответствующих упрощений получим

(Р - Р)2 (0.5ІТР + A )2

(5)

где 1ТР - допуск на 1-й параметр (ITP=esP-e/P); Р -

среднее значение 1-го параметра Р =0.5^Р+е1Р); Р/ _ действительное значение параметра, полученное в данном технологическом процессе; е&Р - верхнее предельное значения параметра Р; е1Р - нижнее предельное значение параметра Р.

Для показателей второй группы, формула для определения уровня качества по 1-му регламентированному параметру будет иметь вид

(Р - Р )2

\ і_______тіп /

(ІТР + A )2

(6)

где 1ТР - допуск на 1-й параметр (1ТР=Ртс1Х-Рт^; Р/ -действительное значение параметра, полученное в данном технологическом процессе; Рт1П - минимально достижимое значение 1-го параметра в данном технологическом процессе при полном соблюдении технологиче-

ского регламента; Ртах - максимально-допустимое по техническим требованиям значение параметра.

Для показателей третьей группы, формула для определения уровня качества по 1-му регламентированному параметру будет иметь вид

к = 1 -

(Р - Р)2

' тах___і /

Тпг+Ху

(7)

где 1ТР - допуск на 1-й параметр (ГТР=Р„сгРти); Р/ - действительное значение параметра, полученное в данном технологическом процессе; Ртах - максимально достижимое значение 1-го параметра в данном технологическом процессе при полном соблюдении технологического регламента; Ртш - минимально-допустимое по техническим требованиям значение параметра.

Для оценки уровня качества изготовления детали по комплексному показателю на данной операции необходимо найти зависимость К=-[(к)

В качестве такой зависимости предлагается следующая формула

К3 =П V і=1

(8)

где k1 - определяется по формулам (5)-(7); m - количество параметров детали, по которым производится оценка качества изготовления j-й детали.

Формула (8) обладает свойством «вето», т.е. при выходе действительного значения хотя бы одного параметра за пределы (е1-Д) или ^+Д), уровень качества по комплексному показателю равен нулю (деталь бракуется, так как она не удовлетворяет техническим требованиям по 1-му параметру).

Недостатком формулы (8) является то, что при достаточно большом количестве регламентируемых параметров, даже при достаточно высоком уровне качества по отдельным параметрам, величина K может достигать малой величины. В связи с этим представляется предпочтительней использовать следующую формулу

(9)

которая удовлетворяет требованиям (2) и лишена указанного недостатка. Значения к1 вычисляются по соответствующим формулам с учетом характера задания регламентированного параметра. Уровень качества готовой детали, полученный в результате выполнения всех операций технологического процесса, естественно, зависит от уровня качества детали, достигнутого на отдельных операциях. Установление таких связей может быть выполнено с помощью размерного анализа. Для этого необходимо проследить систему формирования конечного значения 1-го параметра, составить и решить систему взаимосвязанных размерных цепей по каждому из вариантов технологического процесса. Исходным звеном в отдельных размерных цепях этой системы выступает величина /-го звена, достигаемая на данной технологической операции. В такой постановке задача может быть решена для относительно простых деталей

с незначительным количеством регламентированных требований. Для оценки уровня качества изготовления машины в целом необходимо переходить к поиску комплексных показателей, которые в совокупности учитывают качество изготовления отдельных деталей.

Оценка качества соединений.

Различают три вида посадок: посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки. В зависимости от требований, предъявляемых к соединению, осуществляется выбор соответствующей формулы.

При оценке качества соединений с зазором уровень качества определяется по формуле

ti = 1

i (ITS + Л )2

где ITS _ допуск зазора (ITS=Smax-Smin); Si _ действительное значение зазора в i-м соединении; Smin _ минимальное (по чертежу) значение зазора; Smax _ максимальное (по чертежу) значение зазора.

При оценке качества соединений с натягом уровень качества определяется по формуле

(N - N. )2

к = 1 --—max----------Ц-, (11)

г (ITN + Л )2

где ITN _ допуск натяга (ITN=Nmax-Nmin); N _ действительное значение натяга в i-м соединении; Nmin _ минимальное (по чертежу) значение натяга; Nmax _ максимальное (по чертежу) значение натяга.

В переходных посадках могут иметь место, как натяги, так и зазоры. При высоких требованиях к точности центрирования, а также при больших, особенно ударных, нагрузках и вибрациях назначают посадки с большим средним натягом. В этом случае уровень качества изготовления соединения определяется по формуле

(N - N. )2

к = i - (----max-----, (12)

i (ITNS + Л )2

где ITNS _ допуск посадки (ITNS=Nmax+Smax); Ni _ действительное значение натяга в i-м соединении; Smax _ максимальное (по чертежу) значение зазора; _ максимальное (по чертежу) значение натяга.

Чем чаще требуется разборка (сборка) узла, чем больше опасность повреждения других деталей соединения (особенно подшипники), тем с меньшим средним натягом следует выбирать переходную посадку. В этом случае уровень качества изготовления соединения определяется по формуле

к = i - (Smax - Si) (13)

i (ITNS + Л )2

где Si _ действительное значение зазора в i-м соединении; Smax _ максимальное (по чертежу) значение зазора. Для оценки качества изготовления написана программа «OKDET.BAS», работающая в диалоговом режиме. Программой предусмотрена оценка качества изготовления деталей, как по фактическим данным, так и по

данным, полученным в результате моделирования. Моделирование параметров деталей осуществляется в заданных допусках с требуемой надежностью. При моделировании используются основные законы распределения случайных величин, характерные при обработке деталей.

Для работы с программой OKDET.BAS с фактическими данными необходимо подготовить следующую информацию:

♦ для первой группы задания параметров: номинальный размер, верхнее ^) и нижнее (е1)

предельные отклонения, точность измерения размера;

♦ для второй и третьей групп задания параметров: соответственно максимальное и минимальное значение параметра, минимально (максимально) - достижимое значение параметра в данном технологическом процессе, точность измерения данного параметра.

Оценка качества сборочных единиц.

При оценке качества изготовления сборочных единиц, которые состоят из множества различных деталей, оценка по приведенным зависимостям вызывает определенные затруднения. В этой связи необходимо найти комплексный показатель, который наиболее полно характеризует качество изготовления машины, например, можно использовать параметры замыкающего звена размерной цепи, которые определяют функциональное назначение сборочной единицы.

При расчете методом полной взаимозаменяемости:

♦ номинальный размер замыкающего звена

т-1

Л=&4; (14)

/=1

♦ поле допуска замыкающего звена

т-1

, (15)

1=1

где т - количество звеньев в размерной цепи; А1 - номинальный размер 1-го составляющего звена; 1ТА1- поле допуска 1-го составляющего звена; - передаточное

отношение 1-го составляющего звена.

При расчете методом вероятностного суммирования допусков:

♦ номинальный размер замыкающего звена (математическое ожидание)

т

М(Ад ) = ^,М(А,) (16)

1=1

♦ поле допуска замыкающего звена

1 т-1

1тАд= ДА , (17)

Хд \ 1=1

где X,, ХД - соответственно коэффициент относительного рассеивания размеров 1-го составляющего звена и замыкающего звена.

Уровень качества сборочной единицы в этом случае определяется по формуле

к = 1 -

(Ам - Лд У

(0.5Ша+ А )2 (18)

Здесь Аы - фактическое значение замыкающего

звена в 1-й сборочной единице; А - погрешность измерения значения замыкающего звена.

Оценка качества изготовления редукторов

Для редукторов таким комплексным показателем может быть величина мертвого хода передач трансмиссии, которая определяется разностью положений ведомого звена относительно фиксированного положения ведущего звена при прямом и обратном ходе.

Изменение величины мертвого хода силовой кинематической цепи, например, очистного комбайна комбайна зависит от функциональной работы, выполненной им в конкретных условиях эксплуатации в течение определенного периода времени. Уровень качества изготовления редуктора комбайна можно определить по формуле (6), т.е.

к = 1 - (Са - Сх шп) (19)

г (1ТСе+А )2

где СЕ1 - фактическое значение мертвого хода в силовой кинематической цепи; СЕтш - минимально достижимое значение мертвого хода передач, которое может быть достигнуто в данных условиях производства; 1ТСЕ

- поле допуска мертвого хода в силовой кинематической цепи; А - погрешность измерения мертвого хода в силовой кинематической цепи редуктора очистного комбайна.

Поле допуска мертвого хода в соответствии с ГОСТ 21098-86 определяется:

♦ при расчете по методу предельного суммирования по формуле

т

/ТСЕ= 2 &ТС (20)

1=1

♦ при расчете по вероятностному методу суммирования по формуле

№ ^!ТС2 , (21)

где t - коэффициент, зависящий от принимаемого процента риска; ^ - передаточный коэффициент погрешности 1-й передачи. При задании погрешностей звеньев в угловых единицах определяется по формуле

&= О!!, (22)

П ^

з

где 21 - число зубьев ведущих зубчатых колес; - чис-

ло зубьев ведомых зубчатых колес.

Максимальное значение величины мертвого хода в силовой кинематической цепи определяется по формуле

СЕтах=АоСЕ+0.5/ТСЕ, (23)

а минимальное значение по формуле

СЕтт=До Се-0.5/7Се, (24)

где Д0СЕ - координата середины поля допуска мертвого хода,

т

ДоСе = 2 5іДоСі, (25)

і=1

Поле допуска мертвого хода в і-й паре (ІТСі) определяется по формуле

ІТСі = 8Стах-8Стт, (26)

где ЗСтях, 5Стш - соответственно максимальное и минимальное значение мертвого хода в і-й паре. 8Стш принимается равным величине гарантированного бокового зазора.

Максимальное значение мертвого хода в і-й паре зависит от типа передачи:

♦ для цилиндрической

дСшшг0.7(Лвві+Лшау+ [0.5(Т2 ні+Т2 н2)+2/а+Д2рі+Д2р2]°'5

(27)

♦ для конической

8Стах= 0.94(ДвSl+ДвS2) + {0.46[(ДніК^іиіді)2 +

+(Дн2K2SІnjд2)2+(ДalSІnjдl)2 +(Дa2SІnjд2)2 + (Двіп)2 +

+(ДplCOsjдl)2 + (Др2^ід2)2] + 0.9^2^22»а5,

(28)

где Лнє1 , Лне2 - наименьшее смещение исходного контура ведущего и ведомого колес; Тн - допуск на смещение исходного контура; / - предельное отклонение межосе-вого расстояния; Да, Др - осевой и радиальный зазор в опорах; Д^ - наименьшее утонение зуба; Дв,Дн - предельные (верхнее и нижнее) смещения вершины делительного конуса; Ж - допуск на толщину зуба; ^ - угол делительного конуса.

Для определения значения 1ТСЕ по ГОСТ 2Ш98-86 используется программа KINEM_RC.BAS.

Оценка технологических процессов изготовления.

В основу методики оценки уровня технологических процессов изготовления изделий были положены методические указания «ЕСТП. Аттестация технологических процессов» (РД-50-532-85).

В соответствии с РД-50-532-85 аттестация технологических процессов проводится с целью: объективной оценки уровня технологических процессов производства, определяемой степенью соответствия основных параметров применяемых технологических процессов лучшим мировым и отечественным достижениям; получения информации, необходимой для разработки плана организационнотехнических мероприятий, обеспечивающих стабильный выпуск изделий высокого уровня качества.

Объектами оценки являются: технологические процессы производства изделий (деталей, сборочных единиц), технологические процессы вида производства (литья, поковок, механической обработки, сварки и т.п.) и технологические процессы производства на предприятии в целом.

В соответствии с РД уровень технологических процессов характеризуется следующими основными свой-

ствами: производительностью труда; прогрессивностью технологического оборудования; степенью механизации и автоматизации; эффективностью использования материалов.

Уровень технологического процесса (Ут) определяется по формуле

п р

ут = У

і=1 Рі

(29)

где а1 - коэффициент весомости 1 - го показателя; Р1 -фактическое значение 1 - го показателя качества; Р.н -

нормативное значение 1 - го показателя; п - количество показателей, принятых для оценки уровня технологического процесса.

Уровень технологических процессов вида производства (Ут.) определяется с учетом уровня технологических процессов, входящих в данный вид

У = У ЬУ

тві і п

(30)

і=1

где Ь1 - коэффициент весомости 1 - го технологического процесса в данном виде производства; т - количество технологических процессов, входящих в данный вид производства.

Коэффициент весомости (Ь1) определяется как доля трудоемкости 1 - го процесса (Т1) в общей трудоемкости вида производства

(31)

УТі

Аналогично определяется уровень технологических процессов производства изделия (сборочных единиц) и уровень технологии производства на предприятии.

Основным звеном всей оценки является формула

(29), использование которой требует наличия нормативных значений соответствующих показателей.

Для установления нормативных значений показателей уровня технологических процессов была разработана специальная методика, в основу которой положен метод группировки заводов в однородные группы по наиболее существенному признаку - объему выпуска продукции по видам производств. Считалось, что внутри однородной группы заводов условия производства примерно одинаковые.

Однородность группы заводов определялась по разработанной программе на основании критерия и (р2)

1 т

и<р =-г^пі У

п(п -1)1 і=і

(п - 1уУ хі -1У

(32)

У

У х2-^

где х81 - значение исследуемого признака; п - количество значений исследуемого признака в выборке; 8 - величина, которая последовательно принимает значения

от 1 до п-1; п - количество заводов, принятых к рассмотрению.

Перед определением и( р2) совокупность заводов ранжировалось по объему выпуска продукции по j-му виду производства.

По формуле (32) последовательно для значений

I = 1,(п -1) рассчитывалось значение и( р2 ).. Максимальное значение критерия (и( р2 )тах) сравнивалось с табличным значением хи-квадрат при принятом уровне значимости а и числе степеней свободы т

2 2

( %а,т ). Если и( р )тах ^Ха ,т , ТО совокупность заводов признается однородной. Если и(р2 )тах > %2а,т , то совокупность п (п - количество анализируемых заводов) разбивается на две подсовокупности: 1-я подсовокупность объемом 1^1 (где Sl - номер строки, в которой критерий и(р2) принимает максимальное значение),

вторая S1 + 1,п . Отдельно для каждой из полученных подсовокупностей снова рассчитывалось значение критерия и(р2 ). Определялось максимальное значение

( и(р 2 )тах ) и сравнивалось с табличным значением

критерия Х2,т . Если условие и(р )тах <Х^т не вЫполнялось, то соответствующая подсовокупность снова разбивалась на две подсовокупности. Такая процедура повторялась до тех пор, пока значение критерия

2 2 и(р )тах не станет меньше %ат . Полученные в результате такого деления подсовокупности считались однородными.

После этого проверялась устойчивость границ разбиения по критерию U(Sk,Sk+1) [і]:

А+і) =

1

У

пкпк+1(пк + Щ+,у ,=1

У х,- пк Ух

(33)

У х,,

?^к. ^+1

где пк,пк+1 _ количество заводов, попавших в к и к+1 подсовокупности соответственно.

Граница признается устойчивой, если и( Sk,Sk+1) >хат . В противном случае граница считается неустойчивой и соответствующие подсовокупности объединяются в одну.

Пример группировки заводов в однородные группы по трудоемкости производства приведен в таблице 1.

Аналогично поступают для всех 3 = 1,т видов производств.

Для полученных таким образом однородных групп заводов представляется возможность обоснованно устанавливать нормативные значения по всем показателям, характеризующим уровень технологии производства.

Порядок определения нормативных значений, сво-

і44

і=1

п

2

к ' “-к+1

2

э=1+1

2

э=1

Таблица 1

Результаты группировки заводов в однородные группы

Численнос производс чел. (Чппп :ть промышленно-твенного персонала, ) Трудоемкость, тыс. нормо-часов (Т)

Завод Чппп U( р 2)t Завод Т U( Р

№ 1 116 1.4 № 2 238.5 1.55

№ 2 140 1.59 № 5 275.6 0.78

№ 3 169 0 № 1 296.3 0

№ 4 190 1.25 № 3 414.2 1.95

№ 5 200 2.65 № 7 472.5 0.78

№ 6 235 1.93 № 4 483.9 0

№ 7 260 0 № 11 623.8 1.88

№ 8 412 1.43 № 6 714.9 0.97

№ 9 428 1.51 № 8 746.0 0

№ 10 430 1.94 № 17 884.7 0.97

№ 11 431 3.42 № 12 894.8 1.86

№ 12 467 0 № 9 908.1 2.68

№ 13 638 0.79 № 10 951.1 0

№ 14 655 1.82 № 13 1261.5 1.11

№ 15 668 3.38 № 18 1320.1 2.4

№ 16 906 3.06 № 14 1422 3.75

№ 17 906 3.84 № 15 1808.8 2.11

№ 18 1306 0 № 16 1956.4 0

№ 19 3265 1 № 20 4431.9 1

№ 20 32810 0 № 19 4741.4 0

дится следующему: строится двухмерная таблица однородных групп заводов. Первым входом в таблицу являются однородные группы заводов по объему выпуска продукции по данному виду производства. Вторым входом являются однородные группы заводов по исследуемому показателю. На пересечении строки и столбца для одноименного завода проставляют абсолютное значение исследуемого показателя:

♦ первый вход является ведущим, т.е. для установления нормативного значения в каждой из однородных групп по этом показателю необходимо найти максимальное значение исследуемого показателя;

♦ по максимальному значению иссле-

, nmax ч

дуемого показателя (р ) устанавливают нормативное значение для каждого интервала изменения объема выпуска продукции с учетом темпов прироста (кт) по каждому из показателей на заданном промежутке времени по формуле

рн=ьргх, (34)

По приведенной методике были установлены нормативные значения показателей уровня технологических процессов для 12 видов производства (чугунное литье стальное литье, цветное литье, ковку, штамповку, заготовительное производство, включая холодную штамповку, механическую обработку, сборочно-сварочное производство, огнерезные работы, слесарносборочное производство, термическую обработку, металлопокрытия). Корректность установленных нормативных значение показателей уровня технологических процессов подтвердилась практикой их аттестации на заводах отрасли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кильдышев Г.С., Аболенцев Ю.И. Многомерные группировки. - М.: Статистика, 1978.

© Я.М. Радкевич, Д.Я. Радкевич