Основы технологии машиностроения

Слово «технология» означает науку, систематизирующую совокупность приемов и способов обработки сырья и материалов соответствующими орудиями производства в целях получения готовой продукции. Важнейшие показатели, характеризующие технико-экономическую эффективность технологического процесса: расход сырья, полуфабрикатов и энергии на единицу продукции; количество и качество получаемой готовой продукции, изделий; уровень производительности труда; затраты на производство; себестоимость продукции.

Предметом исследования в технологии машиностроения являются виды обработки, выбор заготовки, качество обрабатываемых поверхностей, точность обработки и припуски на нее, базирование заготовки; способы механической обработки поверхностей – плоских, цилиндрических и др.; методы изготовления типовых деталей; процессы сборки; конструирование приспособлений.

1 Технологическое обеспечение качества изделий

Качество продукции – это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Для оценки качества машин и других изделий необходима четкая система показателей.

Установлены следующие показатели качества любых видов продукции: показатели назначения, характеризующие свойства продукции, определяющие функции, для которых она предназначена, и обуславливающие область ее применения; показатели надежности; показатели технологичности, характеризующие эффективность конструктивно-технологических решений для обеспечения высокой производительности труда при изготовлении и ремонте продукции; эргономические показатели; показатели стандартизации и унификации; характеризующие степень использования в продукции стандартизованных изделий и уровень унификации составных частей изделия; патентно-правовые показатели, характеризующие степень патентной защиты изделия в стране и за рубежом, а также его патентную чистоту; экономические показатели, отражающие затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию или потребление продукции, а также экономическую эффективность эксплуатации; показатели безопасности.

Среди перечисленных показателей одним из важнейших в машиностроении является понятие надежности.

1.1 Показатели надежности.

Оценка достигнутого уровня надежности и необходимость его повышения должна решаться в первую очередь с экономических позиций, ибо экономика является основным критерием для решения большинства практических вопросов надежности. Это связано с тем, что современный уровень развития техники позволяет достичь практически любых показателей качества и надежности изделия и все дело заключается в затратах на достижение поставленной цели. Эти затраты могут быть столь высоки, что эффект от повышения надежности объекта не возместит их, и суммарный результат от проведенных мероприятий будет отрицательным.

Сравнение различных вариантов достижения требуемого уровня надежности должно исходить из условия получения наибольшего суммарного экономического эффекта с учетом затрат в сферах производства и эксплуатации машины и того положительного экономического эффекта, который дает использование машины по назначению. В общем случае изменение во времени суммарного экономического эффекта при эксплуатации машины слагается под влиянием двух основных факторов. С одной стороны, необходимо учитывать затраты на изготовление новой машины Q_и, включая ее проектирование, изготовление, испытание, отладку, транспортировку к месту работы и другие затраты, а также затраты на эксплуатацию Q_э, включая техническое обслуживание, ремонт, профилактические мероприятия – все то, что связано с поддержанием и восстановлением работоспособности машины. Эти затраты Q_и + Q_э являются отрицательными в балансе эффективности.

С другой стороны, работа машины дает положительный экономический эффект Q_п (прибыль) в зависимости от ее целевого назначения, например, для технологического оборудования в результате выпуска продукции, для транспортных машин при перевозке грузов и т.п.

Выбор варианта машины с позиций надежности должен исходить из сравнения затрат на изготовление и эксплуатацию машины с тем экономическим эффектом, который она может обеспечить.

Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения изделий и условий его эксплуатации может включать такие понятий как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и т.д.

Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Таким образом, работоспособность изделия связана не только со «способностью работать», т.е. выполнять необходимые функции, но и с тем, чтобы при этом выходные параметры изделия находились в допустимых пределах.

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Примеры отказов: поломка вала, выход за допустимые пределы КПД двигателя и др. Естественно, что различные отказы имеют разные последствия – от незначительных отклонений в работе машины до аварийной ситуации.

Любой отказ возникает или может возникнуть через некоторый период времени, который является случайной величиной. В зависимости от причин отказа следует по-разному оценивать и время работы изделия.

Для большинства машин и их механизмов основное значение для оценки потери работоспособности имеет продолжительность работы изделия. Время работы изделия до отказа, выраженное в часах, называется в этом случае наработкой до отказа.

Наработка изделия до отказа – это время достижения предельного значения любым из его выходных параметров.

Безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или некоторой наработки.

Долговечность – это свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Таким образом, надежность изделия определяется его безотказностью и долговечностью. Первое из них рассматривает как бы самостоятельную непрерывную работу изделия без каких-либо вмешательств для поддержания работоспособности.

Долговечность изделия, наоборот, рассматривает работу изделия за весь период его эксплуатации и учитывает, что длительная работа изделия невозможна без ремонтных и профилактических мероприятий, восстанавливающих работоспособность, утрачиваемую в период эксплуатации.

Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы Р(t) (коэффициент надежности) – вероятность того, что в заданном интервале времени t = T (или в пределах наработки) не возникнет отказа изделия. Значение Р(t) может находиться в пределах 0 £ Р(t) £ 1.

Показатель Р(t) может быть применим и для оценки безотказности одного изделия. В этом случае он как бы определяет шансы изделия проработать без отказов заданный период времени. Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказа F(t) образуют полную группу событий, поэтому Р(t) + F(t) = 1.

Допустимое значение Р(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Например, для ответственных изделий авиационной техники допустимые значения коэффициента надежности доходят до Р(t) = 0,9999 и выше, т.е. практически равным 1.

Если последствия отказа связаны с незначительными экономическими потерями, допустимое значение Р(t) может быть существенно ниже.

Следует иметь в виду, что применение Р(t) без указания периода времени, в течение которого рассматривается работа изделия, не имеет смысла.

Показатели долговечности оценивают потерю работоспособности изделия за весь период его эксплуатации.

Основным показателем долговечности элемента изделия является его срок службы (наработка) до отказа Т.

Показателем, определяющим долговечность изделия, может служить коэффициент технического использования К_ти , который равен

,

где Т_раб – время работы машины за некоторый период эксплуатации; - суммарная продолжительность ремонтов изделия за этот же период эксплуатации.

Коэффициент технического использования является безразмерной величиной (0 < К_ти < 1). Он численно равен вероятности того, что в данный, произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется.

Ремонтопригодность – это свойство изделия, которое заключается в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность определяет затраты времени и является составной частью долговечности.