Взаимозаменяемость и ее роль в повышении качества продукции и экономичности производства

На современных машиностроительных заводах детали, как правило, изготавливают независимо друг от друга в одних цехах, а собирают узлы (блоки) и изделия – в других. Такая организация производства изделий стала возможной благодаря тому, что детали и узлы (блоки) изготавливаются взаимозаменяемыми.

Взаимозаменяемостью называется свойство независимо изготовленных с данной точностью деталей и узлов обеспечивать возможность беспригонной сборки (или замене при ремонте) сопрягаемых деталей в узлы, а узлов в изделия при соблюдении предъявляемых к ним (узлам и изделиям) технических требований.

Взаимозаменяемость возможна только при единообразии деталей и узлов по всем количественным и качественным характеристикам в заданных пределах. В первую очередь взаимозаменяемыми должны быть те детали и узлы, от которых зависит надежность и другие показатели качества изделия, а также запасные части.

Комплекс научно-технических исходных положений, выполнение которых при конструировании, производстве и эксплуатации обеспечивает взаимозаменяемость деталей, сборочных единиц и изделий называют принципом взаимозаменяемости. Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость, при которой обеспечивается беспригоночная сборка любых, независимо изготовленных с заданной точностью деталей.

Полная взаимозаменяемость возможна, когда размеры, форма, механические, электрические и другие количественные и качественные характеристики деталей и сборочных единиц после изготовления находятся в заданных пределах и собранные изделия удовлетворяют техническим требованиям.

При полной взаимозаменяемости упрощается процесс сборки – она сводится к простому соединению деталей. Это работа не требует высокой квалификации; появляется возможность применять поточный метод производства, значительно упрощается ремонт, создаются условия для широкой специализации и кооперирования заводов.

Полную взаимозаменяемость целесообразно применять для деталей, изготовленных с допусками квалитетов не выше 6, и для сборочных единиц, состоящих из небольшого числа деталей, а также, в случаях, когда несоблюдение заданных зазоров и натягов недопустимо даже у части изделий.

Иногда для удовлетворения эксплуатационных требований необходимо изготовлять детали или узлы с очень высокой степенью точности, что экономически и технически неприемлемо или трудновыполнимо. В этом случае, для требуемой точности сборки применяют групповой подбор деталей (селективную сборку), компенсаторы, регулирование положения отдельных деталей, пригонку и другие технические мероприятия. Такую взаимозаменяемость называют неполной (ограниченной). Ее можно осуществлять не по всем, а только по отдельным геометрическим или иным параметрам.

Взаимозаменяемость также делится на внешнюю и внутреннюю. Внешняя – это взаимозаменяемость покупных и полученных по кооперативным связям изделий и сборочных единиц по эксплуатационным показателям, а также по размерам и форме присоединительных поверхностей. Например, в подшипниках качения внешняя взаимозаменяемость обеспечивается по внешнему диаметру наружного кольца и по внутреннему диаметру внутреннего кольца.

Внутренняя взаимозаменяемость – распространяется на детали, сборочные единицы и механизмы, входящие в изделия. Например, внутреннюю взаимозаменяемость в подшипниках качения имеют тела качения, кольца и сепараторы.

Уровень взаимозаменяемости на производстве можно характеризовать коэффициентом взаимозаменяемости K _вз, равным отношению трудоемкости изготовления взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц к общей трудоемкости изготовления изделий. Степень приближения этого коэффициента к единице является объективным показателем технического уровня производства.

Основным принципом взаимозаменяемости в машиностроении является обеспечение взаимозаменяемости машин и других изделий по оптимальным эксплуатационным показателям. Взаимозаменяемость, при которой обеспечивается работоспособность изделий с оптимальными и стабильными во времени эксплуатационными показателями, называют функциональной.

Геометрические, электрические, механические и иные параметры, влияющие на эксплуатационные показатели, или служебные функции сборочных единиц называют функциональными. Например, от зазора между поршнем и цилиндром (функционального параметра) зависит мощность двигателя (эксплуатационный показатель).

Для наибольшей эффективности взаимозаменяемости необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации учитывать комплекс научно-технических исходных положений, т.е. принцип функциональной взаимозаменяемости.

Исходные положения, используемые при конструировании изделий, следующие:

1. Эксплуатационные показатели машин и иных изделий определяются уровнем и стабильностью характеристик рабочего процесса; размерами, формой и иными геометрическими параметрами деталей и сборочных единиц; уровнем механических, физических и химических свойств материалов, из которых сделаны данные детали, и другими факторами. Неизбежные погрешности параметров и изменения свойств материалов влияют на параметры рабочего процесса и эксплуатационные показатели машин, поэтому для ответственных деталей и составных частей необходимо обеспечивать взаимозаменяемость не только по размерам, формам и иным геометрическим параметрам, показателям механических свойств материала (особенно поверхностного слоя деталей), но и по электрическим, гидравлическим, оптическим, химическим и другим функциональным параметрам (в зависимости от принципа действия машины).

2. Очень важно обеспечить однородность исходного сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов по химическому составу и структуре, равный уровень и стабильность механических, физических и химических свойств, а также точность и стабильность их размеров и форм.

3. Для обеспечения функциональной взаимозаменяемости на стадии проектирования, необходимо уточнить номинальные значения эксплуатационных показателей изделий и определить исходя из назначения, требований к надежности и безопасности допускаемые отклонения эксплуатационных показателей, которые будут иметь изделия в конце срока работы. Разность между этими показателями в начале и в конце срока эксплуатации составляет их допуск. Эту задачу можно решить и путем обобщения опыта эксплуатации и проведения экспериментальных испытаний. На основании этого устанавливают основные составные части и детали машины, от которых в первую очередь зависят ее эксплуатационные показатели и определяющие долговечность изделий в целом. Для этих изделий выбирают конструктивные формы, материалы и технологию изготовления, а также устанавливают качество поверхности, которые обеспечат максимальный срок службы машины в целом.

4. Необходимо выявить функциональные параметры, от которых зависят значения и допускаемый диапазон отклонений эксплуатационных показателей. Следует установить связи и степень влияния этих параметров и их отклонений на эксплуатационные показатели нового изделия в процессе его длительной эксплуатации. Зная эти связи и допуски на эксплуатационные показатели изделий, можно определить допускаемые отклонения функциональных параметров и рассчитать посадки для ответственных соединений. При расчете точности функциональных параметров необходимо создавать гарантированный запас работоспособности изделий, который обеспечит сохранение эксплуатационных показателей к концу срока службы в заданных пределах. Следует устанавливать меньшие допуски для функциональных параметров, погрешности которых наиболее сильно влияют на эксплуатационные показатели изделий. Установление связей эксплуатационных показателей с функциональными параметрами и независимое изготовление деталей и составных частей по этим параметрам с точностью, определенной исходя из допускаемых отклонений эксплуатационных показателей изделий в конце срока службы, – это и есть одно из главных условий обеспечения функциональной взаимозаменяемости.

5. При конструировании изделий необходимо применять общетехнические нормы, унифицированные и стандартизованные детали и сборочные единицы, а также руководствоваться принципами предпочтительности и агрегатирования, без которых невозможно обеспечить высокое качество изделий и экономичность производства.

6. Для обеспечения взаимозаменяемости ответственных деталей по шероховатости, форме и расположению поверхностей их параметры следует выбирать так, чтобы обеспечить минимальный износ и оптимальные эксплуатационные качества.

7. При конструировании необходимо учитывать требования технологичности и предусматривать возможность выбора для проверки точностных параметров деталей, сборочных единиц и изделий такой схемы измерений, которая не вносила бы дополнительных погрешностей и позволяла выбирать простые и надежные универсальные измерительные средства. Рабочий чертеж, в котором указаны точностные требования, является исходным и директивным документом, по которому проектируют и контролируют технологические процессы, а также проверяют точность деталей, составных частей и готовой продукции.

Исходные положения, используемые при производстве, следующие:

1) для соблюдения взаимозаменяемости необходимо при изготовлении деталей и сборке изделий строго выдерживать нормированную точность функциональных параметров;

2) для создания большего запаса работоспособности для ответственных функциональных параметров целесообразно обеспечить выполнение условия

,

где T_F – допуск параметра, устанавливаемый исходя из эксплуатаци-
онных требований;
Т _т – технологический допуск, обеспечиваемый при принятом
технологическом процессе;

3) точность оборудования и оснастки должна быть несколько выше требуемой точности изготавливаемых деталей и составных частей, т.е. необходимо иметь запас точности;

4) для ответственных деталей необходимо создавать оптимальное качество поверхности;

5) для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества машин и других изделий необходимо, чтобы технологические и измерительные базы совпадали с конструктивными, т.е. нужно соблюдать принцип единства баз.

Исходные положения, используемые при эксплуатации изделий, следующие:

1. Необходимо провести анализ и выявить «слабые места» изделия, т.е. детали и узлы, в наибольшей мере подверженные износу и влияющие на эксплуатационные показатели. В процессе эксплуатации необходимо тщательно контролировать работу машины и особое внимание уделять наиболее слабым элементам. Важной составной частью осуществления принципа взаимозаменяемости, обусловливающего долговечную и экономичную работу изделий, является определение необходимого комплекта запасных частей, которые обеспечивали бы быструю замену в процессе эксплуатации вышедших из строя деталей и сборочных единиц, сохраняя требуемую работоспособность машины в течение длительного времени.

2. Ремонт износившихся частей машины целесообразно проводить на специализированных ремонтных предприятиях путем замены их на годные.

Итак, для практического осуществления принципа функциональной взаимозаменяемости изделий необходима четкая система конструкторской, технологической, метрологической и эксплуатационной документации.