Методы определения припусков

Виды припусков

ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ

ЛЕКЦИЯ № 11

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 (Z_м) – слой материала, снимаемый с поверхности детали в процессе выполнения технологической операции.

, (11.1)

где D_i-1 – размер детали до начала выполнения технологической операции; D_i – размер детали после выполнения технологической операции.

Общий припуск (Z_о) – слой материала, снимаемый с поверхности заготовки до получения готовой детали.

, (11.2)

где D_заг – размер заготовки; D_дет – размер готовой детали.

Общий припуск может быть определен как сумма межоперационных припусков по формуле

. (11.3)

Припуски могут быть односторонними и двусторонними. Кроме того, они могут быть симметричными и асимметричными (рис. 11.1).

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.

Z₁

Z₁

Z₂

Z₁

Z₂

Z₁

Z₁ = Z₂

Z₁ ≠ Z₂

а б

в г

Рис. 11.1. 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.

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 (Z_min) и максимальный (Z_max). Иногда в расчетах используют номинальный припуск (Z_ном).

Минимальный припуск определяется следующими факторами.

1. Высота микронеровностей поверхности, полученная на предшествующем переходе механической обработки. R_zi-1. При расчете припусков на первую технологическую операцию величину R_zi-1 принимают по исходной заготовке. Она зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей операции.

R_i-1

T_i-1

А

В

С

2. Состояние и глубина дефектного слоя T_i-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. 11.2).

Рис. 11.2. Принципиальная схема составляющих припуска

А – удаляемый поверхностный слой; В – не удаляемый поверхностный слой;

С – основной металл.

3. Пространственные погрешности ρ_i-1. К пространственным погрешностям относятся погрешности расположения поверхностей детали относительно базовых поверхностей (рис. 11.3). К ним относятся: отклонение от соосности наружной поверхности и растачиваемого отверстия заготовок для изготовления втулок (рис. 11.3, а); отклонение от соосности ступеней базовым шейкам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых валов; отклонение от перпендикулярности торцовой поверхности относительно оси цилиндрической заготовки (рис. 11.3, б); отклонение от параллельности обрабатываемой и базовой поверхностей и другие погрешности.

4. Погрешность установки на выполняемом переходе ε_у. Нестабильность положения обрабатываемой заготовки в приспособлении должна быть компенсирована припуском. Величина припуска ε_у 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

. (11.4)

ρ_i-1

Δ_изг = ρ_i-1

б

а

Рис. 11.3. Пространственные погрешности заготовок:

а – отклонение от соосности втулок; б – изгиб заготовок в виде прутка.

При обработке плоских поверхностей с двух сторон минимальный припуск равен

. (11.5)

При обработке деталей класса тел вращения минимальный припуск определяется по формуле

. (11.6)

При обработке в центрах ε_у = 0, поэтому формула (11.6) принимает вид

. (11.7)

При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий смещения и увод оси не устраняются, а а погрешности установки в этом случае нет

. (11.8)

При суперфинишировании

. (11.9)

При шлифовании после термической обработки поверхностный слой нужно сохранить, поэтому погрешность T_i-1 из формулы исключается

при обработке плоских поверхностей;

при обработке деталей класса тел вращения.

Расчет минимального припуска можно представить в виде блок-схемы (рис. 11.4).

Припуск Z_min

R_zi-1

T_i-1

ρ_i-1

ε_у

Вид обработки

Вид обработки

Метод получения заготовки

Метод установки

Таблица

Таблица

Таблица

Рис. 11.4. Блок-схема расчета минимального припуска на обработку

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

, (11.10)

где Δ_кр – удельная кривизна заготовки, мкм/мм; L – длина заготовки.

При установке обрабатываемой заготовки в патроне

. (11.11)

Величина Δ_кр зависит от габаритных размеров заготовки, способа ее получения и вида механической обработки. Числовые значения Δ_кр приведены в таблицах.

М а к с и м а л ь н ы й п р и п у с к на обработку поверхностей:

Рассмотрим размеры и допуски детали на предшествующем и выполняемом переходах (рис.11.5).

а_min

b_min

Z_min

а_max

b_max

Z_max

а б

Рис. 11.5. Принципиальная схема для расчета припуска

а – минимальный припуск; б – максимальный припуск

Минимальный припуск (рис. 10.5, а) равен

, (11.12)

, (11.13)

где a_min – минимальный размер детали на предшествующем переходе; b_min – минимальный размер детали на выполняемом переходе; Z_min – минимальный припуск на обработку; Z_max – максимальный припуск на обработку.

С учетом допусков на размер детали ее размеры равны

, (11.14)

, (11.15)

где Т_а – допуск на обрабатываемый размер на предшествующем переходе; T_b – допуск на обрабатываемый размер на выполняемом переходе.

. (11.16)

С учетом уравнения (11.12) получим

. (11.17)

Принимаем обозначения:

Для наружных обрабатываемых поверхностей T_a = T_Di-1 ; T_b = T_Di

Для внутренних обрабатываемых поверхностей T_a = T_di-1 ; T_b = T_di

Формулы для расчета максимальных припусков имеют вид

При обработке наружных поверхностей

, (11.18)

. (11.19)

При обработке внутренних поверхностей

, (11.20)

. (11.21)

Максимальные припуски и припуски для технологических целей (уклоны, напуски, упрощающие конфигурацию заготовки, и т. п.) принимают в качестве глубины резания и используют для определения режимов резания (подачи, скорости резания) и выбора оборудования по мощности.

Общий номинальный припуск определяется как разность номинальных размеров заготовки и готовой детали

. (11.22)

Номинальный (расчетный) операционный припуск (Z_iном) – это разность номинальных размеров детали до и после выполнения данной операции

, (11.23)

где – минимальный номинальный припуск на выполняемой операции; – допуск выполняемого размера на предшествующем переходе.

При ориентировочных расчетах припусков для механической обработки принимают соотношение

(11.24)

Рассмотрим пример расчета припусков на механическую обработку ступенчатого вала (рис.11.6).

D₃=55h6_(-0,02)

D₁=25

D₂=25

l₂=50

l₁=30

L=150

  R_a 0,16

Рис.11.6. Обрабатываемый двухступенчатый вал

Материал вала – сталь 45. Заготовка – штамповка II класса точности. Масса заготовки – 2 кг. Токарной операции предшествовала фрезерно-центровальная. На этой операции выполнено фрезерование торцовых поверхностей и обработаны центровые отверстия. Базирование заготовки на фрезерно-центровой операции осуществлялось по поверхностям D₁ и D₃. Необходимо рассчитать припуски на обработку ступени вала D₃.

1. В соответствии с требованиями точности обработки поверхности D₃ устанавливаем маршрут обработки этой ступени вала:

черновое обтачивание;

чистовое обтачивание;

предварительное шлифование;

окончательное шлифование.

Вся обработка ведется в центрах.

Заносим маршрут обработки вала в табл. 11.1 (графа 1). Столбцы 2 и 3 заполняем, взяв данные в справочнике для заготовки. Для механической обработки данные о величинах R_zi-1 и T_i-1 принимаем в том же справочнике. Данные для графы 8 для заготовки выбираются из таблиц. Данные (R_zi-1 и T_i-1) при обработке резанием принимаем из справочника.

2. Расчет отклонения расположения поверхностей.

Для штампованной заготовки при обработке в центрах

,

где ΔΣ_k – общее отклонение оси от параллельности.

ΔΣ_k = 2Δ_k · l_k = 2· 0,15 · 80 = 24 мкм.

l_k – размер сечения, для которого определяется кривизна до торца заготовки (l_k = l₁ + l₂ = 30 + 50 = 80 мм);

Δ_k – удельная кривизна, мкм/мм.

После правки заготовки на прессе Δk =0,15 мкм/мм.

Средний диаметр, необходимый для выбора Δk определяется по формуле

Δ_у – смещение оси заготовки в результате погрешности центрования.

· мм.

где Т – допуск на диаметральный размер базы заготовки, использованной при центровании вала.

3. Определяем величину остаточных пространственных погрешностей Δr.

Черновое точение

где К_у – коэффициент уточнения.

Чистовое точение

Коэффициент К_у определяется по таблице справочника.

Расчетные значения заносим в графу 4 табл. 11.1.

4. Расчет минимальных припусков на диаметральный размер по переходам.

Черновое обтачивание: 2Z_min = 2(160 + 200 + 500) = 1720 мкм;

Чистовое обтачивание: 2Z_min = 2(50 + 50 + 30) = 260 мкм;

Предварительное шлифование: 2Z_min = 2(25 + 25 + 1,2) = 102 мкм;

Окончательное шлифование 2Zmin = 2(10 + 20) = 30 мкм.

Значения 2Zmin заносим в табл. 11.1 (графа 6).

Производим расчет минимальных размеров по технологическим переходам, складывая значения наименьших предельных размеров, соответствующих предшествующему технологическому переходу с величиной припуска на выполняемый переход.

D_{ок шл.} = 54,98 + 0,06 =55,04 мм;

D_пр.шл. = 55,04 +0,102 = 55, 142 мм;

D_{чист.точ}. = 55,142 +0,26 = 55,402 мм;

D_{черн.точ.} = 55,402 + 1,72 = 57,122 мм.

Значения заносим в табл. 11.1 (графа 7).

Определяем наибольшие предельные размеры

D_{ок шл.} = 54,98 + 0,02 =55,0 мм;

D_пр.шл. = 55,04 +0,06 = 55, 1мм;

D_{чист.точ}. = 55,150 +0,12 = 55,270 мм;

D_{черн.точ.} = 55,4 + 0,4 = 55,80 мм;

D_заг. = 57,0 + 2,0 = 59,0 мм.

Результаты заносим в табл. 11.1 (графа 9).

5. Расчет фактических максимальных и минимальных припусков

Максимальные припуски, мм	Минимальные припуски, мм
55,1 – 55,0 =0,1	55,04 – 54,94 = 0,06
55,27 – 55,1 = 0,17	55,15 – 55,04 = 0,11
55,8 – 55,27 = 0,53	55,4 – 55,15 = 0,25
59,0 – 55,8 = 3,2	57,0 – 55,4 = 1,6

Результаты заносим в табл. 11.1 (графы 11 и 12).

6. Рассчитываем общие припуски

Z_{o max} = ΣZ_max = 0,1 + 0,17 + 0,53 + 3,2 = 4,0 мм;

Z_omin = ΣZ_min = 0,06 + 0,11 + 0,25 + 1,6 = 2,02 мм.

Таблица 11.1

Результаты расчетов припусков на обработку поверхности D₂

Маршрут обработки поверхности D2	Элементы припуска, мкм	Расчетные величины	Допуск выполняемого раз-мера, мкм	Размеры заготовки по переходам	Предельный припуск, мкм
Rzi-1	Ti-1	Ρi-1	εу	Припуск, Zmin, мкм	Минимальный диаметр, мм	Наиб.	Наим.	Zmax	Zmin
Штамповка				-	-	57,122		59,0	57,0	-	-
Точение: черновое						55,402		55,80	55,40	3,2	1,6
чистовое			1,2			55,142		55,27	55,15	0,53	0,25
Шлифование: предварительное						55,04		55,10	55,04	0,17	0,11
окончательное	-	-	-	-		54,98		55,0	54,98	0,1	0,06

Производим проверку расчетов:

Z_omax – Z_omin = 4,0 – 2,02 = 1,98 мм; Т_з – Т_д = 2,0 – 0,02 = 1,98 мм.

Дата добавления: 2014-01-07