5. Выбор критериев и методы оценки качества изделий

Цель и задачи занятия

Цель занятия — научиться правильно выбирать критерии и методы определения качества изделия из ВКМ. Задачи занятия:

1. Проанализировать конструкцию конкретного изделия и технологию его изготовления.

2. Выбрать основные критерии оценки, влияющие на качество изготав­ливаемого изделия.

3. Выбрать методы разрушающего и неразрушающего контроля каче­ства изделия из КМ.

4. Выбрать контрольные приспособления.

5. Оформить технологию контрольных операций по оценке качества изделий.

Контроль качества изделий из ВКМ

При производстве изделий из ВКМ из-за нарушения тех или иных тех­нологических условий производства возникают погрешности параметров ка­чества изделия.

В целях обеспечения высокого качества изделий (каждого в отдельно­сти и всей партии в целом) необходимы соблюдение и строгая воспроизво­димость производства. К технологическим условиям относят:

• обеспечение точности элементарных поверхностей и точности их взаиморасположения (конфигурация изделия);

• соблюдение формы и ориентации волокон в структуре текстурных слоев и в структуре изделия (геометрические условия формирования струк­туры);

• условия статического равновесия волокон и полуфабриката на тех­нологической поверхности формования (статические условия);

• обеспечение рациональной укладки полуфабриката по заданной траектории на технологической поверхности оправки;

• установление области допустимых отклонений температурно-силовых, кинематических, временных и др. параметров.

Только соблюдение указанных условий обеспечит заданные значения структурных параметров, характеристики качества и структуры слоев (всех: поверхностных и внутренних) конфигурации, допустимый (контролируе­мый) уровень остаточных напряжений в ВКМ, размерную и геометрическую точности конфигурации изделия.

Особенности организации контроля качества изделий из ВКМ

При изготовлении изделий из ВКМ нередко возникают погрешности характеристик качества конструкции изделия. Причинами могут быть:

• невысокое качество полуфабрикатов;

• колебания технологических режимов (температура, давление, натя­жение и т.д.);

• ориентация волокон;

• соотношение матрица-наполнитель;

• геометрические погрешности.

По своему характеру производственные дефекты изделий могут быть разделены на две группы:

• погрешности изделий;

• погрешности структуры армирования.

Основными источниками производственных погрешностей изделий являются усадка, коробление, геометрические и размерные погрешности технологической оснастки, что вызывает погрешности геометрических форм элементарных поверхностей.и конфигурации изделия, погрешности разме­ров, сопряжений и т.д.

Погрешности структуры армирования изделия из КМ обусловлены технологическими причинами — кинематические погрешности намотки, сползание ленточного материала, неравномерность натяжения, дефекты ори­ентации волокон, сдвиги материала при намотке, укладке, потери устойчиво­сти волокон.

К дефектам изделий и структуры армированного слоя относят также:

• внутренние газовые включения;

• микротрещины и расслоения;

• включения загрязнений;

• отслоения и непроклей в соединениях и законцовках;

• неполное отверждение связующего или его пережог;

— отклонения по толщине стенки, по плотности структуры и т.д. Система контрольно-сдаточных мероприятий, гарантирующих качест­во объекта производства, включает:

1. Внешний визуальный осмотр и оценка качества по эталонам. При этом контролируют геометрическую правильность текстуры рисунка внут­ренних и внешних поверхностей. Не допускаются (выше предела, установ­ленного эталоном) перегибы, местные переуплотнения текстуры, побеления, потемнения, вздутия (говорят о возможных отслоениях, включении приме­сей, неплотностей). Не должно быть порезов, вмятин; цветовой фон — рав­номерный и т.д.

2. Дефектоскопирование изделия неразрушающими методами контро­ля для определения внутренних дефектов (трещины, отслоения), определе­ния плотности, степени отверждения, расслоения и непроклей в структуре и в соединениях.

3. Определение физико-механических и технико-физических свойств КМ неразрушающими методами (плотность, модуль упругости, коэффициент теплопроводности, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическое со­противление и др.).

4. Испытание изделий на прочность и проницаемость: гидростатиче­ские, пневматические, акустические.

Для оценки надежности изделий и коэффициента запаса одно или не­сколько изделий от каждой партии разрезают на образцы для проведения комплексных испытаний физико-механических, теплофизических и специ­альных свойств по стандартным или нестандартным методикам. Одновре­менно одно или несколько изделий доводят до разрушения при испытаниях.

Контроль качества изделий

Участие технологов в обеспечении качества вновь создаваемого (раз­рабатываемого) изделия начинается с проведения технологического контро­ля конструкторской документации.

Технология производства изделия тесно связана с его конструкцией. Поэтому всегда проводят отработку конструкции изделия на технологич­ность, которая рассматривается как совокупность свойств конструкции изде­лия, характеризующих один из показателей качества.

Единым критерием технологичности конструкции изделия является ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых услови­ях производства, эксплуатации и ремонта.

Каждое изделие при отработке его на технологичность рассматривает­ся в следующих аспектах:

• как объект проектирования (технолог участвует в разработке конст­рукции на всех стадиях проектирования);

• как ооъект производства (рассматриваются и доводятся до заданных требований -\ виды, методы и способы получения ингредиентов КМ, собст­венно КМ, заготовок и деталей, виды и методы их обработки, сборки, кон­троля и испытаний, возможности использования типовых технологических процессов, механизации и автоматизации процессов, условия материального обеспечения производства, требуемая квалификация кадров);

— как объект эксплуатации (анализируют пригодность изделия к функционированию, использованию и контролю работоспособности, обес­печение надежности в работе и долговечности, удобство и сокращение работ технического обслуживания и ремонта, обеспечение техники безопасности, транспортабельность).

Одновременное и согласованное проведение контрольных процессов является неразрывной составляющей всего технологического процесса изго­товления изделия, и от правильной их организации и проведения зависят технологическое обеспечение качества изделия и сроки его освоения.

Контроль должен осуществляться на каждой операции, каждой заго­товке, детали и изделии в целом.

Именно технолог определяет и осуществляет наиболее рациональную планировку участка, цеха согласно технологической схемы, осуществляет расстановку оборудования и контрольных устройств.

Технология контроля, исходя из технических требований к изделию, деталям и заготовкам, дополняет технологический процесс производства элементами измерения и технического анализа, которые необходимы как ис­точник информации о качестве продукции в ходе ее изготовления.

Технология контроля должна предусматривать оптимальную последо­вательность производственных и контрольных операций, обеспечивающих своевременное выявление заготовок, полуфабрикатов, деталей с отступлени­ем от установленных технических требований и быстрое устранение всех возникающих в производстве нарушений заданных режимов технологиче­ского процесса.

Таким образом, технология контроля — точный распорядок контроль­ных операций, включающий состав и последовательность их выполнения в определенном сочетании и взаимодействии с операциями изготовления ин­гредиентов КМ, собственно КМ и каждой детали, входящей в изделие. Она также включает:

• технические требования к точности выполнения каждой производ­ственной операции;

• методы и технические приемы проверки качества деталей и изделий и состояния средств производства на каждой операции;

• технические средства контроля и способы их использования.

В этой связи качество готового изделия определяется качеством сырья, полуфабрикатов, заготовок и деталей.

Управление качеством продукции

Управление качеством продукции — это установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня качества продукции при ее разработке, производстве и эксплуатации или потреблении. Осуществляют путем систематического контроля качества и целенаправленного воздействия на влияю­щие на него условия и факторы.

Управление качеством продукции начинается с проектирования изде­лия и осуществляется на всех уровнях управления: государственном, отрас­левом, на уровне производственного объединения, предприятия и на уровне производственной линии.

Рассмотрим вопросы управления качеством продукции на уровне про­изводственной линии предприятия, которое включает следующие основные функции:

1. Входной контроль сырья, материалов, полуфабрикатов.

2. Входной контроль комплектующих деталей, изделий

3. Входной контроль технологической оснастки и инструментов.

4. Наладка и подналадка оборудования технологических операций в соответствии с установленными техническими требованиями к допускам.

5. Статистическое управление и регулирование техпроцесса.

6. Операционный контроль.

7. Приемочный контроль.

8. Метрологическое обеспечение техпроцесса.

9. Систематический анализ брака (по видам дефектов, причинам и т.д.) с целью устранения причин повторяющихся дефектов.

Контрольные приспособления как эффективные средства управления качеством

Контрольным приспособлением называют стационарное устройство, сочетающее в себе базирующие, зажимные и измерительные элементы и предназначенные для производительного контроля полуфабрикатов, загото­вок, деталей и изделий по одному или нескольким параметрам одновремен­но.

Как правило, контрольные приспособления не только определяют ос­новные параметры, но и показывают величину и направление отклонения каждого определяемого параметра в отдельности, что позволяет эффективно их использовать в управлении качеством продукции непосредственно на производственной линии.

К контрольным приспособлениям предъявляют требования:

• соблюдение единства базы измерения с монтажной или технологи­ческой базой (зависит от цели контроля и управления);

• обеспечение необходимой точности измерения и стабильности по­казаний во времени для контролируемых объектов;

• высокая производительность, быстрота установки, измерения, чет­кость и простор снятия показаний, простота в обращении;

• износостойкость, прочность, надежность и безотказность в работе;

• максимальное применение в конструкции приспособления унифи­цированных и стандартных деталей.

Существуют станочные, наладочные и приемочные контрольные при­способления.

Станочные — осуществляют активный контроль управления качеством продукции в ходе выполнения технологической операции.

Наладочные — предназначены для выборочной проверки нескольких параметров заготовок, полуфабрикатов, деталей и правильной наладки обо­рудования по показаниям измерительных устройств.

Приемочные — предназначены для сплошной проверки или сортиров­ки готовых деталей и изделий и обладают очень высокой производительно­стью. Такие приспособления при помощи измерительных устройств фикси­руют факт соблюдения допусков или отклонения от них.

Методы и средства контроля качества изделий из КМ

Практически все изделия из КМ (а наиболее ответственные в особен­ности) нуждаются в контроле качества по результатам специальных испыта­ний. При этом наибольший интерес представляют: установление фактиче­ских геометрических, массовых, прочностных и теплофизических характе­ристик и сравнение их с аналогичными допустимыми показателями, а также обнаружение видимых и скрытых дефектов изделия.

Испытания готовых изделий подразделяют на разрушающие и неразрушающие.

С помощью неразрушающих испытаний определяют теплофизические, массовые характеристики, выявляют внешние дефекты (трещины, поры, ше­роховатости, цветовая неоднородность), внутренние дефекты, определяют геометрические размеры изделия и их соответствие требованиям ТЗ и ТУ.

При разрушающих испытаниях получают наиболее достоверные дан­ные о предельных характеристиках изделия. Такими методами получают данные для определения прочностных показателей, степени отверждения, содержания наполнителей и связующих (матрицы).

Качество изделий из КМ характеризуют набором разнородных част­ных критериев Ij (j=l,q), среди которых основную роль играют прочностные, массовые и теплофизические показатели. Изделие считается качественным, если выполняется условие I. < I. < I. , где I. и I. — нижние и верхние границы допустимых вариаций показателей Ij 0=1,q). Для нахождения мас­совых критериев требуется взвешивание изделий и вычисление или измере­ние их объемов. Теплофизические параметры изделия практически не зави­сят от его формы и конструкции, что позволяет определять по известным ме­тодикам коэффициенты тепло-, температуропроводности и теплоемкости ма­териалов по результатам лабораторных исследований образцов-свидетелей. Наибольшие сложности возникают при определении прочностных по­казателей, т.к. они чаще всего существенно зависят от формы (конструкции) изделия. Это затрудняет оценку прочности изделия по результатам разру­шающих испытаний образцов-свидетелей.

При неразрушающих испытаниях измеряют основные координаты (деформация, температура, акустический сигнал и т.п.), которые существен­но коррелированы с показателями прочности и позволяют прогнозировать с помощью регрессионных зависимостей их предельные значения (а_р, е_р, пре­дел текучести и т.п.).

Измерение деформации изделий из КМ производят при нагружении; при этом для измерения малых деформаций (1...3%) изделия применяют тензорезисторы из тонкой константановой пленки или проволоки. Активную (измерительную) базу тензорезисторов (5...20мм) наклеивают на поверх­ность нагружаемого изделия и включают в одно из плеч измерительного моста. Выходной сигнал усиливают тензостанцией и фиксируют потенцио­метром или шлейфовым осциллографом, или ЭВМ.

Для измерения деформаций до 10% применяют реостатные датчики типа ЛХ-40 или ЛХ-100 и вторичные приборы (мосты). При измерении ради­альных деформаций к цилиндрическому изделию крепят бандаж, на верхнем зажиме которого устанавливают реостатный датчик. При изменении диамет­ра изделия в результате нагружения нижний зажим бандажа перемещается на величину Д и тянет за собой тросик, вращающий барабан и токосъемник реостата датчика, что приводит к изменению выходного сопротивления на величину Д R и по предварительно настроенной градуировке отсчитывают деформацию.

Индикаторы тепловых эффектов

Одной из косвенных координат изделия, тесно связанной с деформа­цией и напряжением, является температура его поверхности при нагруже­нии, т.е. по изменению температуры судят о возникающих в изделии дефор­мациях и напряжениях. Диапазон изменения температуры изделия невелик = ±1...3°С.

Узкодиапазонный термометр со шкалой 1°С и 5°С состоит из термо­преобразователя типа ДТ-50 (рис. 9), блока подавления начальных темпера­тур БПНТ и вторичного прибора (обычно автоматический мост) (рис. 10).

1 — чувствительный элемент; 2 — теплоизолятор; 3 — прижимное устройство; 4 — корпус; 5 — соединитель; 6 — объект контроля

Рис. 9. Термопреобразователь типа ДТ-50 (а) и ДТ-51 (б)

ТП —термопреобразователь; БПНТ — блок «подавления» начальных температур;

ВП — вторичный прибор; В1—ВЗ — переключатели; R7—R24 — термонезависимые

резисторы; РД — реверсный двигатель; Rl—R6 — резисторы

Рис. 10. Узкодиапазонный термометр

Более точный прибор для контроля изменений температуры поверхно­сти изделий из КМ в интервале ± 0,2°С — индикатор тепловых эффектов ИТЭ-2, состоящий из термопреобразователя типа ДТ-51, БПНТ и вторичного прибора.

Этот индикатор позволяет устанавливать «нуль» шкалы моста с дис­кретностью 0,1°С в диапазоне 15...25°С.

Методы и средства дефектоскопии изделий из ВКМ

Один из важнейших показателей качества изделий из КМ — наличие скрытых внутренних дефектов и их размеры (поры, пустоты, расслоения, трещины, посторонние включения и т.п.).

Для обнаружения таких дефектов применяют различные радиоактив­ные и акустические методы, основанные на использовании излучателей, ге­нерирующих некоторые испытательные сигналы, и приемников, анализи­рующих реакцию КМ на испытательное воздействие. Изменение параметров реакции (амплитуда, фаза, интенсивность и т.п.) позволяет идентифициро­вать место и размеры дефекта.

Для дефектоскопии изделий из КМ используют следующие методы контроля:

гамма-сцинтилляционный

рентгеновский

радиоволновый

инфракрасный

ультразвуковые (теневой, эхо-импульсный, велосимметрический)

импедансный

метод свободных колебаний.

Оценку механических свойств изделия проводят с использованием разрушающих методов контроля. Испытания проводят в статических и ди­намических условиях, по результатам которых судят о работоспособности изделия в условиях эксплуатации.

Практическая часть

Выбранные конструкция изделия и технологический процесс его изго­товления являются основными для решения задач данного занятия. При этом необходимо правильно выбрать именно те технологические параметры, со­блюдения которых обеспечивает высокое качество изделий. Важным явля­ется и то, по каким критериям и с использованием каких методов оценивать качество изделий с учетом их пространственно-геометрических размеров, состава и структуры как ВКМ, так и изделия из него.

Таким образом, проанализировав техпроцесс пооперационно, осущест­вляют аргументированный выбор критериев и методов оценки качества из­делия из ВКМ, их аппаратурное оформление, выбор контрольных приспо­соблений для контроля отдельных изделий (его элементов) или всей партии и приводят подробное описание технологии контроля качества. При необхо­димости на защиту выносятся схемы и чертежи контрольных приспособле­ний и элементов изделия, подвергающихся выбранными методам испытаний.

Пояснительную записку оформляют в соответствии с ГОСТ.

Контрольные вопросы

1. Цель и задачи занятия.

2. Особенности организации контроля качества изделий из ВКМ.

3. Система приемо-сдаточных мероприятий.

4. Технология контроля.

5. Управление качеством продукции на уровне предприятия.

6. Контрольные приспособления, требования, предъявляемые к ним.

7. Методы и средства контроля качества изделий.

8. Методы и средства дефектоскопии изделий из ВКМ.