книги из ГПНТБ / Степанян А.Г. Изготовление малогабаритных корпусных деталей
.pdfПродолжение табл.
23
теризуемый величинами епі и еп2. Расстояние точек пересечения осей со средними сечениями отверстий (на рисунке для просто ты берутся торцовые сечения):
е> = 0 ' ; м " = Ѵ
e, = 0-,N" = V el2+e--2 .
Углы, составленные общей осью с действительными направ лениями осей отверстий, соответственно
ßi = arctg |
и = arctg |
При условии e„i = en2= 0 и ec]=ec2 = e схема приводится к па раллельному смещению осей, рассмотренному выше. Отсюда сле-
Рис. 6. Схема несоосности отверстий в общем случае
дует, что если ограничивающим фактором является ßflon^'ßi + ß2 ,
то параметры в\Л-е2 полностью характеризуют состояние опор. Предельные отклонения от соосности в зависимости от степе ни точности детали должны назначаться соответственно расстоя ниям между средними сечениями рассматриваемых отверстий, или просто расстояниям торцовых поверхностей рассматривае мых отверстий. Данные табл. 1 показывают, что назначение до пусков на несоосность только в зависимости от степени точности детали приводит к увеличению допустимой погрешности по абсо
лютной величине для деталей небольшой длины и наоборот.
На основе анализа большого количества чертежей точных ма логабаритных корпусных . деталей различного назначения в табл. 3 приведены обобщенные характеристики по их точности.
24
|
Т а б л и ц а 3 |
Характеристика точности корпусных деталей |
|
Отклонение формы и расположения поверхностей |
Предельное отклонение |
Отклонение диаметральных размеров ...............
Отклонение линейных размеров ...........................
Отклонение размеров резьбовых поверхностей
Шероховатость посадочных поверхностей . . .
Отклонение геометрической формы посадочных
поверхностей в поперечном сечении (огранка
и овальность)..........................................................
Отклонение геометрической формы цилиндриче ских посадочных поверхностей в продольном сечении (конусность, бочкообразность, изо гнутость) ..................................................................
Отклонение |
геометрической |
формы плоских |
посадочных поверхностей |
(неплоскостность) |
|
в м м .......................................................................... |
|
|
Отклонение |
координатных размеров (межосёвое |
|
расстояние и расстояние оси цилиндрической поверхности от базовой поверхности) в мм
Несоосность (эксцентриситет н перекос осей) в м м .........................................................................
Неперпендикулярность осей в м м .......................
Непараллельность осей в м м ...............................
Непараллельность поверхностей в мм
Неперпендикулярность поверхностей в мм . . .
Непараллельность оси к поверхности в мм . .
Неперпендикулярность оси к поверхности в мм
Непересечение (скрещивание) в м м ...................
П р и м е ч а н и е . S — допуск о мм.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДЛЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
1- или 2-й класс 3—5-й класс 2-й класс Ѵ7—Ѵ10
0,01
100
±0,005— ±0,01
0,02—0,01
0,01
100 |
0,01 |
0,005 |
|
100 _ |
100 |
0,01 |
|
100
0,01
100
0,01
100
0,01
100
0,02
Малогабаритные корпусные детали отличаются от обычных кор пусных деталей большим разнообразием применяемых материа лов. Серый чугун, конструкционные стали, стали специального назначения, алюминиевые сплавы, титановые сплавы, медные сплавы, цинковые сплавы, магниевые сплавы •— вот примерный перечень материалов, применяемых для малогабаритных кор пусов.
25
Корпусные детали стационарных приборов н машин с высоки ми требованиями по жесткости, стабильности и износостойкости обычно изготовляют из серого чугуна различных марок: СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44 и СЧ28-48 (ГОСТ 1412—70), а в ряде случаев из ковкого чугуна (ГОСТ 1215—59).
Корпусные детали «ажурной» конструкции с повышенными требованиями по прочности и пластичности, подвергающиеся ударным нагрузкам, изготовляют из углеродистых качественных конструктивных сталей марок ЗОЛ, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л (ГОСТ 977—65).
Корпуса с аналогичными требованиями, но работающие в не благоприятной окружающей среде (влажность, пары морской во ды, химически активная среда, высокая температура и пр.) изго товляют из сталей специального назначения марок 1X13, 2X13, 3X13, Х18Н10Т и 0Х16Н4ДЗ (ГОСТ 5632—61).
Для машин и приборов, в которых детали должны иметь ми нимальный вес, широко применяют алюминиевые литейные спла вы марок АЛ2, АЛЗ, АЛ8, АЛ9, АЛІ2 и АЛ13 (ГОСТ 2685—63). Указанные алюминиевые сплавы имеют хорошие технологические характеристики — жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, коррозионную стойкость, герметичность и стойкость против уса дочных трещин.
Малогабаритные корпусные детали несложной конфигурации изготовляют также из прутков и штучных заготовок (поковок, штамповок), деформируемых алюминиевых сплавов марок АД1, АК2, АК4, Д 1, Д6, Д18П и др.
Для изготовления корпусных деталей в последнее время не редко применяют литейные магниевые сплавы марок Мл4, Мл5
и Мл6 (ГОСТ 2856—68). Преимуществами магниевых |
сплавов |
перед алюминиевыми являются меньшая плотность |
(1,8— |
1,83 г/см3) и хорошая механическая обрабатываемость. |
|
Малогабаритные корпусные детали в отдельных случаях из готовляют также из цинковых литейных сплавов марок ЦАМ4-1 и ЦАМ4-3. Более высокими механическими и антикоррозионны ми свойствами обладают медные сплавы, которые также приме няют для изготовления малогабаритных корпусов. Для корпус ных деталей специального назначения применяют титановые сплавы марок ВТ-1, ВТ-3 и др., имеющие малую плотность, весь ма высокие механические свойства и, что весьма важно, хорошую коррозийную стойкость. По прочности титановые сплавы превос ходят конструкционные стали и большинство марок жаропроч ных сталей при температурах 400—500°С.
Основными методами получения заготовок для корпусов сложной конфигурации являются различные виды литья, а для корпусов простой конфигурации помимо литья применяют поков ки, штамповки и штучные заготовки из проката.
Прогрессивным широко распространенным в настоящее вре мя методом изготовления малогабаритных сложных заготовок из
26
стали является литье по выплавляемым моделям (прецизионное литье). Литье по выплавляемым моделям при хорошо налажен ном процессе обеспечивает точность для размеров 20—30 мм 4-го класса, а для больших размеров — 5-го класса; при шерохо ватости поверхностей рабочей полости пресс-формы — V8 (ГОСТ 2789—59) можно получить поверхности отливок до Ѵ5— Ѵ6. При литье по выплавляемым моделям на поверхностях стальных отливок получается обезуглероженный слой глубиной до 0,7 мм, который следует учитывать при расчете припусков на обработку, а при необходимости этот слой восстанавливают по сле обработки соответствующей химико-термической обработкой. Методом прецизионного литья можно изготовлять заготовки из любых сплавов цветных и черных, включая и высоколегирован ные жаропрочные стали.
Основным методом для получения заготовок корпусных дета лей из алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов является литье под давлением. Этот метод обеспечивает высокую производительность и точность изготовления заготовок. При из готовлении рабочих частей формы по 2-му классу точности мож но получить размеры отливок в одной половине формы по 2—3-му классу точности. Шероховатость поверхности отливок соответствует в среднем Ѵ4—Ѵ6 классам.
Толщина стенок отливок, получаемых литьем под давлением, находится в пределах 1—5 мм.
Следует указать, что при малых по толщине стенках проч ность отливок выше из-за отсутствия газовых раковин и наличия мелкозернистой структуры в поверхностных слоях, глубина кото рой составляет 0,5—1,0 мм.
Припуски на механическую обработку заготовок, отлитых под давлением, рекомендуются в пределах 0,3—1,0 мм, при этом сле дует стремиться к уменьшению величины припуска в целях со хранения мелкозернистой структуры поверхностных слоев.
Взаготовках, отливаемых под давлением, в процессе литья можно получать гладкие отверстия диаметром до 1-—2,5 мм и вну тренние и наружные поверхности с резьбой шагом 1—1,5 мм.
Взаготовках малогабаритных корпусных деталей в процессе литья широко применяют армирование для создания равностенности отливок или усиления отдельных поверхностей или элемен тов детали. В последнем случае армирующие элементы изготов ляют из высокопрочных материалов, предназначенных для рабо ты в тяжелых условиях. •
ОБРАБОТКА
МАЛОГАБАРИТНЫХ
КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Технологический процесс обработки сложных малогабаритных корпусных деталей характеризуется большим количеством раз ноименных операций, большой номенклатурой применяемого режущего инструмента, оборудования и приспособлений.
Процесс обработки корпусных деталей можно разделить на три основных этапа: а) обработка плоских поверхностей; б) об работка базовых и цилиндрических поверхностей (отверстий) и их торцов; в) обработка вспомогательных отверстий и поверхно стей. Вследствие большой разновидности малогабаритных кор пусных деталей их обработку невозможно вести по единому тех нологическому маршруту. Задача определения оптимального ва рианта технологического процесса в каждом конкретном случае решается раздельно в зависимости от конфигурации, требуемых точностных параметров, вида заготовки и масштаба производ ства. Такие факторы, как материал заготовки и габаритные раз меры, не имеют решающего значения при выборе маршрута тех нологического процесса.
Все разновидности прецизионных малогабаритных корпусных деталей, как правило, с целью снятия остаточных внутренних напряжений, возникших в результате обработки, подвергают ста рению. Поэтому при построении технологического процесса все черновые операции предусмотрены до операции старения. При этом слой металла максимальной толщины удаляют с поверхно стей, подвергаемых обработке на первом этапе, создавая благо приятные условия для релаксации в процессе старения. Кроме того, черновые операции с относительно большими силами реза ния выполняют до процесса старения, и следовательно, остаточ ные напряжения, возникшие в результате этих операций, также снимаются при старении.
Количество операций может быть различным в зависимости от сложности корпусной детали, 'материала, из которого она из готовляется, и вида заготовки. В частности, при обработке точ ных заготовок из сплавов цветных металлов при первых опера циях можно получить более высокие классы точности и шерохо ватости поверхностей, чем при обработке заготовок из стали. Это приводит к уменьшению погрешностей от «наследственно
28
сти» технологического процесса, так как эти 'погрешности для вы полняемой операции прямо пропорциональны величине погреш ностей предыдущих операций. Методика расчета этих погрешно стей приведена ниже (см. стр. 111). Увеличение количества получиетовых и чистовых операций или переходов при прочих равных условиях также приводит к уменьшению влияния «наследствен ности».
Выбор метода получения заготовок имеет особенно большое значение для корпусных деталей сложной конфигурации. При получении точной заготовки существенно уменьшается объем обработки, причем эффективность использования точной заго товки тем выше, чем сложнее деталь. По этим соображениям в ряде случаев экономически выгодно применять точные методы литья — литье под давлением или литье по выплавляемым моде лям в условиях не только массового, но и серийного и, даже мел косерийного производства.
Базирование деталей при обработке производится с учетом условий обеспечения точности взаимного расположения поверх ностей. Обработка поверхностей с высокими требованиями по точности взаимного расположения, по возможности, осуществ ляется с одного установи, например, обработка номинально-ео- ооных отверстий, т. е. технологический процесс -строится но прин ципу концентрации операций.
Для обработки малогабаритных корпусных деталей широкое распространение получили агрегатные станки. Отечественная промышленность выпускает силовые головки (фрезерные, рас точные и сверлильные) для различных компоновок агрегатных станков или автоматических линий, а также для ряда моделей специальных и переналаживаемых агрегатных станков.
Обработка малогабаритных корпусных деталей и особенно обработка основных .посадочных отверстий производится на аг регатно-расточных станках горизонтальной компоновки типа А-26, А-44, А-66, А-77 и др. Указанные агрегатные станки предзначены для многопозиционной обработки сложных деталей с двух сторон и дают возможность произвести сверление, растачи вание, фрезерование, зенкерование, развертывание и резьбонарезание.
Агрегатные станки обеспечивают существенное увеличение производительности за счет сокращения основного времени (од новременной обработки нескольких поверхностей детали) и со кращения вспомогательного времени (отсутствие многократных перестановок). С применением агрегатных станков трудоем кость изготовления корпусов, по данным некоторых заводов, уменьшается в 4—7 раз, а в отдельных случаях до 8—12 раз.
Агрегатно-расточные станки работают с подачей рабочего.ин струмента (пиноли или силовой головки) или суппорта е де талью. По способу привода подачи силовые головки разделяются на ручные, кулачковые, гидравлические и пневматические.
29
В ряде случаев агрегатные станки применяют не только в се рийном, но и мелкосерийном производстве. В последнем случае на агрегатных станках производится, в основном, только обра ботка одной пары номинально соосных отверстий.
Применение агрегатно-расточных станков в условиях мелко серийного производства для обеспечения высокой точности по соосности отверстий становится возможным при наличии быстроналаживаемых станков, на которых можно производить обработ ку любых соосных поверхностей определенного типа деталей.
Перспективным направлением в производстве малогабарит ных корпусных деталей является применение станков-автоматов с программным управлением и многооперационных станков. Эф фективность применения таких станков тем выше, чем сложнее деталь. Применение станков с программным управлением являет ся наиболее рациональным способом автоматизации сложных технологических процессов обработки в серийном и в мелко серийном производствах. Построение технологического процес са на станках с программным управлением выполняется по прин ципу концентрации операций, что и создает благоприятные ус ловия для обеспечения высокой точности по взаимному располо жению поверхностей.
Отечественное станкостроение выпускает широкую номенкла туру станков с программным управлением и многооперационных станков, предназначенных для обработки деталей различного ти па. Для обработки корпусных деталей наиболее приспособлен ными являются станки, у которых смена инструмента запрограм мирована совместно с основным процессом обработки. Инстру менты при этом устанавливаются в специальных магазинах ре вольверного (барабанного) или цепного типа. Режущих инстру ментов разного типоразмера может быть несколько десятков штук. В некоторых моделях станков в программу управления включается контроль состояния режущего инструмента после каждого цикла обработки или контроль детали после отдельных переходов.
Обработка сложных корпусных деталей по принципу концен трации операций на станках с программным управлением, поми мо повышения точности взаимного расположения обрабатывае мых поверхностей, обеспечивает повышение производительности за счет уменьшения количества переустановок, автоматизации смены инструментов, перемещения в соответствии с заданным расположением обрабатываемых отверстий, поворота стола ит. д.
Для обработки корпусных деталей в условиях мелкосерийно го и опытного производств в ряде случаев применяется разметка. По разметке обычно выполняют черновую обработку базовых поверхностей фрезерованием и сверление крепежных отверстий. Применением специальных разметочных приспособлений и стан ков точность разметки можно довести до ±0,05 мм для линейных размеров, и ± 5' — для угловых размеров,
зо
ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Обработка плоских поверхностей малогабаритных корпусных де талей производится, в основном, на фрезерных, барабанно- и карусельно-фрезерных, токарных, шлифовальных и агрегатных станках. В отдельных случаях при получении базовых поверхно стей для обеспечения высокой точности по плоскостности приме няют шабровку, а для обеспечения плоскостности и высокого класса шероховатости поверхностей доводку.
Особую сложность при этом представляет обработка поверх ностей, которые взаимосвязаны с основными посадочными по верхностями корпуса жесткими допусками по точности линейно го размера и взаимного расположения. Обычно такие поверхно сти являются основными или вспомогательными конструктивны ми базами для корпуса. В остальных случаях плоские поверхно сти являются технологическими базами.
Основным методом обработки плоских поверхностей малога баритных корпусных деталей является фрезерование. В зависи мости от материала, конфигурации обрабатываемого корпуса, вида заготовки, типа производства и требуемой точности обра ботки фрезерование может быть осуществлено различными спо собами: многоинструментальное, последовательное, параллель ное, параллельно-последовательное, позиционное и непрерыв ное.
В мелкосерийном производстве, а также при необходимости обеспечения высокой точности взаимного расположения несколь ких поверхностей их обрабатывают при одной установке на универсальных фрезерных станках высокой точности.
Применение специальных и универсальных приспособлений, таких как универсальные поворотные столы, угловые фрезерные головки и т. п., расширяют возможности универсально-фрезер ных станков.
При обработке основных посадочных отверстий корпусной де тали на горизонтально-расточном станке в ряде случаев произво дится и фрезерование плоских поверхностей.
Для обработки малых по размеру корпусных деталей широ кое применение получили токарные и токарно-револьверные станки. При этом, на станках токарной группы обрабатываются не только корпусные детали типа тел вращения, но и детали дру гих групп, например, коробчатые корпуса. Детали закрепляются
в трехкулачковом патроне |
(для чистовой и тонкой обработки с |
|
незакаленными кулачками), на оправках (гладких, |
конических |
|
или с гидропластмасссй), |
в цанговых патронах |
(зажим |
ных или разжимных) и, наконец, в специальных приспособле ниях типа планшайбы с угольником и т. п. Токарные операции обработки корпусных деталей состоят из ряда переходов, связан ных с обработкой посадочных цилиндрических поверхностей, пло ских торцовых поверхностей, различных вспомогательных по верхностей (фаски, канавки, выточки и т. п.).
31
Обработка плоских поверхностей в зависимости от материа ла, вида и точности заготовки, требуемой точности корпуса, про изводится в несколько этапов. Поверхности корпусных деталей из черных металлов обрабатываются лезвийным инструментом, абразивным инструментом и при необходимости подвергаются шабрению и доводке. Детали из сплавов цветных металлов, в ос новном, обрабатываются только лезвийным инструментом и при необходимости подвергаю!ся шабрению или доводке. В отдель ных случаях применяется также шлифование алмазными кру гами.
Последовательность технологического процесса при обработ ке лезвийным инструментом поверхностей чугунных и стальных отливок 1-го класса точности, а также отливок, полученных литьем в кокиль, может быть: черновая, получистовая, чистовая и тонкая обработка, обеспечивающие соответственно 5-й, 4—За, 3—2а и 2—1-й классы точности и 3-й, 4—6-й, 7—8-й и 9—12-й классы шероховатости поверхностей. Однократной обработкой может быть достигнут 5—4-й класс точности и 4—6-й класс ше роховатости поверхностей. Здесь и далее при указании класса достигаемой точности принимается, что деталь базируется по поверхности, имеющей шероховатость не ниже класса, получае мого при данном переходе. При базировании детали по черно вым базам или по поверхностям, не имеющими указанного класса шероховатости, достигаемая точность соответственно сни жается.
Для заготовок, полученных литьем по выплавляемым моде лям, указанные выше окончательные точностные показатели и шероховатость поверхности могут быть достигнуты при меньших количествах переходов, так как при первом же переходе может быть достигнут 3—За класс точности и 6—7-й класс шерохова тости поверхностей.
Сказанное относится также к заготовкам из сплавов цветных металлов.
Фрезерование поверхностей заготовок из алюминиевых спла вов производится летучими фрезами (2 или 4-зубыми при диа метрах 100— 150 мм) с высокими скоростями резания 200— 500 м/мин, при подаче 600—1200 мм/мин и глубине 3—5 мм; фрезами, оснащенными резцами из твердых сплавов (достигает ся шероховатость поверхностей до 6—8-го класса) и фрезами с алмазными резцами (достигается шероховатость поверхности до 9—12-го классов).
Тонкое фрезерование и шлифование должно осуществляться при условии высокой жесткости системы СПИД и, в первую оче редь, шпиндельного узла станка, высокой точности станка, ка чественной заточки (для фрез) и правки (для шлифовальных кругов) и при условии применения высоких скоростей резания при малых подачах и глубинах.
32