Расчет припусков при изготовлении деталей из проката

Гладкие, ступенчатые валы и другие аналогичные детали изготовляют из проката повышенной или обычной точности. Методы обработки поверхностей определяют в зависимости от 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 и величине пространственных отклонений поверхности.

Пространственные отклонения поверхности расположения проката определяются по формуле:

(18)

где – величина отклонения формы поверхности заготовки (местная или общая), мкм.; – величина смещения и поворота поверхности, относительно технологических баз при центровке, мкм

Величина равна: при консольном креплении ; при установки в центрах ; где - величина удельного отклонения формы поверхности, мкм/мм; -расстояние от сечения для которого определяют величину отклонения формы до места крепления заготовки (при консольной обработке заготовки £ , а при обработке в центрах £0,5 , где L – общая длина заготовки, мм).

Величина определяется следующим образом:

где d_з – допуск на диаметр базовой поверхности заготовки, использованной при центровке, мм.

Величина остаточного пространственного отклонения поверхности после выполнения перехода (операции) равна:

где К_у - коэффициент уточнения (табл. 25); – пространственное отклонение поверхности заготовки, мкм.

При обработке отверстий плавающим инструментом пространственные отклонения поверхности не исправляются, поэтому в дальнейших расчетах не участвуют.

Погрешность установки заготовки определяется по формуле:

(19)

где – погрешность базирования, мкм; – погрешность закрепления заготовки, мкм; при совмещении технологической и измерительной баз погрешность базирования = 0.

При базировании в центрах погрешность установки в радиальном направлении равна:

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 находят из соотношения:

где - коэффициент, зависящий от характеристики поверхностей, воспринимающих силу зажима; для поверхностей до обработки К_з = 17,5х10^-4; после черновой К_з = 5,8; b – ширина поверхности заготовки, мм.

Промежуточные размеры обрабатываемой поверхности по технологическим операциям (переходам) рассчитываются по формуле:

D_pi = D_{ном i} + 2z_mini,

где D_номi – номинальный размер обрабатываемой поверхности детали на предшествующей операции (переход), мм.

Таблица 25

Значение коэффициента уточнения Ку

Вид заготовки	Технологический переход	Ку
Калиброванный прокат	После обтачивания: однократного двукратного После шлифования: обдирочного чистого	0,05 0,02 0,06 0,04
Горячекатаный прокат, штамповка, отливка	После обтачивания: чернового и однократного получистового чистового	0,06 0,05 0,04

Расчет промежуточной размеров поверхности производят путем последовательного приближения номинальных размеров детали по чертежу выполняемых на окончательной операции или переходе, к размерам заготовок в соответствии с технологической последовательностью обработки поверхности. Например, если необходимо определить промежуточный расчетный размер на черновую токарную операцию прибавляют минимальный расчетный припуск на чистовую обработку и т.д.

Минимальные (максимальные) промежуточные размеры технологических операций (переходов) определяют методом прибавления (для валов) или вычитания (для отверстий) минимальных (максимальных) значений промежуточных припусков:

D_min = D_mini + 2z_mini;

D_max = D_maxi + 2z_maxi;

где D_maxi, D_mini – предельные размеры поверхностей по операциям (переходам), мм; 2z_mini, 2z_maxi - предельные (округленные) в сторону увеличения согласно степени точности припуска на операцию (переход), мм.

По максимальным предельным размерам заготовки выбирают ближайшие размеры проката согласно стандарту на сортамент (см. табл. 27).

Действительный общий припуск на обработку детали равен:

2z_0min = D_пр + D_дmin,

где D_пр - диаметр проката по стандарту, мм.

Рабочий чертеж на заготовку из проката допускается не разрабатывать.

Пример. Определить промежуточные припуски и промежуточные размеры при обработке поверхности вала диаметром 80f7 согласно рабочему чертежу (см. рис. 57). Исходная заготовка – горячекатаный прокат обычной точности В, ГОСТ 2590-71. После отрезки заготовки правится и центрируется.Тип производства – массовый.

Технологический маршрут обработки поверхности Æ80f7 предусматривает следующую последовательность выполнения операций:

- Операция 005. Токарная (черновая обработка).

- Операция 010. Токарная (чистовая обработка).

- Операция 015. Шлифовальная.

Решение. В данном типе производства токарную обработку вала можно выполнить на токарном многорезцовом полуавтомате. Заготовки устанавливается в центрах. Шлифовальная обработка выполняется на круглошлифовальном станке. Заготовка устанавливается на жестких центрах.

Для наглядности расчет промежуточной припусков и промежуточных размеров обработки поверхности представлен в таблице (см. табл. 24).

Точность и качество поверхности после механической обработки устанавливаем по таблице 27.

Допуски на изготовление детали выбираем 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 (R_z и h) назначаем по табл. 26 и 27 в зависимости от метода обработки поверхностей заготовки и состояния проката.

Расчетный минимальный припуск на черновую обработку поверхности определяем по формуле (15), а параметры припусков выбираем по табл. 12.

Выбрав по таблицам величину удельного отклонения формы равную К_у= 0,07 мкм/мм и определив расстояние L_к от сечения, для которого определяется кривизна, до места опоры при установке в центрах определяется из отношения L_k£0,5 = 0,5 × 300 = 150 мм, где L – общая длина заготовки, L = 300 мм рассчитаем величину отклонения формы поверхности в зависимости от установки заготовки.

мкм

Таблица 26

Качество наружной поверхности горячекатаного проката.

Диаметр, мм	Повышенная точность, мкм	обычная точность, мкм
Rz	h	Rz	h
До 25
25-75
75-150
150-250

Таблица 27

Точность и качество поверхности заготовок из проката после механической обработки

Способ обработки	Технологический переход	Квалитет	Высота неровностей Rz	Дефектный слой h
мкм
обработка наружных поверхностей
Обтачивание горячекатаного проката (обычной и повышенной точности), калибрированного проката 12-го квалитета точности	Обдирка Черновое Чистовое или однократное Тонкое	11-10 9-8	30-20
Шлифование в центрах горячекатаного проката 12-го квалитета точности	Черновое Чистовое или однократное Тонкое	7-6		6-2
Бесцентровое шлифование калиброванных прутков 8-го и 10-го квалитетов точности	После термообработки (тонкое) До термообработки (чистовое)	6-5	3-0,8
Обработка торцовых поверхностей
Подрезание	Черновое Чистовое
Шлифование	Однократное		5-10

Величина смещения и поворота поверхности в процессе центровки заготовки составит:

мм

где d₃ - допуск на диаметр базового поверхности, мм d_з = 1,8 мм.

Таблица 28

Удельное отклонения горячекатаного проката 

Вид правки	Удельное расположения Ку, 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

Поверхностное отклонение на черновую обработку поверхности заготовки определим по формуле (18):

мкм

Рассчитаем погрешность установки заготовки при базировании в центрах:

мкм

На основании значения , определим минимальный припуск на черновую обработку по формуле 15:

Тогда, максимальный припуск на черновую обработку поверхности детали будет равен:

мкм,

Величину остаточного поверхностного отклонения поверхности заготовки после выполнения черновой обработки определим как:

мкм,

где (см. табл. 26)

Величина погрешности установки при чистовой обработки поверхности заготовки составит

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 (15) и (17):

2z_min = 2(60 + 60 + ) = 322,5 мкм;

2z_max = 2(322,5 + 460 + 70) = 1705 мкм.

Расчетный минимальный и максимальный припуски на шлифовальную обработку поверхности составит:

2z_min = 2(6 + 12) = 36 мкм;

2z_max = 2 (36 + 70 + 30) = 272 мкм.

Промежуточные расчетные размеры по обрабатываемым поверхности по технологическим переходам будут равны:

- для чистовой токарной обработки:

D_min =D_min + 2z_{min шл} = 80 + 0,036 = 80,036 мм;

- для черновой токарной обработки:

D_р.черн = D_р.чист + 2z_{min чист} = 80,036 + 0,323 = 80,359 мм;

- для заготовки детали:

D_р.з = D_р.черн + 2z_min = 80,359 + 2,4 = 82,759 мм.

Промежуточные размеры по технологическим переходам определяют методом прибавления (для валов), вычитания (для отверстий) значений припусков по максимальным и минимальным значениям, начиная с размера детали установленного чертежом.

D_чист = Dд + 2z_{min шл} = 79,94 + 0,04 = 79,98 мм;

D_{min чист} = D_чист + 2z_{min чист} = 79,98 + 0,30 = 80,28 мм;

D_{min 3} = D_черн + 2z_{min черн} = 80,28 + 2,4 = 82,68 мм.

Максимальные предельные промежуточные размеры:

D_{max чист} = D_max + 2z _{max шл} = 79,97 + 0,27 = 80,24 мм;

D_{max черн.} = D_max + 2z_{max чист} = 80,12 + 1,7 = 81,82 мм;

D_{max 3}. = D_max + 2z_{max черн} = 81,28 + 4,60 = 85,88 мм.

По максимальным размерам заготовки выбираем диаметр проката по ГОСТ 2590-71. Диаметр проката - Æ90 мм.

Расчет промежуточных припусков, промежуточных размеров и установление на размеры допусков позволяет составить схема расположения полей припусков и допусков для обрабатываемой поверхности. (см. рис. 24).