Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК (658.274 + 621.9):001.76

Повышение качества продукции путем модернизации технологического оборудования

И.М. Корсакова

Рассмотрены актуальные вопросы повышения качества выпускаемой продукции. Показано влияние модернизации технологического оборудования на получение требуемых геометрических показателей качества машиностроительной продукции. Приведен пример работ при модернизации специального токарного станка.

Ключевые слова: эксплуатационные показатели оборудования; модернизация технологического оборудования; качество выпускаемой продукции; баланс погрешностей; геометрические показатели качества.

Величины погрешностей, возникающих на стадиях изготовления деталей, непосредственно зависят от эксплуатационных показателей [1] оборудования, на котором выполняются работы.

Одним из путей, ведущих к уменьшению суммарной погрешности, возникающей в результате изменения свойств технологической системы «станок - заготовка - инструмент - оснастка» (далее ТС) в процессе эксплуатации, является модернизация оборудования. Современные высокие технологии восстановления технических изделий одновременно с модернизацией обеспечивают их себестоимость до 30 % от себестоимости вновь изготовленных изделий и позволяют не только сохранить, но и значительно улучшить номинальные параметры, существенно увеличить ресурс оборудования, реализуя при этом экономический потенциал предприятия при минимальных затратах [2].

В единичном и мелкосерийном производстве суммарная погрешность обработанной заготовки рассчитывается по формуле [3]

= _y + е_п + е_з + _и + _т + _ст, (1)

где _y - погрешность формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС; е_п - погрешность установки режущего инструмента (погрешность проверки); е_з - погрешность положения обработанной поверхности относительно измерительной базы (погрешность закрепления); _и - погрешность формы поверхности в результате износа режущего инструмента; _т - погрешность формы детали из-за тепловых деформаций системы; _ст - погрешность формы обрабатываемой поверхности из-за геометрических погрешностей станка.

При достижении недопустимого значения суммарной погрешности следует найти причину этого явления и принять меры по ее устранению [3]. Для обеспечения требуемых параметров точности обрабатываемой заготовки следует проанализировать потребность оборудования в модернизации [4] с целью снижения погрешностей _y, _т, _ст из формулы (1).

Доля каждой составляющей в суммарной погрешности обработки оценивается путем составления баланса погрешностей. Например, на токарных станках диаметральных размеров определяют без учета е (в рассматриваемом варианте е_п = е_з= 0), а _y ? _и ? ? 30% [3]. ГОСТ 24642-81 «Допуски формы и расположения поверхностей. Термины и определения» и ГОСТ 24643-81 «Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения» рекомендуются следующие соотношения между допусками формы и расположения и допусками диаметрального размера: _ф = (0,12…0,3) д_р. При нормальном уровне относительной геометрической точности (А) _ст = _ф = 0,3 д_р. Тогда баланс погрешностей для токарного станка, работающего в единичном и мелкосерийном производстве, будет выглядеть следующим образом: модернизация качество токарный машиностроительный

_y +_и + _т + _ст ? д_р. (2)

На специальном токарном станке мод. КЖ-29 (ЗАО «УК «БМЗ») при обработке цилиндровых втулок судовых дизелей систематически возникала недопустимая суммарная погрешность обработки , достигавшая значений до 0,20 мм вместо допустимого д_р = 0,12 мм. Максимально допустимое численное значение баланса погрешностей (мм)в соответствии с формулой (2) раскладывается следующим образом:

0,3•0,12+0,3•0,12+0,1•0,12+0,3•0,12 = 0,12. (3)

Реальное численное значение баланса (мм):

0,3•0,20+0,3•0,20+0,1•0,20+0,3•0,20 = 0,20 > 0,12.

Теоретически суммарное значение баланса погрешностей можно уменьшить путем уменьшения долей (доли) погрешностей (в зависимости от требуемого значения д_р), путем уменьшения д_р или путем одновременного уменьшения долей (доли) погрешностей и д_р. На практике при нахождении причин недопустимого значения суммарной погрешности обработки и их устранении д_р уменьшается и достигает требуемого значения. В нашем случае возможное количество причин [см. формулу (2)] колеблется от одной до четырех.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проверка погрешности формы обрабатываемой поверхности на предыдущих операциях позволила исключить погрешность из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС (_y). Путем заточки режущих кромок инструмента исключено влияние погрешности _и. Испытания ТС на тепловые деформации [5; 8; 9] путем определения относительных линейных и угловых смещений суппортного и шпиндельного узлов, возникающих в результате нагрева ТС, показали, что тепловые характеристики станка находятся в пределах допустимых значений. Тепловое смещение стабилизировалось после двух часов испытательных работ (дальнейшее изменение смещения не превышает 10 % достигнутого). Таким образом, _т не может быть причиной возникновения недопустимой суммарной погрешности ТС.

Далее станок испытывался на точность [10]. При этом в первую очередь была проверена перпендикулярность поперечного перемещения верхней части суппорта к оси вращения шпинделя, поскольку этот параметр точности станка влияет непосредственно на допуск перпендикулярности и допуск биения торца цилиндровых втулок судовых дизелей (рис. 1, табл. 1).

Таблица 1. Влияние модернизации специальных токарных станков мод. КЖ-27, КЖ-29 на изменение параметров точности цилиндровых втулок судовых дизелей

Допуск радиального биения Ш 670 и биения торца относительно оси Размещено на http://www.allbest.ru/

относительно оси Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Испытания проводились путем установки в отверстие шпинделя специальной образцовой оправки 1 и перемещения верхней части суппорта 2 на 300 мм вдоль торца этой оправки (рис. 2). При этом наибольшая алгебраическая разность показаний индикатора 3 составила 0,018 мм, что меньше допустимого параметра, равного 0,020 мм. Дальнейшие испытания точностных характеристик станка также показали соответствие его нормам геометрической и кинематической точности. Однако при проверке точности обработки и шероховатости поверхностей типовых деталей (или самих изделий) фиксировались неудовлетворительные результаты. Поскольку оценка точности станков по результатам обработки образцов изделий (самих изделий) является приоритетной по сравнению с оценкой геометрической точности станков [5; 8; 10], так как контролирует суммарную погрешность обработанной детали, учитывая функционирование всей ТС, то следовало продлить испытания. Следующим этапом стало испытание станка на соответствие нормам жесткости [10]. Для этого проверялось относительное перемещение резцедержателя и оправки, установленной: 1) в шпинделе передней бабки; 2) пиноли задней бабки (рис. 3, табл. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

В отверстия шпинделя 1 и пиноли 2 были установлены оправки 3. Устройство для нагружающей силы закреплено в левом пазу резцедержателя 4. Между шпинделем (пинолью) и резцедержателем под углом 60° к направлению поперечной подачи создавалась плавно возрастающая до заданного предела сила Р (для станка мод. КЖ-29 при диаметре обрабатываемой заготовки 800мм Р = 1600 кг). Величина нагружающей силы определялась динамометром. Одновременно при помощи индикатора 5 измерялось (в плоскости действия силы) относительное перемещение резцедержателя и оправки в радиальном направлении, параллельном направлению подачи.

Испытания показали, что перемещения суппорта (мм) в обоих сечениях больше допустимых: в сечении I-I - 0,53 > 0,47; в сечении II-II - 0,62 > 0,60 (рис. 3). Следовательно, погрешность формы обрабатываемой поверхности возможно снизить путем повышения жесткости суппорта.

Таблица 2. Результаты испытаний специального токарного станка мод. КЖ-29 на соответствие нормам жесткости до и после модернизации

Примером улучшения качества обработки заготовок при оснащении оборудования суппортами повышенной жесткости может служить модернизация специальных токарных станков мод. КЖ-27 и КЖ-29 (ЗАО «УК «БМЗ») (рис. 4).

Новые суппорты состоят из верхней части 1, средней части 2 и основания суппорта 3. Жесткость суппорта повышена за счет увеличения габаритных размеров направляющей 4, винтовых пар 5, 6 и остальных, сопряженных с ними деталей. Кроме того, на суппорте установлены более точные лимбы 7, 8 (с ценой деления 0,02 мм вместо 0,05 мм).

Испытания станка мод. КЖ-29 после оснащения его суппортом повышенной жесткости показали, что перемещения суппорта в обоих сечениях находятся в пределах допустимых значений (мм): в сечении I-I - 0,45 < 0,47; в сечении II-II - 0,58 < 0,60 (рис. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Данная модернизация привела к повышению точности размеров цилиндровых втулок судовых дизелей (рис. 1), при этом численное значение баланса погрешностей разложилось в соответствии с равенством (3) и стало допустимым (0,12 мм). Кроме того, появилась возможность вести обработку втулок цилиндров судовых дизелей на повышенных режимах резания. При этом допуски радиального биения наружного диаметра канавок (670 мм) и биения торца относительно оси цилиндровой втулки до модернизации составляли 0,07 мм, а после - 0,04 мм; допуск перпендикулярности торца относительно оси поверхности Ш 670 мм уменьшился с 0,2 до 0,1 мм.

Недопустимую суммарную погрешность можно уменьшить также за счет снижения погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС (_y) путем модернизации оборудования, на котором проводилась та или иная предыдущая операция.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Например, после модернизации двух дисковых пил мод. 8Г666.100 в установку для отрезки осей вагонов (в) и тепловозов (т) (рис. 5) значительно повысилось качество торцевых поверхностей обрабатываемых осей.

Заготовка 1 фиксируется откидными прижимами 2. Шпиндельный узел 3 измененной конструкции позволяет дисковым пилам 4 занимать два фиксированных положения. При обработке осей тепловоза для получения размера L_т дисковые пилы устанавливаются между фланцами 5 и регулировочными прокладками 6. При обработке осей вагона для получения размера L_в дисковая пила смещается на толщину вставки 7, а сами пилы устанавливаются между укороченными фланцами 5 и регулировочными прокладками 6.

Ранее заготовки осей получали методом ручной газовой резки (Ra > 1000 мкм). После обработки на модернизированной установке шероховатость их торцов составляет Ra = 12,5 мкм. Кроме того, возросла точность линейных размеров заготовок (с ± 10 до ± 1 мм), т.е. данная модернизация привела к значительному уменьшению _y (погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС).

При обнаружении недопустимых тепловых деформаций ТС [5; 6; 8; 9] суммарную погрешность можно уменьшить за счет снижения _т (погрешности формы детали из-за тепловых деформаций системы), например, путем модернизации системы подачи смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС). Так, при модернизации системы подвода смазывающе-охлаждающей жидкости шлифовального станка мод. 3К229А, внедренной в ЗАО «УК «БМЗ», погрешность формы детали из-за тепловых деформаций системы снизилась, что позволило обрабатывать глухие отверстия наряду со сквозными. Данная технологическая модернизация [7] позволила решить производственную задачу обработки глухих отверстий в цилиндрах поглощающего аппарата.

Уменьшение суммарной погрешности на стадии обработки, вызванное модернизацией оборудования (_м), определяется следующим образом:

_м = _у.м + _т.м + _ст.м,

где _у.м - уменьшение погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС, вызванное модернизацией оборудования; _т.м - уменьшение погрешности формы детали из-за тепловых деформаций системы, вызванное модернизацией оборудования; _ст.м - уменьшение погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за геометрических погрешностей станка, вызванное модернизацией оборудования.

Если _и, е_п, е_з находятся в пределах допустимых значений, то

_п.м = ( - _м ) ? _доп,

где _п.м - суммарная погрешность после модернизации; _доп - допустимая суммарная погрешность при обработке.

Для приведенного примера _доп = 0,12мм; _м = 0,08мм; _п.м = 0,20 - 0,08 = 0,12мм, что является допустимым.

Итак, для успешной работы по модернизации технологического оборудования с целью получения требуемых геометрических показателей качества выпускаемой продукции необходимо:

1. При обнаружении суммарной погрешности недопустимого значения исключить влияние (условно или принятием соответствующих мер, например заточкой режущего инструмента и улучшением метрологического обеспечения) величин, зависящих от состояния режущего инструмента и метрологического обеспечения (_и, е_п, е_з).

2. Составить баланс погрешностей для оценки доли каждой составляющей в суммарной погрешности обработки.

3. Провести испытания оборудования и ТС на точность, жесткость, тепловые деформации в соответствии с рекомендациями [6-10]. Для снижения экономических затрат и затрат времени на модернизацию оборудования в первую очередь следует проверять те параметры, которые явно повышают суммарную погрешность обработки.

4. Определив потребность [5], возможность и целесообразность ведения работ по модернизации, установить очередность работ.

5. Разработать техническую документацию на модернизацию.

6. Изготовить. Испытать.

7. Если при испытаниях выяснится, что устранения одной из погрешностей (_y, _т, _ст) недостаточно, то следует выявить пути устранения наиболее вероятной следующей погрешности, т.е. повторить п. 3-7.

8. Внедрить модернизированное оборудование в производство.

Список литературы

1. Качество машин: справочник: в 2 т. / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич [и др.]. - М.: Машиностроение, 1995. -Т. 1. - 256 с.

2. Гаврилюк, В. С. Экологический потенциал реновационного производства в концепции устойчивого развития / В.С. Гаврилюк, Э.Л. Мельников, А.О. Бояркин //Ремонт, восстановление, модернизация. - 2007. - №4. - С. 2 - 5.

3. Суслов, А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. - М: Машиностроение, 2002. - 684 с.

4. Корсакова, И.М. Определение потребности в модернизации технологического оборудования / И.М. Корсакова // Справочник. Инженерный журнал. - 2006.- № 2. - С. 58-62.

5. Машиностроение. Т. IV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование: энциклопедия / Б.И. Черпаков, О.И. Аверьянов, Г.А. Адоян [и др.]; под общ. ред. Б.И. Черпакова. - М.: Машиностроение, 1999. - 863 с.

6. Типовые методики и программы испытаний металлорежущих станков: метод. рек. - М.: НИИМаш, 1984. - 172 с.

7. Горленко, О.А. Классификация модернизаций технологического оборудования машиностроительного предприятия / О.А. Горленко, И.М. Корсакова // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2002.-№10.- С. 15-21.

8. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.

9. ГОСТ 8.050-73. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

10. ГОСТ 18097-93. Станки токарные и токарно-винторезные (нормы точности и жесткости).

Размещено на Allbest.ru