2Определение припусков на механическую обработку
Цель работы: практическое освоение методики расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.
Оборудование и инструмент: рабочие чертежи детали; карты технологического процесса механической обработки детали; справочная литература.
2.1Основные положения
Всякая заготовка, предназначенная для механической обработки, изготавливается с припуском на размеры готовой детали.
Припуск — слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности. К свойствам обрабатываемой поверхности относятся размеры, форма, твердость, шероховатость и т. п.
Различают операционный, промежуточный и общий припуски.
Операционный — припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции.
Промежуточный — припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода.
Общий припуск — слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов, т. е. всего процесса обработки данной поверхности от заготовки до готовой детали.
Допуск припуска — разность между наибольшим и наименьшим значениями размера припуска.
Допуск необходимо учитывать при определении величины припуска, т. к. получение заготовок точно установленных размеров неосуществимо. Однако допускаемые значения припуска не должны быть значительными, в противном случае усложняется механическая обработка, увеличивается расход материала.
Схема расположения межоперационных припусков и допусков при обработке вала приведена на рисунке 2.1.
Различают односторонние припуски на обработку, понимая под ними слой материала, снимаемый с одной стороны детали, и двусторонние, снимаемые с двух сторон. Иногда для цилиндрических деталей припуск дается “на диаметр”, т. е. указывают двойную толщину снимаемого слоя, что должно быть оговорено.
Припуски могут быть симметричные и асимметричные, т. е. расположенные по отношению к оси заготовки симметрично и асимметрично. Симметричные припуски могут быть у наружных и внутренних поверхностей тел вращения; они могут быть также у противолежащих плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно (одновременно). Однако как в первом, так и во втором случаях возможно и асимметричное расположение припусков.
Рисунок 2.1 - Схема расположения припусков и допусков при обработке вала
Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовок зависят от ряда факторов, степень влияния которых различна. К числу основных факторов относятся следующие: материал, конфигурация, размеры, вид и способ изготовления заготовки, требования в отношении механической обработки, шероховатости поверхности и точность размеров детали.
В величину припуска, снимаемого при первых, черновых операциях, входит также дефектный слой. Дефектный слой включает в себя выпуклости, вмятины, раковины, трещины, погрешности формы и размеров заготовок. У поковок дефектный слой составляет 1,5—3 мм, у штамповок — 0,5—1,5 мм, у горячекатаного проката — 0,5—1 мм, у отливок из серого чугуна — 1—2 мм, у остальных отливок — 1—3 мм.
Практически иногда приходится перераспределять припуск между предварительной и окончательной обработкой или между грубой и чистовой обработкой. В таких случаях, рекомендуется на черновую обработку оставлять до 60 % суммарного припуска, а на чистовую — до 40% или же предусматривать 45 % на черновую, 30 % на получистовую и 25% на окончательную обработку. При назначении припусков следует учитывать характер термической обработки, результатом которой может быть деформация деталей.
Различают расчетный или номинальный размер припуска (устанавливаемый расчетом) и действительный, т. е. величину слоя материала, фактически снимаемого при обработке деталей.
В машиностроении широко применяются два метода определения припусков на обработку деталей: опытно-статистический и расчетно-аналитический. При определении припусков по опытно-статистическому методу общие и промежуточные величины берутся по таблицам ГОСТов, справочных данных, составленных на основании обобщения и систематизации производственных наблюдений ряда передовых предприятий. Справочные данные для расчета припусков обычно разрабатывают по отраслям машиностроения в виде нормативных таблиц с учетом вида заготовки (кованые, штампованные, литые и т. д.), способов обработки, требуемой точности и других производственных факторов. Основное преимущество опытно-статистического метода — экономия времени на установление припусков.
Расчетно-аналитический метод определения припусков, разработанный проф. В. М. Кованом, учитывает конкретные условия выполнения технологического процесса обработки и позволяет получить более точные значения припусков.
В качестве общего правила можно отметить, что определение размеров заготовок следует начинать с окончательного номинального размера детали по чертежу в порядке, обратном ходу технологического процесса, наращивая на каждую операцию или переход определенный межоперационный припуск и устанавливая на этот припуск технологически оправданный допуск.
Величины припусков рассчитывают по следующим формулам.
Минимальный припуск:
— при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск)
Zi min = (Rz + h)i-1 + i-1 + i; (2.1)
— при параллельной обработке противолежащих поверхностей (двухсторонний припуск)
2Zi min = 2 [(Rz + h)i-1 + i-1 + i]; (2.2)
— при обработке наружных и внутренних поверхностей (двухсторонний припуск)
,
(2.3)
где Rzi-1 — высота неровностей профиля на предшествующем переходе;
hi-1 — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой);
i-1 — суммарные отклонения расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей) и в некоторых случаях отклонения формы поверхности (отклонения от плоскостности, прямолинейности) на предшествующем переходе;
i — погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.
Номинальный припуск на обработку поверхностей:
— наружных
Zi = Zi min + eii-1+ eii ;
(2.4)
2Zi = 2 Zi min + eiDi-1+ eiDi .
— внутренних
Zi = Zi min + ESi-1 - ESi ;
(2.5)
2Zi = 2Zi min + ESDi-1 - ESDi ,
где eii-1, eiDi-1, eii, и eiDi — нижние отклонения размеров на предшествующем и выполняемом переходах;
ESi-1, ESDi-1, ESi и ESDi — верхние отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах;
eiDi-1, eiDi, ESDi-1, ESDi — размеры, относящиеся к диаметральным.
Максимальный припуск на обработку поверхностей:
— наружных
Zi max = Zi min + TDi-1 + TDi ;
(2.6)
2Zi max = 2Zi min + TDi-1 + TDi .
— внутренних
Zi max=Zi min+ Tdi-1+ Tdi ;
(2.7)
2Zi max=2Zi min+ Tdi-1+ Tdi ,
где TDi-1 и TDi-1 — допуски размеров на предшествующем переходе;
TDi и TDi — допуски размеров на выполняемом переходе.
Значения Rz и h для основных видов заготовок, различных методов механической обработки из проката, штамповок и отливок, а также для наиболее распространенных видов обработки отверстий приводятся в таблицах 1—8.
Расчетные формулы для определения суммарных отклонений расположения поверхностей приведены в таблице 9.
Таблица 1 - Качество поверхности (мкм) сортового проката
Диаметр проката, мм |
Точность прокатки |
|||||
высокая |
повышенная |
обычная |
||||
Rz |
h |
Rz |
h |
Rz |
h |
|
До 30 |
63 |
50 |
80 |
100 |
125 |
150 |
Св. 30 до 80 |
100 |
75 |
125 |
150 |
160 |
250 |
Св. 80 до 180 |
125 |
100 |
160 |
200 |
200 |
300 |
Св. 180 до 250 |
200 |
200 |
250 |
300 |
320 |
400 |
Таблица 2 - Точность и качество поверхности заготовок из проката после механической обработки
Способ обработки |
Переход |
Квалитет |
Rz, мкм |
h, мкм |
Обработка наружных поверхностей |
||||
Обтачивание резцами проката повышенной и обычной точности прокатки |
Обдирка |
14 |
125 |
120 |
Черновое |
12 |
63 |
60 |
|
Чистовое и однократное |
10—11 |
32—20 |
30 |
|
Тонкое |
7—9 |
6,3—3,2 |
— |
|
Шлифование в центрах проката обычной точности прокатки |
Черновое |
8—9 |
10 |
20 |
Чистовое и однократное |
7—8 |
6,3 |
12 |
|
Бесцентровое шлифование проката повышенной и высокой точности прокатки |
Тонкое |
5—6 |
3,2—0,8 |
6—2 |
Обработка торцовых поверхностей |
||||
Подрезание резцом на токарных станках |
Черновое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
11 |
32 |
30 |
|
Шлифование на кругло- и торцешлифовальных станках |
Однократное |
6 |
5 — 10 |
— |
Таблица 3 - Качество поверхностей поковок, изготовляемых штамповкой
Масса поковки, кг |
Rz, мкм |
h, мкм |
До 0,25 |
80 |
150 |
Св. 0,25 до 4 |
160 |
200 |
Св. 4 до 25 |
200 |
250 |
Св. 25 до 40 |
250 |
300 |
Св. 40 до 100 |
320 |
350 |
Св. 100 до 200 |
400 |
400 |
Таблица 4 - Точность и качество поверхности штампованных поковок после механической обработки
Способ обработки |
Квалитет |
Rz, мкм |
h, мкм |
Валы ступенчатые Обтачивание наружных поверхностей |
|||
Однократное |
11—12 |
32 |
30 |
Черновое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
11 |
25 |
25 |
Тонкое |
7—9 |
5 |
5 |
Подрезание торцовых поверхностей |
|||
Черновое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
11 |
32 |
30 |
Фрезерование |
|||
Однократное |
14 |
100 |
100 |
Диски Обтачивание наружых поверхностей |
|||
Однократное |
10—12 |
32 |
30 |
Черновое |
14 |
100 |
100 |
Получистовое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
10—11 |
25 |
25 |
Подрезание торцовых поверхностей |
|||
Однократное |
10—12 |
32 |
30 |
Черновое |
14 |
100 |
100 |
Получистовое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
10—11 |
25 |
25 |
Рычаги (плоскости, параллельные оси детали, и плоскости разъема головок) Фрезерование |
|||
Черновое |
12 |
32 |
50 |
Чистовое |
11 |
10 |
15 |
Протягивание |
|||
Однократное |
10 |
5 |
10 |
Обтачивание стержня |
|||
Черновое |
12 |
50 |
50 |
Чистовое |
11 |
25 |
25 |
Шлифование валов, дисков, рычагов |
|||
Однократное |
7—9 |
5 |
10 |
Черновое |
8—9 |
10 |
20 |
Чистовое |
6—7 |
5 |
15 |
Тонкое |
5—6 |
2,5 |
5 |
Таблица 5 - Качество поверхности отливок (Rz + h мкм), достигаемое различными способами формовки
Отливка |
Наибольший размер отливки, мм |
|||||
Материал |
Класс точности |
До 500 |
Св. 500 до 1250 |
Св. 1250 до 3150 |
Св. 3150 до 6300 |
Св. 6300 до 10000 |
Чугун |
I II III |
400 500 600 |
600 700 800 |
800 900 1000 |
— — 1500 |
— — 2000 |
Сталь |
I II III |
300 400 500 |
500 600 700 |
700 800 900 |
— — 1300 |
— — 1700 |
Цветные металлы и сплавы |
I II III |
200 300 400 |
400 500 600 |
— — 800 |
— — 1100 |
— — — |
Таблица 6 - Качество поверхности отливок, достигаемое специальными способами литья
Литье |
Квалитет |
Rz, мкм |
h, мкм, для заготовки |
|||
из чугуна |
из стали |
из цветных металлов |
||||
В кокиль |
14—15 |
200 |
300 |
200 |
100 |
|
Центробежное |
14—15 |
200 |
300 |
200 |
100 |
|
В оболочковые формы |
в одной полуформе |
11—12 |
40 |
260 |
160 |
100 |
в обеих полуформах |
14 |
40 |
260 |
160 |
100 |
|
Для элементов, получаемых под давлением |
11—12 |
50 |
— |
— |
100 |
|
По выплавляемым моделям |
11—12 |
32 |
170 |
100 |
63 |
|
Таблица 7 - Точность и качество поверхности после механической обработки отливок точением, фрезерованием, строганием и шлифованием
Обработка |
Квалитет |
Rz, мкм |
h, мкм |
Точение, фрезерование, строгание |
|||
Литье в песчаные формы |
|||
Отливка I класса точности |
|||
Однократная |
11—12 |
32 |
32 |
Черновая |
12 |
50 |
50 |
Отливки II класса точности |
|||
Черновая |
14 |
100 |
100 |
Получистовая |
12 |
50 |
50 |
Отливки III класса точности |
|||
Обдирочная |
16—17 |
320 |
320 |
Черновая |
14—15 |
250 |
240 |
Получистовая |
11—12 |
100 |
100 |
Отливки I, II, III классов точности |
|||
Чистовая |
10—11 |
25 |
25 |
Тонкая |
9—7 |
5 |
5 |
Литье в кокиль и центробежное |
|||
Однократная |
11 |
25 |
25 |
Черновая |
12 |
50 |
50 |
Чистовая |
10 |
20 |
20 |
Тонкая |
7—9 |
5 |
5 |
Литье в оболочковые формы |
|||
Однократная |
10—11 |
25 |
25 |
Черновая |
11 |
20 |
20 |
Чистовая |
10 |
10 |
10 |
Тонкая |
7—9 |
5 |
5 |
Литье по выплавляемым моделям |
|||
Однократная |
10 |
15 |
20 |
Тонкая |
7—9 |
2,5 |
5 |
Шлифование отливок, получаемых различными способами |
|||
Однократная |
7 |
5 |
10 |
Черновая |
8—9 |
10 |
20 |
Чистовая |
6—8 |
5 |
15 |
Тонкая |
5—6 |
0,63 |
— |
Таблица 8 - Качество поверхностей отверстий после обработки
Способ обработки |
Диаметр отверстий d, мм |
Квалитет |
Rz, мкм |
h, мкм |
Сверление спиральными сверлами |
От 3 до 6 |
12 |
20 |
40 |
Св. 6 до 10 |
32 |
50 |
||
Св. 10 до 18 |
40 |
60 |
||
Св. 18 до 50 |
50 |
70 |
||
Св. 50 до 80 |
63 |
80 |
||
Глубокое сверление специальными сверлами |
От 3 до 10 |
12 |
16 |
25 |
Св. 10 до 18 |
20 |
30 |
||
Св. 18 до 30 |
32 |
40 |
||
Св. 30 до 50 |
50 |
50 |
||
Зенкерование: однократное |
До 80 |
10 |
32 |
40 |
черновое |
От 18 до 30 |
11 |
40 |
40 |
Св. 30 до 80 |
50 |
50 |
||
чистовое |
До 30 |
10 |
32 |
30 |
Св. 30 до 80 |
40 |
40 |
||
Растачивание: черновое |
От 50 до 260 |
12 |
40 |
50 |
чистовое |
|
10 |
20 |
20 |
Развертывание: нормальное |
От 6 до 30 |
10 |
10 |
20 |
точное |
8 |
5 |
10 |
|
тонкое |
7 |
3,2 |
5 |
|
Отделочные методы: шлифование |
До 80 |
7—9 |
5 |
10 |
протягивание |
От 10 до 80 |
8 |
4 |
6 |
калибрование шариком |
От 6 до 80 |
7 |
0,63 |
— |
хонингование |
До 80 |
6—7 |
0,16 |
— |
Таблица 9 - Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки
Тип детали и метод базирования |
Эскиз |
Расчетные формулы |
Литые заготовки |
||
Корпусные детали, по отверстиям с параллельными осями и перпендикулярной к ним плоскости |
|
= кор + см
см = Т
кор = к L
|
То же, по плоскости, противоположной обрабатываемой
|
|
= кор |
Детали — тела вращения, в самоцентрирующихся патронах по наружному диаметру с прижимом к торцевой поверхности
|
|
D = кор = кD
см = Тв
В = кр В |
Штампованные заготовки |
||
Стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги и др.) с базированием по крайней ступени (поверхности) |
|
|
Стержневые детали при обработке в центрах
|
|
кор = кр l при l L/2 |
Детали типа дисков с прошиваемым центральным отверстием (шестерни, диски и др.) с установкой по наружному диаметру и торцу |
|
|
То же, при обработке торцевых поверхностей
|
|
= кор
кор=крD=к2R |
Заготовки из сортового проката |
||
При консольном закреплении в самоцентри-рующих патронах |
|
= кр l |
При обработке в центрах |
|
к = кр l при l L/2 |
Зацентровка заготовок |
||
При установке в самоцентрирующих зажимных устройствах |
|
кр = 0,25 мм |
При установке на призмах с односторонним прижимом |
|
(при a = 90°)
(при a = 120°)
|
Сверление отверстий |
||
Детали всех типов, при обработке отверстия в неподвижной детали |
|
|
кор
= кр
l
При расчете суммарных значений пространственных отклонений принимаем:
кор — отклонение плоской поверхности заготовок от плоскостности (коробления), мм; см — смещение стержня в горизонтальной или вертикальной плоскости (для отливок) или одних участков поверхности относительно других (для штампованных заготовок и заготовок из проката), мм; ц — погрешность зацентровки заготовок, мм; Со — смещение оси отверстия при обработке отверстия, мм; у — увод оси сверла при сверлении отверстия, мм; l — длина обрабатываемой детали, мм; T — допуск на диаметральный размер заготовки, мкм.
Величина кор определяется исходя из следующего выражения:
кор = l, (2.8)
где к — отклонение оси детали от прямолинейности (кривизна), мкм на 1 мм.
Значения к для заготовок, полученных различными методами обработки предоставлены в таблицах 10—12.
Таблица 10 - Кривизна профиля сортового проката, мкм на 1 мм
Характеристика проката |
Длина проката, мм |
||||
До 120 |
120—180 |
180—315 |
315—400 |
400—500 |
|
Без правки при точности прокатки: |
|
|
|
|
|
обычной |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
повышенной |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
высокой |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
|
Диаметр проката |
||||
|
До 30 |
30—50 |
50—80 |
80—120 |
120—180 |
Без правки после закалки: |
|
|
|
|
|
в печах |
2,0 |
1,3 |
0,9 |
0,6 |
0,5 |
ТВЧ |
1,0 |
0,6 |
0,45 |
0,3 |
0,15 |
после правки на прессах |
0,13 |
0,12 |
0,11 |
0,1 |
0,08 |
Таблица 11 - Отклонения расположения поверхностей отливок
Отклонения |
Литье |
||
в песчаные формы |
в кокиль |
под давлением |
|
Межосевых расстояний отверстий (±) Dм.о.р., мм |
1,2—2,0 |
0,8—1,5 |
0,3—0,5 |
Расположения отверстия относительно технологических баз (±) Dр.т.б., мм |
1,2—2,5 |
0,5—1,2 |
0,10—0,35 |
От параллельности плоскости Dоп, мкм на 1 мм |
1/2 допуска на размер |
2,2—3,4 |
1,2—2,0 |
Перекос отверстия Dп, мкм на 1 мм для диаметра отверстия d, мм: До 10 |
— |
|
2,0—4,0 |
Св. 10 до 30 |
10—20 |
2,5—10 |
1,5—3,0 |
Св. 30 до 50 |
5—15 |
|
1,0—2,0 |
Св. 50 |
3—10 |
|
0,7—1,5 |
Коробление Dк, мкм на 1 мм: корпусных деталей |
0,3—1,5 |
— |
— |
плит |
2,0—3,0 |
|
|
Таблица 12 - Кривизна к (мкм на 1 мм) поковок типа валов
Диаметр поковки D, мм |
После штамповки |
После правки на прессах |
После термической обработки |
|
в печах |
ТВЧ |
|||
До 25 Св. 25 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 260 Св. 260 до 360 Св. 360 до 500 |
4 3 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 |
0,20 0,15 0,12 0,10 0,08 0,06 — — |
2,5 1,5 1,5 1,0 1,0 — — — |
1,25 0,75 0,75 0,50 0,50 — — — |
Смещение Dсм стержней, образующих отверстие или внутренние полости, следует принимать равным допуску на наибольший размер от оси отверстия или внутренней полости, до технологической базы с учетом наибольших размеров отливки.
Dсм для штампованных заготовок обусловлено несовпадением верхней и нижней частей штампов и смещением штампуемой части заготовки относительно стержня исходного материала. В таблице 13 представлены отклонения от соосности для поковок типа валов.
Величины Со и Dу представлены в таблице 14.
Для расчета промежуточных значений припусков на механическую обработку при определении остаточных суммарных отклонений расположения поверхности можно воспользоваться следующей эмпирической формулой:
ост = Ку заг , (2.9)
где Ку — коэффициент уточнения формы (таблица 15).
Погрешность установки заготовки i на выполняемом переходе при определении промежуточного припуска характеризуется смещением обрабатываемой поверхности, которое должно компенсироваться дополнительной составляющей промежуточного припуска (табл. 16).
При расчетах следует учитывать, что для серого и ковкого чугуна, а также цветных металлов и сплавов после первого технологического перехода, и для стали после термической обработки при расчете припуска слагаемое h из формулы исключается. В конкретных случаях те или иные слагаемые, входящие в расчетные формулы для определения припусков на обработку, также исключают.
Отклонение расположения DS необходимо учитывать: у заготовок (под первый технологический переход); после черновой и получистовой обработки лезвийным инструментом (под следующий технологический переход); после термической обработки, если даже деформации не было. За несколько переходов на стадиях чистовой и отделочной обработки величиной DS пренебрегают.
Таблица 13 - Отклонение от соосности Dсм (мм) элементов, штампуемых в разных половинах штампа, для поковок типа валов различной точности
|
Штамповка на молотах |
Штамповка на прессах |
||
Масса поковки, кг |
Повышенная точность |
Нормальная точность |
Повышенная точность |
Нормальная точность |
До 0,25 Св. 0,25 до 0,63 Св. 0,63 до 1,60 Св. 1,60 до 2,50 Св. 2,50 до 4,00 Св. 4,00 до 6,30 Св. 6,30 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 63 Св. 63 до 100 Св. 100 до 125 Св. 125 до 160 Св. 160 до 200 |
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,63 0,70 0,80 0,90 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,20 |
0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,8 2,2 2,4 2,7 3,2 |
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,80 — — — — — |
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 — — — — — |
Таблица 14 - Увод сверла и смещение оси отверстия при сверлении
Сверло |
Диаметр отверстия, мм |
||||
3—6 |
6—10 |
10—18 |
18—30 |
30—50 |
|
Увод Dу, мкм на 1 мм длины отверстия |
|||||
Спиральное Специальное |
2,1 1,6 |
1,7 1,3 |
1,3 1,0 |
0,9 0,7 |
0,7 0,4 |
Смещение С0 (мм) оси отверстия относительно номинального положения |
|||||
Спиральные и специальные |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
Таблица 15 - Значения коэффициента уточнения для различных видов заготовок и методов обработки
Технологический переход |
Kу |
Однократное и черновое точение штампованных заготовок, заготовок из горячекатанного проката, предварительное шлифование проката 10...11-го квалитетов. |
0,06 |
Получистовая обработка заготовок из проката, штампо-ванных заготовок, рассверливание отверстий, смещение оси отверстия после черновой обработки. |
0,05 |
Чистовое точение заготовок из сортового проката обык-новенного качества, штампованных заготовок, после первого технологического перехода обработки литых заготовок, после чистового шлифования проката 10...11-го квалитетов. |
0,04 |
Двукратное обтачивание калиброванного проката или двукратное шлифование заготовок после токарной обработки. |
0,02 |
Получистовая обработка (зенкерование и черновое развертывание отверстий). |
0,005 |
Чистовая обработка — развертывание отверстий. |
0,002 |