Исходные данные: вал размером ø40 k 6 
; производство – серийное, распределение погрешностей изготовления и измерения подчиняется нормальному закону, IT/ σтех = 4,5.
Так как процесс не стабильный (IT/ σтех < 6) в условиях серийного производства, то требуется ввести производственный допуск и выбрать универсальные средства измерения. Деталь жесткой конструкции и можно применить контактный метод измерения.
Устанавливаем допуск на изготовление (IT) и по таблице 8.1 – допускаемую погрешность измерения (δ): для ø40 k 6 при IT = 0,018 – 0,002 = 0,016 мм; допускаемая погрешность измерения δ = 5 мкм.
По таблице 8.2 выбираем возможные измерительные средства.
Это микрометр рычажный МР-50 ГОСТ 4381 с кодом 5 или скоба рычажная СР-50 ГОСТ 11098 с кодом 8. Учитывая наличие средств измерений в лаборатории, их стоимость и удобство в эксплуатации, выбираем микрометр рычажный МР-50 ГОСТ 4381. Его техническая характеристика: предел измерения 25...50 мм, цена деления отсчетного устройства 0,002 мм, предельная погрешность измерительного средства Δ = 6 мкм (контакт любой). Методы измерения – прямой, контактный, абсолютный с отсчетом результата измерения по микровинту и отсчетной шкале. Перед началом работы проверить правильность нулевой установки по установочной мере 25 мм и выдержать деталь и прибор в лаборатории не менее трех часов.
Рычажная скоба работает относительным методом измерения, и для настройки требуются концевые меры длины, т.е. более дорогой и сложный процесс измерения.
Далее производится оценка влияния погрешности измерения микрометра рычажного на результаты рассортировки деталей. Определяется относительная точность метода измерения по формуле (1):
Амет (σ) = 3/16 · 100 % = 18,5 %; σмет = Δ/2 = 6/2 = 3 мкм.
По графикам рисунок 8.1 при Амет(σ) = 16 % для заданной точности технологического процесса IT /σтех = 4,5 находим: m = 1,8 %; n = 4,5 %; с/ IT = 0,07. Следовательно, с = 0,07 16=1,12 мкм ≈ 1 мкм.
Оценка годности деталей производится по предельно допустимым размерам:
d max = 40,018 мм;
d min = 40,002 мм.
Среди годных деталей могут оказаться бракованные (не более 1,8 %), у которых размеры выходят за границы поля допуска на величину до 1,0 мкм. Это риск заказчика. Риск изготовителя в этом случае будет не более 4,5 %, т.е. будут забракованы фактически годные детали.
Принимаем условие недопустимости риска заказчика при Δ > δ. В этом случае увеличится риск изготовителя. Производим расчет производственного допуска:
Тпр = IТ – 2с =16 – 2·1,0 = 14,0 мкм.
Предельно допустимые размеры с учетом производственного допуска будут следующие: dmax.пр= 40,018 – 0,001 ≈ 40,017 мм,
dmin.пр = 40,002 + 0,001 ≈ 40,003 мм.
Выбираем средство измерений для арбитражной перепроверки деталей. Допускаемая погрешность при арбитражной перепроверке по формуле (2) и составит:
δарб= 0,3 · 5= 1,5 мкм.
По таблице 8.2 выбираем вертикальный оптиметр ИКВ с кодом 28 или длинномер оптический ИЗВ с кодом 32. Техническая характеристика ИКВ: цена деления – 0.001 мм, предельная инструментальная погрешность Δ = 1,0 мкм, предел измерения 0...100 мм. Метод измерения – относительный, прямой, контактный, для нулевой настройки оптиметра требуются концевые меры длины.
Техническая характеристика ИЗВ: цена деления –0,001 мм, Δ = 1,5 мкм, предел измерения 0...250 мм. Метод измерения – абсолютный, прямой, контактный. Учитывается наличие средств измерений на фирме.
9 Контроль деталей гладкими калибрами
9.1 Назначение и типы калибров
Для выполнения операций технического контроля, особенно в массовом и крупносерийном производстве, рабочие и контролеры отделов технического контроля (ОТК) широко используют калибры.
Калибр – средство контроля, воспроизводящее геометрические параметры элементов изделия, определяемые заданными предельными линиями или угловыми размерами, и контактирующее с элементами изделия по поверхностям, линиям или точкам. Под элементом изделия понимается конструктивно- законченная часть изделия. Например: вал, отверстие, паз, выступ, резьба и т.д.
Калибры – это специальная технологическая оснастка, предназначенная для оценки годности деталей и изделий машиностроения (допусковый контроль).
Контроль калибрами ведет к определенному ужесточению допуска на изготовление детали по сравнению с табличной величиной. Контроль калибрами имеет выше производительность, чем измерение действительных размеров деталей измерительными средствами. Однако проектирование и изготовление калибров экономически выгодно в крупносерийном и массовом производстве.
С помощью калибров ведется рассортировка деталей на годные и негодные (брак). Калибры не определяют числовое значение (действительный размер) контролируемого параметра, а лишь устанавливают, входит ли элемент изделия в границы предельных размеров. Различают исправимый брак, когда валы выполнены с завышенными размерами, а отверстия – с заниженными, и неисправимый брак, когда размеры валов занижены, а размеры отверстия – завышены.
Применяются калибры для контроля гладких цилиндрических поверхностей, для конусных, резьбовых, шпоночных и шлицевых поверхностей, а также для контроля расположения поверхностей.
Различают калибры нормальные и предельные.
Нормальный калибр – калибр, воспроизводящий заданный линейный или угловой размер и форму сопрягаемой с ним поверхности контролируемого элемента изделия, т.е. калибр имеет только проходную сторону.
Нормальные калибры (шаблоны, калибры расположения) используют для контроля деталей со сложным профилем поверхностей. О годности детали судят по величине зазора между ее контуром и нормальным калибром на равномерность просвета или под щуп.
Предельный калибр – калибр, воспроизводящий проходной и непроходной пределы геометрических параметров изделия, т.е. эти калибры имеют проходную (ПР) и непроходную (НЕ) стороны.
К предельным калибрам относятся гладкие калибры для контроля валов и отверстий, резьбовые калибры и другие.
По назначению калибры разделяют:
- на рабочие, предназначенные для проверки размеров деталей рабочими и контролерами ОТК;
- приемочные – обычно это изношенные рабочие калибры (их размеры в пределах допуска на износ), используют их представители заказчика;
- контрольные (контркалибры), использующиеся для проверки размеров рабочих и приемочных калибров и для установки размера регулируемой скобы.
Для контроля наружных (охватываемых) поверхностей валов применяют калибры-скобы, а для контроля внутренних (охватывающих) поверхностей отверстий – калибры-пробки. Калибры-скобы могут быть регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые калибры-скобы допускают переналадку на другой размер (за счет подвижной вставки) или восстановление размера проходной стороны по мере ее износа. Нерегулируемые скобы применяют более широко, так как они имеют жесткую конструкцию, дешевле и проще в производстве.
9.2 Расчет исполнительных размеров гладких калибров
Исполнительным размером калибра является размер, по которому изготавливается новый калибр. Допуски на изготовление калибра задаются «в тело» калибра в виде одностороннего отклонения: положительного для скобы и отрицательного для пробки. Номинальными размерами проходных калибров ПР и непроходных НЕ служат соответственно предельные размеры детали. Номинальный размер проходного калибра ПР соответствует максимуму материала проверяемого объекта, т.е. для вала – наибольшему предельному размеру, а для отверстия – наименьшему предельному размеру.
Номинальный размер непроходного калибра НЕ соответствует минимуму материала проверяемого объекта, т.е. для вала – наименьшему предельному размеру, а для отверстия – наибольшему предельному размеру.
Допуски на изготовление и износ гладких калибров заданы в ГОСТ 24853 «Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски». Приняты условные обозначения полей допусков Н – для пробок и Н 1 – для скоб. Значение допуска калибра зависит от номинального размера детали и квалитета контролируемого размера (таблица 9.1). Схемы расположения полей допусков калибров-пробок даны на рисунке 9.1.
Таблица 9.1 – Допуски и отклонения гладких калибров и контркалибров, мкм, (по ГОСТ 24853-81)
| Квалиет | Обозначение | Интервалы номиналов контролируемых размеров, мм | Допуски формы пробки | |||||||||
| Св. 3 до 6 | 6...10 | 10...18 | 18...30 | 30...50 | 50...80 | 80...120 | 120…180 | 180…250 | 250…315 | |||
| Z | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | IT 1 | |
| Y | 1,0 | 1,0 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | ||
| α, α1 | 2,0 | 3,0 | ||||||||||
| Z 1 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| Y 1 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | ||
| Н | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| Н 1 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | ||||
| H p | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 6,0 | ||
| Z, Z 1 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | IT 2 | |
| Y, Y 1 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 6,0 | 7,0 | ||
| α, α1 | 3,0 | 4,0 | ||||||||||
| H, H 1 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | ||||
| H p | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 6,0 | ||
| Z, Z 1 | 3,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | IT 2 | |||
| Y, Y 1 | 3,0 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 5,0 | 6,0 | 6,0 | 7,0 | 9,0 | ||
| α, α1 | 4,0 | 6,0 | ||||||||||
| H | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | ||||
| Н 1 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||||||
| H p | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| 9* | Z, Z 1 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | IT 2 | ||||||
| α, α1 | 4,0 | 6,0 | ||||||||||
| Н | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | ||||
| Н 1 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | ||||||
| H p | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| 10* | Z, Z 1 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | IT 2 | ||||||
| α, α1 | 7,0 | 9,0 | ||||||||||
| Н | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | ||||
| Н 1 | 4,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | ||||||
| H p | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| 11* | Z, Z 1 | IT 4 | ||||||||||
| α, α1 | ||||||||||||
| Н, Н 1 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 9,0 | ||||||||
| H p | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| 12* | Z, Z 1 | IT 4 | ||||||||||
| α, α1 | ||||||||||||
| Н, Н 1 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 9,0 | ||||||||
| H p | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | ||
| Примечание: Для квалитетов, отмеченных (*) для всех интервалов размеров Y = Y 1 = 0 |
У всех проходных калибров поля допусков (H и Н1) сдвинуты внутрь поля допуска детали: на величину Z – для калибров-пробок и Z 1 – для калибров-скоб. Для номинальных размеров свыше 180 мм поле допуска непроходного калибра также смещается внутрь поля допуска детали на величину α – для пробок и α1 – для скоб. Для размеров до 180 мм α = α1 = 0.
Для проходных калибров предусматривается допуск на износ, который отражает средневероятный износ калибра. Для калибров до 8-го квалитета допуск на износ выходит за границу поля допуска детали на величину Y – для пробок и Y 1 – для скоб. Для калибров более грубых квалитетов (9... 17) износ ограничивается проходным пределом, т.е. Y = Y 1 = 0. Эксплуатация калибра возможна в пределах границы износа. Этими калибрами пользуются представители заказчика и их называют приемочными калибрами.
а) б) в) г)
Рисунок 9.1 – Схемы расположения полей допусков калибров-пробок для контроля отверстий:
а) до 180 мм, квалитеты 6…8 б) свыше 180 мм, квалитеты 6…8
в) до 180 мм, квалитеты 9…17 г) свыше 180 мм, квалитеты 9…17
При эксплуатации калибров-скоб контроль их годности осуществляется с помощью контркалибров, по форме соответствующих валу. Контркалибры имеют допуски на изготовление H p, которые располагаются симметрично относительно середины полей допусков калибров на изготовление и границы износа. Схемы расположения полей допусков калибров-скоб даны на рис.8.2 и рис.8.3. Контркалибры изготавливаются в виде шайб в комплекте из 3-х штук, так как проверяют проходную сторону рабочего калибра (К-ПР), износ проходной стороны (К-И) и непроходную сторону (К-НЕ).
Контрольные калибры целесообразно изготавливать только на специализированных предприятиях, выпускающих скобы большими партиями. В остальных случаях контроль скоб выполняется блоками из концевых мер длины. Исполнительные размеры калибров, согласно соответствующей схеме расположения полей допусков, подсчитываются по формулам таблицы 9.2.
Таблица 9.2 – Формулы для расчета предельных и исполнительных размеров калибров
| Вид калибра | Контролируемый размер | |
| до 180 мм | свыше 180 мм | |
| Пробки | (рисунок 9.1, а; рисунок 9.1, в) предельные размеры ПРmax = D min + Z+ H /2 ПРmin = D min + Z- H /2 ПРизн = D min – Y HEmax = D max + H /2 HEmin = D max – H /2 Исполнительные размеры(d) ПР = (D min + Z+ H /2) -Н H E = (D max + H /2) -H | (рисунок 9.1, б;рисунок 9.1, г) предельные размеры ПРmax = (Dmin + Z + Н/2) ПРmin = (Dmin+ Z – Н/2) ПРизн = (Dmin – Y + α) НЕmax = (Dmax – α + Н/2) HEmin = (Dmin – α – Н/2) исполнительные размеры (d) ПР = Dmin + Z + Н/2)-H НЕ = (Dmax – α + Н/2)-H |
| Скобы | (рисунок 9.2, а; рисунок 9.3, а) предельные размеры ПРmax= (dmax – Z 1 + Н1/2) ПРmin= (dmax – Z1 – H1/2) ПРизн = (dmax+ Y1) HEmax= (dmin + H1/2) HEmin = (dmin – H1/2) исполнительные размеры (D) ПР = (d max – Z1 – Н 1/2)+ H 1 HE = (dmin – H1/2)+H1 | (рисунок 9.2, б; рисунок 9.3, б) предельные размеры ПРmax= (d max –Z1 + Н/2) ПРmin= (d max –Z1- H 1/2) ПРиз„ = (dmax + Y1, –α1) НЕ max = (d min + α1+ H 1/2) HEmin = (d max +α1 – H 1/2) исполнительные размеры (D) ПР = (d max – Z1 – H 1/2)+ H 1 HE = (d min+ α1 – H 1/2)+ H 1 |
| Контркалибры | (рисунок 9.2, а; рисунок 9.3, a) исполнительные размеры (d) К-И =(dmax + Y1 + Hp/2) –Hp К-ПР = (dmax – Z1 + Hp/2) –Hp K-HE = (dmin + Hp/2) –Hp | (рисунок 9.2, б; рисунок 9.3, б) исполнительные размеры (d) К-И = (d max + Y 1 – α1 + Н Р/2)– H p К-ПР = (d max – Z 1 + Н Р/2)– H p K-HE = (d min + H P/2+ α1)– H p |
| Примечание: * Исполнительные размеры указывать на рисунках 9.6....9.13 |
а) б)
Рисунок 9.2 – Схемы расположения полей допусков калибров-скоб для контроля валов квалитетов 6…8, а) до 180 мм б) свыше 180 мм
а) б)
Рисунок 9.3 – Схемы расположения полей допусков калибров-скоб
Для контроля валов квалитетов 9…17: а) до 180 мм б) свыше 180 мм
Исполнительные размеры калибров следует округлять:
- для изделий 6... 14 квалитетов и всех контркалибров – до 0,5 мкм в сторону сокращения производственного допуска контролируемой детали, величина допуска калибра и контркалибра должна сохраниться;
- для изделий 15...17 квалитетов – округлять до 1 мкм при таких же условиях.
9.3 Конструкции и технические требования к калибрам
В конструкции калибров соблюдается принцип подобия (принцип Тейлора), согласно которому по своей форме калибры являются прототипом сопрягаемой детали. Это обеспечивает собираемость деталей, входящих в соединение. Проходная сторона калибра контролирует в комплексе все погрешности элемента изделия, а непроходная сторона проверяет раздельно, не нарушен ли непроходной предел (не чрезмерно ли удален при обработке металл).
Калибры для контроля валов обычно выполняют в виде скоб, так как кольца неудобны для использования и сложны в изготовлении. Рекомендуется проверять валы в нескольких сечениях по длине и не менее чем в двух взаимно перпендикулярных направлениях каждого сечения, чтобы оценить погрешность формы контролируемой детали.
Проходная пробка выполняется большей длины (равной длине отверстия), чем непроходная и должна свободно проходить под действием силы тяжести в годное отверстие. Непроходная пробка не должна входить в отверстие. Конструкция калибров должна быть удобной в эксплуатации, жесткой, обеспечивать высокую точность и износоустойчивость. Технические требования на калибры оговариваются в ГОСТ 2015. Обеспечиваются необходимые требования выбором материала калибра (сталь X и Ш, ШХ15; У10А; У12А и др.), термообработкой – закалкой до HRC 57...63, применением износостойких покрытий (хромирование) или вставок из твердого сплава.
Шероховатость рабочих поверхностей гладких калибров определяется по таблице 9.3.
Гладкие калибры могут быть выполнены в трех вариантах:
- однопредельные (рисуноки 9.11...9.13)для относительно больших размеров;
- двусторонние применяются для пробок размером от 1мм до 50 мм (рисунки 9.4 и 9.10), а скобы предусмотрены лишь для размеров до 10 мм;
- односторонние двухпредельные скобы (рисунки 9.5...9.9) используются наиболее широко, так как они компактнее, дешевле и ускоряют процесс контроля в два раза.
Таблица 9.3 – Шероховатость рабочих поверхностей гладких калибров
| Вид калибра | Квалитет контролируемого размера | Значения Ra, мкм. | |
| для номинальных размеров, мм | |||
| Свыше 0,1 до 100 | Свыше 100 до 360 | ||
| Пробка | 0,025 (0,04) | 0,05 (0,08) | |
| 1...9 | 0,05 (0,08) | 0,1 (0,16) | |
| 10...12 | 0,1 (0,16) | 0,1 (0,16) | |
| Скоба | 6...9 | 0,05 (0,08) | 0,1 (0,16) |
| 10...12 | 0,1 (0,16) | 0,1 (0,16) | |
| Контркалибр | 6...9 | 0,025 (0,04) | 0,05 (0,08) |
| 10 и грубее | 0,05 (0,08) | 0,1 (0,16) | |
| Примечания: 1 В скобках даны рекомендуемые значения Ra по ГОСТ 2015–84, а перед скобками - предпочтительные по ГОСТ 2789–73. 2 Шероховатость торцов: Ra = 1,6 мкм; шероховатость фасок: Ra = 0,8 мкм. |
Допуск цилиндричности для пробок определяется по особо точным квалитетам ГОСТ 25346-89: для калибров 6 квалитета – по IT1; для калибров 7... 10 квалитетов - по IT 2; а для 11... 12 квалитетов – по IT 4 (см. гл.1, таблицу 1.1)
На каждом калибре должна быть маркировка, включающая следующие требования:
- номинальный размер контролируемого отверстия (вала);
- условное обозначение поля допуска заданного размера;
- числовые величины предельных отклонений контролируемого отверстия (вала) в мм;
- обозначение типа калибра: ПР или НЕ;
- товарный знак предприятия-изготовителя (на калибрах для собственных нужд не указывается).
Маркировка производится на лыске ручки пробки или на переднем торце вставки, у скобы – на лицевой стороне.
Примеры оформления чертежей представлены: на рисунке 9.4 калибра-пробки, а на рисунке 9.5 – калибра-скобы.
Рисунок 9.4 – Пробка 8133-0994 Н 7,ГОСТ 14810–69
Основные размеры калибров выбираются по рекомендациям стандартов:
- для пробок ГОСТ 14807–69...ГОСТ 14825–69;
- для скоб ГОСТ 18360–93...ГОСТ 18365–93.
Для удобства выполнения курсовой работы в данном пособии приведены таблицы из указанных стандартов для всех вариантов предлагаемых заданий (таблицы 9.4–9.11). Диаметры валов и отверстий более 360 мм для расчета калибров не выбирать.
Рисунок 9.5 – Скоба 8133-0122 js 6, ГОСТ 18360–93
9.4 Проектирование гладких калибров для валов и отверстий
Задание
Спроектировать гладкие калибры для контроля вала и отверстия.
Построить схемы полей допусков гладких калибров для контроля отверстия и вала одной из посадок, принятых в пункте 1.1 выданных вариантов заданий. Рассчитать предельные и исполнительные размеры калибров. Вычертить эскизы калибров.
