Trumpa dalių apdirbimo tikslumo analizė
Įvadas
Apdirbimo tikslumas yra vienas iš svarbiausių gamybos kokybės atributų, tiesiogiai nulemiantis, ar pagamintas komponentas gali atlikti savo numatytą funkciją sąrankoje. Ji apima faktinių geometrinių ir fizinių apdirbtos dalies charakteristikų ir jos nurodytų projektavimo reikalavimų atitikties laipsnį. Norint atlikti bet kokią tikslią gamybos operaciją, būtina suprasti apdirbimo tikslumo prigimtį, jį įtakojančius veiksnius ir valdymo metodikas.
Apdirbimo tikslumo matmenys
Apdirbimo tikslumas nėra vienintelė sąvoka, bet apima kelis tarpusavyje susijusius matmenis, kurie bendrai apibrėžia detalės kokybę.
Matmenų tikslumas
Matmenų tikslumas reiškia laipsnį, kuriuo tikrasis apdirbto elemento dydis atitinka jo vardinę specifikaciją. Paprastai jis išreiškiamas tolerancijos juostomis, kurios apibrėžia priimtiną svyravimo diapazoną. Pavyzdžiui, kad veleno skersmuo, nurodytas kaip 25 000 milimetrų, su plius arba minus 0,010 milimetrų nuokrypa, turi būti nuo 24 990 iki 25 010 milimetrų, kad būtų priimtinas. Pasiekiamas matmenų tikslumas priklauso nuo apdirbimo proceso, staklių galimybių, medžiagos savybių ir aplinkos sąlygų. Tiksliu šlifavimu įprastai galima pasiekti plius arba minus 0,002 milimetro leistinus nuokrypius, o grubiai šlifuojant galima pasiekti tik plius arba minus 0,05 milimetro.
Geometrinis tikslumas
Geometrinis tikslumas yra susijęs su ypatybių forma, orientacija ir vieta, palyginti su idealiais geometriniais elementais. Tai apima keletą skirtingų kategorijų.
Formos tikslumas apibūdina nukrypimus nuo idealios formos. Tiesumas matuoja linijos elemento nuokrypį nuo tobulos tiesios linijos. Plokštumas įvertina paviršiaus nuokrypį nuo tobulos plokštumos. Apvalumas įvertina apskrito skerspjūvio nuokrypį nuo tobulo apskritimo{3}}. Cilindriškumas atsižvelgia į bendrą apvalumo, tiesumo ir smailėjimo išilgai cilindrinio paviršiaus poveikį.
Orientacijos tikslumas apibrėžia kampinį ryšį tarp požymių. Statmenumas nurodo nuokrypį nuo 90 laipsnių kampo tarp dviejų elementų. Lygiagretumas matuoja vienodą atstumą tarp dviejų tiesių ar plokštumų. Kampas kontroliuoja nuokrypį nuo nurodyto kampo, kitokio nei 90 laipsnių.
Vietos tikslumas reguliuoja objektų padėtį, palyginti su atskaitos taškais. Padėties tolerancija apibrėžia leistiną objekto centro nuokrypį nuo tikrosios padėties, dažnai išreiškiamą naudojant geometrinių matmenų nustatymo ir tolerancijos metodiką. Koncentriškumas užtikrina, kad vieno objekto ašis sutampa su nulinio taško ypatybės ašimi. Simetrija palaiko subalansuotą medžiagos pasiskirstymą apie atskaitos plokštumą.
Paviršiaus kokybė
Paviršiaus kokybė apima ir paviršiaus šiurkštumą, ir paviršiaus vientisumą. Paviršiaus šiurkštumas kiekybiškai įvertina smulkius apdirbto paviršiaus nelygumus, paprastai matuojamas kaip aritmetinis vidutinis šiurkštumas (Ra) mikrometrais. Tiksliuoju šlifavimu apdorotas paviršius gali pasiekti Ra 0,1 mikrometro, o grubiai tekinant Ra 3,2–6,3 mikrometro. Paviršiaus vientisumas apima ne tik topografiją, bet ir mikrostruktūrinius pokyčius, liekamuosius įtempius ir metalurginius pažeidimus, pvz., balto sluoksnio susidarymą arba mikroįtrūkimus, kurie gali turėti įtakos nuovargiui ir atsparumui korozijai.
Apdirbimo klaidų šaltiniai
Apdirbimo klaidos kyla dėl kelių šaltinių, kurie pjovimo proceso metu sąveikauja sudėtingais būdais.
Staklių klaidos
Staklės turi būdingų geometrinių netikslumų, kurie plinta į ruošinį. Padėties nustatymo paklaidos tiesinėse ir sukamosiose ašyse atsiranda dėl sraigto žingsnio paklaidų, guolio išsiveržimo ir kreipiamojo kelio tiesumo nukrypimų. Šiluminė deformacija sukelia konstrukcijos išsiplėtimą ir iškraipymus, kai mašina įšyla veikimo metu, ypač paveikdama veleno padėtį ir ašies kvadratą. Dinaminės klaidos atsiranda esant pjovimo apkrovoms dėl mašinos konstrukcijų, įrankių laikiklių ir tvirtinimo detalių įlinkio. Mechaninių pavarų sistemų atstumas sukuria padėties nustatymo neapibrėžtumą keičiant kryptį.
Tool{0}}Susijusios klaidos
Pjovimo įrankiai prisideda prie tikslumo naudojant kelis mechanizmus. Įrankio susidėvėjimas laipsniškai keičia pjovimo briaunos geometriją, sukeldamas matmenų poslinkį ilgo apdirbimo metu. Įrankio įlinkis, veikiant pjovimo jėgoms, sukelia formos paklaidas, ypač ilgose, plonose galinėse frezose arba gręžimo strypuose. Dėl netobulo įrankio tvirtinimo nutekėjimo susidaro daug -skilčių formos ir prasta paviršiaus apdaila. Sudėtas{5}}įrankio antgalio briaunų formavimas laikinai pakeičia efektyvią pjovimo geometriją, todėl atsiranda dydžio svyravimų ir paviršiaus defektų.
Su ruošiniu{0}}Susijusios klaidos
Pats ruošinys kelia tikslumo iššūkių. Medžiagos nehomogeniškumas sukelia kintamą pjovimo atsparumą ir nenuoseklų drožlių susidarymą. Likęs įtempis, atsiradęs dėl ankstesnio apdorojimo, pavyzdžiui, liejimo, kalimo ar suvirinimo, apdirbimo metu gali išsiskirti ir sukelti iškraipymus. Šiluminis plėtimasis pjovimo metu keičia ruošinio matmenis nuo matavimo iki apdirbimo. Suspaudimo deformacija dėl per didelės tvirtinimo jėgos pakeičia atsipalaidavusią formą atjungiant. Medžiagų, tokių kaip austenitinis nerūdijantis plienas, grūdinimas padidina atsparumą pjovimui ir pagreitina įrankio susidėvėjimą vėlesniuose važiavimuose.
Procesas-Susijusios klaidos
Pjovimo parametrai ir proceso projektavimas turi įtakos pasiekiamam tikslumui. Per didelės pjovimo jėgos dėl agresyvių parametrų sukelia sistemos deformaciją. Nepakankamas apdirbimo sistemos tvirtumas sukelia vibraciją ir triukšmą, dėl kurio pablogėja paviršiaus apdaila ir matmenų stabilumas. Netinkamos įrankio kelio strategijos sukuria kintamas pjovimo sąlygas, dėl kurių atsiranda formos klaidų. Netinkamas aušinimo skysčio naudojimas sukelia terminius iškraipymus ir prastą drožlių pašalinimą.
Aplinkos klaidos
Gamybos aplinka turi įtakos tikslumui. Aplinkos temperatūros svyravimai sukelia staklių ir ruošinio šiluminį plėtimąsi. Dalis, išmatuota 25 laipsnių Celsijaus, bet apdorota 20 laipsnių Celsijaus temperatūroje, turės skirtingus matmenis dėl šiluminio plėtimosi koeficiento poveikio. Netoliese esančios technikos ar eismo vibracija sklinda per pamatą, trikdydama smulkius apdailos darbus. Drėgmės svyravimai turi įtakos kai kurioms medžiagoms, ypač polimerams ir tam tikriems aliuminio lydiniams.
Tikslumo kontrolės metodikos
Norint kontroliuoti apdirbimo tikslumą, reikia sistemingų požiūrių, apimančių projektavimą, procesų planavimą, įrangos pasirinkimą ir procesų valdymą-.
Tikslumo dizainas
Projektavimo sprendimai iš esmės riboja pasiekiamą tikslumą. Tolerancijos paskirstymas turėtų paskirstyti griežtus leistinus nuokrypius tik funkciškai svarbioms savybėms, kitur taikant laisvesnius reikalavimus, siekiant sumažinti gamybos sąnaudas. Atrankos taškas turėtų sukurti nuoseklius atskaitos rėmus, kurie palengvintų matavimą ir apdirbimą. Funkcijų prieinamumas turi užtikrinti, kad tikslūs paviršiai būtų pasiekiami tinkamais pjovimo įrankiais be trukdžių. Renkantis medžiagą, kartu su mechaninėmis savybėmis reikia atsižvelgti į apdirbamumą ir terminį stabilumą.
Procesų planavimas
Efektyvus proceso planavimas seka operacijas, kad palaipsniui būtų pasiektas tikslumas. Neapdorotas apdirbimas pašalina birią medžiagą, tuo pačiu nustatant pagrindinius atskaitos taškus, sąmoningai paliekant atsargas tolesnei apdailai. Tarpinės operacijos, tokios kaip įtempių mažinimo terminis apdorojimas, stabilizuoja ruošinį prieš precizinį apdirbimą. Apdirbant galutinį apdirbimą, galutiniai matmenys pasiekiami naudojant minimalias pjovimo jėgas ir optimalias įrankio sąlygas. Galutinis šlifavimo arba šlifavimo operacijos užtikrina didžiausią kritinių paviršių tikslumą.
Remiantis atskaitos taško nuoseklumo principu, apdorojimo metu išlaikomi tie patys atskaitos paviršiai, kad būtų sumažintos susikaupusios padėties nustatymo klaidos. Kai reikia pakeisti atskaitos tašką, atidžiai išmatuokite ir apskaičiuokite ryšį tarp atskaitos kadrų.
Staklių parinkimas ir kvalifikacija
Mašinos pasirinkimas turi atitikti tikslumo reikalavimus ir galimybes. Mašinos geometrinis tikslumas turėtų būti patikrintas atliekant priėmimo bandymus, įskaitant lazerinį interferometriją padėties nustatymo tikslumui nustatyti, rutulinio strypo bandymą, siekiant nustatyti apskrito interpoliavimo tikslumą, ir veleno nubėgimo matavimą. Tūrinių klaidų kompensavimas programine įranga taisant žinomas geometrines klaidas padidina pasiekiamą tikslumą. Šilumos valdymas per aušinimo skysčio temperatūros valdymą, veleno aušinimą ir simetrišką mašinos konstrukciją sumažina šiluminį poslinkį. Reguliarus pakartotinis kalibravimas išlaiko tikslumą per visą mašinos gyvavimo ciklą.
Pjovimo parametrų optimizavimas
Parametrai turi suderinti našumą su tikslumo reikalavimais. Mažesnis pjovimo gylis ir pastūmos greitis sumažina pjovimo jėgas ir susijusias deformacijas. Didesnis pjovimo greitis gali pagerinti paviršiaus apdailą esant stabilioms pjovimo sąlygoms, tačiau gali sustiprinti šiluminį poveikį. Konservatyvūs apdailos praėjimų parametrai išsaugo tikslumą, nustatytą grublėtomis operacijomis. Adaptyvios valdymo sistemos, reguliuojančios padavimo greitį pagal išmatuotas pjovimo jėgas, palaiko pastovią apkrovą ir apsaugo nuo perkrovos{4}}sukeltų klaidų.
Matavimas ir atsiliepimai
Tikslus matavimas leidžia aptikti ir ištaisyti klaidas. Atliekant-proceso matavimą naudojant jutiklinius zondus arba lazerines sistemas, prieš išimant dalį patikrinami kritiniai matmenys, todėl, jei reikia, galima nedelsiant pakeisti. Statistinis proceso valdymas seka matmenų tendencijas visose gamybos partijose ir suaktyvina prevencinį koregavimą prieš pažeidžiant tolerancijos ribas. Temperatūros-kompensuotas matavimas atspindi šiluminį plėtimąsi tikrinimo metu. Koordinatės matavimo mašinos suteikia visapusišką geometrinį patikrinimą ir atsekamumą iki nacionalinių standartų.
Aplinkos kontrolė
Tiksliam apdirbimui naudinga kontroliuojama aplinka. Temperatūros stabilumas 20 plius arba minus 1 laipsnio Celsijaus yra standartinė didelio-tikslumo operacijų praktika. Vibracijos izoliacija naudojant tam skirtus pamatus, pneumatines spyruokles arba aktyvias slopinimo sistemas apsaugo jautrias apdailos operacijas. Švaraus oro filtravimas neleidžia abrazyvinėms dulkėms užteršti tikslių paviršių ir kreipiamųjų.
Tikslumo ekonomika
Ryšys tarp tikslumo ir sąnaudų seka staigiai kylančia kreive. Su įprastine įranga pasiekti plius arba minus 0,1 milimetro leistinus nuokrypius yra palyginti nebrangu. Norint priveržti iki plius arba minus 0,01 milimetro, reikia geresnių mašinų, įrankių ir aplinkos kontrolės. Norint pasiekti plius ar minus 0,001 milimetro, reikia specializuotos įrangos,{6}}kontroliuojamos temperatūros ir aukštos kvalifikacijos operatorių, o išlaidos auga eksponentiškai. Todėl racionali tolerancijos specifikacija, pagrįsta funkciniais reikalavimais, o ne savavališku sandarumu, yra ekonominės gamybos kertinis akmuo.
Išvada
Apdirbimo tikslumas atsiranda dėl sudėtingos mašinos galimybių, įrankių našumo, ruošinio charakteristikų, proceso projektavimo ir aplinkos sąlygų sąveikos. Norint pasiekti ir išlaikyti reikiamą tikslumą, reikia sistemingai atkreipti dėmesį į kiekvieną įtaką darantį veiksnį visoje gamybos sekoje. Užuot vertinę tikslumą tik kaip į matavimo rezultatą, sėkmingi gamintojai jį traktuoja kaip holistinę sistemos savybę, kuri turi būti įtraukta į procesą nuo pat ankstyviausių planavimo etapų. Kadangi pramonės šakos reikalauja vis tikslesnių komponentų, skirtų nuo puslaidininkių gamybos iki medicininių implantų, tikslumo kontrolės disciplina toliau tobulėja, apimanti pažangią metrologiją, kompensaciją realiuoju laiku ir pažangią procesų stebėseną, siekiant išplėsti gamybos ribas.
