Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Описаны проблемы классификации и кодирования деталей машин в системах автоматизированного проектирования технологических процессов. Проанализированы подходы технологии машиностроения к классификации поверхностей деталей машин. Показана необходимость учета параметров качества поверхностных слоев при разработке технологии производства ответственных деталей. Описаны теоретические основы конструкторско-технологической классификации деталей. Рассмотрены существующие подходы к оценке роли поверхностей при классификации деталей машин в существующих системах автоматизации проектирования технологических процессов. Предложена система кодирования основных показателей качества поверхностных слоев. Рассмотрены параметры качества поверхностного слоя, оказывающие основное влияние на работоспособность и различные эксплуатационные свойства деталей, в том числе на контактную жесткость, износостойкость, статическую и усталостную прочность, герметичность сопряжений и др. Предложена система классификации и кодирования типов и параметров качества поверхностных слоев деталей машин. Предложено применять кодирование поверхностей деталей машин по их функциональному назначению или эксплуатационным свойствам. Показана необходимость учета при проектировании требований к неоднородности свойств поверхностных слоев и допустимых дефектов ответственных деталей.

Ключевые слова:
классификация, кодирование, параметры качества поверхностного слоя, поверхность, типизация, унификация, эксплуатационные свойства
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

УДК 621.91

1.Харламов Ю. А., 1Вишневский Д. А., 1*Петров П. А., 1Орлов А. А.

1Донбасский государственный технический институт

Луганская Народная Республика, 94204, Алчевск, пр. Ленина, 16

* E-mail: yuriy.kharlamov@gmail.com

Развитие конструкторско-технологической классификации деталей машин

Аннотация. Описаны проблемы классификации и кодирования деталей машин в системах автоматизированного проектирования технологических процессов. Проанализированы подходы технологии машиностроения к классификации поверхностей деталей машин. Показана необходимость учета параметров качества поверхностных слоев при разработке технологии производства ответственных деталей. Описаны теоретические основы конструкторско-технологической классификации деталей. Рассмотрены существующие подходы к оценке роли поверхностей при классификации деталей машин в существующих системах автоматизации проектирования технологических процессов. Предложена система кодирования основных показателей качества поверхностных слоев. Рассмотрены параметры качества поверхностного слоя, оказывающие основное влияние на работоспособность и различные эксплуатационные свойства деталей, в том числе на контактную жесткость, износостойкость, статическую и усталостную прочность, герметичность сопряжений и др. Предложена система классификации и кодирования типов и параметров качества поверхностных слоев деталей машин. Предложено применять кодирование поверхностей деталей машин по их функциональному назначению или эксплуатационным свойствам. Показана необходимость учета при проектировании требований к неоднородности свойств поверхностных слоев и допустимых дефектов ответственных деталей.

Ключевые слова: классификация; кодирование; параметры качества поверхностного слоя; поверхность; типизация; унификация; эксплуатационные свойства.

 

Введение. Одной из сложных и трудноформализуемых задач машиностроения является автоматизация технической подготовки производства. Сокращение трудоемкости и сроков конструкторской и технологической подготовки производства является актуальной задачей. Ее решение обеспечивается путем комплексной автоматизации процессов проектирования (CAE/CAD/CAM), а также использованием принципов унификации и типизации [1, 2]. Однако в существующих системах CAD/CAM недостаточно эффективно применяются типовые проектные решения, которые позволяют сохранять и передавать знания в производственных подразделениях [3].  Это относится к разработке унифицированных технологических процессов (ТП). Однако большое разнообразие конструктивных форм деталей, технических требований к ним и возможности использования различных методов получения и обработки одних и тех же элементов заготовки на разных видах технологического оборудования приводит к многовариантности технологических решений. Необходимым и начальным этапом разработки унифицированных ТП является кодирование и группирование деталей на основе классификации их конструктивных и технологических признаков. 

Оперативно и обоснованно выполнять заимствование проектных решений можно только с использованием систем классификации, позволяющих описать объекты производства обезличенным кодом (вне зависимости от их функционального назначения). Для этого используют классификатор ЕСКД (К.ЕСКД) и технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения [4, 5]. Классификатор ЕСКД охватывает широкую номенклатуру деталей машин и приборов, разделенную на шесть классов. Для внедрения К.ЕСКД в производство разрабатываются автоматизированные экспертные системы кодирования и классификации деталей [2, 3].

В технологии машиностроения по функциональному назначению поверхности деталей машин  принято подразделять на четыре вида: исполнительные (рабочие), обеспечивающие выполнение деталью своего служебного назначения (передача движения, резание материала, силовое нагружение, герметизация и др.); основные базирующие поверхности или основные базы, которые определяют положение детали относительно других деталей; вспомогательные базы, с помощью которых определяется положение всех прочих деталей, присоединяемых к данной детали; свободные (связующие), не сопрягаемые с поверхностями других деталей, при помощи которых исполнительные и базовые поверхности детали объединяются в пространственное тело и деталь приобретает соответствующие конструктивные формы. Различают также сопрягаемые поверхности (поверхности соприкосновения и взаимодействия двух или нескольких деталей в соединении) и свободные поверхности, которые с поверхностями других деталей не взаимодействуют. 

Аналогичный подход используется в модульной технологии [6], в которой модули поверхностей делятся на три класса: базирующие (МПБ), рабочие (МПР), связующие (МПС) и деталь представляется собой совокупностью базирующих, рабочих и связующих модулей поверхностей.

Разрабатываются технологические классификаторы деталей и поверхностей применительно к различным методам получения и обработки заготовок, в том числе и подлежащих обработке резанием [7]. Технологический классификатор обрабатываемой детали состоит из базовой и технологической частей. Базовая часть включает описание конструктивных особенностей обрабатываемых поверхностей конкретного класса деталей, начиная от гладкой простой формы и по мере ее усложнения до фасонной, содержащей на обрабатываемой поверхности разнообразные конструктивные элементы и их сочетания, создающие прерывистость в процессе резания. Технологическая часть содержит подробные сведения о количественных и качественных характеристиках обрабатываемых поверхностей детали, в том числе: размерная характеристика; состояние обрабатываемой поверхности; степень точности; шероховатость; отклонения формы и расположения; материал; термическая обработка.

Во всех этих подходах к технологической классификации деталей машин их поверхности рассматриваются с геометрической точки зрения и не учитываются параметры качества поверхностного слоя, за исключением шероховатости поверхностей. В то же время известно существенное влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей [8, 9].

Целью данной статьи является разработка принципов классификации и кодирования информации о деталях машин, учитывающей особенности состояния и параметры качества поверхностных слоев.

1. Теоретические основы классификации деталей

Для разработки информационной модели детали (ИМД), которая является основной структурной единицей базы данных о деталях, необходимо определить их основные конструктивно-технологические характеристики. 

Деталь D в базе данных обычно характеризуют и соответственно описывают некоторой совокупностью (множеством) признаков [3]. Однако для описания и анализа конструктивно-технологических особенностей деталей требуется весьма большое количество этих признаков. Это существенно затрудняет автоматизацию проектирования технологических процессов изготовления деталей и обусловливает необходимость систематизации, классификации и группирования этих признаков. Представляется более целесообразным отнести эти признаки к отдельным поверхностям и тогда детали могут быть описаны следующей совокупностью (множеством) признаков

                                                               (1)

где CT – класс и тип детали по ЕСКД; Pdi - общие конструктивные признаки детали (соотношение размеров детали; основные виды наружных и внутренних поверхностей и требования к их качеству; параметры взаимного расположения поверхностей; наличие и параметры ступеней на поверхностях; наличие и параметры специальных конструктивных элементов - закрытых уступов, наружных и внутренних резьб, кольцевых пазов, шлицев и пр., основной материал и его параметры и пр.); Название: {"mathml":"<math style=\"font-family:stix;font-size:16px;\" xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mstyle mathsize=\"16px\"><mi>&#x3B1;</mi></mstyle></math>"} - описание: alpha - общее количество конструкторских признаков детали; Pti - общие технологические признаки детали (группа материала; вид исходной заготовки, квалитет точности, параметр шероховатости, особые технологические требования, метод термической обработки, масса детали, основные виды дополнительной обработки, уточненная группа основного материала и др.; Название: {"mathml":"<math style=\"font-family:stix;font-size:16px;\" xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mstyle mathsize=\"16px\"><mi>&#x3B2;</mi></mstyle></math>"} - описание: beta - общее количество технологических признаков детали; P11, …, Psn s-й признак j-й поверхности детали; n – общее количество признаков поверхностей детали; Название: {"mathml":"<math style=\"font-family:stix;font-size:16px;\" xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mstyle mathsize=\"16px\"><mi>&#x3BC;</mi></mstyle></math>"} - описание: mu – количество поверхностей детали.

Любой их этих признаков детали должен быть представлен двумя частями: наименованием признака Хi и его числовым значением xi. Для их кодирования применяют соответствующие системы классификации. Однако в существующих системах классификации учитывается ограниченное количество параметров качества поверхностного слоя, что исключает возможность автоматизированного выбора рациональной технологии обработки соответствующих поверхностей.

Создание информационной модели детали (ИМД) требует подбора классификационных признаков, наиболее информативными при разработке рабочего чертежа, а также технологии производства. Это класс задач, требующих оценки необходимости и достаточности выбранной совокупности признаков, которые могут быть решены наложением множества Y = (y1, …, yi) конструкторско-технологических параметров деталей на множество классификационных признаков Х = (х1, …, хi). Наложение множества Y на множество Х математически можно принято представить с помощью отображения множеств [3].

В нашем случае многозначное отображение v множества Y параметров рассматриваемых деталей трансформируется во множество Х их классификационных признаков:

                                                                                                                                                                             (2)

В отображении v каждому элементу yi множества Y сопоставляется один или несколько элементов xi множества X, которые в той или иной степени влияют на yi.

Тогда отображением v(yi) каждого параметра элемента детали, например поверхности Пj, yij Yj по подмножеству Хj будет подмножество классификационных признаков xij Xj, сопоставляемых при отображении v элементу yij:

                                                                                                                                                              (3)

где {xi} – подмножество классификационных признаков, являющихся наиболее информативными для yij.

Последующее отображение множеств v заключается в объединении образов всех параметров элемента детали, например поверхности (y1j, ..., yij) Yj, что позволяет получить искомый набор наиболее информативных признаков по используемой системе классификации:  

                                                        ,                                      (4)

где N – множество образов элементов (y1j, ..., yij)Yj при отображении v; en – элементы множества N.

Рациональный состав классификационных признаков Хj (или область значений отображения v) определяют следующим образом:

                                                                   .                                              (5)

Известны разработки систем классификации и кодирования деталей [3, 7, 10, 11]. В этих системах обезличенное кодовое обозначение формализует конструктивно-геометрические характеристики деталей. Конструкторский код детали определяет геометрию детали (тело вращения, корпусные, плоскостные и др.), форму и структуру поверхностей (цилиндрические, конические, гладкие, ступенчатые и др.). Технологический код определяет такие характеристики, как габаритные размеры, точность, материал, заготовка и др., а в ряде случаев и организационно-плановые характеристики (трудоемкость обработки, годовая программа выпуска и пр.).

Аналогичный подход можно использовать для разработки информационной модели модуля поверхностей (ИММП), которая является основной структурной единицей базы данных о модулях поверхностей МП, для которых также необходимо определить их основные конструктивно-технологические характеристики. Модуль поверхностей МП в базе данных может быть охарактеризован и соответственно описан некоторой совокупностью (множеством) признаков:

                                                                                                                                      (6)

где Рмпw w-й признак детали; q = 1, 2, … l; l – общее количество признаков модуля поверхности.

Деталь D в базе данных может быть охарактеризована и соответственно описана некоторой совокупностью (множеством) модулей поверхностей:

                                                                                

Здесь МПБe, МПРy, МПСp – модули поверхностей детали соответственно базирующие рабочие и связующие; t, u, s – количество модулей поверхностей детали соответственно базирующих, рабочих и связующих.

Для высоконагруженных ответственных поверхностей деталей целесообразно использовать информационные модели поверхностей, которые могут быть охарактеризованы и соответственно описаны некоторой совокупностью (множеством) признаков:

                                                                                                                                                    (7)

где Рпjj-й признак поверхности; l – общее количество признаков поверхности.

2. Целесообразность классификации конструктивно-технологических особенностей и параметров качества поверхностного слоя деталей машин. Все отказы и разрушения деталей машин происходят по одному из эксплуатационных показателей (износо- и коррозионной стойкости, прочности и др.) и начинаются, как правило, с поверхности деталей. Все эксплуатационные свойства и их показатели тесно взаимосвязаны с геометрическими и физико-механическими характеристиками поверхностных слоев [6].

По многочисленным литературным данным [8, 9] эксплуатационные свойства деталей машин, определяющие их надежность, зависят от системы параметров качества их рабочих поверхностей: макроотклонения; волнистости; шероховатости; субшероховатости; физико-химических свойств (табл. 1). Изучением поверхностей твердого тела, в том числе деталей и рабочих органов машин занимается ряд научных дисциплин – физика и химия поверхности твердого тела, трибология, материаловедение, теория надежности машин и др. Исследования и разработки по конструированию и технологическому обеспечению параметров поверхностных слоев сформировали обширное научно-техническое направление — инженерию поверхности [8,9,12,13]. Современные методы инженерии поверхности активно внедряются в промышленности.

Развитие инженерии поверхности и ужесточение требований к обеспечению качества поверхностного слоя (ПС) обусловливает необходимость введения в маршрутные технологические процессы изготовления дополнительных технологических операций обработки и контроля поверхностей и соответствующих ПС. Это прежде всего относится к поверхностям деталей с высокой вероятностью изнашивания и возникновения повреждений, ведущих к возникновению отказов деталей. Решение этой проблемы требует расширения номенклатуры показателей качества ПС. Информация о показателях качества поверхностей, оказывающих существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений весьма противоречива. Коды наиболее распространенных показателей качества поверхностных слоев (ПС) [8,9,12,13] приведены в табл. 1.

Таблица 1

Кодирование основных показателей качества поверхностных слоев

Код

Обозначение

Параметр состояния поверхностного слоя

01

Hmax

максимальное макроотклонение, мкм

02

Hp

высота сглаживания макроотклонения

03

Wz

средняя высота волн, мкм

04

Wp

высота сглаживания волнистости

05

Smw

средний шаг волн, мм

06

Ra

среднее арифметическое отклонение профиля, мкм

07

Rz

высота неровностей профиля по десяти точкам

08

Rmax

наибольшая высота профиля

09

Rp

высота сглаживания профиля шероховатости, мкм

10

tp

относительная опорная длина профиля, %

11

Sm

средний шаг неровностей профиля, мм

12

S

средний шаг местных выступов профиля, мм

13

Rmax

наибольшая высота профиля субшероховатости

14

Sm

средний шаг неровностей профиля субшероховатости

15

sост

остаточные напряжения, МПа

16

hs

глубина залегания остаточных напряжений, мм

17

Hm0

поверхностная микротвердость

18

hm

толщина поверхностного слоя

19

e

упругая деформация кристаллической решетки

20

lз

размер, форма и распределение зерен по слою и их кристаллографическая ориентация

21

rD

плотность дислокаций

Полная оценка значимости и назначение параметров качества ПС деталей машин представляет весьма сложную проблему при конструкторско-технологической подготовке их производства. Существующие аналитические подходы приемлемы для ограниченного круга реальных задач. Они часто не учитывают всего комплекса технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на надежность деталей. Поэтому для подтверждения расчетных значений параметров качества ПС наиболее ответственных деталей широко используются экспериментальные методы исследований на моделях и натурных образцах. Наиболее распространенными являются опытно-статистические методы, основанные на обобщении опыта изготовления и эксплуатации деталей и их сопряжений с подобными и близкими значениями влияющих факторов. Весьма важными являются имеющиеся статистические данные по эксплуатации прототипов проектируемых узлов или машин, а также опыт конструкторов и технологических служб.

На стадиях конструирования и анализа конструкций деталей на технологичность выявляют и уточняют реальные условия их функционирования (нагрузка, скорость, температура, окружающая среда и пр.) и требуемые показатели надежности. При этом учитывают наиболее нагруженные и подверженные интенсивному воздействию рабочей среды детали изделия. Особое внимание уделяется определению эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений, лимитирующих надежность и точность узлов и машины в целом, например, допустимый износ сопрягаемых деталей. На этой основе ведется поиск и изучение соответствующей научно-технической информации, подбор теоретических и эмпирических зависимостей и табличных данных, характеризующих качественную и количественную взаимосвязь между данными эксплуатационными свойствами и параметрами качества рабочих поверхностей. В ряде случаев выбор параметров качества рабочих поверхностей ответственных дорогостоящих деталей, обеспечивающих требуемые значения эксплуатационных свойств изделия в допустимых пределах их изменения, требует проведения специальных исследований. Параметры качества поверхностного слоя, определяющие основное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений, приведены в табл.2.

Таблица 2

Параметры качества поверхностного слоя, определяющие основное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений

Эксплуатационные свойства

Коды параметров поверхностного слоя

Контактная жесткость при нагружении:

первом

повторном

 

02; 04; 09; 10; 15; 17; 19; 20; 21

03; 09; 10; 11; 19; 20; 21

Коэффициент трения

04; 09; 10; 17

Износостойкость

02; 04; 09; 10; 11; 15; 19; 20; 21

Герметичность соединений

02; 04; 09; 10; 11

Прочность посадок

02; 04; 09; 10

Прочность деталей

09; 11; 16; 18; 20; 21

Усталостная прочность

08; 11; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21

Коррозионная стойкость

06/07; 10; 11; 13; 14; 15; 19; 20; 21

Поверхностная теплопроводность

01; 02; 03; 04; 06/07; 09; 10; 13

Термостойкость

20; 21

Выбор параметров качества ПС желательно выполнять с использованием параллельного проектирования, совмещающего: конструирование и выбор основного материала детали, определение размеров и их точности, параметров состояния поверхностного слоя и пр. Распространена практика, когда при конструировании деталей машин обычно учитывается влияние состояния поверхности на циклическую прочность и коррозионную стойкость [14]. Причем под качеством ПС часто понимают параметры макро- и микрогеометрии, точность размеров поверхности и твердость. Однако для нагруженных поверхностей ответственных деталей важную роль играют физико-механические характеристики ПС: степень и глубина наклепа, остаточные напряжения, искажения кристаллической решетки, плотность дислокаций, структурно-фазовые превращения, накопление пластической деформации, изменение химического состава и др. [8-10,15]. Это обусловливает целесообразность разработки теоретических и поиск эмпирических зависимостей между параметрами качества ПС и точности обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин. В настоящее время подобные зависимости существуют для весьма ограниченных условий и параметров эксплуатации деталей машин.

Решение этих задач часто связано преодолением ряда противоречий и ограничений. Так, например, требуемые физико-механические свойства поверхностного слоя детали не могут быть достигнуты при заданном ее основном материале, отсутствии соответствующих марок сталей, отсутствии технологических возможностей достижения выбранных точности размеров и параметров качества поверхностного слоя и пр. Для высоконагруженных ответственных деталей и сопряжений часто необходимо проведение оригинальных теоретических и экспериментальных исследований для определения влияния различных параметров качества поверхностного слоя на те или иные эксплуатационные свойства.

Преобладающими в производстве точных ответственных деталей являются операции механической обработки лезвийным и абразивным инструментом. Однако более полное технологическое обеспечение требуемых параметров качества поверхностного слоя деталей машин достигается методами упрочняющей инженерии поверхности с использованием предварительной и последующей обработки механическими и другими методов размерной и упрочняющей обработки. Таким образом, достижение высокого качества машин, и прежде всего их надежности, требует решения сложных задач обеспечения соответствующих параметров качества поверхностных слоев в процессе конструкторской и технологической подготовки производства.

Все более широко в машиностроении применяются детали с поверхностным упрочнением. Однако разработка технологических процессов (ТП) изготовления таких деталей затруднена ограниченностью сведений об особенностях их обработки. Существующие системы автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей машин не учитывают конструктивно-технологические особенности строения поверхностных слоев и параметры их качества, за исключением отдельных параметров шероховатости. Это требует соответствующей доработки существующих систем проектирования ТП, классификации и кодирования деталей.

3. Классификация и кодирование деталей машин по типам и параметрам качества поверхностных слоев. Конструкторско-технологическая классификация деталей машин широко используется при технологической подготовке производства для анализа и группирования номенклатуры деталей по конструкторско-технологическим признакам с последующей разработкой типовых групповых технологических процессов. На основе конструкторско-технологической классификации каждая деталь описывается классификационным кодом. Система кодирования должна обеспечивать однозначность присвоенного каждой детали определенного кодового обозначения и возможность расширения множества деталей, подлежащих кодированию без нарушения системы кодирования.

В классификаторе ЕСКД [4] детали подразделяются на следующие классы: 71 – тела вращения типа колец, дисков, шкивов, втулок, стаканов, крышек, валов, осей, шпинделей и др.; 72 - тела вращения с элементами зубчатого зацепления и др.; 73 - не тела вращения: корпусные, опорные, емкостные и др.; 74 - не тела вращения: плоскостные, рычажные, грузовые, тяговые, изогнутые из листов, полос, лент, аэродинамические и др.; 75 - тела вращения и (или) не тела вращения: кулачковые, карданные, арматуры, санитарно-технические, пружины, ручки, уплотнительные и др.

Детали машин отличаются широким разнообразием конструктивно и технологически сложных поверхностей, обработка которых требует длительной и трудоемкой технологической подготовки. Особенно это касается деталей из труднообрабатываемых сплавов, деталей с защитными и функциональными покрытиями и модифицированными поверхностными слоями, обработка которых имеет специфические особенности [16-18].

Анализ конструкций деталей на технологичность должен включать проверку соответствия строения и параметров качества поверхностных слоев их функциональному назначению. Условия работы технических поверхностей весьма разнообразны и развитие фундаментальных наук о поверхности твердого тела стимулировало разработку поверхностных слоев с разнообразными эксплуатационными свойствами. Кодирование поверхности по ее функциональному назначению или эксплуатационным свойствам выполняется двумя разрядами (табл. 3), а в случае многофункционального назначения комплексом таких разрядов. По функциональному назначению и требуемым эксплуатационным свойствам осуществляют выбор и проверку назначения конструктивно-технологических особенностей и параметров состояния поверхностного слоя. Для этого необходимо использование и создание соответствующих баз данных.

Таблица 3

Кодирование поверхностей по их требуемым эксплуатационным свойствам

Код

Требуемое эксплуатационное свойство поверхности

00

Контактная жесткость

01

Износостойкость

02

Антифрикционность

03

Фрикционность

04

Герметичность соединений

05

Прочность посадок

06

Прочность деталей

07

Усталостная прочность

08

Коррозионная стойкость

09

Поверхностная теплопроводность (термическое сопротивление)

10

Термостойкость (жаростойкость)

11

Антиадгезионность

12

Термобарьерные свойства

13

Диэлектрические свойства

14

Электропроводность

15

Интенсификация теплообмена

16

Уплотняемость соединений

17

Восстановление размеров и свойств поверхности

18

Радиационная стойкость

19

Повышение адгезионных свойств сухих поверхностей

20

Антипригарные свойства

21

Самовосстанавливаемость

22

Супергидрофобность

23

Контролируемая смачиваемость

24

Снижение гидросопротивления

25

Противообрастающие свойства

26

Работоспособность в условиях вакуума

27

Сенсорные свойства

28

Оптические свойства

29

Многофункциональные свойства

30

Прочие свойства и функции

Методы инженерии поверхности позволяют создавать различные конструкции поверхностных слоев из различных материалов. Их кодирование выполняется одной цифрой по данным табл. 4 и 5.

Таблица 4

Кодирование типа поверхностного слоя (ПС)

Код

Тип поверхностного слоя

0

ПС основного материала в состоянии предшествующей обработки

1

Модифицированный ПС основного материала (ОМ)

2

Дискретно модифицированный ПС ОМ

3

Сплошное однослойное покрытие

4

Сплошное покрытие с подслоем

5

Сплошное композиционное покрытие

6

Сплошное градиентное покрытие

7

Сплошное многослойное покрытие

8

Дискретное покрытие

9

Комбинированный ПС (сочетание покрытий с модифицированием ПС)

Таблица 5

Кодирование материала поверхностного слоя (ПС) по химическому составу

Код

Материал поверхностного слоя (ПС)

0

Основной материал (в соответствии с соответствующими таблицами колирования)

1

Покрытие из Fe, Ni, Cr, Al, Ti и сплавов на их основе

2

Покрытие из самофлюсующихся сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C и Fe-Cr-B-Si-C

3

Покрытие из Cu, Pb, Cd, St, бронзы, баббитов

4

Покрытие из Al, Zn

5

Покрытие из оксидов Al2O3, ZrO2, TiO2, Cr2O2, SiO2, CaO, Yo, MgO, Fe2O3

6

Покрытие из карбидов вольфрама в смеси с Со, самофлюсующимися сплавами, интерметаллидами Al, Ti, Ni

7

Покрытие из карбидов хрома и титана в смеси с самофлюсующимися сплавами, интерметаллидами Al, Ni, Ti и никельхромистыми сплавами

8

Покрытие из тугоплавких металлов W, Mo, Nb, Ta в чистом виде и в смеси с самофлюсующимися сплавами

9

Покрытие из керметов на основе смесей BN-Al-NiCr, Mg-ZrO2-NiCr, MgO-ZrO2 с

Al и Ni, графита с Al, Al2O3, Ni, алюминидом никеля, ZrO2 с алюминидом никеля

Каждый из параметров геометрии поверхности и физико-химического состояния поверхностного слоя кодируется одной цифрой по данным табл. 6 и 7.

Таблица 6

Кодирование параметров геометрии поверхности

Код
параметров

Hmax, мкм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra, мкм

Rp, мкм

Sm, мм

S, мм

0

400…500

50…60

12…15

25…40

100…125

10…12,5

3,5…5

1

300…400

40…50

9…12

16…25

85…100

8…10

2,75…3,5

2

250…300

30…40

6,5…9

12…16

60…80

6…8

2…2,75

3

200…250

20…30

4,5…6,5

8…12

50…60

4…6

1,25…2

4

150…200

15…20

3…4,5

5…8

40…50

2,5…4

0,75…1,25

5

100…150

10…15

2…3

2,5…5

30…40

1,25…2,5

0,5…0,75

6

50…100

5…10

1.2…2

1,6…2,5

20…30

0,5…1,25

0,25…0,5

7

20…50

3…5

0,4…1,2

0,8…1,6

10…20

0,2…0,5

0,032…0,25

8

10…20

1,5…3

0,2…0,4

0,1…0,8

5…10

0,032…0,2

0,016…0,032

9

3…10

0,08…1,5

0,08…0,2

0,01…0,1

0,032…5

0,0006…0,032

0,002…0,016

Таблица 7

Кодирование параметров физико-химического состояния поверхностного слоя

Код

параметра

±sост, МПа

hs, мм

uн, %

hн, мм

0

500…600

1,5…2,0

65…80

2,5…4

1

450…500

1…1,5

55…65

1,5…2,5

2

400…450

0,75…1,0

45…55

1…1,5

3

350…400

0,5…0,75

35…45

0,5…1

4

300…350

0,4…0,5

25…35

0,25…0,5

5

250…300

0,3…0,4

20…25

0,15…0,25

6

200…250

0,2…0,3

15…20

0,05…0,15

7

150…200

0,1…0,2

10…15

0,02…0,05

8

100…150

0,01…0,1

5…10

0,01…0,02

9

60…100

0.005…0,01

0…5

0,005…0,01

Большинство методов размерной и упрочняющей обработки характеризуется образованием существенной значительной неоднородности параметров качества поверхностного слоя – химического, структурного и фазового состава, остаточных напряжений, микротвердости, параметров микро- и субшероховатости и др. Например, при шлифовании поверхностей качения колец и роликов подшипников качения распространенными дефектами являются такие как трооститное пятно, забоина, метальная, закалочная или шлифовальная трещины, штриховой или пятнистый прижоги [19, 20]. В процессе профильной механической обработки поверхностей сложного профиля деталей образуются локальные технологические концентраторы напряжений, способствующие зарождению, росту усталостных трещин и последующему разрушению деталей в эксплуатации [21].

Локальные дефекты и неоднородность физико-химического состояния ПС также влияют на работоспособность поверхностей деталей, работающих в сложных условиях эксплуатации. Основными видами дефектов поверхности являются [22]: углубления (риски, царапины, трещины, поры, раковины, разрывы, расщелины, щели (трещины), закругления, выбоины); выпуклости (наросты, вздутия, чешуйки, включения, заусенцы, налеты), комбинированные (кратеры, нахлестки, задиры, остатки стружки), поверхностные и внешнего вида (отпечатки, разрушения и разъедания, корродирование, точечная коррозия, волосные трещины, пятна, обесцвечивание, полосы, слоистость, шелушение). Для наиболее нагруженных поверхностей ответственных деталей машин возможно также нормирование параметров допустимых дефектов поверхности. Один из возможных вариантов перечня параметров допустимых дефектов поверхности приведен в табл. 8.

 

Таблица 8

Перечень параметров допустимых дефектов поверхности

№ п/п

Параметры допустимых дефектов поверхности

1

Вид допустимого дефекта

2

Относительный размер дефектов

3

Общее число допустимых дефектов на данной поверхности детали с учетом установленных ограничений

4

Число допустимых дефектов на единицу площади поверхности

5

Общая площадь допустимых дефектов поверхности с учетом установленных ограничений

6

Площадь единичного дефекта поверхности, спроектированная на поверхность

7

Длина дефекта

8

Ширина дефекта

9

Форма и четкость границы пятна дефекта

10

Ориентация дефекта на поверхности

11

Высота (глубина) дефекта

12

Группирование и периодичность дефектов

Заключение

Разработаны принципы и методика классификации и кодирования поверхностей деталей машин на основе их конструктивно-технологических особенностей и качества поверхностных слоев. Применение предложенных принципов дополнительной конструкторско-технологической классификации деталей машин позволяет: 1) присваивать кодовые обозначения типовым обрабатываемым поверхностям с учетом их функционального назначения по условиям работы в процессе эксплуатации машины и выбора оптимальных конструктивно-технологических решений; 2) выполнять анализ конструкций деталей на технологичность по обеспечению их надежности и предупреждения их физических отказов, развивающихся в поверхностных слоях; 3) систематизировать опыт создания и применения поверхностно упрочненных деталей машин; 4) распределять детали по типам, видам, функциональному назначению и параметрам качества поверхностных слоев для разработки типовых и групповых технологических процессов их изготовления; 5) стимулировать разработку и применение технологий поверхностного упрочнения деталей; 6) совершенствовать системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

Список литературы

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 434 с.

2. Акулович Л.М., Шелег В.К. Основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении. М.: Новое знание, 2012. 488 с.

3. Епифанов В.В., Афанасьев А.Н. Автоматизированная система кодирования и классификации объектов производства // Автоматизация процессов управления. 2017. № 3 (49). С.49–55.

4. Классификатор ЕСКД. Классы 71, 72, 73, 74, 75. Иллюстрированный определитель деталей. М.: Изд-во стандартов, 1988. 401 с.

5. Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения. М.: Изд-во стандартов, 1988. 256 с.

6. Суслов А.Г. Наукоемкие технологии в машиностроении. М.: Машиностроение, 2012. 528 с.

7. Кудряшов Е.А., Алтухов А.Ю., Лунин Д.Ю. Технологический классификатор деталей и поверхностей, подлежащих обработке резанием // Обработка металлов. 2009. №. (45). С. 3–8.

8. Суслов А.Г. Инженерия поверхности деталей. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

9. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

10. Вивденко Ю.Н., Ляшков А.А., Резин С.А., Кусик Б.В. Конструкторско-технологическая классификация деталей как исходная база технологии их изготовления // Омский научный вестник. 2007. №. 2. С.106–108.

11. Ширялкин А. Ф., Угасин А. Н. Разработка методики классификации и кодирования информации о детали для технической подготовки и управления производством в авиастроении // Вестник УлГТУ. 2012. №2. С.24–31.

12. Сулима А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

13. Харламов Ю.А. Основы инженерии поверхностей трения. Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 288 с.

14. Орлов П.И. Основы конструирования: справочно-методическое пособие. Книга 1. М.: Машиностроение, 1988. 560 с.

15. Безъязычный В.Ф. Метод подобия в технологии машиностроения: монография. 2-е изд. М.; Вологда: Инфа-Инженерия, 2021. 356 с.

16. Харламов Ю.А., Хейфец М.Л. Формирование газотермических покрытий при производстве деталей; Нац. Акад. наук Беларуси, Отд. Физ.-техн. Наук, Нац. акад. наук Украины, Ин-т сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля. Минск: Беларуская навука, 2020. 416 с.

17. Харламов Ю.О. Обробка деталей при відновленні і зміцненні : Навчальний посібник. Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2007. 500 с.

18. Кожуро Л.М. Обработка износостойких покрытий. Мн.: Дизайн ПРО, 1997. 208 с.

19. Шумарова О.С., Игнатьев С.А., Самойлова Е.М. Автоматизация распознавания дефектов шлифовальных поверхностей деталей подшипников при вихретоковом контроле с обоснованием выбора вида вейвлета // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2015. № 1 (33). С. 121–132.

20. Горбунов В.В., Самойлова Е.М., Игнатьев А.А. Автоматизация вихретокового контроля поверхностного слоя деталей подшипников с применением технологии нейронных сетей // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2016. №4 (40). С. 114–122. DOIhttps://doi.org/10.21685/2072-3059–2016-4-11

21. Макаров В.Ф., Никитин С.П., Песин М.В., Горбунов А.С. Влияние локальных технологических концентраторов напряжений на эксплуатационные свойства обрабатываемых деталей // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2017. № 5. С. 31–37. DOI:https://doi.org/10.12737/article_591947e238a398.97451989

22. Табенкин А.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. Санкт-Петербург: изд-во политехн. ун-та, 2007. 136 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?