Обеспечения качества высокоточных соединений в условиях серийного производства на основе информационного сопровождения технологического процесса сборки

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016. В диссертации решена народнохозяйственная проблема современного машиностроения, заключающаяся в обеспечении сборки высококачественных соединений из деталей рядового качества в условиях серийного производства. На основе анализа методов получения высокоточных соединений обоснованы принципы построения технологических процессов комплектования и сборки, обеспечивающие требуемую точность в серийном производстве. Предложенные подходы, базирующиеся на использовании информации о действительных размерах деталей, являются общими для изделий среднего машиностроения и исключают незавершенное производство, обеспечивают минимизацию разброса параметров соединений в партии без необходимости повышения точности изготовления сопрягаемых деталей. Предложены новые методы комплектования на основе ранжирования, которые позволяют достичь точности, сравнимой с селективной сборкой. Статистическое моделирование показало технологические преимущества предлагаемых методов комплектования перед селективным комплектованием: отсутствие необходимости в большой серийности – эффективно уже при 10 комплектах, хорошие результаты при 20 – 50 комплектах; уменьшение незавершенного производства; более эффективное уменьшение разброса размеров замыкающего звена размерной цепи; простота компьютерной реализации алгоритма комплектования; устойчивость к изменениям параметров законов распределения размеров и недостаточной точности измерительного прибора, применимость как для двухзвенных, так и для многозвенных соединений. Новые методы комплектования опробованы в условиях производства высокоточных изделий топливной аппаратуры. Универсальная система контроля позволяет давать оценку действительным размерам с точки зрения достигаемой точности, для чего предложено использовать функцию убыли годности. В системе контроля годность размера непрерывно улучшается по мере приближения к оптимальному размеру. Устанавливая диапазоны годности, детали делят на категории качества. Предложенная методика позволяет проводить расчет размерных цепей, гарантирующий требуемую точность замыкающего звена для изделий повышенного качества. Оценку технологического процесса с точки зрения точности размеров предложено проводить при помощи функции плотности распределения годности размеров, которая представляет собой проекцию плотности распределения размера на функцию убыли годности. Усовершенствована статистическая трехпараметрическая модель прочности соединений с натягом, собираемых с термовоздействием, на сдвиг, которая определяет гарантированный нижний предел прочности при малом объеме испытаний. Предложенные оценки позволяют определять параметры модели, методика расчета показателей прочности цилиндрических соединений с натягом на сдвиг апробирована и рекомендуется для изделий средних размеров. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что прочность цилиндрического соединения с натягом, собранного с термовоздействием, при наличии погрешности геометрии формы снижается существенно, до трети. Наиболее неблагоприятна седлообразность, затем овальность и конусообразность, бочкообразность не приводит к существенному снижению. Чем больше габариты соединения, тем меньше влияние погрешности геометрии на прочность соединения с натягом. Рекомендуется более жесткое нормирование погрешности геометрии формы при изготовлении деталей ответственных соединений с натягом. Оно позволяет избежать значительного снижения прочности, так что снижение прочности не превышает 15%. Разработанные подходы к компьютерному моделированию индукционного нагрева деталей позволяют учитывать неравномерный нагрев различных участков детали и получать температурное поле, поле напряжений и деформаций при различных конструкциях индукционных нагревателей. Неравномерный нагрев дает переменные во времени звенья технологической сборочной размерной цепи, учет которых позволяет обеспечить качество сборки высокоточных соединений. Разработанная компьютерная программа для автоматизации процесса комплектования может применяться в условиях производства. Компьютерная программа задает, какие детали нужно взять в каждый комплект для получения соединений наилучшего качества, и приводит численные результаты эффективности комплектования. На основе предложенного комплекса лимитирующих точностных показателей сборки разработан проект стандарта организации «Соединения неразъемные с натягом, собираемые тепловым методом. Общие требования при проектировании, изготовлении и монтаже». В стандарте описаны методы, инструменты и критерии разделения изделий на три категории качества. Результаты исследования апробированы на серийных изделиях и внедрены на машиностроительных предприятиях Украины.Thesis for granting the Degree of Doctor of Technical sciences in speciality 05.02.08 – Manufacturing engineering. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2016. The thesis has solved a manufacturing problem of modern manufacturing engineering, which is connected to ensuring the assembly of high-quality joints from parts of ordinary quality in conditions of serial production. Considering the use and management of information on the actual size of the parts a method of kitting during the assembly has been proposed, which excludes incomplete production, provides minimization of joint parameters scatter in the party without the necessity of increasing the accuracy in the production of the combined parts. The effectiveness of the method has been thoroughly studied and a conclusion has been made about its applicability in conditions of serial production. An approach which divides the parts into quality categories according to the degree of approximation to the actual size of nominal characteristics has been proposed, and a calculation of dimensional chains based on the mentioned approach has been tested. The efficiency model for a cylindrical joint with pressure has been improved, and the model has been tested on experimental joints. The effect of the shape geometry errors on the efficiency of the joint with pressure assembled with heating has been studied, and advice on modelling the assembly process of joints assembled with heating has been given. The research results have been tested on serial products and implemented at machine-building enterprises of Ukraine.