Види та визначення припусків на механічну обробку деталей, оцінка їх впливу на розмір заготовки

Припуск на обробку різанням необхідний для забезпечення потрібної точності та якості поверхонь деталі з послідовним видаленням шару металу з її заготовки. У ряді випадків при обробці різанням заготовок деталей до 50% їх маси видаляється в стружку, не враховуючи втрати металу при різанні, ковці, литті та ін. Так, на автомобільних заводах відхід металу в стружку складає в середньому 20% для литтєвих і 30% для кованих деталей.

Припуском називається шар матеріалу, що видаляється у процесі механічної обробки заготівки з метою досягнення заданої точності та якості оброблюваної поверхні. Розрізняють проміжні й загальні припуски.

Проміжним припуском називається шар, що знімається під час виконання цього технологічного переходу механічної обробки, і являє собою різницю розмірів заготовки, отриманих на сміжному попередньому й виконуваному технологічних переходах.

Загальним припуском називається сума проміжних припусків по всьому технологічному маршруту механічної обробки даної поверхні і визначається як різниця розмірів заготовки та готової деталі.

Перебільшуванні припуски ведуть до перевитрати матеріалу на заготовку, ускладнюють технологічний процес за рахунок додаткових переходів, збільшують трудомісткість процесів обробки, витрати на енергію та різальний інструмент, знос обладнання, зростають витрати на прибирання та транспортування стружки і, як наслідок, підвищують собівартість деталі. У свою чергу, малі припуски на обробку не забезпечують потрібної точності й шорсткості оброблених поверхонь, ускладнюють розмітку й установу деталі на верстаті і в пристроях, сприяють зростанню браку та собівартості. Крім цього, для отримання малих припусків необхідно застосовувати дорогі методи виготовлення заготовки.

Завдання визначення оптимальних припусків на обробку тісно пов’язана з встановлюванням граничних проміжних і вихідних розмірів заготовки. Вони необхідні для конструювання штампів, моделей, пристроїв, спеціальних різальних і вимірювальних інструментів, а також настроювання металорізальних верстатів та іншого технологічного обладнання. Крім того, на основі оптимальних припусків стає можливим обґрунтоване визначення ваги вихідних заготовок, режиму різання, а також норми часу на виконання операцій механічної обробки.

Для встановлення припусків на обробку в машинобудуванні широко застосовують дослідно-статистичний метод. Величини загальних та проміжних припусків знаходять за таблицями, що складені на основі узагальнення та систематизації виробничих даних передових підприємств. Недолік цього методу полягає в тому, що припуски визначаються без урахування конкретних умов побудови технологічних процесів. Так, загальні припуски визначаються без урахування маршруту обробки даної поверхні, а проміжні – схеми установлення заготовки та похибок попередньої обробки. Величини припусків, визначені за даним методом, у багатьох випадках завищені, оскільки орієнтовані на умови обробки, при яких припуск повинен бути найбільшим для уникнення браку. У цьому плані особливий інтерес для визначення припусків на обробку, проміжних і початкових розмірів заготовки становить розрахунково-аналітичний метод, розроблений В. М. Кованим. Цей метод усуває відмічені недоліки і заснований на аналізі похибок обробки різанням, притаманних кожному способу обробки, і закономірностей зменшення виробничих похибок попередньої обробки, а також їх усунення та знання законів сумування виробничих похибок. Аналіз похибок, способів обробки дає можливість визначити припуск, що забезпечує високу якість обробки. Знання закономірностей зменшення похибок попередньої обробки дозволяє розрахувати її в кожному технологічному переході та величину припуску для наступного.

Похибки попередньої обробки усувають зняттям з оброблюваної поверхні шару металу, що включає похибки розміру, форми й взаємного розміщення елементарних поверхонь, а також дефектний шар. Глибина різання, при якій виключаються зазначені похибки та дефектний шар, забезпечує більш стійкий процес різання та високу якість обробки.

На основі вивчення причин, що викликають появу виробничих похибок обробки, встановлюються закони їх сумування. Визначення дійсної сумарної величини дозволяє встановити припуск для наступної обробки різанням, що усуває ці похибки. Крім цього, цей метод виявляє можливості економії матеріалу та зниження трудомісткості механічної обробки під час проектування нових і аналізі існуючих технологічних процесів.

Величину припуску визначають наступні фактори:

1. Висота нерівностей , що отримана на сміжному попередньому переході обробки даної поверхні, і залежить від методу, режимів та умов виконання попередньої обробки. У цьому випадку і у подальшому фактору, що виникає на попередній обробці наданий індекс i-1, а на виконуваному переході – i.

2. Стан і глибина поверхневого шару, що отримані на суміжному попередньому технологічному переході. Цей шар відрізняється від основного металу і належить повному або частковому виділенню на виконуваному переході. Наприклад, поверхневий шар зливок із сірого чавуну складається із перлітної кірки з наявністю слідів формованого піску. З метою створення сприятливих умов для роботи різального інструменту цей шар повністю знімають на першому переході обробки (рис.1.4)

Рис. 1.4 – Схема поверхневого шару заготовки:

а – при обробці зовнішньої поверхні; б – при обробці отворів; А – видалювана дефектна частина поверхневого шару; В – невидалювана частина поверхневого шару; С – нормальна структура металу; - висота нерівностей; - глибина дефектного поверхневого шару

3. Просторове відхилення у розміщенні оброблюваної поверхні відносно базових поверхонь заготівки. До цього фактора відносяться:

- неспіввісність зовнішньої поверхні і отвору в заготовок маточин, дисків, гільз;

- неперпендикулярність торцевої площини з віссю базової циліндричної поверхні заготовки;

- непаралельність оброблюваної і базової площин у заготовках корпусних деталей.

4. Похибка установки , що виникає на переході, і залежить від зусиль закріплення, точності й жорсткості елементів верстата і використаних пристроїв, матеріалу та мікрогеометрії базуючих поверхонь деталі, а також виду термообробки. Наприклад, похибка установки в радіальному напрямку при обробці в самоцентрованому патроні відлитих деталей діаметром 80-120 мм коливається в інтервалі 0,06-5 мм. При цьому максимальні значення характерні для деталей, відлитих у пісчану форму, а мінімальні – відлитих під тиском.

Загальна величина мінімального припуску визначається сумуванням розглянутих факторів. Нижче наведені аналітичні залежності для його з урахуванням виду площин:

а) припуск на бік при послідовній обробці протилежних або окремих розміщених площин

; (1.7)

б) припуск на два боки при паралельній обробці протилежних площин

; (1.8)

в) припуск на діаметр при обробці зовнішніх або внутрішніх поверхонь обертання

. (1.9)

Згідно з літературними джерелами для складових виразу (1.7-1.9) встановлено інтервал зміни чисельних значень залежно від виду виробництва заготовок. Так, для прокату сума складає 2-5 мм, а для зливок – відповідно 0,8-2 мм.

На підставі наведених залежностей можна отримати часткові формули для конкретних випадків обробки. Так, під час обточування циліндричної поверхні, встановленої на центрах заготовки, похибка установки і на підставі виразу (1.9) припуск на діаметр буде

. (1.10)

Якщо при розгортанні плаваючою розгорткою і протягуванні отвору , а похибка установки в цьому випадку відсутня, то розрахунок припуску проводять згідно формулі

. (1.11)

При суперфініші та поліруванні циліндричної поверхні досягається тільки підвищення класу чистоти, тому припуск визначається тільки висотою мікронерівності поверхні

. (1.12)

Особливістю здійснення шліфування заготовок після термічної обробки є збереження поверхневого шару, отже складову треба виключити з розрахункових формул. Можливі дефекти (наприклад, короблення) при термічній та хіміко-термічній обробці заготовок компенсуються величиною просторового відхилення . У цьому разі вираз для визначення мінімального припуску на обробку має вигляд

(1.13)

При відсутності похибки установки () вираз (1.13) можна записати наступним чином:

(1.14)

Величини складових наведених аналітичних виразів наводяться у технологічних довідниках. Значення їх залежать від конфігурації та розмірних відношень заготовки, матеріалу, методу отримання її та послідовності обробки, а також способу установки заготовок на верстатах.

Розрахунково-аналітичний метод визначення припусків на обробку різанням застосується до обробки як автоматичного, так і індивідуального отримання розмірів. Різниця лише в тому, що при останньому способі похибка установи ε_і замінюється похибкою вимірювання заготовки, що залежить від цього методу.