Tolerante si Control Dimensional

114

MOTTO

-Ce-a putea eu, un profesor s nv de la un inginer ? !

-Msura domnule profesor , msura !

Dialoguri din Parlament ,

N. Iorga i Gh. Brtianu

1. PRECIZIA PIESELOR DE MAINI I APARATE

1.1 Calitatea produselor

1.1.1. Noiuni generale

Suntem tentai adesea s exprimm preri sau chiar convingeri despre calitatea unui anumit produs. Ele provin din relaia ce o stabilim cu produsul respectiv n ipostaze din cele mai diverse. Avem, n general, un numr de ateptri pe care produsul respectiv ni le satisface ntr-o anumit msur. Pentru produsele personale pe care le utilizm foarte des, cum ar fi maina sau calculatorul, putem chiar identifica anumite aspecte constructive i funcionale care le deosebete de celelalte produse similare. Acestea sunt percepute ca performane ce creeaz senzaia de satisfacie c am cumprat i utilizm produsul respectiv. Spunem, de obicei, c avem un produs de calitate.

Am fcut apel la cteva experiene umane comune pentru a convinge c noiunea de calitate este deosebit de complex i rezult din relaia nemijlocit a omului cu un anumit produs. Nu se poate face abstracie de faptul c maina sau aparatul a fost proiectat, fabricat, achiziionat i utilizat de persoane a cror contribuii se pot aprecia colectiv i individual prin calitatea produsului.

Calitatea este o noiune deosebit de important. Ea angajeaz ntreaga umanitate contient de modul cum resursele planetei sunt transformate n produse cu adevrat necesare asigurrii unui standard de via pentru oameni. De la productorul individual i pn la Organizaia Internaional de Standardizare (ISO), preocuparea pentru calitatea produselor este general.

Cercettorii n domeniul calitii au propus mai multe definiii pentru conceptul de calitate de la cele mai simple, care rein numai aspectele performanelor tehnice, uor de inut minte, pn la cele foarte complexe, ce fac apel la comportarea n timp a produselor prin indici statistici pe care numai specialitii le stpnesc.

O definiie acceptabil pentru majoritatea cercettorilor ar fi: calitatea este expresia msurii n care un produs satisface anumite necesiti i justific consumul de resurse pentru producerea lui.

Aceast definiie are la baz activitile fireti ale oamenilor de a-i satisface aspiraiile pentru o via fr lipsuri, dar avertizeaz asupra necesitii responsabilitii pentru a se produce numai acele produse pentru care omenirea este dispus s achite costurile. Produsele nevandabile sunt o irosire de resurse.

Conform standardului ISO 8402:1986 [37], calitatea este definit prin ansamblul de proprieti i caracteristici ale unui produs sau serviciu care i confer acestuia aptitudinea de a satisface necesitile exprimate sau implicite.

Din pcate, concepiile greite: calitatea cost scump, accentul pe calitate conduce la reducerea productivitii, calitatea este afectat de slaba pregtire a forei de munc (napoiere cultural) i calitatea poate fi asigurat printr-o verificare strict conduc la rezultate economice dezastruoase, pentru c absolutizeaz numai anumite laturi ale conceptului complex al calitii ca sistem.

Sistemul calitii trebuie s cuprind aspecte legate de: concepie proiectare, echipamente i tehnologii de fabricaie, calificarea forei de munc, promovarea desfacerea i asigurarea cu reea service.

Asigurarea calitii produselor ncepe din faza de concepie. Proiectantul este cel care stabilete condiiile impuse fiecrui component al unui produs, care pot asigura funcionarea ansamblului n condiiile cerute n tema de proiectare. Calitatea proiectului este deosebit de important, iar modul de comunicare cu celelalte compartimente trebuie s fie simplu i clar.

Din cauza complexitii problemei calitii, este mai corect s discutm de nivel calitativ, definit prin compleci de indici de calitate. Aspectele calitative trebuie cuantificate pe baza unor criterii clare, atandu-li-se numere naturale. Pentru acestea, ordonarea este clar i univoc. Numai astfel se pot compara ntre ele, produsele de acelai fel. Dac s-ar exprima culorile dup lungimea de und a luminii reflectat, brbaii nu ar mai avea probleme cu alegerea din infinitatea de denumiri de la infrarou la ultraviolet.

Cuantificarea aspectelor calitative st la baza modului de abordare i gndirii inginereti.

1.1.2. Raportul calitate pre de cost

Preocuparea pentru asigurarea calitii produselor antreneaz resurse ridicnd costurile de producie. Efectele economice i sociale sunt mai greu de evideniat.

O discuie comparativ ntre efectele economice i preul de cost pentru diferite nivele calitative ale unui produs, se poate face pe baza evoluiilor prezentate n diagrama din figura 1.1.

1. Raportul calitate pre de cost

Chiar pentru nivelul calitativ zero, preul de cost este consistent din cauza consumului de resurse. Preul crete parabolic cu creterea nivelului calitativ. Efectul economic, exprimat valoric, are o evoluie ascendent inegal. Pornete de la zero crescnd la nceput pronunat, dup care tinde spre un palier pe care nu-l poate depi. Eficiena economic se exprim ca diferena dintre efectul economic i preul de cost. Ea trece prin zero n punctele n1 i n2 i prezint un maxim pentru nivelul calitativ optim economic, n.c.ec. Se disting trei domenii pentru nivelele calitative. n domeniul I, se produce n pierdere, activitatea poate fi acceptat numai dup un studiu temeinic i bine motivat. Domeniul II este recomandabil cu obiectivul de a ne situa ct mai aproape de nivelul calitativ optim la care eficiena este maxim. Domeniul III este destinat produselor de lux i tezaur. Produsele din acest domeniu se promoveaz numai pe baza cererii pe pia, cu adaosuri mari, pentru a se absorbi excedentul monetar prin politici economice.

1.2. Precizia dimensional - geometric a pieselor

Mainile i aparatele sunt ansambluri de piese funcionale. Piesele sunt corpuri mrginite de suprafee. Proiectantul imagineaz piesele i ansamblele, iar executantul se strduiete s le concretizeze. ntre cei doi trebuie s existe o bun comunicare asigurat prin proiectul produsului respectiv. Piesele concrete, realizate efectiv, sunt mrginite de suprafee diferite de cele ideale. Printr-o examinare obinuit, macroscopic, pot fi evideniate abateri ce influeneaz dimensiunile de gabarit, cum ar fi abateri de la forma i poziia relativ a suprafeelor. La o examinare mai profund, la scar microscopic, pot fi evideniate abateri sub forma urmelor lsate de sculele prelucrtoare, pn la structura cristalelor aliajelor din care sunt fcute piesele.

Proiectantul trebuie s contientizeze existena acestor abateri i s prevad limite acceptabile pentru ca acestea s nu influeneze negativ calitatea pieselor i produsului. Criteriile de cuantificare i msurare a suprafeelor, precum i a abaterilor, trebuie reglementate prin norme obligatorii pentru toi participanii la procesul de fabricaie. Aceste norme constituie baza comunicrii ntre compartimentele sistemului de producie.

1.3. Interschimbabilitatea

n nelesul obinuit, interschimbabilitatea este posibilitatea ca piesele sau subansamblele de acelai tip s se substituie ntre ele. Condiiile necesare ar fi posibilitatea montrii demontrii i asigurarea funcionrii la parametri prevzui n proiectul produsului.

Din cele prezentate la precizia dimensional - geometric rezult i c probabilitatea ca dou piese s fie identice este extrem de mic. Piesele satisfac condiiile de interschimbabilitate dac abaterile lor sunt mai mici dect anumite limite.

Interschimbabilitatea este cunoscut n domeniul reparaiilor prin utilizarea pieselor de schimb cu efecte economice remarcabile. O utilitate mult mai mare o are interschimbabilitatea n fabricaie. Piesele de acelai fel se execut pe loturi i apoi sunt utilizate la montaj fr prelucrri ulterioare. Aceast nsuire poate asigura colaborarea n producie i permite organizarea eficient a ntregului proces de fabricaie.

Interschimbabilitatea este posibilitatea substituirii pieselor meninndu-se funcionalitatea ansamblului. Piesele interschimbabile nu trebuie s fie identice, dar suprafeele i dimensiunile lor trebuie s se ncadreze n anumite limite. Interschimbabilitatea ofer posibilitatea asamblrii lor, lundu-le la ntmplare din loturile respective ceea ce influeneaz ansamblul fabricaiei.

1.4. Dimensiuni. Abateri . Tolerane.

ntinderile suprafeelor pieselor se exprim prin dimensiuni.

Dimensiunea liniar sau unghiular este caracteristica geometric definit ca distan sau poziie relativ ntre piese sau elemente ale acestora.

Dimensiunea nominal, notat n figura 1.2.cu N este valoarea stabilit de proiectant i nscris n desenul tehnic de execuie. Ea este comun pentru arborele i alezajul ce formeaz ajustajul.

Alezaj denumire generic pentru suprafaa unei piese ce limiteaz n exteriorul su materialul piesei. La asamblare este suprafa cuprinztoare. Notaiile referitoare la alezaje se scriu cu majuscule.

Arbore denumire generic pentru suprafaa unei piese ce limiteaz n interiorul su materialul piesei. La asamblare este suprafa cuprins. Notaiile referitoare la arbori se scriu cu litere mici.

Fig.1.2. Dimensiuni

Dimensiune efectiv, M, m - este valoarea obinut prin msurare.

Msurarea este procesul prin care dimensiunilor li se ataeaz irul numerelor naturale relativ la unitatea de msur, de aceeai natur cu dimensiunea. Se asigur astfel o ordonare general strict. n desenul tehnic, dimensiunile liniare se nscriu n milimetri, de aceea nu rezult explicit unitatea de msur i numrul natural al acestora.

Dimensiunea maxim i dimensiunea minim; Dmax, Dmin, dmax, dmin - sunt valorile limit ntre care pot lua valori dimensiunile efective M i respectiv m , pentru a se asigura interschimbabilitatea.

Abaterea E, e - este diferena ntre dimensiunea efectiv i dimensiunea nominal: E = M N i e = m N . Abaterea este totdeauna afectat de semn . Abaterile poart denumiri specifice atunci cnd dimensiunea efectiv ia valori particulare; abatere superioar ES, es pentru dimensiunea maxim, abatere inferioar EI , ei pentru dimensiunea minim, abatere probabil Epr, epr pentru dimensiune probabil, abatere central EC, ec pentru dimensiunea medie.

Toleran, domeniu sau cmp de toleran este intervalul cuprins ntre dimensiunea minim i dimensiunea maxim. Ea nu se confund cu ntinderea sa, TD pentru alezaje i Td pentru arbori exprimat prin diferena dintre dimensiunea maxim i dimensiunea minim : TD = Dmax Dmin i Td = dmax dmin. Se observ c valoarea numeric a toleranei este totdeauna pozitiv.

Dimensiunea real este dimensiunea suprafeei ce separ materialul piesei de mediul nconjurtor (suprafaa real). Ea nu poate fi cunoscut. Dimensiunea convenional real poate fi determinat prin prelucrarea statistic a irului obinut prin msurarea de un numr suficient de mare de ori a aceleiai piese (aceleiai msuri).

Abaterile i toleranele pieselor utilizate n construcia de maini sunt de mii de ori mai mici dect dimensiunile pe care le afecteaz , aa nct reprezentarea din figura 1.2 este mult deformat ( nu respect scara).

Diagrama de toleran este reprezentarea , la scar , a poziiei i ntinderii cmpurilor de toleran. Linia zero are semnificaia poziiei dimensiunii nominale N fa de limita de msurare comun tuturor dimensiunilor nereprezentat, dar subneleas.

n diagrama de tolerane reprezentat n figura 1.3, domeniile de toleran pentru aceiai dimensiune nominal, se reprezint prin dreptunghiuri haurate simplu pentru alezaje i ncruciat pentru arbori. Laturile paralele , cu linia zero se afl la distane (ordonate) proporionale cu abaterile pe care le reprezint.

Fig.1.3. Diagrama de tolerane

Orice cmp de toleran este unic determinat dac se prezint sub una din urmtoarele forme :

I Dimensiunea maxim i dimensiunea minim.

II Abaterea superioar i abaterea inferioar.

III ntinderea toleranei i una din abateri (abatere fundamental) cu specificaia dac este superioar sau inferioar.

1.5. Asamblri. Ajustaje. Sisteme de tolerane i ajustaje.

Asamblarea este mbinarea ntre dou piese deja executate; un arbore i un alezaj. n funcie de relaia de ordine dintre dimensiunile lor efective, asamblarea este cu joc dac M ( m sau asamblare cu strngere dac M ( m aa cum se pot vedea n figura 1.4. .

Ajustajul este o noiune abstract, previzionar. Ea anticipeaz tipurile de asamblri. Ajustajul caracterizeaz relaia dintre dou loturi de piese, arbori i alezaje, de aceeai dimensiune nominal referitor la jocul sau strngerea ce se poate realiza la asamblare , extrgnd cele dou piese la ntmplare. Ajustajul se refer la piese a cror dimensiuni sunt afectate de abateri. Noiunea de ajustaj are sens numai cnd nu se cunosc dimensiunile efective ale pieselor, adic la proiectare sau execuie separat pe loturi de piese. Pentru exemplificare se prezint diagramele din figura 1.5.

Mrimile i poziiile cmpurilor de tolerane pentru piesele ce formeaz ajustaje sunt grupate n sisteme i sunt standardizate.

Un sistem de tolerane este o selecie de cmpuri stabilite pe baz de experien i clasificate raional.

Utilizarea sistemelor de tolerane i ajustaje faciliteaz comunicarea ntre proiectant i executani. Sistemele trebuie s asigure suficiente posibiliti de alegere pentru proiectant, dar i un numr limitat de posibiliti care s satisfac posibilitile tehnologice practice n condiiile de eficien economic

Fig.1.5. Ajustaje: a) ajustaj cu joc; b) ajustaj intermediar;c) ajustaj cu strngere

Sistemul de tolerane prezint un numr finit de cmpuri de tolerane, care s satisfac cerinele proiectantului i n acelai timp s favorizeze activitatea tehnologului de a realiza piese n condiii de eficien. Tolerane mici (piese precise) vor necesita utilaje i tehnologii scumpe care vor ncrca preul de cost. Proiectantul va alege tolerana cea mai mare (precizia minim pentru piese) care asigur condiiile tehnice i de calitate.