3.7. Расчет припусков

При проектировании технологических процессов механической обработки заготовок необходимо установить оптимальные припуски, которые обеспечили бы заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей.

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности.

Припуски могут быть операционные и промежуточные.

Припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции, называется операционным.

Промежуточный припуск – это припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода.

Рис. 3.3. Схема определения величины минимального припуска:

1 – поверхность заготовки; 2 – корка; 3 – дефектный слой

Общий припуск, который удаляют в процессе механической обработки заданной поверхности для получения чертежных размеров, определяется разностью размеров исходной заготовки и детали.

На припуск устанавливается допуск, который является разностью между наибольшим и наименьшим значениями припуска.

Рис. 3.4. Схема поверхностного слоя после обработки наружной поверхности заготовки [35]

При определении минимального припуска необходимо учитывать, что при обработке заготовки надо снять не только слой заготовки, имеющий геометрические отклонения 1 (рис. 3.3, а). В ряде случаев необходимо учесть способ получения заготовки и связанный с этим дополнительный дефектный слой. При получении заготовки методом литья некоторые металлы дают прочную литейную корку, которую надо полностью удалить (рис. 3.3, б). При получении заготовок спеканием (например, материал САС) дефектный слой распространяется на значительную глубину (до 7 мм на сторону на диаметре 100 мм), который также необходимо удалять (рис. 3.3, в).

Имеется два основных метода определения припусков на механическую обработку: опытно-статистический и расчетно-аналитический. В первом случае припуск устанавливается по стандартам и таблицам, составленным на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых предприятий. Метод применяется в основном при изготовлении единичных деталей.

В расчетно-аналитическом методе минимальный припуск рассчитывают на основе анализа факторов, влияющих на формирование припуска, с использованием нормативных материалов. Припуски на обработку определяют таким образом, чтобы на выполняемом технологическом переходе были устранены погрешности изготовления детали, которые остались на предшествующем переходе. При расчетах учитывается величина А срезаемого дефектного слоя, состоящая из величины высоты микронеровностей Rz_i-1, которая характеризует шероховатость поверхности и глубину дефектного слоя h_i-1 (рис. 3.4).

Поверхностный слой Б, имеющий измененную структуру материала (наклепанный слой), обычно не удаляют из-за его повышенной износостойкости. Этот слой способствует и получению меньшей шероховатости. Ниже слоя Б расположен слой В, имеющий исходную структуру материала.

Качество обработанной поверхности заготовки характеризуется параметром шероховатости, состоянием и глубиной поверхностного слоя. При расчетах припуска исходят из того, что шероховатость поверхности и дефекты поверхностного слоя, сформированные на предшествующем переходе (i–1), должны быть удалены на выполняемом переходе. При этом надо учитывать глубину не всего поверхностного слоя, а лишь его дефектной части. Необходимо стремиться оставить наклепанный поверхностный слой – более износостойкий, чем нижележащие слои исходной структуры, к тому же способствующий получению меньшей шероховатости поверхности при ее обработке в зоне этого слоя.

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

Пространственные отклонения Δ_Σ (кривизна и коробление заготовки, эксцентричность отверстия относительно наружной поверхности, увод оси отверстия, отклонения от параллельности, перпендикулярности, плоскостности и т.п.) следует учитывать отдельно при расчете припусков на обработку.

Перечисленные отклонения проявляются в результате предшествующей обработки. На выполняемом переходе может возникнуть погрешность установки ε_i.

С учетом изложенного можно определить в общем виде минимальный промежуточный припуск на выполняемом переходе по формулам [35]:

• для асимметричных припусков при последовательной обработке плоских поверхностей

z_{i min} = (Rz _i-1 + h_i-1) + | Δ_{Σ i-1} + ε_i |;

• для симметричных припусков при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения

2z_{i min} = 2[(Rz _i-1 + h_i-1) + | Δ_{Σ i-1} + ε_i |].

Здесь Rz _i-1 – высота неровностей на предшествующем переходе; h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой); Δ_{Σ i-1} – суммарные отклонения расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей, позиционное) и в некоторых случаях отклонения формы поверхности (отклонения от плоскостности, прямолинейности на предшествующем переходе); ε_i – погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Нормативные материалы для значений Rz _i-1, h_i-1, Δ_{Σ i-1}, ε_i даны в справочнике [50]. Выборочно значения Rz _i-1, h_i-1, ε_i представлены в табл. 3.8. Расчет минимальных промежуточных припусков на обработку производят для определения расчетных размеров обрабатываемой поверхности по всем технологическим переходам от готовой детали до исходной заготовки.

На расчетных схемах указывается черновая, чистовая и отделочная обработка с указанием допусков на обрабатываемые поверхности (рис. 3.5).

Таблица 3.8

Значения Rz _i-1 (H_max) h_i-1 (T_max), ε_i (δ_п),

соответствующие среднеэкономической точности

Вид обраба-тываемой поверхности	Стадии обработки	Rz i-1	hi-1			εi
		мкм
Наружные цилиндри-ческие, конические и фасонные поверхности вращения	Притирка Тонкое точение Шлифование Чистовое точение Черновое точение Холодная обработка давлением Прокатка Штамповка горячая	0,05–0,5 1–5 1,7–15 5–45 15–100 25–100 100–225 100–225		3–5 15–20 15–25 30–40 40–60 80–100 300 500	4–11 8–25 10–40 50–200 100–400 70–340 500–1600 400–1000
Отверстия цилиндри-ческие	Притирка Тонкое точение Дорнование Протягивание Шлифование Чистовое растачивание Чистовое развертывание Черновое растачивание Рассверливание Сверление по кондуктору Сверление без кондуктора Штамповка горячая	0,05–0,5 1–5 1–5 1,7–8,5 1,7–15 3–25 25–100 25–225 25–225 45–225 45–225 100–225		3–5 15–20 20–25 10–20 20–30 30–40 25–30 30–50 40–60 50–60 50–60 500	4–13 15–25 12–18 18–30 15–35 100–200 40–150 200–350 140–300 70–300 120–350 600–1000
Плоскости	Притирка Шлифование Чистовое фрезерование Черновое фрезерование Строгание Прокатка Штамповка горячая	0,05–0,5 1,7–15 5–45 15–100 15–100 100–225 100–225		3–5 15–25 25–50 40–60 40–50 300 500	4–15 10–50 25–100 70–200 80–200 500–1600 300–1000

Рис. 3.5. Схема расположения промежуточных припусков и допусков для цилиндрической детали