3. Метрологическая экспертиза чертежа детали. Пример выполнения

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической доку­ментации – это анализ и оценка технических решений по выбору парамет­ров, подлежащих измере­нию, по установлению норм точности измерений и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, из­готовления, испытания и применения продукции.

Задачи МЭ конструкторской и технологической документа­ции: опреде­ление оптимального числа измеряемых параметров при контроле; оценка контро­лепригодности конструкции; обеспечение оптимальных режимов технологических про­цессов; установление правильности выбора средств из­мерений, методов и методик выполнения измерений; оценка соответствия производи­тельности средств измерений производительности технологиче­ского оборудования; ана­лиз и назначение метода обработки измерительной информации; установление правиль­ности наименований и обозначений физических величин и их единиц.

Под контролепригодностью понимают свойство конструкции изделия обеспечивать возможность, удобство и надежность ее контроля при изготов­лении, испытании, техниче­ском обслуживании и ремонте. При этой про­верки устанавливают достаточность – с точки зрения требуемой точности – выбранного метода контроля и убеждаются в его экономич­ности, т.е. что выбранный метод менее трудоемок, чем иные, позволяет использовать наиболее простые, удобные в обращении и надежные средства измерений, предъявляет меньшие требования к квалификации оператора и условиях проведения экспериментов.

Если же метод требует применения сложных и дорогостоящих средств, трудоемких измерений, невыполним с помощью имеющихся средств измерений, то лицо, проводящее метрологическую экспертизу, обязано проверить обоснованность назначенных конструктором норм точности.

Целью МЭ рабочей конструкторской документации является решение вопроса о возможности контроля установленных в документации норм точ­ности, долговечности и экономической целесообразности методов контроля.

Важным этапом МЭ является проверка взаимной увязки допусков на размеры, форму и расположение по­верхностей и требований к их шерохова­тости, что следует понимать как проверку выполнения ряда отношений, нормируемых принятой технической документацией.

1. Для трех уровней геометрической точности наибольшей величины высот­ных параметров шероховатости назначаются:

   1. по уровню А (нормальная точность) R_a ≤ 0,05Т; R_z ≤ 0,2Т;

   2. по уровню Б (повышенная точность)

R_a ≤ 0,025Т_р; R_z ≤ 0,1Т_р;

3. по уровню С (высокая точность) R_a ≤ 0,012Т_р; R_z ≤ 0,05Т_р.

1. При особо высокой точности R_a ≤ 0,15Т_ф; R_z ≤ 0,6Т_ф.

2. При задании допусков радиального или торцевого биения:

R_a ≤ 0,1Т_с; R_z ≤ 0,4Т_с,

где Т_р – допуск на размер, мкм; Т_ф – допуск формы (расположения) по­верхности, мкм;

Т_с – допуск радиального или торцевого биения, мкм.

Целью метрологической экспертизы чертежа детали является установ­ление возможности контроля заложенных в чертеже норм точности.

Последовательность проведения метрологической экспертизы чертежа детали:

• выявляют ограниченные допусками размеры, допуски формы и рас­положения, нормы на шероховатость поверхностей;

• проверяют правильность терминологии; взаимную увязку допус­ков на размеры, форму (расположение) и нормы шероховатости поверхностей;

• определяют контролепригодность допусков на размеры, допусков формы и взаим­ного расположения поверхностей.

В качестве примера рассмотрим проведение МЭ чертежа детали колен­чатого вала (рис.1).

Рис. 1.

Прежде всего, следует отметить, что в текстовой записи на чертеже отсутствуют сведения о массе заготовки детали и номере технических условий, по которым данная деталь будет изготавливаться.

На чертеже три размера (диаметры ступней вала) ограничены допусками; назначены один допуск формы, два суммарных допуска формы и взаимного расположения (допуски радиального и торцевого биения) и три требования к шероховатости.

Проверяем правильность соотношений между допусками размеров и требованиям к шероховатости поверхности.

Шероховатость поверхности ступени диаметром 60h6 назначена R_a = 1,6 мкм. В со­ответствии с существующими нормами для квалитета JT6 в интервале от 18 до 50 мм ре­комендована шероховатость R_a = 1,6 мкм (когда допуск формы ограничен допуском раз­мера), т.е. принимаем решение указанную шероховатость на чертеже оставить. Требова­ния к шероховатости поверхностей остальных ступней (диаметрами 25f9 и 22j_s6) не ниже рекомендованных.

При заданных допусках размеров контроль диаметров 30h6 и 22j_s6 может быть вы­полнен рычажным микрометром, т.е. с точки зрения контролепригодности установленные допуски возражений не вызывают.

Рассмотрим требования к допускам формы и расположения поверхностей. Выяв­ляем, что средняя ступень, образующие которой выбраны в качестве метрологической базы, имеет более грубый допуск на размер, чем обе крайнее ступени. Для этой цели уста­новлен допуск на размер по отклонению f9, величина которого составляет 52 мкм.

По­скольку отклонение формы ступени дополнительно не ограничено, то отклонение от круг­лости и прямолинейности образующих допустимы в пределах допуска размера, т.е. в пре­делах кольцевой цилиндрической зоны 0,026 мм.

Контроль радиального биения ступени диаметром 22j_s6 можно выполнить в измери­тельной схеме, приведенной на рис.2 при установке детали на призмы. Радиальное биение измеряется рычажно-зубчатой измерительной головкой, закрепленной в штативе. Штатив и призмы располагают (базируют) на плите.

Отклонение от круглости Д_кр базовой поверхности в процессе измерения полно­стью войдет в погрешность измерения радиального биения, т.е. погрешность измерения только за счет этой составляющей может быть равной 0,026 мм (≈ 50 % допуска размера 22j_s6).

Рис. 2

В соответствии с нормативными документами погрешность измерения может быть принята равной 30 % контролируемого допуска, т.е. величина не должна превышать 0,009 мм. Учитывая, что погрешность базирования Д_баз не единственная составляющая погрешности измерения Д_изм, причем ее допустимую вели­чину 0,7 Д_изм. Тогда Д_баз = Д_кр = 0,7∙0,009 ≈ 0,006 мм.

Таким образом, для обеспечения необходимой точности контроля радиального биения ступени диаметром 22j_s6 необходимо ввести допуск на круглость базовой поверх­ности не более 0,006 мм.

Как было отмечено, между допуском формы и требованием к шероховатости по­верхности должно быть соотношение R_a ≤ 0,15Т_ф ≤ 0,15∙6 ≤ 0,9 мкм, т.е. для средней ступени надо изменить требования к шероховатости поверхности: вместо 1,25 мкм поставить на чертеже 0,8 мкм.

При анализе возможности контроля торцевого биения первой ступени видно, что для поверхности торца не установлены дополнительные требования к шероховатости по­верхности (общее требование R_z = 40 мкм).

В соответствии с рекомендациями между допуском на торцевое биение Т_с и требо­ванием к шероховатости поверхности должны быть выдержаны соотношения:

R_a ≤ 0,1Т_с ≤ 0,1∙25 ≤ 2,5 мкм;

R_z ≤ 0,4Т_с ≤ 0,4∙25 ≤ 10 мкм.

Устанавливаем значение шероховатости поверхности торца R_a = 2,5 мкм (R_z = 10 мкм).

Контроль торцевого биения (рис.2) можно выполнить рычажно-зубчатой головкой, закрепленной в штативе. На погрешность контроля торцевого биения окажет влияние отклонение от круглости базовой поверхности, которое выразится в перекосе детали, ко­гда напротив одной из опор окажется выступ неровности базы, а напротив другой – впадина (рис. 3).

Рис. 3.

Эта погрешность (перекос) Δ_пер может достигнуть величины допуска круглости 0,006 мм, умноженного на отношение радиуса средней ступени (≈ 16 мм) к расстоянию между опорами (≈ 60 мм), т.е. Однако в сравнении с заданным допуском на торцевое биение, равным 0,025 мм, величиной Δ_пер можно пренебречь.

Отклонение от круглости первой ступени можно проконтролировать рычажно-зуб­чатой измерительной головкой, деталь при этом располагается в призме (см. рис.4).

Рис. 4.

Таким образом, на основании проведенной метрологической экспертизы чертежа следует дополнить технические требования к детали, установить допуск на круглость ба­зовой поверхности А, равный 0,006 мм; ужесточить требования к шероховатости поверх­ности ступени диаметром 25f9; установить требования к шероховатости торца R_a = 2,5 мкм.

Ужесточенные требования к шероховатости ступени диаметром 25f9 можно не предъявлять, если предусмотреть на детали центры, а в качестве метрологической базы выбрать их ось. В этом случае чертеж детали должен быть переработан.

Список замечаний и предложений заносят в таблицу.

Таблица 1

№ п/п	Замечания	Предложения
1	Нет указаний о массе заготовки детали.	Заполнить технические требования к детали.
2	Точность обработки метрологической базы недостаточна.	1) вариант: установить допуск круглости ступени 22js6 0,006 мкм; установить требование шероховатости поверхности этой ступени 0,8 мкм. 2) вариант: рассмотреть возможность замены метрологиче6ской базы (вместо поверхности средней ступени за базу взять ось центров).
3	Отсутствуют дополнительное требование к шероховатости торца, на котором проверяется торцевое биение.	Установить требование к шероховатости торца Ra = 2,5 мкм.

Должность лица, проводившего МЭ _____ (Подпись) _______ (ФИО)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сергеев А. Г. Метрология: Уч-к. – М.: ЛОГОС. 2005. – 272 с.

2. Лифиц И. М. Стандартизация, метрология и сертификация: Уч-к. – М.: Юрайт Издат. 2004. – 330 с.

3. МИ 2377 – 98. ГСИ. Разработка и аттестация методики выполнения измерений.

4. МИ 2267 – 200. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении техническими измерениями. Метрологическая экспертиза технической документации.

5. ГОСТ Р 8.563 – 96. Методики выполнения измерений. Методический материал в помощь метрологам.

6. ГОСТ 8.050 – 73. ГСИ. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

7. ГОСТ 8.051 – 81. ГСИ. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500мм.

8. ГОСТ 22.2.04 – 97. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техно­генные аварии и катастрофы. Метрологическое обеспечение состояния сложных технических систем. Основные положения и правила.

9. ГОСТ 577 – 68. Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия.

10. ГОСТ Р 8.563-96. ГСИ. Методика выполнения измерений.

11. РД 50-98-86. Методические указания: выбор универсальных средств измерения линейных размеров до 500 мм. – М.: Изд-во стандартов. 2001. – 84 с.

Приложение 1