Понятие о технологической наследственности

Качество поверхности деталей машин определяется методами и режимами механической обработки. Его показатели могут быть улучшены путем применения как обычных методов, осуществляемых на оптимальных режимах, так и отделочно-упрочняющих методов обработки.

На финишных операциях механической обработки окончательно формируется поверхностный слой деталей машин. Однако на результат этого формирования оказывают влияние предшествующие операции, включая заготовительные. Это свидетельствует о существовании технологической наследственности.

Технологической наследственностью называют перенесение на готовое изделие в процессе его обработки погрешностей ме­ханических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств и погрешностей, сформированных у заготовки на отдельных операциях изготовления детали.

Целенаправленное формирование поверхностного слоя с за­дан-ными свойствами является одной из важнейших задач техно­логического процесса механической обработки заготовок. Припуски на обработку, а также последовательность выполнения операций устанавливают с учетом технологической наследственности так, чтобы сохранить у детали положительные качества (наклеп поверхностного слоя, высокую поверхностную твердость, остаточные напряжения сжатия и др.) или, наоборот, устранить отрицательные качества – дефектный слой, различные виды от­клонения формы и расположения поверхностей и др.

Управляя финишной операцией, можно получить поверхностный слой, отвечающий требованиям, заданным чертежом и техни­ческими условиями.

Заданные требования достигаются также применением специ­альных отделочно-упрочняющих методов обработки деталей ма­шин. Эти методы основаны на пластическом деформи­ровании поверхностного слоя; благодаря их применению созда­ется наклеп, обеспечивается повышение твердости поверхностного слоя, формируются остаточные напряжения сжатия, которые по­вышают усталостную прочность деталей.

Применение отделочно-упрочняющих методов обработки дета­лей машин способствует повышению их эксплуатационных свойств, что приводит к сокращению потребности в материалах, запасных частях и в конечном счете – к снижению расходов на изготовле­ние и эксплуатацию машин.

В настоящее время применяют ряд методов упрочнения для придания поверхностным слоям деталей машин соответствующих свойств: химико-термические, поверхностное легирование, по­верхностную термическую обработку, покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами, металлизацию поверхностей и некоторые другие.

Учитывая все возрастающий интерес к вопросу о технологической наследственности, которая имеет большое практическое значение, кратко рассмотрим ее основные положения.

Результаты выполненных исследований позволяют сделать вывод о том, что технологическая наследственность играет важную роль в обеспечении качества машиностроительных изделий / 29 /. Мы рассмотрим сокращенный вариант основных положений этого источника.

Современное машиностроение характеризуется обилием методов получения заготовок, форма которых близка к форме готовых деталей. Такие заготовки в своей массе не могут играть роль деталей машин, так как не обладают геометрической точностью, их поверхности не могут образовывать качественные сопряжения двух объектов, а качество поверхностных слоев не обеспечивает заданные эксплуатационные требования.

Таким образом, качество детали, выраженное через определенные показатели, представляет собой совокупный результат условий, как формирования заготовок, так и обработки их резанием.

Генная инженерия в технике, рассматривая изменения и превращения, происходящие с заготовкой в процессе изготовления детали, во многом заимствует и использует понятийный аппарат и подходы биологической генетики. В частности, понятие “ген” трактуется как “химико - структурированная единица (элемент структуры), несущая набор (комплекс) наследственной информации – от шихтового материала через жидкую фазу к литому изделию и, далее, через все переделы, вплоть до эксплуатации деталей в машине и их рециклирования”.

Используя терминологию в области живой природы, можно считать, что в технологии машиностроительного производства многие показатели имеют наследственную природу. Поэтому использование понятия “технологическая наследственность в машиностроительном производстве” вполне оправдано.

Рассмотрение производственных процессов изготовления изделий во времени, начиная с выбора материала для заготовки, ее обработки, сборки деталей позволяет установить причины явлений и условий регулирования параметров технологических процессов, в ходе которых формируются свойства изделий. При этом и появляются понятия о технологическом наследовании, технологической наследственности и наследственной информации в машиностроительном производстве.

Технологическим наследием называется явление переноса свойств объектов от предшествующих технологических операций к последующим. Эти свойства могут быть как полезные, так и вредные. Сохранение же этих свойств у объектов называют технологической наследственностью.

Такие термины являются достаточно емкими. С их помощью и по соответствующим методикам можно проследить за состоянием объекта производства в любой момент времени с учетом всех предшествующих технологических воздействий, имевших место в прошлом. В процессе передачи свойств важную роль играет так называемая наследственная информация. Она заключается в материале деталей и их поверхностных слоях. Информация представляет собой большой перечень показателей качества.

Очень существенным является установление общих закономерностей технологического наследования; определение количественной стороны технологического наследования таких параметров, как конструктивные формы заготовок и деталей, погрешности технологических баз, погрешности формы и пространственные отклонения заготовки, их волнистость, физико-механические свойства поверхностных слоев и др. Исключительно большое значение имеют наследственные погрешности при сборке.

Технологическая наследственность предусматривает взаимосвязь отдельных элементов системы. Под системой можно понимать как технологический процесс, так и сам объект обработки. Система, обозначенная с позицией технологической наследственности, представляет собой не разрозненное скопление отдельных элементов, а прочно связанную информационную сеть. Поэтому не имеет смысла рассматривать отдельно взятые, обособленные состояния обрабатываемого объекта. Такой подход не позволяет установить связь внутри системы.

Рассматриваемые системы находятся в динамическом режиме, то есть функционируют, переходят из одного состояния в другое за определенное время, что делает решение задачи по выявлению наследственных связей еще более сложными. Такие системы очень разнообразны, а, следовательно, характеризуются большой неопределенностью. Однако наличие наследственной информации, являющееся важнейшей особенностью таких систем, уменьшает разнообразие, упрощает систему, более того, становится возможным прогнозирование поведения системы.

Носителем наследственной информации является собственный материал изготавливаемой детали, а также ее поверхности с многообразием параметров, описывающих их состояние. Носители информации активно участвуют в технологическом процессе, проходя, по выражению профессора П.И.Ящерицына, через различные “барьеры” либо задерживаясь на них частично или полностью.

Самым существенным барьером являются термические операции. Отклонения фактической формы заготовок от идеальных вполне определенным образом передаются от одной операции к другой. В частном случае это явление может быть названо копированием. В ходе процесса различные пороки поверхностей деталей, в частности микротрещины, могут развиваться или “залечиваться” и т.д. Во всех этих и аналогичных случаях возникновение, изменение, ликвидация параметров детали характеризуются наследственной информацией.

Наследование свойств в ходе технологического процесса характерно как для детермированных, так и для вероятностных систем.

Рассмотренные выше материалы позволяют сделать вывод о том, что процессом технологического наследия можно управлять с тем, чтобы свойства, положительно влияющие на качество детали, сохранять в течение всего технологического процесса, а свойства, влияющие отрицательно, ликвидировать в его начале. Следовательно, в общем виде нельзя однозначно ответить на вопрос о том, служит технологическая наследственность положительным или отрицательным явлением. На такой вопрос можно дать четкий ответ лишь применительно к конкретному технологическому процессу.

В источнике / 29 / подробно рассмотрены вопросы технологической наследственности при изготовлении деталей машин и сборке изделий.

Технологическое наследование проявляется не только в сфере производства, но и в процессах конструирования и эксплуатации изделий. Сущность наследования конструктивных форм сводится к тому, что заготовки, имея, в зависимости от конструктивных особенностей, различные жесткость или температурную деформацию в разных точках, под действием сил резания или нагрева получают в ходе технологического процесса или эксплуатации неодинаковые перемещения, вызывающие погрешности формы готовых деталей. Сюда же относится возникновение погрешностей от неравномерной релаксации напряжений, наличие которых в различных точках заготовки связано с особенностями конструктивных форм деталей. Особое значение этот вид наследования имеет для прецизионных деталей, поскольку величины погрешностей могут быть соизмеримы с допусками.

 Авторы источника / 29 / считают, что управление наследственными характеристиками должно быть представлено соответствующей системой организационных мероприятий, которые должны быть документально оформлены в виде технологических регламентов.

Под технологическим регламентом понимается директивный документ, определяющий основные элементы технологического процесса, технологические требования и требования к технологической среде. Все такие требования являются обязательными для выполнения на определенной группе предприятий. Регламенты разрабатывает ряд научно-исследо-вательских учреждений. Качество отдельных деталей обеспечивается за счет включения в регламенты определенных данных:

-         перечня и порядка основных технологических операций;

-         изложения технологических операций с такими технологическими указаниями, невыполнение которых не допускается;

-         указаний о технологическом оборудовании и технологической оснастке;

-         методов и характеристик средств контроля, используемых в процессе изготовления деталей и сборки изделий, а также контроля, испытания и приемки готовых деталей и изделий;

-         указания основных производственных условий (помещений, температуры, освещенности, виброизоляции и т.д.);

-         методов и средств транспортировки, хранения и консервации полуфабрикатов, упаковки и транспортировки изделий, а также их длительного хранения.

Технологические регламенты являются, на взгляд авторов, такими документами, которые концентрируют все требования к среде. Они содержат в компактном виде качественные и количественные показатели технологических процессов, выполняемых в определенной технологической среде.