Общие положения. Согласно ГОСТ 3.1109-82 припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности

Согласно ГОСТ 3.1109-82 припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности. При этом к свойствам обрабатываемого предмета труда или его поверхности относятся размеры, форма, твердость, шероховатость и т. п. По этому же стандарту припуски подразделяется на операционные и промежуточные. Операционный – это припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции, промежуточный – удаляемый при выполнении одного технологического перехода [1]. Общий припуск, который удаляется в процессе механической обработки рассматриваемой поверхности для получения заданных размеров, определяется разностью размеров исходной заготовки и детали. На припуск устанавливают допуск, который является разностью между наибольшим и наименьшим значениями припуска. Значения припусков и допусков определяют промежуточные (операционные) размеры. Определение припусков на механическую обработку состоит из двух основных этапов - определение величин припусков на обработку в соответствии с технологическими переходами ТП и определение размеров заготовки, в соответствие с техническими требованиями рабочего чертежа. При этом размеры заготовки (или размеры полуфабриката, изготовленного из исходного материала), определяются суммированием припусков на обработку, назначаемых для отдельных операций и переходов технологического процесса.

В настоящее время в машиностроении применяется два метода определения припусков на механическую обработку: опытно-статистический и расчетно-аналитический.

При опытно-статистическом методе припуски определяются по стандартам и таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых предприятий. Припуски на механическую обработку поковок, изготовленных различными методами, отливок из металлов и сплавов приведены в ГОСТ 7505-89, ГОСТ 7062-90, ГОСТ 7829-70, ГОСТ 26645-85. В этих стандартах припуски даны в зависимости от массы и габаритных размеров деталей, их конструктивных форм, заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Существенным недостатком этого метода является то, что припуски завышены, так как назначаются независимо от технологического процесса обработки детали и без учета конкретных условий его реализации.

При расчетно-аналитическом методе, разработанном профессором В.М. Кованом и уточненным профессором Б.С. Балакшиным, величина припуска определяется путем расчета его по составляющим элементам.

Существуют следующие рекомендации распределения припуска на механическую обработку [2]:

- 60% суммарного припуска отводится на черновую обработку;

- 40% - на чистовую.

Если же маршрут механической обработки состоит из черновой, получистовой и чистовой обработки, то:

- 45% припуска отводится на черновую обработку;

- 30% - на получистовую;

- 25% - на чистовую.

Расчетно-аналитический метод профессора В.М. Кована и разработанные на его основе методики расчета припусков учитывают действие четырех основных факторов:

I. Высота микронеровностей R _{Z i-1}, характеризующая шероховатость поверхности, полученной на предыдущем переходе обработки данной поверхности. При выполнении первой операции эта величина берется по исходной заготовке. При выполнении второй операции нужно удалить неровности, полученные на первой операции и т.д. Величина R _{Z i-1} зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей обработки.

2. Величина или глубина T_i-1 поверхностного слоя, полученные на предыдущем технологическом переходе. Этот слой отличен от основного металла. Он подлежит полному или частичному удалению на выполняемом переходе, поэтому в отдельных случаях T_i-1 из формул исключается:

а) так у отливок из серого чугуна поверхностный слой состоит из перлитной корки с включениями формовочного песка и при обработке исходной заготовки после выполнения первой операции (перехода) должен удаляться полностью, так как в поверхностном слое существенных изменений не происходит;

б) стальные поковки, полученные с помощью нагрева, имеют поверхностный слой с обезуглероженной зоной. Этот слой также подлежит полному удалению, так как он снижает предел выносливости детали. После химико-термической обработки и поверхностной закалки при расчете под шлифование наружный слой детали желательно сохранить в максимальной степени, так как его ценные свойства быстро снижаются с увеличением снимаемого припуска.

При удалении поверхностного слоя необходимо учитывать, что удалять нужно не весь слой, а лишь его дефектную часть. Необходимо стремиться оставить наклепанный поверхностный слой – более износостойкий, чем нижележащие слои исходной структуры, к тому же способствующий получению меньшей величины шероховатости при ее обработке в зоне этого слоя.

3. Пространственные отклонения r_i-1 расположения обрабатываемой поверхности относительно технологических баз заготовки возникают из-за:

- деформаций исходных заготовок;

- пространственных погрешностей изготовления литейных форм;

- пространственных погрешностей изготовления ковочных штампов, которые копируются при последующей обработке;

- погрешностей взаиморасположения рабочих элементов станка в процессе обработки и т.д.

К пространственным отклонениям относятся:

- кривизна и коробление заготовок;

- эксцентричность отверстия относительно наружной поверхности;

- увод оси отверстия;

- отклонение от перпендикулярности, параллельности осей, плоскостей и другие погрешности.

Отдельные составляющие пространственных погрешностей находятся по таблицам в зависимости от вида и метода получения исходной заготовки, ее размеров и других факторов. При этом наиболее вероятное суммарное значение пространственных отклонений при обработке поверхностей тел вращения (например, деталей типа «валов») определяется квадратичным суммированием, т.е.

(1)

При обработке плоских поверхностей определяется наибольшее значение пространственных отклонений по нормали к поверхности, получаемое в результате суммирования векторов пространственных отклонений, совпадающих по направлению, т.е.

(2)

где и - составляющие пространственных отклонений.

В связи с закономерным уменьшением пространственных отклонений по мере выполнения операций (переходов), на которых обрабатывается та или иная поверхность, при расчете припуска суммарное значение исключается из расчетных формул в следующих случаях:

- после шлифования, чистового и тонкого точения и других отделочных методов обработки (так как отклонения малы);

- когда они не могут быть ликвидированы при выполнении операции (перехода), например, при развертывании плавающей разверткой, при протягивании отверстий с применением сферической шайбы; при суперфинишировании и полировании, когда достигается лишь уменьшение шероховатости поверхности.

Количество удаленного в виде припуска материала и последовательность его удаления зависит от принятой схемы базирования заготовки. Так, например, при механической обработке деталей типа дисков целесообразно сначала для устранения несоосности расточить отверстие, используя в качестве базы наружную цилиндрическую поверхности, а затем, используя в качестве базы обработанное отверстие, точить наружную поверхность. При обратной последовательности обработки с наружной поверхности может быть удалено значительно большее количество металла.

4. Погрешность установки e_i, возникает на выполняемом переходе технологической операции механической обработки заготовки при ее установке в используемую технологическую оснастку. В результате погрешности установки действительное положение обрабатываемой поверхности отличается от заданного при обработке партии заготовок на предварительно настроенном станке. Нестабильность положения обрабатываемой поверхности должна быть компенсирована дополнительной составляющей промежуточного припуска. В связи с этим, погрешность установки e_I определяется либо по таблицам, либо расчетом по формулам в зависимости от схем базирования заготовок и применяемых на операциях технологических процессов станочных приспособлений.

Таким образом, общий минимальный промежуточный припуск определяется как сумма составляющих R _{Z i-1}, T_i-1, r_i-1, e_i.

При расчете припусков отклонения формы поверхности отдельно не учитываются. Принимают, что эти отклонения (овальность, конусообразность, бочкообразность, седлообразность, вогнутость, выпуклость и др.) не должны превышать допуска на размер и, как правило, должны составлять только некоторую его часть.

Векторы r_i-1, и e_i при обработке поверхностей вращения могут занимать в пространстве любое угловое положение, которое невозможно заранее спрогнозировать и определить их суммарное значение можно сложением по правилу квадратного корня. В этом случае их суммарная величина будет определяться следующим образом:

. (3)

В некоторых случаях, на этапах предварительных расчетов, когда не требуется высокой точности, используются методы приближенных вычислений, которые позволяют получить упрощенные зависимости:

При r_i-1, > e_i

. (4)

При r_i-1, < e_i

. (5)

При r_i-1, ³ 4e_i

. (6)

При r_i-1, ≤ 4e_i

(7)

Нередко, при определении величины припуска, необходимо рассматривать многоосные пространственные отклонения, когда их суммарная величина складывается из нескольких разнонаправленных векторов. Такие случаи имеют место при обработке коленчатых валов, сложных шпинделей металлообрабатывающих станков, распределительных валов и т.п. Здесь могут проявляться погрешности в виде отклонения от соосности коренных и шатунных шеек, параллельности осей обрабатываемых поверхностей вращения, величины заданного эксцентриситета, расположения осей шатунных шеек, лежащих в одной плоскости, на одной геометрической оси и т.д. Учитывая сложный характер расположения таких векторов, их суммарное действие вычисляется приближенно:

При r₁ > r₂

. (8)

При r₁ > r₂ > r₃

. (9)

Исходя из положений расчетно-аналитического метода проф. В.М. Кована, для определения минимальной величины промежуточного припуска при механической обработке рекомендуются следующие зависимости:

- в случае асимметричного припуска, при последовательной обработке противоположных или отдельно расположенных плоскостей или пазов:

; (10)

- симметричный припуск на двух сторонах заготовки при параллельной обработке противоположных плоскостей определяется:

; (11)

- припуск при обработке наружных или внутренних поверхностей вращения определяется на диаметр заготовки:

. (12)

Приведенные выше зависимости могут послужить для расчета припусков и в других случаях, не описываемых этими зависимостями. Поэтому при необходимости, исключая из приведенных формул отдельные составляющие из них можно получить новые расчетные зависимости, пригодные для определения припуска в конкретных условиях обработки.

Так, например, при обработке цилиндрической заготовки установленной в центрах, при бесцентровом шлифовании, погрешность установки может быть принята равной нулю. Припуск на диаметр в этом случае будет рассчитываться по следующей зависимости:

; (13)

при обработке отверстий плавающей разверткой и протягивании смещение и увод оси не исправляются, а погрешность установки в этом случае отсутствует, поэтому для расчета припуска можно использовать зависимость:

; (14)

В тех случаях, когда целью обработки поверхности заготовки является только уменьшение параметров её шероховатости (например, суперфиниширование, полирование), припуск определяется высотой микронеровностей обрабатываемой поверхности, то есть

. (15)

Если при этом необходимо учитывать погрешности, связанные с настройкой инструмента на размер и его износом, не превышающем обычно 0,5 допуска на обработку (Тi), минимальный припуск будет равен:

; (16)

Если при черновой обработке поверхности необходимо получить только чистую поверхность, то минимальный снимаемый слой металла определяется величиной дефектного поверхностного слоя Zд и погрешностью формы обрабатываемой поверхности DФ, которая обычно не превышает 0,25 допуска на черновой размер заготовки и зависимость будет выглядеть следующим образом:

. (17)

При шлифовании заготовок после проведения термической обработки поверхностный слой следует по возможности сохранить, поэтому, слагаемое Т_i-1 из расчетной формулы необходимо исключить. Возможные при термической и химико-термической обработке заготовок коробления, создающие пространственные отклонения, компенсируются учетом величины r_i-1.

Если, например, схема обработки наружной цилиндрической поверхности предусматривает черновое и чистовое точение, а затем шлифование, то на последних рабочих ходах шлифования упругие деформации системы СПИД будут незначительными и во внимание практически не принимаются. При такой обработке рабочий стремится закончить выполнение операции, когда действительный размер детали достигнет предельного значения соответствующего началу поля допуска (d_3max = d_Дmax). Следовательно, для рассматриваемой схемы минимальный припуск отсчитывается от этого предельного размера:

. (18)

В единичном производстве заготовки на металлорежущем оборудовании обрабатывают методом индивидуального получения предельных размеров. В этих случаях величину минимального припуска определяют по зависимостям (10) – (12). Однако при этом следует учитывать такие характерные особенности единичного производства, что установка заготовок на станках осуществляется методом индивидуальной выверки и погрешность установки e_i в формулах (10) – (12) заменяется погрешностью выверки e_в. Величина e_в зависит от используемого метода выверки.

Очень часто при сборке производится совместная механическая обработка сборочных единиц, поэтому при расчете минимальной величины припуска необходимо учитывать относительное смещение собранных деталей относительно друг друга и некоторые другие погрешности.

Перед выполнением расчетов по определению промежуточных припусков и операционных размеров по рассматриваемой методике должен быть составлен пооперационный технологический процесс, который бы обеспечивал получение заданных параметров согласно рабочего чертежа обрабатываемой детали.