Припуски на обработку и виды заготовок деталей машин

9.1. Припуски на обработку и методы их определения

Последовательным удалением с заготовки детали слоев металла в процессе механической обработки обеспечиваются ее заданные точность и качество поверхности.

Слой металла, удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой де­тали, называется общим припуском на обработку Z₀ и определяется суммированием промежуточных припусков всех технологических переходов процесса от исходной заготовки до готовой детали:

Z₀=

где п — число технологических переходов; — номер перехода; Z — промежуточный припуск на -м переходе.

Промежуточным припуском называют слой металла, удаляемый при выполнении технологического перехода обработки резанием. Промежуточный припуск измеряется по перпендикуляру к обра­ботанной поверхности и равен разности размеров, полученных по­сле предшествующего и после выполняемого переходов.

Слой металла, удаляемый при выполнении технологической операции, называют операционным припуском.

Установление правильных размеров припусков на обработку является ответственной технико-экономической задачей, так как чрезмерно большие припуски приводят к непроизводительным потерям металла, превращаемого в стружку; к увеличению трудоем­кости механической обработки; к повышению расхода режущего инструмента и электрической энергии; к увеличению потребности в оборудовании и рабочей силе. При этом затрудняется построение операций на настроенных станках, снижается точность обработки в связи с увеличением упругих отжатий в технологической систе­ме и усложняется применение приспособлений.

Недостаточные припуски также нежелательны, поскольку не обеспечивают при обработке резанием удаления дефектного поверхностного слоя, получения необходимой точности и качества обработанных поверхностей, увеличивают вероятность брака при обработке. Следовательно, величина припуска должна быть опти­мальной, обеспечивающей получение высококачественной про­дукции с наименьшей себестоимостью.

Припуск на обработку резанием определяется опытно-статисти­ческим и расчетно-аналитическим методами.

Опытно-статистический метод широко используется в машино­строении, и припуск по нему устанавливается суммарно на пол­ную обработку резанием, без учета составляющих его элементов, с использованием опытных данных припусков на обработку ана­логичных деталей.

В основу расчетно-аналитического метода определения припуска на обра­ботку положены анализ по­грешностей, присущих каждому методу обработки, закономерность уменьшения погрешностей предшествующей обработки, ликвида­ция погрешностей предшествующей обработки и законы сумми­рования погрешностей.

Точность выполнения заготовок и точность, получаемая в ре­зультате смежной предшествующей обработки, характеризуются:

• отклонением от заданных размеров (поле допуска на размер );

• погрешностью формы (часть допуска на размер );

• высотой неровности профиля (Rили R ) Н,

• глубиной дефектного поверхностного слоя T;

• отклонением от заданного положения обрабатываемой поверх­ности (пространственные отклонения ).

Отклонение от заданного размера и погрешность формы ком­пенсируются допуском на заданный размер предшествующего тех­нологического перехода .

Высота неровностей R_Zи глубина T, дефектного поверхност­ного слоя, полученные на предшествующем технологическом пере­ходе, являются составляющими припуска на выполняемый переход.

Минимальные промежуточные припуски для определения раз­меров по всем технологическим переходам от готовой детали до исходной заготовки можно определить по формулам:

для асимметричного припуска

Z_min=H+ T++E_у

для противолежащих поверхностей, обрабатываемых парал­лельно:

2Z_min= 2(H+ T++E_у),

где — пространственное отклонение; Еу — погрешность уста­новки.

Припуск на диаметр для поверхностей вращения

2Z_min= 2(H+ T+ )

При обработке наружных и внутренних поверхностей вращения пространственные отклонения , и погрешность установки Е_у могут иметь любое направление, поэтому их суммируют по правилу квад­ратного корня, а их значения выбираются по справочникам.

9.2. Общие требования к заготовкам деталей машин

Заготовка — это первоначальное состояние детали до обработ­ки. Выбор заготовки для механической обработки во многих случа­ях является важным вопросом проектирования процесса изготов­ления детали.

От правильного выбора заготовки (т. е. ее формы, размеров при­пусков на обработку, точности размеров и твердости материала) зависит число операций и переходов, трудоемкость и в результате стоимость изготовления детали в целом.

Если заготовку обрабатывают на станках с применением спе­циальных приспособлений и предварительно настроенных инст­рументов, то она должна обладать стабильной точностью размеров и иметь ярко выраженные технологические базы. Несоблюдение этих требований может вызвать значительные погрешности при установке заготовки на станках и привести к повреждению на­строенных инструментов.

Для изготовления заготовок деталей машин используют различ­ные технологические методы: отливка, ковка, горячая объемная штамповка, холодная штамповка из листа, формообразование из порошковых материалов, отливка и штамповка из пластмасс, из­готовление из проката (стандартного и специального) и др. Одинаковая точность может быть обеспечена различными методами получения заготовок. Однако экономическая эффективность этих методов при одном и том же выпуске заготовок может различаться довольно значительно. Оптимальный вариант получения заготов­ки следует определять по стоимости изготовления детали, т. е. вклю­чая стоимость заготовки и ее обработки.

В условиях массового производства первичная заготовка по форме и размерам должна максимально приближаться к форме и разме­рам готовой детали. В этом случае припуски на обработку и число операций механической обработки будут минимальными, а коэф­фициент использования металла весьма высоким (0,9...0,95).

Коэффициент использования металла является основной коли­чественной характеристикой металлоемкости детали и определя­ется из соотношения

К=m _д / m₃,

где m_д — масса готовой детали; т₃ — масса заготовки.

Грубое и неточное изготовление заготовки с излишними при­пусками удлиняет и повышает стоимость процесса механической обработки детали, хотя в некоторых случаях упрощает и удешевля­ет процесс изготовления заготовки. Такие заготовки обычно ис­пользуются в условиях единичного и мелкосерийного производ­ства, когда изготовление соответствующей технологической ос­настки (штампов, кокилей и др.) чрезвычайно увеличивает себе­стоимость обработки деталей, так как стоимость этой оснастки должна быть отнесена к стоимости изготовления небольшого чис­ла деталей.

При выборе заготовки необходимо также учитывать характер нагрузки, при которой деталь будет работать в машине. Для вос­приятия ударных знакопеременных нагрузок заготовки должны быть выполнены в виде штамповок или поковок, при этом почти недо­пустимы отливки из таких металлов, как чугун. При выборе заго­товок приходится также считаться с габаритными размерами дета­лей и их массой.

При больших габаритных размерах и большой массе деталей трудно себе представить объемную штамповку таких деталей. В этом случае заготовку следует получать свободной ковкой.

Материал заготовки в общем случае бывает задан на чертеже детали конструктором. Для улучшения обрабатываемости материала заготовок их пе­ред механической обработкой подвергают нормализации, отпуску или отжигу. Нормализация улучшает обрабатываемость резанием, размельчает зерно металла и т. д. Отпуск снижает внутренние на­пряжения, сохраняет высокую твердость и т.д. Отжиг имеет не­сколько разновидностей и формирует необходимую структуру ме­талла.