CC BY
38
УДК 621.075.32
ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ИЗДЕЛИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
М.А. Уваров, А.В. Бондарь
В статье рассмотрены вопросы повышения качества и надежности изделий в основном авиационно-космической отрасли машиностроения. Предложены количественные показатели оценки качества на различных этапах жизненного цикла изделий и некоторые численные показатели, определяющие затраты на восстановление качества
Ключевые слова: технология, экономика, управление, обработка
При рассмотрении жизненного цикла изделий необходимо учитывать статистический материал, взаимное воздействие технологических показателей (хотя бы на стадии проектирования и изготовления продукции), ограничения, учитывающие требования и условия эксплуатации объектов производства, экономические критерии и обоснованность затрат на изготовление, обслуживание, утилизацию продукта.
Оптимизация воздействий позволяет
установить методы эффективного повышения качества объекта через его структурные составляющие с учетом ограничений на всех этапах жизненного цикла изделия.
В основу исследований положено условие, что при научно обоснованном сочетании технологических приемов и соблюдении требований эксплуатации возможно обеспечить
работоспособность и надежность основных
элементов изделий, определяющих показатели качества продукции. Установление закономерностей для проектирования сквозной технологии производства и эксплуатации изделий позволяет оптимизировать процессы по единому критерию -надежности, охватывающему жизненный цикл изделий от заготовки до утилизации материала.
Новый подход автора заключается в проектировании технологии на базе обоснования выбора объектов исследований по заявленному критерию и создание методологии оценки предельных показателей надежности с учетом конкретных условий эксплуатации изделий. Для этого потребовалась разработка системы техникоэкономического обоснования применяемых технологических процессов, целесообразность замены традиционных методов обработки на новые.
Объектами исследований автора являются изделия авиационно-космической техники и продукции для нефтегазовой отрасли. Здесь могут сочетаться наиболее жесткие внешние воздействия: для авиационных изделий - перегрузки, импульсные усилия, большие градиенты температур, снижение усталостной прочности за счет многоцикловых
Уваров Михаил Алексеевич - ВГТУ, соискатель, тел. (4732) 348-145
Бондарь Александр Викторович - «ВМЗ» (ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»), д-р техн. наук, советник генерального директора, тел. (4732) 348-764
нагружений (вибраций, толчков, ударов и др.); космическая техника работает в условиях вакуума, при перепаде температур от криогенного значения до области плавления металлов, с облучением из космоса; нефтегазовые изделия подвергаются интенсивному воздействию химических веществ (сернистных соединений, щелочей и др.), работают под давлением более 70МПа. К особенностям такой продукции следует отнести: широкое использование специальных (обычно труднообрабатываемых) материалов; сложности (а порой и отсутствие возможности) ремонта и восстановления элементов конструкций, работающих в космосе; на больших (до 7000 м) глубинах под землей; необходимость в резервах по ресурсу, особенно, в летательных аппаратах, где ремонт возможен только в период нахождения на земле.
Качество изделий во многом зависит от свойств и характеристик комплектующих, получаемых от деловых партнеров из России и зарубежных фирм. Стоимость такой продукции включает уровень гарантированной
работоспособности, поэтому получаемые приборы должны отвечать заданным условиям эксплуатации изделий, ресурс которых может измеряться десятилетиями (нефтехимия), годами или месяцами (авиационная техника) и часами или минутами (двигатели космических аппаратов).
На стадии испытаний продукции требуется определить их объем и количество, обеспечивающие заданную надежность при сохранении ресурса и минимизации затрат на испытания.
Общий подход к оценке качества техники возможен за счет единых критериев, определяемых границами нормативных документов и при сертификации продукции.
Анализ причин появления дефектов техники и снижения ее надежности позволил выявить объекты исследований по стадиям жизненного цикла изделий (рис. 1).
Из рис. 1 видно, что первая группа причин появления брака связана с факторами, слабо зависящими от изготовителя изделий, например, двигателей. Это получаемые материалы, профили. Для контроля качества материалов введен входной выборочный контроль, что повышает затраты на их приобретение на 0,4-0,5% от стоимости.
|“І—І—І—г
величину до 10% и достичь результата не ниже полученного после механической обработки с упрочнением. Технологический процесс изготовления деталей с межлопаточными каналами обычно проектируются с включением в него после электроэрозионной обработки электрохимической операции и упрочнения, поэтому необходимо оценивать результат по окончательному показателю (рис. 4),
который превышает значение после механической , обработки.
Рис. 1. Анализ причин, снижающих надежность двигателей летательных аппаратов
1 - дефекты материалов, заготовок;
2 - механообработка; 3 - сварка и пайка; 4 - сборка и испытание; 5 - хранение и транспортировка; 6 - прочие причины (эксплуатация, качество приборов, комплектующих, случайные факторы и др.)
Здесь управленческое решение поо снижению брака включает обоснованную смену поставщика, что практически используется весьма редко. Качество заготовок (рис. 1) зависит, как правило, от
собственных заготовительных производств и определяется их технологическими возможностями, соблюдением производственной дисциплины. Так при стальном литье брак заготовок с простой геометрией и небольшими размерами практически не обнаруживается, а в случае сложных изделий (облопаченные ротора, статоры, корпусные детали) он может достигать 30-40% (даже при точных видах литья).
При механообработке дефекты возникают за счет нарушения точности, зависящей от состояния станочного парка, средств технологического оснащения, квалификации исполнителей,
соблюдения технологической дисциплины. Их устранение возможно организационными приемами. Для обработки поверхностей сложной формы,
особенно в деталях из труднообрабатываемых материалов, широко применяют электрические методы и их комбинацию с механической обработкой. Здесь следует учитывать физику этих процессов. Так при электрохимическом формообразовании с заготовки удаляется наклепанный слой, способный повышать
механические характеристики материалов (особенно усталостную прочность). Это приведено на рис. 2 для сплава ЭП 666 ВД, где по техническим условиям на материал в состоянии поставки предел прочности на разрыв составляет 600 МПа,
удлинение 20%.
На рис. 2 показано изменение механических характеристик материалов при различных методах обработки. Пунктиром обозначены нижние допустимые пределы изменения параметров. Испытания образцов на предел прочности (ств) и удлинение (5) показали, что электрохимическая размерная обработка (рис. 2; 2) может снизить показатель ств на 4-5% (относительно нижнего предела), но последующее виброударное (или иное) упрочнение (рис. 2; 4) позволяет повысить
б)
Рис. 2. Механические характеристики сплава после различных видов обработки а - ств; б - 5%. Виды обработки: 1 - механическая;
2 - электрохимическая размерная;
3 - электроискровая; 4 - электрохимическая размерная с виброударным упрочнением
Дефекты сварки вызваны низкой свариваемостью применяемых в рассматриваемых изделиях материалов. Они проявляются в форме непроваров, микротрещин, появлении карбидной фазы, зерна, межкристаллитных растравливаний. Для сталей типа ЭП 666 глубина трещин достигает
0.5 мм. По техническим условиям допускается подварка, что позволяет частично устранить дефекты. Однако даже у кондиционных деталей наблюдаются разрушения по сварным швам, выявленные при испытаниях изделий (рис. 3).
Если принять в качестве базы для сравнения 1972 год (рис. 3; 1), где выявленные дефекты (рис. 3;
1, А) могли стать причиной аварии (Б), то в последующие годы (рис. 3; 2; 3) аварийные ситуации из-за дефектов сварки не выявлены, хотя общее число погрешностей заметно выросло. Последнее может быть объяснено усложнением конструкции новых изделий и нарушениями технологической дисциплины.
Рис. 3. Динамика разрушений изделий по сварным швам при испытаниях 1 - 1972 год (А - база для оценки числа дефектов;
Б - количество дефектов, вызывающих аварию);
2 - 1982 год; 3 - 1999 год
На этапах сборки и хранения изделий выявляются усталостные явления в силовых элементах при длительном нахождении под нагрузкой, что может вызвать разгерметизацию узлов и нарушение прочности изделий.
На рис. 4 приведены данные -Уб удлинении болтов, находящихся в затянутом состоянии, при нагрузке около 160 килоньютонов.
Рис. 4. Удлинение болтов при сборке (А) и после 1 года хранения в изделии (Б)
1 - диаметр 12 мм; 2 - диаметр 8 мм; 3 - после работы в изделии при испытаниях
Как видно из рис. 4 удлинение болтов происходит, в основном, за счет силы затяжки при сборке, что учитывается при разработке технологического процесса. Однако в процессе
хранения (рис. 4; Б) происходит удлинение,
соизмеримое с начальным, что может вызвать "раскрытие" мест стыка и разгерметизацию. Испытания (рис. 4; 3), имитирующие условия эксплуатации, вызывают значительное удлинение болтов, что учитывается при переработке или отладке изделий после испытаний. _ л
Другие причины появления ^дефектов изделий (рис. 1; 6), как правило, слабо связаны с
производством изготовителя. Они устраняются путем предъявления рекламаций и штрафных санкций или при смене поставщика.
1.51 Заключение
' Решение проблемы обеспечения качества изделий требует создания дорогостоящих новых технологических процессов оборудования, подготовки инженерных и рабочих кадров высокой квалификации. Применительно к ракетнокосмической отрасли повышение качества и надежности изделий является необходимым условием конкурентоспособности продукции на внутреннем и мировом рынке промышленной продукции. В$м комплексом технологического) оснащения обладают только крупные заводы с государственным участием. Поэтому целесообразно промышленным предприятиям малого и среднего бизнес^ войти в экономическую структуру головного исполнителя и создать основу долговременных технических и экономических отношений для поддержания качества изделий на мировом уровне.
Литература
1. Бондарь А.В. Качество и надежность. М.: Машиностроение, 2007. - 308 с.
2. Бондарь А.В. Обеспечение качества производства лопаточных машин. А.В. Бондарь, В.П. Смоленцев, А.Ю. Сухочев // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. Часть 1. Липецк: ЛГТУ, 2006 - С. 33-38.
3. Бондарь А.В. Обеспечение качества изделий в системе CALS. Ж. «Металлообработка», 2007, № 5.
4. Контроль и управление качеством продукции в гибкоструктурном производстве / Н.М. Бородкин, В.И. Клейменов, А.С. Белякин, В.П. Смоленцев. - Воронеж: ВГУ, 2001. - 158 с.
5. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и
комбинированных методов обработки. - М:
Машиностроение, 2005. - 511 с.
Воронежский государственный технический университет
«Воронежский механический завод» - филиал Федерального государственного унитарного
предприятия «Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева»
TECHNICAL AND ECONOMIC CONDITIONS OF PRODUCT QUALITY CONTROL BY
MANUFACTURING METHODS
M.A. Uvarov, A.V. Bond ar
4,8
The article covers issues of product quality and reliability improvement mainly in the aerospace industry of machine-building. The article^f^s quantity indices of quality evaluation on different stages of theprouuct life cycle and some numerical ratings assessing costs of quality restoration
Key words: technology, economics, control, machining
3,7
