3.3.7.Аналитический метод определения припусковВеличина припусков влияет на себестоимость изготовления детали. При увеличенном припуске повышаются затраты труда, расход материала и других производственных расходов, а при уменьшенном приходится повышать точность заготовки, что также увеличивает себестоимость изготовления детали. Обычно в заготовках, полученных методом литья, могут содержаться раковины, песочные включения, а в штампованных заготовках имеются обезуглероженный слой, микротрещины и другие дефекты. Дефектный слой чугунных отливок по деревянным моделям составляет 1-6 мм, у поковок 0,5-1,5 мм и у горячекатаного проката 0,5-1,0 мм. Для более точного определения припуска на обработку и предотвращение перерасхода материала применяют аналитический метод для каждого конкретного случая с учетом всех требований выполнения заготовок и промежуточных операций. Для получения деталей более высокого качества необходимо при каждом технологическом переходе механической обработки заготовки предусматривать производственные погрешности, характеризующие отклонения размеров, геометрические отклонения формы поверхности, микронеровности, отклонения расположения поверхностей. Все эти отклонения должны находиться в пределах поля допуска на размер поверхности заготовок. Аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки заготовки (стр.180-192.28). Величина промежуточного припуска для плоских поверхностей заготовки: zmin = Rz + h + o + у ; (3.22)для поверхностей типа тел вращения (наружных и внутренних): 2zmin= 2 (Rz+ h +, (3.23) где Rz- высота микронеровностей поверхности, оставшихся при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм; h - глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм; - суммарные отклонения расположения, возникшие на предшествующем технологическом переходе, мкм; у - величина погрешностей установки заготовки при выполняемом технологическом переходе, мкм.Таблица 3.18^ Таблица расчета припусков, допусков и промежуточных размеров по технологическим операциям (пример заполнения) Поверхн. Апереходы ^ Элементы припусков Промеж.припуск Промеж.допуск Промежуточныйразмер мкм мкм мкм мкм мкм мм мм мм Заготовка-прокат 200 300 520,4 - - 1,8 84,98 82,68 Токарная:черн.чист. 6030 6030 31,2- 45027 2376322,5 0,460,07 81,2880,12 80,2879,95 Шлифовальная 6 12 - - 40 0,03 79,97 79,94 Отклонение после чистовой обработки обычно исключают при расчетах из-за их малой величины. Отклонения и погрешности установки определяют в каждом конкретном случае в зависимости от метода получения заготовки. Максимальный припуск на обработку поверхности заготовки: для плоских поверхностей Zmax =zmin + п - в; (3.24) Для поверхностей типа тел вращения 2zmax = 2zmin + Dп - Dв (3.25) где п и Dп – допуск на размер на предшествующем переходе, мм; в и Dв – допуск на размер на выполняемом переходе, мм. Допуски и шероховатость поверхности на окончательных технологических переходах (операциях) принимают по рабочему чертежу. Для удобства определения промежуточных припусков перед их расчетом исходные и расчетные данные по каждой операции на конкретную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности заносят в таблицу (3.18) Таблицу рекомендуется заполнять в такой последовательности: В графу «заготовка и технологическая операция» записывают вид заготовки и операции, установленные на данную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности; В графу «элементы припусков» заносят величину микронеровностей Rz и глубину дефектного поверхностного слоя h на заготовку и на все операции в технологической последовательности в зависимости от метода обработки, а величину погрешности установки заготовки на выполняемой операции определяют по таблице или производят расчет по формулам; Суммарное значения отклонений 0 рассчитывают аналитическим методом, и значение расчета заносят в графу таблицы; Графу “допуски на размер” заполняют значениями допусков на заготовку и промежуточные размеры согласно степени точности заготовки и квалитета, установленных на размер по каждой операции. Остальные значения промежуточных припусков и размеров заносят в таблицу после расчетов. Графы промежуточных размеров Dmin и Dmax определяют и заполняют от окончательных промежуточных размеров до размеров заготовки.А. Расчет припусков при изготовлении деталей из прокатаГладкие, ступенчатые валы и другие аналогичные детали изготовляют из проката повышенной или обычной точности. Методы обработки заготовок ведут согласно степени точности принятого проката. Для ступенчатых валов расчет припусков и предельных размеров ведут по ступени с наибольшим диаметром, а при их равенстве по ступени, к которой предъявляют высокие технические требования по точности, качеству поверхности, отклонения расположения. Суммарные отклонения расположения проката определяются (3.26) где – величина отклонения расположения (местная или общая), мкм; – величина отклонения расположения заготовки при центровке, мкм. Величину отклонения расположения (местную) проката определяют: при консольном креплении ; (3.27) при установки в центрах ; (3.28) где - величина удельного отклонения расположения, мкм/мм; -расстояние от сечения, для которого определяют величину отклонения расположения до места крепления заготовки, мм. При консольной обработке заготовки , а при обработке в центрах 0,5 (L– общая длина заготовки, мм). Величина расположения заготовки при зацентровке (3.29) где – допуск на диаметр базовой поверхности заготовки, использованной при центровке, мм. Величина остаточного суммарного расположения заготовки после выполнения перехода (операции) (3.30) где Ку-коэффициент уточнения (табл. 3.19.); – суммарные отклонения расположения заготовки, мкм. При обработке отверстий плавающим инструментом суммарные отклонения расположения им не исправляются, поэтому в дальнейших расчетах не участвуют. Погрешность установки на заготовку (3.31) где – погрешность базирования, мкм; – погрешность закрепления заготовки, мкм. При совмещении технологической и измерительной баз погрешность базирования = 0, поэтому необходимо стремиться (когда это возможно) базы совмещать. Таблица 3.19^ Значение коэффициента уточнения Ку Вид заготовки Технологический переход Ку Калиброванный прокат После обтачивания:однократногодвукратного После шлифования:обдирочногочистого 0,050,020,060,04 Горячекатаный прокат, штамповка, отливка После обтачивания:чернового и однократногополучистовогочистового 0,060,050,04 При базировании в центрах погрешность установки в радиальном направлении (3.32)где - допуск на диаметральный размер заготовки, мм. Деформацию заготовок при зажимной силе, направленной перпендикулярно обрабатываемой поверхности, для черновых заготовок принимают 100-150 мкм, после черновой обработки 50-65 мкм, после чистовой обработки 10-15 мкм. При закреплении заготовок в приспособлениях тисочного типа погрешности закрепления (мкм) , (3.33) где - коэффициент, зависящий от характеристики поверхностей, воспринимающих силу зажима; для поверхностей до обработки Кз=17,5; после черновой Кз=5,8; b – ширина поверхности заготовки, мм. Промежуточные расчетные размеры Dpi = Dном i+ 2zmini, (3.34) где Dномi – номинальный размер обрабатываемой поверхности детали на предшествующей операции (переходе), мм. Последовательность определения промежуточных расчетных размеров производят от номинальных размеров детали по чертежу ( окончательной операции или перехода) к размерам заготовки. Например, если необходимо определить промежуточный расчетный размер на черновую токарную обработку, то к номинальному расчетному размеру чистовой токарной операции прибавляют минимальный расчетный припуск на чистовую обработку и т.д. Минимальные (максимальные) промежуточные размеры определяют методом прибавления (для валов) или вычитания (для отверстий) минимальных (максимальных) значений промежуточных припусков: Dmin = Dmini + 2zmini; (3.35) Dmax = Dmaxi + 2zmaxi; (3.36) где Dmaxi, Dmini– предельные размеры поверхностей по операциям (переходам), мм; 2zmini, 2zmaxi- предельные (округленные) в сторону увеличения согласно степени точности припуски на операцию (переход), мм. По максимальным предельным размерам заготовки выбирают ближайшие размеры проката согласно стандарту на сортамент (см. табл. 3.14). Действительный общий припуск на обработку детали 2z0min=Dпр-Dдmin, (3.37) где Dпр - диаметр проката по стандарту, мм. Рабочий чертеж на заготовку из проката допускается не разрабатывать. Эскиз на данную заготовку приводят в пояснительной записке курсового проекта.Пример. Определить промежуточные припуски и промежуточные размеры при обработке поверхности вала диаметром 80f 7 согласно рабочему чертежу (см. рис. 3.1) Исходная заготовка – горячекатаный прокат обычной точности В, ГОСТ 2590-71. После отрезки заготовки правится и центрируется. Тип производства – массовый. Решение. В данном типе производства токарную обработку вала можно выполнить на токарном многорезцовом полуавтомате. Заготовка устанавливается в центрах. Шлифовальная обработка выполняется на круглошлифовальном станке. Заготовка устанавливается на жестких центрах. Составляется технологический маршрут обработки поверхности 80f7 Операция 005. Токарная (черновая обработка) Операция 010. Токарная (чистовая обработка) Операция 015. Шлифовальная Для наглядности и простоты определения промежуточных припусков и промежуточных размеров составляем таблицу (см. табл. 3.18). Точность и качество поверхности после механической обработки устанавливается по таблице [28]. Допуски на изготовление детали выбираются по таблицам: для заготовок из проката по ГОСТ 2590-71, для заготовок, полученных методом горячей объемной штамповки, по ГОСТ 7505-74, на литые заготовки по ГОСТ 1855-55, ГОСТ 2009-55 и на размеры, подлежащие обработке по ГОСТ 25347-82. Элементы припусков (Rz и h) назначаем по табл. 3.20 и 3.21 зависимости от метода обработки поверхностей заготовки и состояния проката. Расчетный минимальный припуск на черновую обработку поверхности определяем по формуле (3.22), а параметры припусков выбираем по табл. 3.13. Для определения элементов припусков и у из формулы (3.26) необходимо произвести следующие действия: определить отклонение расположения (местное) заготовки в зависимости от крепления детали: (мкм)^ Таблица 3.20Качество наружной поверхности горячекатаного проката Диаметр, мм Повышенная точность, мкм обычная точность, мкм Rz h Rz h До 25 100 100 150 150 25-75 100 150 150 250 75-150 150 200 200 300 150-250 250 300 300 400 ^ Таблица 3.21Точность и качество поверхности заготовокиз проката после механической обработки Способ обработки Технологический переход Квалитет Высота неровностей Rz Дефектныйслой h мкм обработка наружных поверхностей Обтачивание горячекатаного проката (обычной и повышенной точности), калибрированного проката 12-го квалитета точности ОбдиркаЧерновое Чистовое или однократноеТонкое 141211-109-8 1206030-206 120 6030 Шлифование в центрах горячекатаного проката 12-го квалитета точности ЧерновоеЧистовое или однократноеТонкое 987-6 1063 2012 6-2 Бесцентровое шлифование калиброванных прутков 8-го и 10-го квалитетов точности После термообработки (тонкое)До термообработки (чистовое) 6-57 3-0,86 12 ^ Обработка торцовых поверхностей Подрезание Черновое Чистовое 1311 5030 50 30 Шлифование Однократное 6 5-10 Величину удельного отклонения расположения ∆у выбирают по табл. 3.22: ∆у= 0,07 мкм/мм. Расстояние Lк от сечения, для которого определяется кривизна, до места опоры при установке в центрах определяется из отношения Lk0,5 = 0,5300 = 150 мм, L – общая длина заготовки в мм, где L=300 мм. Величина отклонения расположения центровки заготовки (мм), где 3 - допуск на диаметр базовой поверхности, мм з=1,8 мм.^ Таблица 3.22Удельное отклонения горячекатаного проката Вид правки Удельное расположения ∆у, мкм/мм, при диаметре проката , мм До 30 30-50 50-80 80-150 Без правки в печах 2,0 1,30 1,30 0,6-0,30 Токами высокой частоты (ТВЧ) 1,0 0,65 0,65 0,3-0,15 На прессах 0,15 0,12 0,10 0,07- 0,05 Суммарное отклонение расположения определяем по формуле (3.26), отклонение на черновую обработку по следующей формуле:(мкм) Погрешность установки заготовки при базировании в центрах определяем по формуле (3.32):(мкм) Минимальный припуск на черновую обработку(мкм) Максимальный припуск на черновую обработку поверхности детали определим по формуле (3.25): (мкм), Величину остаточного суммарного отклонения расположения заготовки после выполнения черновой обработки поверхности определяем по формуле (3.30):(мкм), где (см. табл. 3.16)Величина погрешности установки при чистовой обработке поверхности заготовки(мкм) При последующей обработке поверхности детали погрешности установки из-за малости ее величины в расчет не принимаем. Расчетный минимальный и максимальный припуски на чистовую обработку поверхности детали определим по формулам (3.23 ) и (3.25): 2zmin = 2(60+60+) = 322,5 (мкм); 2zmax = 322,5 +460-70 = 712,5 (мкм). Расчетный минимальный и максимальный припуски на шлифовальную обработку поверхности составит 2zmin = 2(6+12) = 36 (мкм); 2zmax = 36+70-30 = 76 (мкм). Промежуточные расчетные размеры по обрабатываемым поверхности определяем по формуле (3.35): для чистовой токарной обработки Dmin =Dmin + 2zmin шл = 80 + 0,036 = 80,036 (мм); для черновой токарной обработки Dр.черн = Dр.чист + 2zmin чист = 80,036 + 0,323 = 80,359 (мм); для заготовки детали Dр.з = Dр.черн + 2zmin = 80,359 + 2,4 = 82,759 (мм). Промежуточные размеры определяют методом прибавления (для валов), вычитания (для отверстий) значений припусков по максимальным и минимальным значениям, начиная действия с размеров детали. Dчист = Dд+ 2zmin шл = 79,94 + 0,04 = 79,98 (мм); Dmin чист = Dчист +2zmin чист = 79,98 + 0,30 = 80,28 (мм); Dmin 3 = Dчерн + 2zmin черн = 80,28 + 2,4 = 82,68 (мм). Максимальные предельные промежуточные размеры: Dmax чист = Dmax + 2z max шл=79,97 + 0,15 = 80,12 (мм); Dmax черн. = Dmax + 2zmax чист = 80,12 + 1,40= 81,28 (мм); Dmax 3. = Dmax +2zmax черн = 81,28 + 3,70 = 84,98 (мм). По максимальным размерам заготовки выбирается диаметр проката по ГОСТ 2590-71. Диаметр проката - 85 мм. После всех расчетов промежуточных припусков, промежуточных размеров и установление на размеры допусков разрабатывается схема расположения полей припусков и допусков по обрабатываемой поверхности.Б. Расчет припусков при изготовлении деталей методом штамповки Расчет промежуточных припусков и допусков на заготовку, полученную методом горячей объемной штамповки на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах, производят по той же методике, как и на прокат. Суммарные отклонения расположения штампованной заготовки при обработке в патроне: для наружной поверхности (3.38)где ом – отклонения расположения заготовки, штампуемой в различных половинах штампа, мм; рдеф – деформация заготовки, мм; для отверстий, (3.39) где экс – эксцентричность отверстий, прошиваемых на прессах и горизонтально-ковочных машинах, мм. Определение величины отклонения расположения (местного или общего) заготовки производят так же, как и для заготовки из проката.^ Таблица 3.23Качество поверхности штампованных заготовок Масса заготовки, кг Высота неровностей Rz, мкм Дефектный слой h, мкм Масса заготовки, кг Высота неровностей Rz, мкм Дефектный слой, мкм До 0,25 80 150 25-40 320 300 0,25-4,00 160 200 40-100 350 350 4,00-25 240 250 100-200 400 400 ^ Таблица 3.24Точность и качество поверхностей литых заготовок Литье в земляные формы, получаемые машиной формовкой ^ Размер заготовки, мм Высота неровности и дефектный слой (Rz+h) (мкм) в зависимости от группы точности отливки для различных материалов I II Чугун Сталь Цветные сплавы Чугун Сталь Цветные сплавы До 1250 600 500 400 800 600 500 1250-3150 800 700 - 1000 800 - ^ Отливки, получаемых специальными способами Способ литья Квалитет Высота неровностей Rz, мкм Дефектный слой Т, мкм Чугун Сталь Цветные сплавы В кокиль и центробежное 7-8 200 300 200 100 В оболочковые формы 11-12 40 260 160 100 По выплавляемым моделям 11-12 30 170 100 60 Качество поверхности штампованных и литых соответственно заготовок выбирают по таблице 3.23 и 3.24. Точность и качество поверхности детали после механической обработки штампованных заготовок выбирают по таблице 3.25.^ Таблица 3.25Точность и качество поверхности штампованных заготовокпосле механической обработки ^ Способобработки Квали-тет Высотанеровно-стей Rz Дефектный слойh мкм Способобработки Квали-тет Высотанеровно-стей Rz мкм Дефект-ный слойh мкм Наружные поверхности вращения Торцовые поверхности ^ Валы ступенчатые Точение:однократ.черновоечистовоеШлифов.:черновоечистовое 11-1313118-97-8 305025105 3050252015 Точение,подрез.:черновоечистовоеФрезеров. 12-131114 5030100 5030100 ^ Шестерни одно- и многовенцовые Точение:однократ.черновоеполучистовчистовое 10-131412-1310-11 301005025 301005025 Подрезан.:однократ.черновоеполучистовчистовое 10141210 301005025 301005025 Погрешность закрепления заготовок, изготовляемых горячей объемной штамповкой на кривошипных прессах и молотах, выбирают по таблице (см. табл. 3.26).^ Таблица 3.26Погрешность закрепления , мкм Метод получения заготовки Диаметр закрепляемой поверхности D, мм,при смещении радиальном осевом До 50 50-120 120-260 260-500 До 50 50-120 120-260 260-500 Литье:в земляную форму машинной формовки 300 400 500 600 100 120 150 200 В оболочковые формы 100 150 200 250 50 80 100 120 В постоянную форму 200 300 400 500 80 100 120 150 Горячая штамповка:на молотах 300 400 500 600 190 120 150 200 На кривошипных прессах 200 300 400 500 80 100 120 150 В. Расчет припусков при изготовлении детали методом литья Определение промежуточных припусков и допусков на заготовку, полученную методом литья, производится так же, как и на штампованные заготовки или на сортовой прокат. Суммарное значение отклонений при базировании литых заготовок на отверстия (3.40) Деформация литых заготовок, (3.41) Величину удельной деформации отливок ∆деф.у для корпусных деталей принимают 0,7…1,0 мкм/мм, а для деталей типа плит 0,7….3,0 мкм/мм на наибольший размер отливки.^ Таблица 3.27Точность и качество поверхности детали после механической обработки литых заготовок Способобработки Квали-тет Высотанеровно-стей Rz мкм Дефект. слойh мкм Способобработки Квали-тет Высотанеровно-стей Rz мкм Дефект. слойh мкм Литье в оболочковые формы Литье выплавляемым моделям и под давлением Точение, фрезеров., строгание:однократ.черновое.чистовоетонкое 1111107 252010- 252010- Точение, фрезеров., строгание:однократ.тонкое 107 15- 20- Отливки, полученные в земляные формы Специальное литье, литье в кокиль и центробеж. Точение, фрезеров., строгание:однократ.черновое.получист.чистовоетонкое 121412109 301005025- 301005025- Точение, фрезеров., строгание:однократ.черновое.чистовоетонкое 1112107 255020- 255020- Все виды литья Шлифов.:однократ.черновоечистовоетонкое 7965 -105- -2012- Шлифов.:однократ.черновоечистовоетонкое 7965 -105- -2015- ^ Таблица 3.28Точность и качество поверхности при механической обработке отверстий способ обработки Диаметр отверстия, мм Квалитет Высота неровности Rz, мкм Дефектный слой h, мкм Сверление 3-66-1010-1818-50 12-14 20404050 40506070 Зенкерование : черновое получистовое чистовое 18-3030-80до 80до 3030-80 11-1210-11910 50503030 40504030 Растачивание черновое чистовое 50-26050-260 12-1310 5020 5025 Развертывание:ПредварительноеОкончательное 6-80 97-8 105 2010 Шлифование Протягивание Калибрование шариком или оправка До 8010-806-80 7-887 -40,6 -6- Величина отклонения стержня при формировании о, принимают равным допуском на номинальный размер по ГОСТ 1855-55 для отливок из серого чугуна и по ГОСТ 2009-55 для стальных отливок, в зависимости от точности изготовления заготовки. Суммарное значение отклонений о при базирование литых заготовок на плоскую поверхность равно величине деформации деф литой заготовки. Точность и качество наружных и внутренних (отверстий) поверхностей деталей после механ