14.2 Расчет припусков на механическую обработку
Припуском называется слой материала, который необходимо удалить с поверхности заготовки в процессе механической обработки для достижения заданной точности и качества поверхности. Припуски различают межоперационные (промежуточные) и общие.
Межоперационный припуск (Zм) – слой материала, снимаемый с поверхности детали в процессе выполнения технологической операции.
,
(14.11)
где Di-1 – размер детали до начала выполнения технологической операции; Di – размер детали после выполнения технологической операции.
Общий припуск (Zо) – слой материала, снимаемый с поверхности заготовки до получения готовой детали.
,
(14.12)
где Dзаг – размер заготовки; Dдет – размер готовой детали.
Общий припуск может быть определен как сумма межоперационных припусков по формуле
.
(14.13)
Припуски могут быть односторонними и двусторонними. Кроме того, они могут быть симметричными и асимметричными (рис. 14.3).
а б
в г
Рис. 14.3. виды припусков на механическую обработку: а − односторонний;
б – двусторонни1 равномерный для плоской детали; в – неравномерный припуск
для плоской детали; г – равномерный припуск для детали класса тел вращения.
14.2.1. Методы определения припусков
Установление оптимальных припусков на механическую обработку и технологических допусков на размеры заготовок по всем выполняемым переходам имеет существенное технико-экономическое значение при разработке технологических процессов изготовления деталей.
Увеличенные припуски вызывают излишний расход материала и введение дополнительных проходов, увеличивают трудоемкость обработки, расход энергии и режущего инструмента. При увеличенных припусках нередко удаляется наиболее износостойкий слой обрабатываемой детали.
Уменьшенные припуски не обеспечивают полного удаления дефектного слоя и получения требуемой точности и шероховатости поверхности. Иногда создаются неприемлемые условия работы режущего инструмента по литейной корке или окалине. В результате недостаточных припусков возрастает брак, что повышает затраты на выпускаемую продукцию.
Определение оптимальных припусков тесно связано с установлением предельных промежуточных (межоперационных) размеров и размеров заготовки. Эти размеры необходимы для конструирования штампов, пресс-форм, моделей, стержневых ящиков, приспособлений, специального режущего и мерительного инструментов. А также для настройки металлорежущих станков, межоперационного контроля.
В машиностроении существуют два способа определения припусков: опытно-статистический и расчетно-аналитический.
Опытно-статистический метод расчета припусков.
При этом методе общие и межоперационные припуски выбираются из таблиц, которые составляются на основе опытных данных. Таблицы припусков составляются на основе данных передовых машиностроительных заводов, затем обобщаются и систематизируются. Опытно-статистические данные во многих случаях оказываются завышенными, так как не учитывают конкретных условий обработки.
Расчетно-аналитический метод определения припусков.
Этот метод разработан профессором В. М. Кованом. Метод основан на том, что промежуточный припуск должен быть достаточным для снятия слоя металла, включающего в себя погрешности обработки, дефектного слоя и погрешности установки.
При расчете припусков определяют минимальный (Zmin) и максимальный (Zmax). Иногда в расчетах используют номинальный припуск (Zном).
Минимальный припуск определяется следующими факторами.
1. Высота микронеровностей поверхности, полученная на предшествующем переходе механической обработки. Rzi-1. При расчете припусков на первую технологическую операцию величину Rzi-1 принимают по исходной заготовке. Она зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей операции.
2. Состояние и глубина дефектного слоя Ti-1, полученная на предшествующем переходе. У литых заготовок, особенно из серого чугуна, поверхностный слой состоит из перлитной корки, наружная часть которого нередко имеет формовочный песок. Этот слой является дефектным и он должен быть удален. У стальных поковок и штамповок поверхностный слой имеет обезуглероженную зону. Этот слой снижает предел выносливости материала, поэтому он должен быть удален. Изложенное можно представить графически (рис. 14.4).
Рис. 14.4. Принципиальная схема составляющих припуска
А – удаляемый поверхностный слой; В – не удаляемый поверхностный слой;
С – основной металл.
3. Пространственные погрешности ρi-1. К пространственным погрешностям относятся погрешности расположения поверхностей детали относительно базовых поверхностей (рис. 14.5). К ним относятся: отклонение от соосности наружной поверхности и растачиваемого отверстия заготовок для изготовления втулок (рис. 14.5, а); отклонение от соосности ступеней базовым шейкам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых валов; отклонение от перпендикулярности торцовой поверхности относительно оси цилиндрической заготовки (рис. 14.5, б); отклонение от параллельности обрабатываемой и базовой поверхностей и другие погрешности.
б
а
Рис. 14.5. Пространственные погрешности заготовок:
а – отклонение от соосности втулок; б – изгиб заготовок в виде прутка.
4. Погрешность установки на выполняемом переходе εу. Нестабильность положения обрабатываемой заготовки в приспособлении должна быть компенсирована припуском. Величина припуска εу зависит от метода закрепления и способа установки заготовки в приспособлении, а также вида и состояния приспособления (точность изготовления и износ установочных элементов).
При обработке плоских поверхностей с одной стороны минимальный припуск равен
.
(14.14)
При обработке плоских поверхностей с двух сторон минимальный припуск равен
.
(14.15)
При обработке деталей класса тел вращения минимальный припуск определяется по формуле
.
(14.16)
При обработке в центрах εу = 0, поэтому формула (1.39) принимает вид
.
(14.17)
При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий смещения и увод оси не устраняются, а а погрешности установки в этом случае нет
.
(14.18)
При суперфинишировании
.
(14.19)
При шлифовании после термической обработки поверхностный слой нужно сохранить, поэтому погрешность Ti-1 из формулы исключается
при
обработке плоских поверхностей;
при
обработке деталей класса тел вращения.
Расчет минимального припуска можно представить в виде блок-схемы (рис. 14.6).
При расчете минимального припуска величину пространственной погрешности можно определить расчетным путем в зависимости от схемы установки заготовки при выполнении операции.
При установке заготовки в центрах
,
(14.20)
где Δкр – удельная кривизна заготовки, мкм/мм; L – длина заготовки.
При установке обрабатываемой заготовки в патроне
Рис. 14.6. Блок-схема расчета минимального припуска на обработку
.
(14.21)
Величина Δкр зависит от габаритных размеров заготовки, способа ее получения и вида механической обработки. Числовые значения Δкр приведены в таблицах.