Технологическое обеспечение качества. Практикум

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Егорьевский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»)

В.А. Макаров, О.Г. Драгина, М.И. Седых, П.С. Белов

Технологическое обеспечение качества

ПРАКТИКУМ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качества учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств»

Егорьевск 2015

УДК 621.9.015(075) ББК 34.5

Т 38

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вороненко В.П.,

кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Гидроаэроцентр» Миатов О.Л.

Технологическое обеспечение качества (практикум) / В.А. Макаров, О.Г. Драгина,

Т 38

М.И. Седых, П.С. Белов. – Егорьевск: ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2015. – 102 с.: ил.

ISBN 978-5-904330-09-5

Изложены технологические основы обеспечения качеств машин в процессе их изготов-

ления, а также их влияние на выходные параметры и надежность машин. Подробно рассмотре-

ны методы определения припусков и факторов, влияющих на их величину; влияние различных факторов на шероховатость и наклеп обрабатываемых поверхностей; методы расчета сечений литниковой системы и толщины стенок кокиля при различных условиях заливки металлов, раз-

меров заготовок при гибке, режимов упрочнения и режимов обработки резанием.

Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, Автоматизация технологических процессов и производств.

УДК 621.9.015(075)

ББК 34.5 Т 38

©Макаров В.А., Драгина О.Г., Седых М.И., Белов П.С.; 2015

©ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

3

Практическое занятие № 1

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ МЕЖОПЕРАЦИОННЫХ ПРИПУСКОВ НА

МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ

Цель занятия: изучение методов определения припусков и факторов, вли-

яющих на их величину; получение практических навыков расчета припусков.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1Методы определения припусков

Величина припуска влияет на себестоимость изготовления детали. При уве-

личенном припуске повышаются затраты труда, расход материала и другие про-

изводственные расходы, а при уменьшенном приходится повышать точность за-

готовки, что увеличивает себестоимость изготовления детали.

Для получения деталей более высокого качества необходимо на каждом технологическом переходе механической обработки заготовки предусматривать производственные погрешности, характеризующие отклонения размеров, геомет-

рические отклонения формы поверхности, микронеровности, отклонения распо-

ложения поверхностей. Все эти отклонения должны находиться в пределах поля допуска на размер поверхности заготовки.

В настоящее время в машиностроении широко применяется опытно – стати-

стический метод установления припусков на обработку. При этом методе общие и промежуточные припуски берут по таблицам, которые составлены на основе обобщения опытных данных, полученных на передовых заводах. Недостатком этого метода является то, что припуски назначают без учёта конкретных условий построения технологических процессов.

Метод расчёта припусков лишённый указанных недостатков, известен как расчётно-аналитический метод расчёта припусков. В соответствии с ним проме-

жуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись по-

грешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предше-

ствующем технологическом переходе, а также погрешность установки обрабаты-

4

ваемой заготовки, возникающая на выполняемом переходе. Этот метод базирует-

ся на учёте конкретных условий выполнения конкретного технологического про-

цесса обработки. Он позволяет выявить возможности экономии материала и сни-

жения трудоёмкости механической обработки.

В результате прохождения заготовки через каждую технологическую си-

стему происходит уточнение по одному или нескольким параметрам точности де-

тали. Уточнение, получаемое на соответствующей технологической операции или переходе, характеризуется коэффициентом уточнения εi, который определяется по формуле:

i Тi 1 / Тi , (1)

где: Тi-1 – допуск на размер или на любой другой рассматриваемый параметр точ-

ности детали, полученный на предшествующей технологической операции;

Тi – допуск на размер, полученный на вышеупомянутой технологической операции.

Прохождение заготовки через несколько технологических систем, на каж-

дой из которых обеспечивается определённое уточнение εi , ε2, …, εk, позволяет получить общее уточнение:

i k

i 1

где: k – количество технологических систем, проходимых заготовкой.

Отношение допуска на размер заготовки Тзаг к допуску на соответствующий размер детали Тд определяет требуемое уточнение εТО, которое необходимо обес-

печить в результате выполнения операций технологического процесса:

Таким образом, задача обработки технологического процесса изготовления

детали заключается в определении необходимых по уточнению технологических операций и подборе соответствующего оборудования εi , ε2, …, εk, прохождение которого обеспечивает достижение требуемой точности:

5

1.2 Факторы, влияющие на величину припуска

Размер припуска зависит от толщины поврежденного поверхностного слоя,

т.е. от толщины корки для литых заготовок, обезуглероженного слоя для проката,

глубины поверхностных неровностей, раковин, трещин и т.п., а также от неиз-

бежных производственных и технологических погрешностей, зависящих от спо-

соба изготовления заготовки, ее обработки, геометрических погрешностей станка и других технологических факторов.

Результирующие погрешности являются совокупностью погрешностей за-

готовки и погрешностей, возникающих при выполнении отдельных технологиче-

ских операций.

Для компенсации этих погрешностей предусматривается припуск, величина которого сможет обеспечить соответствующее качество данной детали на послед-

ней операции обработки.

Производственные погрешности характеризуются отклонениями размеров,

геометрическими нарушениями формы, поверхностными микронеровностями,

глубиной дефекта поверхностного слоя, так же отклонениями взаимосвязанных поверхностей.

Геометрические погрешности формы (овальность, огранка, конусообраз-

ность, выпуклость, изогнутость, и др.) должны находиться в пределах поля допус-

ка на размер, который должен перекрывать предельные погрешности геометриче-

ской формы.

Микронеровности учитывают при расчете припусков посредством величи-

ны неровностей профиля Rz, так как на каждой технологической операции дости-

гается определенная шероховатость поверхности. Глубина дефектного поверх-

ностного слоя h зависит от способа изготовления заготовок. Дефектным слоем считается слой металла, у которого структура, химический состав и механические свойства отличаются от аналогичных параметров основного материала. Напри-

мер, в отливках из серого чугуна дефектный поверхностный слой представляет собой перлитную корку, которую удаляют для сохранения режущих свойств ин-

струмента при последующей обработке подкоркового слоя.

6

Поверхностный слой проката характеризуется обезуглероженной зоной,

снижающей предел прочности металла. Удаление этого слоя повышает прочност-

ные свойства обрабатываемой заготовки. Наряду с этим при обработке заготовок из проката в поверхностном слое возникает наклеп, постепенно уменьшающийся по мере удаления от поверхности.

При обработке целесообразно удалять зону резко выраженной деформации,

т.е. верхнюю часть наклепанного слоя, в которой обычно наблюдается изменение структуры металла.

Отклонения взаимосвязанных поверхностей (отклонения от параллельно-

сти и перпендикулярности осей и поверхностей, эксцентриситет отверстий, увод оси отверстия и др.) также необходимо учитывать при расчете припуска, но так как они связаны с погрешностями на размеры поверхностей, их нужно учитывать отдельно дополнительными допусками.

Наряду с перечисленными отклонениями в процессе обработки возникают погрешности установки ε, которые также должны быть компенсированы соответ-

ствующим увеличением припуска.

Таким образом, наименьший межоперационный припуск на обработку Zmin

при наименьшем предельном размере заготовки для наружных поверхностей и при наибольшем предельном размере для внутренних поверхностей при методе автоматического получения размеров рассчитывают следующим образом.

1.3Определение припусков

1.3.1Минимальный припуск Zi min

Вобщем случае минимальный операционный (межпереходный) припуск на обработку поверхности можно определить как сумму:

где: Rz(i-1), hi-1 - соответственно, высота микронеровностей поверхности и глубина дефектного слоя, полученные на предшествующей (i - 1) операции (переходе);

Пi-1, Фi-1 - соответственно, погрешности расположения и геометрической формы поверхности, полученные на предшествующей операции (переходе);

7

Уi - погрешность установки заготовки на выполняемой операции.

Составляющие Пi-1 и Фi-1 в справочниках для расчета могут быть регламен-

тированы одной величиной i - как суммарные отклонения расположения поверх-

ности, а погрешность установки Уi представлена как векторная величина εi.

С учетом этого минимальный припуск Zimin при последовательной обработке противоположных поверхностей (односторонний припуск) определяется по фор-

муле:

при параллельной обработке противоположных поверхностей (двухсторон-

ний припуск):

при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения (двухсто-

ронний припуск):

где: Rz – высота неровностей поверхности; h – глубина дефектного слоя; – сум-

марное отклонение расположения поверхности; ε – погрешность установки заго-

товки. В формулах (5) – (8) индекс i относится к выполняемому переходу, а i-1 - к

предшествующему переходу.

Качество поверхности заготовки определяется высотой неровностей профи-

ля Rz и глубиной дефектного слоя h, полученных на предшествующем переходе.

Численные значения неровностей профиля Rz и глубины дефектного слоя h

зависят от свойств обрабатываемого материала, методов и режимов обработки за-

готовок. Часто используется среднее арифметическое отклонение неровностей профиля – Ra. Отметим, что между значениями Ra и Rz существуют следующие

отношения (таблица 1).

Таблица 1

Соотношение единиц шероховатости

8

где: eii-1, esi, eiDi-1, esDi , ESi-1, EIi, ESDi-1, EIDi –предельные отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах.

Номинальный припуск на последнем i=k и на первом i=1 переходах соот-

где: ITDi-1 и ITDi – допуски на получаемый размер соответственно на предше-

ствующем и выполняемом переходах.

Расчётные формулы для определения припусков на обработку могут транс-

формироваться в зависимости от применяемого метода обработки.

Ниже приводятся расчётные формулы для определения величины припуска для некоторых видов обработки:

последовательная обработка противоположных или отдельно расположен-

ных поверхностей:

9

обработка наружных или внутренних поверхностей вращения:

обтачивание цилиндрической поверхности заготовки, установленной в цен-

трах, бесцентровое шлифование:

обработка лезвийным инструментом или абразивным инструментом без вы-

держивания размера (как чисто) по обработанной поверхности:

шлифование после термообработки (химико-термической, закалки токами высокой частоты с целью сохранения полученного слоя):

а) при наличии εi:

Необходимо отметить, что величина припуска не должна быть меньше той

глубины резания, при которой работа нормально заточенной режущей кромки ин-

струмента становится неустойчивой. Для резца минимальная толщина срезаемого слоя равна 20мкм.

1.3.4 Определение общих припусков Zomin и Zomax

Общий припуск на обработку одной поверхности определяют по формулам:

10