киЇвський національний університет технологій та дизайну

павлова ганна олексіївна

УДК 658.562:621.757

Розробка нормативного забезпечення технологій складання з’єднань з натягом при індукційному нагріві

Спеціальність 05.01.02 – стандартизація і сертифікація

автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертація є рукописом

Роботу виконано на кафедрі технології машинобудування Української інженерно-педагогічної академії Міністерства освіти і науки України, м. Харків

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Арпентьєв Борис Михайлович

Українська інженерно-педагогічна академія (м. Харків),

завідувач кафедри технологій і управління якістю в

машинобудуванням

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Петко Ігор Валентинович

Київський національний університет технологій та дизайну (м. Київ), кафедра електромеханічних систем

кандидат технічних наук, доцент

Лапковський Сергій Вікторович

Національний технічний університет України “КПІ” (м. Київ), кафедра технології машинобудування

Провідна установа: Донецький національний технічний університет

(м. Донецьк)

Захист відбудеться “ ” 2003 р. о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.01 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, вул. Немировича-Данченка, 2, ауд. 1-0428.

Автореферат розісланий “ ” 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради,к. т. н., доцент Г.І. Хімічева

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вступ України до ВТО і ЄС потребує гармонізації нормативної документації, підвищення якості і конкурентоспроможності вітчизняної продукції. Тому якість продукції в даний час набула статусу соціальної і суспільної проблеми. Рівень якості продукції формує економічний авторитет держави. Змагання на ринку, правові норми захисту споживачів, закони про відповідальність за продукцію та система патентування вимагають нового підходу до технологічних процесів, які повинні забезпечувати створення продукції гарантованої якості. Сучасні ринкові відносини вимагають частих переходів до випуску нових високоякісних виробів у короткий термін з мінімальними витратами. Забезпечити це можливо при широкій стандартизації і обмеженню різноманітності не тільки елементів виробів, але і технологічного забезпечення.

Стандартизація виробів та їхніх елементів носить головним чином галузевий характер і відносно розвинута. Що ж до технологічного забезпечення, то аналіз показав, що воно стандартизоване зовсім недостатньо. Наприклад, серед ДСТУ на процеси існує лише ДСТУ 2806-94 “Лазерне зміцнення деталей штампового оснащення із вуглецевих і легованих інструментальних сталей. Типовий технологічний процес.” Тобто задача створення нормативного забезпечення процесів складання є дуже актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає науковому напрямку досліджень кафедри технологій та управління якістю в машинобудуванні і міжкафедральної науково-дослідної лабораторії складальних процесів Української інженерно-педагогічної академії, що виконуються відповідно до державної науково-технічної програми “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні”, що координуються Міністерством освіти і науки України (тема 02-01ДБ № ДР 0102U001859)

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка норматив-ного забезпечення енергозберігаючої технології складання (при використанні нагріву) і способу неруйнівного контролю якості відповідальних з'єднань з натягом .

Для досягнення поставленої мети автору необхідно вирішити наступні задачі:

1. Проаналізувати технологічні процеси складання (ТПС), способи контролю з'єднань з натягом і визначити параметри, що лімітують і контролюють технологічний процес складання з нагрівом.

2. Розробити технологічну класифікацію з'єднань і на її основі групові операції складання з використанням нагріву, а також типові технологічні цикли.

3. Розробити ТПС, з обмеженою різноманітністю, за рахунок використання групових операцій складання.

4. Розробити математичну модель мінімізації рівня нагріву деталі перед складанням, що враховує граничні значення параметрів, які лімітують режими нагріву і фізико-механічні властивості матеріалу.

5. Одержати залежності для розрахунку параметрів, які лімітують ТПС і процес контролю якості з'єднання.

6. Розробити методику контролю якості з'єднання та експериментально перевірити аналітично отримані залежності.

7. Розробити нормативну документацію (НД) на ТПС з'єднань з натягом при використанні індукційного нагріву.

Об'єкт досліджень. Нормативне забезпечення технологічних процесів складання.

Предмет досліджень. Нормативне забезпечення якості технологічних процесів складання з'єднань з натягом при використанні нагріву і якості одержаного з'єднання.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження базуються на положеннях технології машинобудування, стандартизації (в тому числі обмеження різноманітності і класифікації виробів та процесів), теорій міцності і теплопередачі; математичної статистики, системного аналізу, математичного моделювання й оптимізації. Експериментальні дослідження виконувалися з використанням теорії планування експерименту і статистичної обробки даних, сучасної вимірювальної апаратури, дослідного устаткування.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі аналізу виробничого досвіду, теоретичних і експериментальних досліджень процесів складання і контролю з'єднань з натягом при використанні нагріву виявлені параметри, що лімітують і кон-тролюють ТПС, а також нормативні параметри, які необхідні для розробки НД. А саме:

- запропоновано класифікацію з'єднань з натягом і на її основі розроблені складальні операції і типові цикли складання, з обмеженою різноманітністю, з використанням нагріву;

- побудовано математичну модель нагріву деталей перед складанням, що дозволяє зменшити витрати теплової енергії при забезпеченні необхідної якості виробу на основі заданих значень нормативних параметрів ТПС;

- запропоновано методику неруйнівного контролю статичної міцності з'єднань на основі використання інформативного параметра _власних частот коливань та теплового імпульсу.

Практична цінність роботи полягає в тому, що:

- розроблено інженерну методику розрахунку режимів складання за часом і температурою з використанням індукційного нагріву, що забезпечує найменші витрати теплової енергії і найбільшу продуктивність;

- запропановано програма для розробки ТП з використанням ЕОМ ;

- розроблено комплект НД, що включає проект стандарту (СТ) і два керівних технічних матеріали (КТМ) на виконання технологічних процесів складання з індукційним нагрівом, що дозволяє забезпечити одержання якісної продукції.

Наукові результати використані у технології складання комплекту кілець підшипників з віссю вагонної пари рейкового транспорту.

Дослідження проводилися в лабораторних умовах і на виробництві.

Особистий внесок здобувача. У спільних роботах автором виконані поста-новки задач досліджень; розроблені, теоретично обґрунтовані методики їхнього роз-в’язання, систематизовані й оброблені результати. Зокрема, розроблені: технологічна класифікація з’єднань, складальні операції та цикли з обмеженою різноманітністю; методика контролю, програма проектування складання з нагрівом; проекти НД.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи було повідом-лено й обговорено на конференціях і семінарах, зокрема на міжнародній конференції “Складання в машинобудуванні” (Свалява-2001), 9-й науково-практичній конферен-ції країн СНД “Сучасні інформаційні й енергозберігаючі технології життєзабезпе-чення людини” (Чернівці-2001), науково-практичній конференції молодих учених “Семковские чтения” (Харків, ХДПІ-2001), міжнародній науково-практичній конференції “Якість, стандартизація і контроль: теорія і практика” (Ялта, 2002). Робота також доповідалася на науково-методичних семінарах кафедри технологій та управління якістю в машинобудуванні Української інженерно-педагогічної академії.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 наукових статей, у тому числі 6 ста-тей у спеціалізованих виданнях ВАК України і 1 _у спеціалізованому виданні ВАК Росії.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків до розділів, загальних висновків, списку використаної літератури і додатків. Повний обсяг дисертації складає 160 сторінок з 18 рисунками, 17 таблицями і списком використаних джерел з 165 найменувань на 11 стор. Додатки складаються з 25 сторінок і включають 3 допоміжних таблиці, програми і результати розрахунків, акти, що підтверджують використання результатів.

зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність розробленої наукової проблеми, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено наукову новизну роботи і практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналіз сучасного стану проблеми нормативного забезпечення ТПС. Виявилося, що на сьогоднішній день серед стандартів на технолог-гічні процеси існують тільки стандарти на нанесення покриттів (гальванічними, лазерними способами). По складанню існують НД: ГОСТ 11018-64 “Тепловозы и электровозы. Колесные пары. Технические требования”, ГОСТ 4835-80 “Колесные пары для вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия”, також керівний технічний матеріал “Метод тепловой сборки осей с колесами при формировании и ремонте колесных пар тепловозов и путевых машин”. Комплексного НД на складання з’єднань з натягом з індукційним нагрівом не існує.

Зроблений аналіз існуючих класифікацій з’єднань, що ґрунтуються на різних класифікаційних ознаках, показав, що жодна з класифікацій не може бути використана для створення НД на складання. Відсутня системна класифікація параметрів складання з’єднань з термовпливом і, як наслідок, не має обмеження різноманітності таких ТПС, включаючи їхні цикли.

Задача оптимізації нагріву при місцевому термовпливі на деталь до цього часу не вирішена. Для індукційного нагріву вона є актуальною, оскільки місцевий нагрів деталі викликає термічні напруження.

У КТМ на теплове складання колісних пар регламентується руйнівний контроль. Розглядання існуючих способів неруйнівного контролю показало, що промислову пер-спективу має контроль частотним методом, коли оцінюється щільність контакту деталей.

У другому розділі розроблено технологічну класифікацію з'єднань, що враховує принципи класифікації складальних одиниць за класифікатором ЄСКД і технологічність з’єднань для складання з використанням індукційного нагріву.

Класифікацію побудовано за фасетним методом з рівнобіжним поділом безлічі видів з'єднань на незалежні класифікаційні угрупування, і методично побудовано у відповідності з технологічним класифікатором деталей. В якості класифікаційних ознак використовуються конструктивно-технологічні характеристики з'єднань. З'єднання групуються за загальними (постійним) ознаками, характерними для усіх видів з'єднань, і змінними (додатковим), характерними тільки для даного виду з'єднання. Фрагмент класифікатора представлено в табл. 1.

Таблиця 1

Характеристика з'єднань по розташуванню

Код | Характеристика з'єднань | Схематичне зображення

0 | Однобічне, одноступінчасте на крайній ступені

1 | Однобічне, багатоступінчасте на крайніх ступенях

2 | Однобічне, одноступінчасте не на крайній ступені

3 | Однобічне, багатоступінчасте не на крайніх ступенях

4 | Двостороннє, одноступінчасте на крайніх ступенях

5 | Двостороннє, багатоступінчасте на крайніх ступенях

6 | Двостороннє, одноступінчасте не на крайніх ступенях

7 | Двостороннє, багатоступінчасте не на крайніх ступенях

Закінчення таблиці 1

8 | Багатоелементне на гладкій осі

9 | Багатоелементне на ступінчастому валу

Класифікатор кодується за 14 знаками, з яких перші 6 включають загальні ознаки і наступні 8 – змінні. Вид з'єднання зв'язує постійну частину коду зі змінною. Технологічний класифікатор з'єднань є ланкою, що зв'язує специфіковану складальну одиницю, різні з'єднання в ній та деталі, що входять у ці з'єднання. Структура загального конструкторсько-технологічного коду з’єднань представлена на рис. 1.

Загальні ознаки для усіх видів з'єднань: 1) розмірна характеристика (габаритна), кодування виконується трьома знаками, що характеризують загальні габаритні розміри з'єднання (перший знак – ширина чи діаметр (від 1 до 9), другий знак – довжина (від 1 до 9), третій знак – висота (від 1 до 9), у з'єднаннях, що мають першим знаком коду діаметр, на третьому місці ставиться 0); 2) характеристика маси з'єднання, кодується одним четвертим знаком (від 1 до 9) у порядку зростання маси; 3) вид з'єднання за способом утворення зв'язує ознаки, загальні для всіх видів з'єднань, з додатковими ознаками, характерними для даного виду з'єднань, кодування виконується двома знаками (п'ятим і шостим (від 01 до 99)).

Ознаки для з'єднань з натягом, зібраних з термовпливом або під пресом: 1) наявність і характер термовпливу на деталі, що збираються, (кодується одним знаком (від 0 до 9) у залежності від способу термовпливу); 2) характеристика з'єднань за розташуванням (одним знаком (від 0 до 9) у залежності від кількості і розташування деталей щодо площини, перпендикулярної до осі з'єднань) (табл. 1); 3) складність гладеньких з'єднань (одним знаком (від 0 до 9) у залежності від кількості посадочних поверхонь у площині паралельній осі та особливостей складання (в упор чи без упору)); 4) додаткова розмірна характеристика (трьома знаками: діаметр посадочної поверхні (від 0 до 9), довжина посадочної поверхні (від 0 до 9), діаметр отвору в охоплюваній деталі (від 0 до 9)); 5) величина розрахункового натягу (двома знаками: найбільший натяг (від 0 до 9) і найменший (від 0 до 9)).

На підставі класифікації було розроблено операції складання (табл. 2) та складальні цикли з обмеженою різноманітністю (табл.3), що виключають втрати тепла нагрітою деталлю, внаслідок її перестою перед складанням.

Таблиця 2

№ п/п | складальна одиниця | базова деталь | вид складання | послідовність складання | напрямок приєднання переміщуваної деталі | номер коду

1 | двохелементні | вал | вертикальне | одностороння | зверху | в11в

знизу | в11н

горизонтальне | одностороння | г11

втулка | вертикальне | одностороння | зверху | в21в

знизу | в21н

горизонтальне | одностороння | г21

2 | трьохелементні | вал | вертикальне | двостороння | в12

з кантуванням валу | зверху | в13в

знизу | в13н

горизонтальне | двостороння | г12

з кантуванням валу | г13

втулка | вертикальне | з кантуванням валу | зверху | в23в

знизу | в23н

горизонтальне | з кантуванням валу | Г23

Схеми технологічних операцій складання з'єднань з обмеженою різноманітністю

Для двохелементної складальної одиниці, яку складають на окремому від нагрівача верстаті (стенді), цикл складання при суміщенні часу установки охоплюваної деталі (вал) і нагріву охоплюючої деталі (втулка) становить:

ц т тр з , (1)

де т - час установки деталі в пристрій для нагріву, нагрів і знімання деталі (тривалість завантаженості позиції нагріву); тр - час транспортування нагрітої деталі (завантаженість транспортного засобу); з - час орієнтування, скріплення деталей у з'єднання, а також знімання одиниці зі складальної позиції (завантаженість позиції складання). Якщо складальний пристрій сполучено з нагрівачем, то тр = 0.

При одночасній установці двох нагрітих деталей на базову за допомогою скла-дального верстата і з використанням одного транспортного засобу і двох нагрівачів (при такій схемі існують втрати тепла нагрітих деталей за рахунок послідовності їх транспортування на складальну позицію), цикл розраховується наступним чином:

ц т1,2 тр1 тр2 з , (2)

де т1,2 – тривалість одночасного нагріву обох деталей; тр1, тр2 – час подачі нагрітих деталей 1 і 2 та їх установка на позиції складання.

Рівняння для розрахунку циклів складання багатоелементних складальних одиниць отримано з припущення, що є n різних операцій циклу складання з'єднань з нагрівом, кожна з яких має характеристики A1, A2, … An... Наприклад, операція нагріву деталі _A1, операція складання з'єднання – A2, транспортні операції – A3 і A4. При цьому, під час A1 можуть або здійснюватися інші операції циклу, або не здійснюватися. Крім того, операції можуть виконуватися чи послідовно, чи одночасно. Виключенням є транспортні операції, що між собою не перекриваються. Позначимо через (A1A2…An) час загального циклу складання. Тоді, використовуючи формулу числа елементів суми безлічей, маємо:

(A1A2…An)=(A1)+(A2)+…+(An)-{(A1A2)+(A1A3)+…+(An-1An)}+

+{(A1A2A3)+(A1A2A4)+…+(An-2An-1An)}-…+(-1)n-1(A1A2…An), (3)

де (AiAj) – спільний час виконання операцій Ai і Aj ; (A1A2…An) _спільний час виконання всіх n операцій.

Тут алгебраїчна сума поширена на всі комбінації характеристик складання A1, A2, … An (без урахування їхнього порядку), причому знак “-” ставиться, якщо число характеристик парне, і знак “+”, якщо це число непарне. Оскільки перетинання A1 A2 = і A3 A4 = , тобто пуста множина (рис. 2), то

(A1 A2 A3 A4) = (A1) + (A2) + (A3) + (A4) -

- (A1A3) - (A1A4) - (A2A3) - (A2A4) (4)

Формула (4) – є загальною для розрахунку циклу складання з нагрівом деталей із заданими обмеженнями, а формула (3) – загальна для будь-якого випадку складання (не обов'язково з нагрівом). Результати розрахунків за (4) для деяких багатоелементних з’єднань при різних умовах наведено в табл. 3.

Таблиця 3

Технологічні цикли складання з нагрівом з обмеженою різноманітністю

Кількість деталей, які нагрівають | Умови | Рівняння циклу, ц

n | н i cб i | н сб i тр

н i cб i | н 1 сб тр

3 | н 2 cб 1 ; н 3 cб 2н 1 + н 2 + cб 2 + cб 3 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2н 1 + н 3 + cб 2 + cб 3 + тр

4 | н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3н 1 + н 2 + н 3 + cб 3 + cб 4 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3н 1 + н 2 + н 4 + cб 2 + cб 4 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3 | н 1 + н 2 + сб 2 + cб 3 + cб 4 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3н 1 + н 3 + сб 1 + cб 3 + cб 4 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3н 1 + н 4 + сб 1 + cб 2 + cб 4 + тр

н 2 cб 1 ; н 3 cб 2 ; н 4 cб 3н 1 + н 3 + н 4 + cб 1 + cб 4 + тр

У третьому розділі виконано дослідження технології складання з нагрівом з метою визначення нормативних параметрів процесу складання і раціоналізації нагріву по критерію енергозбереження.

Виявлено нормативні параметри складання, що знаходяться у фізичному взаємозв’язку: температури нагріву і складання, сила складання, час транспортування нагрітої деталі.

Розглянуто нагрів осесиметричних конструкцій ступінчастого профілю (рис.3). Задача зводилася до визначення такого розподілу температури T(r,z) у конструкції, що забезпечує розширення отвору ступиці по всій її довжині не менше заданого ?, при мінімізації кількості енергії Q, що витрачається, і при обмеженнях по температурі і напруженням: T0=T(r,z) = Tmax, уi = [у]. Початкова умова – деталь має однакову тем-пературу в усіх точках. Контури деталі вільні, матеріал пружний, ізотропний з відомими фізико-механічними властивостями.

Оскільки для такої конструкції неможливо одержати аналітичні залежності для обмежень виду то у цьому випадку застосовуються методи прямого пошуку, в яких використовуються тільки значення функції. Використовуємо комплексний метод М.Бокса з застосуванням метода кінцевих елементів. Результати досліджень наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Напруження та енерговитрати при локальному нагріві деталей

Деталі – тіла обертання (втулки) | Напруження , МПа | Енерговитрати Q, Дж | З зовнішньою поверхнею гладкою |

З зовнішньою поверхнею ступінчастою | Примітка: r1 и r2 – внутрішній і зовнішній радіуси втулки відповідно, мм;

_коефіцієнт лінійного розширення, 1/С; _щільність, кг/м3;

c – питома теплоємність, Дж/(кгС); h – товщини ділянок втулки, мм;

_припустиме напруження, МПа

Задача розв’язується методом початкових параметрів: розглядається нагрів втулки по ділянках – ступиця, диски, обід (рис. 3). На рис. 4 представлено залеж-ність витрат енергії Q і припустимих напружень матеріалу [?] від температур Т1 і Т2 при нагріві деталі, що має ступицю з зовнішнім радіусом r2=140 мм, радіусом отвору ступиці r1=85 мм і висотою h1=120 мм, диском товщиною h2=30 мм з r3=230 мм і ободом висотою h3=100 мм з r4=280 мм, з характеристиками матеріалу: модуль пруж-ності Е=0.21106 МПа; коефіцієнт Пуассона х=0.33; щільність с=7800 кг/м3; питома теплоємність с=26.4 Дж/кгград; коефіцієнт лінійного розширення в=11.910-6 град-1.

На рис.5 наведено оптимальні температурні поля (а) і відповідні їм напруження (б) в деталі при її нагріві. Криві з індексом 1, 2, 3 відповідають припустимим напруженням [у]=200, 300, 400 МПа.

Результати розрахунків свідчать про те, що економія енергії при локальному нагріві деталі може скласти в порівнянні з рівномірним нагрівом більше 50% при [у]400 МПа.

Контроль якості виробу обов’язковий розділ стандарту на процес. Якість з’єднання оцінюється за його здатністю до передачі навантажень. Статична міцність з’єднань залежить від площі контакту і контактного тиску , які залежать від величини натягу і розміру зовнішнього діаметра втулки. Однак точність частотного методу контролю для відповідальних з’єднань не достатня, оскільки становить 20 %. Однак його точність може бути підвищена за рахунок відносності вимірювань.

Контрольна операція виконується наступним чином (рис.6). Відомі: еталонне значення fkЕ коливань для даного типу з'єднань, а також fk min і fk max. Збуджують у з'єднанні коливання і вимірюють їх, одержуючи деяке значення fk1. Далі діють на втулку каліброваним тепловим імпульсом (3...5 c) і, по закінченні, знову вимірюють частоту коливань та одержують значення fk2. Очевидно, що та сама величина розширення втулки буде складати різну частину для більшого і меншого натягів. Тому будуть відповідно різні і fk1-fk2 = fk.

З'єднання з даної партії має достатню міцність, якщо виконується умова

fk max fk fk min , (5)

де fk max - розрахункова зміна власних частот коливань при програмованому зменшенні Nmax на задану величину N; fk min - розрахункова зміна частоти коливань при зменшенні Nmin на N. N в результаті імпульсного нагріву повинно складати 15-20% від Nmin.

Інформативним параметром цього методу контролю є fk – зміна частоти коли-вань між першим і другим вимірюваннями. Величину fk , крім систематичних похи-бок, за рахунок постійної зміни розмірів деталі і властивостей матеріалу при нагрі-ванні, а також можливого перетікання тепла від втулки до вала через зону контакту, спотворює тільки інструментальна похибка. Її величина, як відомо, невелика (до 1%).

В якості нормованих параметрів дослідженого методу неруйнівного контролю доцільно прийняти: 1) припустимі мінімальні і максимальні величини частот власних коливань з'єднання (fk, Гц); 2) потужність теплового імпульсу (W, кВт), яка повинна обмежуватися припустимою температурою нагріву зовнішньої поверхні втулки; 3) тривалість теплового імпульсу (, с), протягом якого температура посадочної поверхні втулки, не повинна збільшитися більш, ніж на 2-3С.

Методика контролю з'єднання є наступною: 1) добирається величина N зменшення Nmin у результаті теплового впливу; 2) розраховується температура нагріву втулки; 3) розраховується величина теплового імпульсу, що забезпечує задане N; 4) визначається потужність індуктора, що створює тепловий імпульс протягом 5-10 с; 5) збираються по одному з'єднанню з Nmin і Nmax натягами; 6) визначаються власні частоти коливань з'єднань з Nmin – f1 і Nmax – f2; 7) здійснюється тарувальний експеримент: нагрівають каліброваним імпульсом деталь з'єднання (втулку) з Nmin і вимірюють частоту коливань f1'; нагрівають каліброваним імпульсом втулку, з Nmax і вимірюють частоту коливань f2'; 8) розраховують f2= f2 - f2’ і f1 = f1 - f1’; 9) будують графік залежності f від N; 10) виконують операції контролю, і за графіком визначають якість з'єднання.

Експериментальні дослідження частотно-теплового методу контролю в порівнянні з результатами контролю руйнівним способом показав похибку ± 4,5 %, що дозволяє рекомендувати його для контролю якості відповідальних з'єднань з натягом.

Розглянуто надійність системи контролю; причому слід зазначити, що індукційна котушка є її найбільш відповідальною і вартісною частиною. Її вихід з ладу відбувається внаслідок електричного замикання двох або більше провідників через втрату ізоляції. Аналіз показав, що основною причиною відмови системи є пробій ізоляції між двома витками провідника. Побудована математична модель надійності котушки індукційного нагрівача з використанням розподілу Вейбула та отримано загальний вигляд функції надійності.

У четвертому розділі сформульовано принципи розробки нормативних документів у вигляді проекту стандарту і КТМ на технологію складання з'єднань з натягом із застосуванням індукційного нагріву, де враховано складальні цикли, операції нагріву, складання і контролю.

Складено узагальнений алгоритм проектування ТПС з’єднань з натягом, де на основі існуючих обмежень вибирається спосіб складання – запресуванням або з термовпливом. Розроблено також алгоритм і створено програму розрахунку параметрів складання з'єднань з нагрівом у залежності від технологічних обмежень, що дозволило спроектувати ТПС.

Визначення технології складання запресуванням або термовпливом виконують виходячи з температурних обмежень. Коли технологію складання обрано, виконують відповідні розрахунки. Якщо обрано термоскладання, вибирається його спосіб (з нагрівом, з охолодженням, комбінований). Розроблено схему алгоритму проекту-вання технології термоскладання, за якою вибір способу термовпливу здійснюється в залежності від матеріалу складальної одиниці, її розмірів, виду з'єднання (двох-елементне чи багатоелементне), а також заданого натягу. Після цього виконується вибір схеми складання, устаткування для складання та транспортних засобів.

Програма проектування складання з нагрівом дозволяє виконувати розрахунки режимів ТПС та технологічної собівартості. База даних для цієї системи складається з даних про види технологій складання, засобів нагріву і транспортних засобів.

В результаті, на основі виконаних досліджень розроблено проект СТ “Складання з'єднань з натягом при використанні нагріву” і проекти 2-х КТМ: “Складання двохелементних зєднань з натягом при використанні індукційного нагріву”, “Складання трьохелементних зєднань з натягом при використанні індукційного нагріву”. Наводяться структурні схеми стандарту та КТМ на складання двохелементних з’єднань.

СТ. “Складання з’єднань з натягом при використання нагріву”

1. Область застосування.

2. Нормативні посилання.

3. Технічні вимоги. Вимоги до посадочної поверхні, конструкції і базуванню деталі і складальних одиниць, складального зазору, нагрівальних пристроїв.

4. Схема узагальненого технологічного процесу. Загальний опис технологічного процесу складання. Додатковий опис окремих операцій, рекомендації з розрахунку режимів і часу складання.

5. Контроль якості. Опис усіх методів контролю і контрольних операцій, що можуть застосовуватися при складанні.

6. Вимоги безпеки. Наводяться посилання на загальні норми і правила роботи з устаткуванням під час складання.

Ктм “Складання двохелементних з’єднань з натягом при використанні індукційного нагріву”

1. Характеристика способу складання.

2. Загальний опис технологічного процесу складання.

3. Технічні вимоги. Вимоги до посадочної поверхні, конструкції складальних одиниць, натягу, застосовуваним покриттям чи проміжним середовищам, режимам нагріву і складання.

4. Види і методи контролю. Опис усіх контрольних операцій і застосовуваних методів контролю в процесі складання.

5. Вимоги безпеки. Наводяться посилання на загальні норми і правила, а також конкретні вимоги, вказівки і правила роботи з устаткуванням під час складання.

висновки

1. Розроблено технологічну класифікацію і запропоновано систему кодування з'єднань за методом утворення, що має загальну характеристику з'єднання і додаткову, а також враховує тип з'єднання (різьбове, шпонкове, з натягом). Вона дозволяє створювати ТПС з обмеженою різноманітністю за принципом групування. Запропоновано рекомендації з технологічності конструкцій з’єднань з натягом, що враховують індукційний нагрів.

2. Розроблено 3 схеми групових ТПС і 14 складальних операцій з обмеженою різноманітністю, що дозволяє розробляти робочі ТПС для двох- та багатоелементних з’єднань з натягом при нагріві, та цикли з обмеженою різноманітністю. Схеми ТПС враховують, яка з деталей є базовою, у якому положенні вона базується, одночасно чи послідовно встановлюються на охоплювані деталі, напрямок їх встановлення. Схеми і складальні операції служать базою створення технологічної НД.

Для розробки ТПС з нагрівом складено програму для ЕОМ.

3. Виявлено параметри, які лімітують ТПС з’єднань з натягом при нагріві, що знаходяться у фізичному взаємозв’язку: температури нагріву і складання, сила складання, час транспортування нагрітої деталі.

4. Встановлено кількісний взаємозв'язок між розширенням центрального отвору осесиметричної деталі і осесиметричним температурним полем, утвореним з використанням мінімуму теплової енергії, що йде на нагрів, при обмеженнях по напруженнях і температурі. Розроблено алгоритм пошуку оптимального температурного поля деталей тіл обертання на основі комплексного методу з лімітуючими параметрами. Зменшення витрат енергії при локальному нагріві середньо габаритної деталі ступінчастого профілю на 20 і більш %.

5. Запропоновано і досліджено метод неруйнівного контролю з'єднань після складання, що ґрунтується на інформативному параметрі – зміні власної частоти коливання з'єднання перед і після впливу короткочасного теплового імпульсу на охоплюючу деталь з'єднання. Нормованими параметрами контролю є: частота власних коливань з'єднання, потужність і тривалість теплового імпульсу. Розроблено методику контролю з'єднання з натягом, яка включає 10 етапів.

6. Виконані теоретичні та експериментальні дослідження дозволили розробити проекти стандарту “Складання з’єднань з натягом при використання нагріву” та 2-х КТМ: “Складання двохелементних зєднань з натягом при використанні індукційного нагріву”, “Складання трьохелементних зєднань з натягом при використанні індукційного нагріву”.

7. Результати досліджень використані у розробці НД для технології складання з нагрівом комплекту кілець підшипників з віссю вагонної пари рейкового транспорту і для індукційного нагрівача, яка впроваджена у виробництво.

список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Павлова А. Уніфікація і стандартизація технологічних процесів складання з нагрівом. // Стандартизація, сертифікація, якість. – 2002. _№3 – С. 22-25.

2. Павлова А.А. Нормативное обеспечение технологических процессов сборки сое-динений с натягом с использованием индукционного нагрева // Високі технології в машинобудуванні: Зб.наук.праць НТУ“ХПІ” - Харків, 2002. - Вип.1 - С. 292-296.

3. Арпентьев Б.М., Павлова А.А. Автоматизированное проектирование процессов сборки на основе унификации и стандартизации // Сборка в машиностроении, приборостроении – М.: изд-во “Машиностроение”, 2001. - №8 – С. 2-5.

4. Арпентьев Б.М., Павлова А.А. Стандартизация технологических процессов сборочного машиностроительного производства // Вестник ХГПУ: Новые решения в современных технологиях – Харьков: ХГПУ, 2000. – вып. 80 - С. 71-73.

5. Арпентьев Б.М., Павлова А.А. Модульное построение технологий сборки с термовоздействием // Вестник ХГПУ: Новые решения в современных технологиях – Харьков: ХГПУ, 1999. – вып. 55 – С. 35-36.

6. Павлова А.А. Ресурсосберегающая технология сборки корпуса дифференциала // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя: Зб.наук.пр. ХДПУ. вип.7. Ч.2: _Харків: Харк.держ.політехн.ун-т, 1999. – С. 194-196.

7. Арпентьев Б.М., Павлова А.А. Система классификации и кодирования соединений // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. _№ 2 _2002. – С. 127-132.

8. Арпентьєв Б.М., Павлова А.О. Нормативне забезпечення технологічних процесів зборки з’єднань з натягом з використанням індукційного нагріва // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини: Зб.наук. праць – К.: ФАДА, ЛТД, 2001. – Вип.9. – С. 210-213.

анотація

Павлова Ганна Олексіївна. “Розробка нормативного забезпечення технологій складання з’єднань з натягом при індукційному нагріві”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 – стандартизація та сертифікація. Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено розробці теоретичних і практичних основ нормативного забезпечення технологічних процесів складання. У роботі запропоновано технологічну класифікацію з'єднань, що дозволяє обмежити різноманітність технологічних операцій та циклів складання. Виявлено параметри, що лімітують технологічний процес складання, і запропоновано раціоналізацію процесу локального нагріву, що дозволило визначити нормативні параметри процесу складання. Розроблено методику неруйнівного контролю частотно-тепловим методом. Виконані дослідження дозволили сформулювати принципи розробки нормативної документації на процеси складання.

Для впровадження отриманих результатів розроблено проект стандарту та керівні технічні матеріали на складання з індукційним нагрівом, що дає можливість отримувати високоякісні відповідальні з’єднання з натягом.

Ключові слова: нормативне забезпечення, технологічний процес складання при індукційному нагріві, з’єднання з натягом, технологічні операції та цикли з обмеженою різноманітністю, частотно-тепловий метод контролю, стандарт, керівний технічний матеріал.

АННОТАЦИЯ

Павлова Анна Алексеевна. “Разработка нормативного обеспечения технологий сборки соединений с натягом при индукционном нагреве”. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 – стандартизация и сертификация. Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2003.

Диссертация посвящена разработке теоретических и практических основ нормативного обеспечения технологических процессов сборки.

В работе предложена классификация соединений с натягом, учитывающая принципы классификатора ЕСКД и технологичность соединений с позиций сборки. На ее основе разработаны унифицированные операции и циклы сборки при использовании нагрева, которые являются основой для создания нормативной документации на сборку.

Построена математическая модель нагрева деталей перед сборкой, позволяющая сократить расход тепловой энергии при обеспечении заданного качества изделия. Выявлены лимитирующие параметры технологических процессов сборки с выделением нормативных, что позволило разработать инженерную методику расчета временных и температурных режимов сборки. Данная методика обеспечивает наименьшие затраты тепловой энергии и наибольшую производительность процесса сборки с использованием индукционного нагрева.

Разработана методика неразрушающего контроля статической прочности соединения на основе использования информативного параметра _собственных частот колебаний при использовании теплового импульса.

Составленные алгоритм и программа для ЭВМ позволяют сократить затраты на проектирование технологических процессов сборки соединений с натягом .

Для внедрения полученных результатов разработан проект стандарта и руководящие технические материалы на сборку с индукционным нагревом, что дает возможность получать высококачественные ответственные соединения с натягом.

Ключевые слова: нормативное обеспечение, технологический процесс сборки при индукционном нагреве, соединение с натягом, унифицированные технологические операции и циклы, частотно-тепловой метод контроля, стандарт, руководящий технический материал

THE SUMMARY

Pavlova Anna Alekseevna. "Development of normative maintenance of technologies of assembly of connections with tightness at induction heating". - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.01.02 - standardization and certification. The Kiev national university of technologies and design, Kiev, 2003.

The dissertation is devoted to development of theoretical and practical bases of normative maintenance of technological processes of assembly.

The dissertation is devoted to development of theoretical and practical bases of normative maintenance of technological processes of assembly. In work the technological classification of connections is offered which allows to unify technological operations and cycles of assembly. The limiting parameters of technological process of assembly are revealed, and the rationalization of process of local heating is offered, that has allowed to determine normative parameters of process of assembly. The technique of the not destroying control by a frequency - thermal method is developed. The carried out researches have allowed to formulate principles of development of the normative documentation on processes of assembly.

For introduction of the received results the project of the standard and direction technical materials on assembly with induction heating is developed, that enables to receive high-quality responsible connections with tightness.

Key words: normative documentation, technological process of assembly at induction heating, connection with tightness, unified technological operations and cycles, standard, direction technical material.