2. Технологический контроль и анализ технологичности чертежа детали

Технологичность детали – совокупность свойств и показателей, определяющих возможность её изготовления с наименьшими затратами при достижении требований к точности, указанных в чертеже. Технологичность детали можно предварительно оценить, сравнивая деталь с имеющимися аналогами. Окончательное решение о технологичности детали можно принять после разработки ТП и проведения технико-экономических расчётов.

Анализируя деталь, студент должен сопоставить её со стандартными унифицированными или оригинальными конструктивными решениями. При этом необходимо учитывать совокупность конструктивных элементов детали: образующих линий и поверхностей; взаимного расположения поверхностей, осей; наличие внутренних отверстий, полостей и др.; требования к точности; контролепригодность параметров точности и в итоге сделать предложения по методам и средствам формообразования поверхностей, а также методам и средствам контроля.

Оценка технологичности конструкции детали производится количественными и качественными показателями. Для количественной оценки технологичности конструкции изделия применяют показатели, предусмотренные ГОСТ 14.201-83. Основные из них: трудоемкость, материалоемкость, унификация элементов детали, требования к точности и качеству поверхностей.

Качественную оценку технологичности конструкции детали можно выразить словами. Необходимо дать предложения по улучшению технологичности детали и иллюстрировать их эскизами, схемами и привести в пояснительной записке.

Анализ детали на технологичность производится по конструктивным и технологическим показателям: по форме, размерам, точности размеров, шероховатости, массе, материалу детали, техническим требованиям к детали.

Примеры и рекомендации по оценке технологичности детали приведены в справочной литературе [3. с. 21], [2. с.355] [13. с. 165].

В анализе технологичности для деталей класса «Вал» указывают:

• Наличие у ступенчатых валов небольших перепадов диаметров ступеней.

• Убывают ли от середины к концам или от одного из концов к другому диаметральные размеры шеек вала?

• Доступность всех обрабатываемых поверхностей для механической обработки.

• Можно ли заменить закрытые шпоночные канавки открытыми, которые обрабатываются значительно производительнее дисковыми фрезами?

• Допускает ли жесткость вала получение высокой точности обработки (жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 6…7 квалитетов соотношение его длины к диаметру l:d10).

Жесткость детали:

, (1.1)

где - длина детали

- средний диаметр

_Если - деталь жесткая

• Возможность применения для изготовления детали исходную заготовку прогрессивного вида, которая по форме и размерам близка к форме и размерам готовой детали

• Соответствие заданной точности размеров, формы и расположения поверхностей экономической точности станков. Известно, что экономическая точность круглошлифовальных станков – 6-8 квалитет точности, следовательно, наружные поверхности валов, доступные для шлифования, являются технологичными, если их точность не превышает 6 квалитета.

• Возможность замеров универсальным мерительным инструментом.

• Возможность применения прогрессивных методов обработки и т.д.

Делается вывод о технологичности детали

Технологический контроль для детали класса «Вал»

Выполняя этот пункт, необходимо учесть, что, перечисляя технические требования, следует руководствоваться рабочим чертежом и ГОСТ 2.308-79.

К детали типа валов предъявляются следующие типовые требования:

1) Шейки под подшипники и зубчатые колеса, как правило, должны быть выполнены по 6-му квалитету точности с шероховатостью поверхности: R_a0,8+1,6 мкм (ГОСТ 2789-73).

2) Отклонения от правильной геометрической формы шеек под подшипники должны быть в пределе 5-7 степени точности по ГОСТ 24643-81 или (10356-63). У других шеек отклонения формы в пределах допуска на размеры.

3) Биение шеек под зубчатые колеса относительно общей оси шеек под подшипники в пределах 5-6 степени точности по ГОСТ 24643-81 или (10356-63) и др. Все требования проставляются на чертеже вала согласно ГОСТ 2.307-63 и 2.308-79.

В данном пункте приводятся только требования в отношении точности размеров, форм и расположения поверхностей. Вначале перечисляют требования в отношении точности размеров, затем точности формы поверхностей, условно показанные на чертеже и проставленные в соответствии с рекомендациями ГОСТ 2.308-79 и ГОСТ 24643-81 (10356-63), затем точность формы остальных поверхностей, не обозначенных условным обозначением по ГОСТ 2.308-79. В заключении перечисляют технические требования в отношении отклонения расположения поверхностей (осей) и описывают методы обеспечение и контроля этих требований.

Пример технических требований, предъявляемых к детали типа «Вал» (первый столбец таблицы 2.1):

• Точность размеров 56_-0,019(55h6), 50К6, 40js6 – 6-ой квалитет, 60_-0,4 – 12 квалитет, без указаний отклонений – 14-й квалитет (согласно пункту технических требований на чертеже).

• Допуски цилиндричности и круглости поверхностей шеек 50к6 и 40js6 – 0,006 мм.

• Допуск цилиндричности поверхностей шейки 55_-0,019 мм (в пределах допуска на изготовление).

• Допуск радиального биения поверхностей шейки 55_-0,019 относительно общей оси шеек 50к6 и 40js6 – 0,012 мм.

• Допуск торцевого биения шеек 55h6 и 65_-0,4 относительно общей оси шеек А и Б – 0,02 мм.

• Допуск соосности поверхностей шеек 50к6 и 40js6 – 0,012 мм.

• Допуск симметричности боковых сторон шпоночного паза 16N9 относительно общей оси поверхностей А и Б – 0,012 мм.

• Допуск параллельности боковых сторон шпоночного паза относительно общей оси поверхностей А и Б – 0,1 мм.

Справочная литература: допуски формы и расположения поверхностей – [13 с.74]; отклонения геометрической формы при обработке на металлорежущих станках - [12. с. 61]; допуски на размеры – [12. с. 111];

Для завершения этого пункта необходимо ознакомиться с методами получения и контроля различных поверхностей деталей машин в зависимости от квалитета точности размеров, степени точности форм и расположения поверхностей.

Справочная литература: методы и средства контроля – [12. с. 265]; [2. с. 108]; [17. с. 532]

Пример описания методов обеспечения и контроля перечисленных выше технических требований к валику (второй и третий столбцы таблицы 2.1):

• Точность 6-го квалитета поверхностей 40js6, 50к6 и 55h6_(-0,019) можно получить шлифованием в центрах на круглошлифовальном станке. Измерение точности производится рычажными скобами с ценой деления 0,002 мм, диапазон измерения 25-50 мм и 50-75 мм.

• Допуск круглости и цилиндричности поверхностей 40js6, 50к6 и 55h6 можно обеспечить применением тонкой правки и уравновешиванием шлифовального круга, измеряется рычажными скобами в 3-х сечениях, а в каждом сечении поворотом на 90.

• Допуски радиального и торцевого биения, а также соосности можно обеспечить путем шлифования поверхностей 40js6, 50к6 и 55h6 с одного установа в центрах. Однако ввиду того, что передний центр на кругощлифовальных станках не вращается, при шлифовании шеек за два и более установов обеспечивается высокая степень соосности и, следовательно, допуск радиального биения. Проверяется в центровом приспособлении с помощью индикатора часового типа с ценой 0,002 мм.

• Допуск симметричности и параллельности боковых поверхностей шпоночного паза относительно оси вала можно обеспечить установкой оси фрезы относительно оси призмы (вала). Измерение производится с помощью шаблона и т.д.

Данные анализа на технологический контроль можно представить в виде таблицы 2.1

Таблица 2.1 – Технологический контроль

Содержание технологического требования	Методы выполнения технологического требования	Средства контроля
1	2	3

Методы выполнения технологического требования – это когда, каким методом и средством можно выполнить это технологическое требование.

Средства контроля – это, как и каким инструментом можно проверить это технологическое требование

Анализ технологичности детали типа «Колесо зубчатое»

При анализе технологичности конструкции зубчатого колеса следует определить возможность высокопроизводительных методов формообразования зубчатого венца применением пластического деформирования в горячем и холодном состоянии.

Конструкция зубчатого колеса должна соответствовать следующим требованиям:

• протяженность обрабатываемых поверхностей должна быть минимальной;

• удобный подход режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям;

• центральное отверстие должно быть сквозным, простым по форме;

• оси отверстия должны быть прямолинейны и перпендикулярны торцам;

• диаметры отверстий должны назначаться с учетом стандартного режущего инструмента;

• резьбы в отверстиях должны быть стандартными;

• размеры и форма канавок для выхода инструментов должны обеспечить обработку поверхностей напроход;

• возможность многорезцевой обработки в зависимости от соотношения диаметров венцов и расстояния между ними;

• материал детали должен обладать хорошей обрабатываемостью;

• заданная точность размеров, формы и расположения поверхностей должны соответствовать экономической точности оборудования;

Например, если зубчатое колесо 6 степени точности ГОСТ 1643-81 требует применения дорогостоящей зубошлифовальной операции, оно менее технологичное, чем колесо 8 степени точности, которая обеспечивается зубофрезерованием. Известно, что экономическая точность круглошлифовальных станков – 6-8 квалитет точности, следовательно, наружные поверхности зубчатых колес, доступные для шлифования, являются технологичными, если их точность не превышает 6 квалитета.

• конфигурация контура зубчатого колеса должна быть простой. Наиболее технологичными являются зубчатые колеса плоской формы, без выступающих ступиц (типа дисков);

• ступицы должны быть расположены с одной стороны, что позволит установить заготовки пакетом при выполнении зубообрабатывающих операций.

Пример анализа технологичности конструкции зубчатого колеса:

Зубчатое колесо – цилиндрическое одновенцовое без ступицы, зубья прямые эвольвентного профиля легко доступны для инструмента. Заданная степень точности 7-В зубчатого венца может быть достигнута на зубофрезерном оборудовании класса Н червячной фрезой класса А.

Точность отверстия 80Н7 не превышает экономической точности внутреннего шлифования, протягивания, развертывания. Деталь образована поверхностями, доступными для обработки универсальными лезвийными и абразивными инструментами, центральное отверстие 80Н7 простой формы, сквозное является и конструкторской, и технологической базой при выполнении зубофрезерной операции, не требуется сложной технологической оснастки.

Материал детали сталь 45 обладает хорошей обрабатываемостью давлением и резанием; и при штамповке, термической и механической обработке трудностей не возникает.

Пример анализа зубчатых колес на технологичность [4. с. 37]

Технологические требования, предъявляемые к зубчатым колесам, зависят главным образом от степени точности колеса по ГОСТ 1643-81. В свою очередь, степень точности зубчатого колеса зависит от назначения и частоты вращения вала (табл.2.2).

Таблица 2.2 – Методы обработки и области применения цилиндрических зубчатых передач по степени точности

Элемент классификации	Степень 7 (точные)	Степень 8 (средней точности)	Степень 9 (пониженной точности)
1	2	3	4
Метод нарезания	Способ обката на точных станках	Способ обката или же метод деления инструментом, профилированным в соответствии с действительным числом зубьев колеса	Любой способ
Окончательная обработка рабочей поверхности (профилей)	Для сырых колес рекомендуется точный инструмент, а для закаленных обязательна отделка (шлифование, шевингование, шивинг-обкатка, притирка)	Зубья не шлифуются, при надобности отделываются или притираются	Специальные отделочные операции не требуются
Шероховатость обработки рабочей поверхности	Ra 0,8	Ra 3,2	Ra 6,3
Условия работы	Зубчатые колеса, работающие при повышенных скоростях и умеренных мощностях или на оборот; зубчатые колеса подач в металлорежущих станках, где требуется согласованность движений; колеса скоростных редукторов, колеса авиа- и автостроения; передачи на устройства с отсчетом и скоростные передачи с непрямыми зубьями	Зубчатые колеса общего машиностроения, не требующие особой точности; колеса станков, не входящие в делительные цепи; несоответственные шестерни авиа- и автотракторостроения; колеса грузоподъемных механизмов, ответственные шестерни сельскохозяйственных машин; колеса нормальных редукторов	Зубчатые колеса, предназначенные для грубой работы, к которым не предъявляются требования нормальной точности; нагруженные передачи, выполненные по конструктивным соображениям большими, чем следует из расчета
Окружные скорости, м/с:	прямозубые колеса - До 10 непрямозубые колеса - До 15	До 6 До 10	До 2 До 4
К.П.Д.	Не ниже 0,98 (с подшипниками 0,975)	Не ниже 0,97 (с подшипниками 0,965)	Не ниже 0,96 (с подшипниками 0,95)

Метод обработки зубьев выбирается в зависимости от степени точности, по ГОСТ 1643-81. Например, если цилиндрическое зубчатое колесо с прямыми зубьями вращается с окружной скоростью 10м/с, то оно должно быть выполнено по 7-ой степени точности ГОСТ 1643-81, а зубья должны быть обработаны на зубошлифовальных станках с получением шероховатости поверхности 0,8 мкм по шкале Rа.

Основные технические требования к зубчатым колесам 6-9 степени точности (наиболее распространенные):

• точность базового отверстия не ниже 7-го квалитета СТ СЭВ 145-75.

• радиальное биение венца выбирается по ГОСТ 1643-81 (таблица 2.3) в зависимости от степени точности. Например, для зубчатого колеса m=3 с диаметром делительной окружности св. 125 до 280 мм, допуск радиального биения венца F_r=0,024 мм для 5-ой степени точности (обозначение 5-В). Если допускаемое радиальное биение не более 0,034 мм, то измерительный инструмент-индикатор часового типа с ценой деления 0,01 (0,005) мм, установленный в специальном или центровом приспособлении.

• допуск цилиндричности отверстия не более допуска на изготовление размера.

• допуск торцового биения ступиц относительно оси отверстия выбирается по 4-8 степеням точности ГОСТ 24643-81 [13. с.75]. Если допуск торцового биения не более 0,03 мм, то измерительный инструмент - индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм или рычажный индикатор с ценой деления 0,01 мм, установленные в специальном или центровом приспособлении.

• допуск симметричности боковых сторон шпоночного паза относительно оси отверстия выбирается по 8-9 степеням точности ГОСТ 24643-81 [13. с.76].

• точность формы остальных поверхностей, не обозначенных условным обозначением по ГОСТ 2.308-79 равен допуску на изготовление поверхности.

В заключение перечисляют технические требования в отношении отклонения расположения поверхностей (осей) и описывают методы обеспечения и контроля этих требований.

Пример: Описание методов обеспечения и контроля перечисленных выше технических требований к зубчатому колесу

1) Точность отверстия 7 квалитета 80Н7 можно получить шлифованием на внутришлифовальных станках или развертыванием с закреплением детали в патроне [12. с. 147]. Измерение точности производится приборами активного контроля (ПАК): индикаторным нутрометром с ценой деления 0,001.

2) Допуск радиального биения зубчатого венца - 0,056мм можно обеспечить, используя в качестве технологической базы отверстия 80Н7 при обработке зубчатого венца. Проверяется в центровом приспособлении индикатором с ценой деления 0,01 -0,001.

3) Допуск торцового биения - 0,03мм можно получить при об работке поверхностей А и Б с одного установа. Измерение производится в центровом приспособлении индикатором часового типа с ценой делений 0,01.

4) Допуск параллельности торцов 0,02мм обеспечивается шлифованием торцов на плоскошлифовальном или круглошлифовальном станке. На первом установе - базируется по обточенному торцу, на II установе - по шлифовальному торцу. Измеряется на поверочной плите индикатором на стоке с ценой деления 0,01.

5) Допуск параллельности и симметричности боковых сторон шпоночного паза относительно оси поверхности А обеспечивается точной наладкой режущего инструмента (протяжка, долбежный резец) относительно оси поверхности А. Контролируется с помощью шаблона.

Таблица 2.3 – Нормы кинематической точности. Допуски на радиальное биение зубчатого венца F_r цилиндрических зубчатых колес (ГОСТ 1643-81)

Степень точности	Модуль m, мм	Делительный диаметр d, мм
		До 125	Св. 125 до 400	Св. 400 до 800	Св. 800 до 1600	Св. 1600 до 2500	Св. 2500 до 4000	Св. 4000 до 6300
		Допуск Fr, мкм
4	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10	10 11 13	15 16 18	18 20 22	20 22 25	22 25 28	- 28 32	- - 36
5	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16	16 18 20 -	22 25 28 32	28 32 36 40	32 36 40 45	36 40 45 50	- 45 50 56	- - 56 63
6	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16	25 28 32 -	36 40 45 50	45 50 56 63	50 56 63 71	56 63 71 80	- 71 80 90	- - 90 100
7	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25	36 40 45 - -	50 56 63 71 80	63 71 80 90 100	71 80 90 100 112	80 90 100 112 125	- 100 112 125 140	- - 125 140 160
8	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40	45 50 56 - - -	63 71 80 90 100 -	80 90 100 112 125 140	90 100 112 125 140 160	100 112 125 140 160 190	- 125 140 160 180 224	- - 160 180 200 250
9	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 55	71 80 90 - - - -	80 100 112 125 160 - -	100 112 125 160 200 250 315	112 125 140 160 200 250 315	125 140 160 180 224 280 355	- 160 180 200 224 280 355	- - 200 224 250 315 400
10	От 1 до 3,5 Св. 3,5 до 6,3 Св. 6,3 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 55	100 125 140 - - - -	112 140 160 180 224 - -	125 140 160 200 250 315 400	140 160 180 200 250 315 400	160 180 200 224 280 355 450	- 200 224 250 280 355 450	- - 250 280 315 400 500