Расчет припусков. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И МЕЖПЕРЕХОДНЫХ РАЗМЕРОВ. Расчет припусков и межпереходных размеров
 Скачать 5.93 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В. Е. Авраменко РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И МЕЖПЕРЕХОДНЫХ РАЗМЕРОВ Красноярск 2007 Ю. Ю. Терсков 2 Авраменко, В. Е. Технология машиностроения. Расчет припусков и межпереходных разме- ров: Учеб. пособие / В. Е. Авраменко, . Красноярск: ПИ СФУ, 2007. 88 с. Рассмотрены вопросы расчёта припусков и межпереходных размеров при проекти- ровании технологических процессов механической обработки деталей машин. Приведены необходимые справочные материалы и примеры расчётов. Рекомендовано для выполнения расчётно-графических заданий, контрольных работ и курсовых проектов по дисциплине «Технология машиностроения», а также дипломных проектов студентам специальностей 151001, 151002 всех форм обучения, а так же студен- тов других специальностей, изучающих дисциплину «Технология машиностроения». Ю.Ю. Терсков 3 1. ПРИПУСК НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ 1.1. Общие сведения Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заго- товки для достижения заданной точности и качества поверхности детали. Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состояние её поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или несколь- ких последовательно применяемых технологических методов. Оно характе- ризуется шероховатостью, волнистостью и физико-механическими свойства- ми поверхностного слоя. Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, структурными и фазовыми превращениями, величиной, зна- ком и глубиной распространения остаточных напряжений, деформацией кри- сталлической решетки материала. При применении химико-термических ме- тодов обработки изменяется также химический состав материала поверхно- стного слоя. От качества поверхностного слоя детали во многом зависят ее эксплуа- тационные характеристики. Так, большое влияние на износ трущейся пары оказывают волнистость и макрогеометрические погрешности сопряженных поверхностей Они уменьшают поверхности контакта и увеличивают удель- ные нагрузки по сравнению с расчетными, что обусловливает повышенный износ поверхностей сопряжения. Уменьшая волнистость и макрогеометриче- ские погрешности, можно увеличить срок службы соединения. Влияние ше- роховатости поверхностей сопряженных деталей на износ в основном прояв- ляется в процессе приработки. Наклеп, возникающий в результате обработки резанием, уменьшает из- нос поверхностей. Износ значительно уменьшается при термической и хими- ко-термической обработке деталей. На уменьшение износа влияют твердость, структура и химический со- став поверхностного слоя. Наличие в слое остаточных напряжений сжатия несколько уменьшает износ, а остаточных напряжений растяжения – увеличивает. Шероховатость поверхности влияет на прочность деталей, работающих при циклической и знакопеременных нагрузках, так как впадины микропро- филя влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных тре- щин. От качества поверхности зависит контактная жесткость стыков сопря- гаемых деталей. Шероховатость и волнистость поверхностей уменьшают фактическую площадь контакта. 4 Шероховатость поверхности во многом влияет на прочность сопряже- ний с натягом. При увеличении микронеровностей прочность сопряжении снижается. В атмосферных условиях коррозия возникает легче и распространяется быстрее на грубообработанных поверхностях, а также при наклепе. Предел выносливости деталей машин часто определяется величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений в поверхност- ном слое. Наиболее интенсивное влияние остаточные напряжения оказывают на хрупкие материалы и тонкостенные нежесткие детали, у которых они мо- гут вызвать искажение формы и размеров в процессе эксплуатации. Установление оптимальных припусков на обработку является ответст- венной технико-экономической задачей. Назначение чрезмерно больших припусков приводит к потерям материала, превращаемого в стружку, увели- чению трудоемкости механической обработки, к повышению расхода режу- щего инструмента и электрической энергии, увеличению потребности в обо- рудовании и рабочей силе. Назначение заниженных припусков не обеспечивает удаления дефект- ных слоев материала и достижения требуемой точности и качества обрабаты- ваемых поверхностей, повышает требования к точности исходных заготовок и приводит к их удорожанию, увеличивает опасность появления брака. Величина припуска должна компенсировать все погрешности от пре- дыдущей обработки заготовки и погрешности, связанные с выполнением рассматриваемой технологической операции. 1.2. Классификация припусков на обработку Различают общие и промежуточные припуски. Промежуточным припуском называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Общий припуск – это сумма всех промежуточных припусков снятых при обработке данной поверхности. Различают минимальные, номинальные и максимальные припуски на обработку. Расчету подлежит минимальный припуск на обработку. Колебание же размера обрабатываемой поверхности заготовки в пределах допуска на ее из- готовление создает колебание величины припуска от минимального до мак- симального. Величины припусков на обработку могут быть установлены опытно- статическим методом или определены с использованием расчетно- аналитического метода. Опытно-статистический метод применяют для обычных деталей сред- ней точности в условиях единичного и серийного производств. Данный ме- тод ускоряет процесс проектирования технологического процесса обработки 5 деталей, но он не учитывает конкретные условия обработки данных поверх- ностей, что приводит к завышению припусков на обработку. Расчётно-аналитический метод определения припусков применяют в условиях крупносерийного и массового производства, а также в условиях единичного производства при обработке крупных и особенно ответственных деталей. После определения минимальных промежуточных припусков необхо- димо определить предельные промежуточные (межпереходные) размеры. Промежуточными (межпереходными) размерами называют размеры, полу- чаемые на каждом технологическом переходе. 2. РАСЧЁТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКОВ Расчётно-аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных ус- ловиях получения заготовок и их обработки, определении величины элемен- тов, составляющих припуск и их суммирования. Расчётно-аналитический метод определения припусков необходимо применять в условиях крупносерийного и массового производства. 2.1. Факторы, определяющие величину припуска 1. Высота неровностей профиля R Zi- 1 , полученная на предшествующем переходе обработки данной поверхности. Величина R Zi- 1 зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей обработки приводится в табл. 2.1–2.8. 2. Состояние и глубина поверхностного слоя T i-1 , полученные на пред- шествующем технологическом переходе. Этот слой, отличающийся от ос- новного металла по механическим свойствам, наличию остаточных напряже- ний и структуре, включается в припуск не всегда. Разные металлы в зависимости от вида и режимов обработки имеют разную величину изменённого слоя. У заготовок, изготовленных из серого чугуна, изменённый слой пред- ставляет собой перлитную корку, которая обычно полностью удаляется в первом переходе при обработке лезвийным инструментом с целью сохра- нения его стойкости. Поэтому для последующих переходов обработки по- верхности величина T i-1 принимается равной нулю. Стальные поковки и штамповочные заготовки имеют обезуглерожен- ный поверхностный слой. Этот слой снижает предел выносливости металла, поэтому его следует удалить при механической обработке. Значения Т для основных видов заготовок и методов механической обработки приводятся в табл. 2.1–2.8. 6 3. Суммарное значение пространственных отклонений ρ i- 1 в располо- жении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей за готовки, оставшихся после выполнения предшествующего перехода. В ми- нимальный припуск входят пространственные отклонения, имеющие само- стоятельные значения, не связанные с допуском на выполняемый размер. Они могут быть заданы непосредственно как допустимая кривизна вала, ко- робление поверхностей, смещение и увод отверстия, непараллельность осей, неперпендикулярность, радиальное и торцевое биение и прочие, а также до- пуском на расположение, поверхности или оси, координирующим размером. Причинами пространственных отклонений могут быть: пространственные погрешности изготовления литейных форм и штампов; деформации детали в процессе обработки; погрешности взаимного положения рабочих элементов станка. В табл. 2.9 приводятся расчётные формулы для определения суммарно- го значения пространственных отклонений для различных видов заготовок при их обработке на первой операции, с учётом способов базирования заго- товок, влияющих на величину пространственных отклонений. В табл. 2.10–2.12 приведены величины пространственных отклонений. Величину остаточной кривизны после выполняемого перехода опреде- ляется по формуле заг у ост ρ к ρ ⋅ = , где ост ρ – остаточная кривизна; у к – коэффициент уточнения (см. табл. 2.13); заг ρ – кривизна заготовки. Таблица 2.1 Качество наружной поверхности калиброванного проката Прокат R Z Т мкм Гладкотянутый 60 60 Шлифованный 10 20 Примечание: Качество торцовой поверхности после резки проката см. в табл. 2.3. 7 Таблица 2.2 Качество наружной поверхности горячекатаного проката Диаметр проката, мм Качество поверхности при точности проката повышенной обычной R Z Т R Z Т мкм До 25 100 100 150 150 Свыше 25 до 75 100 150 150 250 Свыше 75 до 150 150 200 200 300 Свыше 150 до 250 250 300 300 400 Таблица 2.3 Точность и качество торцевой поверхности горячекатаного проката по- сле резки по упору Способ резки Диаметр отрезаемой заго- товки, D, мм Точность резки по длине заготовки, мм ( ± ) Качество поверхности (R Z +T), мм Удельная неперпен- дикуляр- ность Δ , мкм/мм На ножницах До 25 1,0 0,3 см. примечание Свыше 25 до 75 1,3 Свыше 75 до 150 1,8 Свыше150 до 250 2,3 Дисковыми пилами, приводными ножовками, дисковыми фрезами на станках До 25 0,3 0,2 0,01 Свыше 25 до 75 0,4 Свыше 75 0,5 Отрезными резцами на станках токарного типа До 25 0,25 0,2 0,045 Свыше 25 до 75 0,35 Свыше 75 до150 0,40 Свыше 150 до 250 0,50 Примечание: При резке на ножницах и прессах образуется вмятина в направлении, перпендикулярном к поверхности среза, достигающая 0,2D и скос по торцу до 3 ° . Величи- ну вмятины и скоса необходимо учитывать при последующей обработке заготовки по торцу и диаметру. 8 Таблица 2.4 Качество поверхности штампованных поковок Масса штампованной поковки, кг R Z Т мкм До 0,25 80 100 Свыше 0,25 до 4,00 160 200 Свыше 4,00 до 25 240 250 Свыше 25 до 40 320 300 Свыше 40 до 100 350 350 Свыше100 до 200 400 400 Примечание: Высота неровностей профиля R Z дана после пескоструйной обработки поверхности поковок или травления; при дробеструйной или дробеметной обработке R Z принимают равной 400 мкм независимо от массы поковок. Таблица 2.5 Качество торцевой поверхности поковки после ковки Диаметр торцевой поверхности, мм R Z T мкм До 30 200 300 Свыше 30 до 50 300 500 Свыше 50 до 80 400 800 Свыше 80 до 120 500 1200 Таблица 2.6 Точность и качество поверхности заготовок, получаемых литьем в песчаные формы (машинная формовка) Размер отливки, мм R Z + Т (мкм) для классов точности заготовок 1 2 Материал заготовки Чугун Сталь Цветные металлы и сплавы Чугун Сталь Цветные металлы и сплавы До 1250 600 500 400 800 600 500 Свыше 1250 до 3150 800 700 – 1000 800 – Примечание: 1-й класс соответствует массовому производству; 2-й класс – серийному. 9 Таблица 2.7 Точность и качество заготовок, получаемых специальным способом литья Способ литья Степень точности Качество поверхности R Z Т, мкм Материал заготовки Чугун Сталь Цветные металлы и сплавы В кокиль IT14–IT15 200 300 200 100 Центробежное IT14–IT15 200 300 200 100 В оболочковые фор- мы для элементов, получаемых: в од- ной полуформе IT11–IT13 40 260 160 100 В обеих полуформах IT14 40 260 160 100 Под давлением IT14–IT15 50 – – 100 По выплавляемым моделям IT14–IT15 30 170 100 60 Таблица 2.8 Точность и качество поверхности заготовки после механической обработки Заготовка Механическая обработка Степень точности Качество поверхности R Z T мкм Горячекатаный прокат Черновая IT12–IT14 120 120 Получистовая IT11–IT13 60 60 Чистовая IT10–IT11 30 30 Поковка Обдирка IT17 1150 350 Черновая IT15–IT16 240 240 Получистовая IT12–IT14 120 120 Чистовая IT10–IT11 40 40 10 Окончание табл. 2.8 Заготовка Механическая обработка Степень точности Качество по- верхности R Z T мкм Отливка Обдирка IT16–IT17 320 320 Черновая IT14–IT15 240 240 Получистовая IT12–IT14 100 100 Чистовая IT10–IT11 20 20 Заготовки всех видов Протягивание наружное IT10 5 10 Тонкая обработка лезвийным инструментом IT6 3 – Шлифование: предварительное чистовое IT8 IT6 10 5 20 15 Калиброванный прокат класса точ- ности IT10-IT8 Бесцентровое шлифование: до термообработки после термообработки IT7 IT6 6 3 12 – Примечание: При обработке заготовок серого чугуна после первого перехода меха- нической обработки, а также при обработке заготовок из стали после термообработки Т из формулы исключить. 4. Погрешность установки заготовки уi ε на выполняемом переходе. Погрешность уi ε в общем виде определяют как векторную сумму погрешно- сти базирования б ε , погрешности закрепления з ε и погрешности приспособ- ления пр ε , т. е. пр з б у ε ε ε ε + + = В случае, когда можно определить направление векторов: пр з б у ε ε ε ε + + = Знаки в приведенном выражении зависят от направления векторов. Когда же предвидеть направление векторов затруднительно, их сумми- руют по правилу квадратного корня: 11 2 2 2 пр з б у ε ε ε ε + + = Погрешность базирования имеет место при несовпадении технологиче- ской и измерительной баз и зависит также от допуска и погрешности формы базовых поверхностей. В табл. 2.14 и 2.15 приводятся формулы для опреде- ления погрешности базирования при обработке заготовок в различных при- способлениях. Погрешность закрепления з ε возникает в результате смещения обраба- тываемых поверхностей заготовок от действия зажимной силы. Значения по- грешности закрепления заготовок приведены в табл. 2.16–2.19. Погрешность приспособления пр ε является следствием неточности из- готовления станочного приспособления, погрешности установки самого при- способления на станке и износа его рабочих поверхностей. К погрешности приспособления относится и погрешность индексации – поворота зажимных устройств при обработке заготовок на многопозиционных станках. За исклю- чением последней составляющей, элементы погрешности приспособления часто трудно выявить как самостоятельные значения, поэтому их учитывают как входящими в погрешность закрепления. С учётом сказанного для однопозиционной обработки: 2 2 з б у ε ε ε + = или з б у ε ε ε ± = При обработке заготовок на многопозиционных станках для расчёта припуска под второй переход погрешность определяют по формуле: инд уi у уi ε ε к ε + ⋅ = −1 , где у к – коэффициент уточнения (можно принимать у к = 0,06); 1 − уi ε – по- грешность установки на первом переходе; инд ε – погрешность индексации поворотного устройства (поворотного стола, шпиндельного барабана, ре- вольверной головки и т. д.), при расчётах можно принимать инд ε = 0,05 мм. При последующих переходах остаточная погрешность установки мала, и ею можно пренебречь, а учитывать только погрешность индексации. 12 Таблица 2.9 Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки Тип детали и схема базирования Расчётные формулы 1. Литые заготовки Корпусные детали, по отверстиям с пара- лельными осями и перпендикулярной к ним плоскости À + d Ð ñ ì Ð ê î ð То же, по плоскости, противоположной об- рабатываемой L P ê Детали – тела вращения, в самоцентри- рующих патронах по наружному диаметру с при- жимом к торцевой поверхности d D B P ñ ì b Ð ê î ð 2 2 см кор ρ ρ ρ = + см ρ δ = кор к L ρ = Δ кор ρ ρ = D кор к D ρ ρ = = Δ 2 2 d см кор ρ ρ ρ = + см в ρ δ = В к В ρ = Δ 13 Продолжение табл. 2.9 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы 2. Штампованные заготовки Стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги др.) с базированием по крайней ступени (поверхности) l P ê î ð P ñ ì Стержневые детали при обработке в цен- трах l L P ê Детали типа дисков с прошиваемым цен- тральным отверстием (шестерни, диски и др.) с установкой по наружному диаметру и торцу 2 2 см кор ρ ρ ρ = + кор к l ρ = Δ 2 2 2 см кор ц ρ ρ ρ ρ = + + кор к l ρ = Δ при 2 / L l ≤ 2 0,25 1 Ц ρ δ = + 2 2 эскц см ρ ρ ρ + = 14 Продолжение табл. 2.9 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы p c ì ð ý ê ñ ö То же, при обработке торцевых поверхно- стей D ð ê î ð r R 3. Заготовки из сортового проката При консольном закреплении в самоцен- трирующих патронах l P ê î ð кор ρ ρ = кор k D ρ = Δ кор ρ ρ = кор k l ρ = Δ 2 2 кор ц ρ ρ ρ = + 15 Окончание табл. 2.9 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы При обработке в центрах L P ê î ð l 4. Сверление центровых отверстий в заготовке При установке в самоцентрирующих за- жимных устройствах D + ð При установке на призмах с односторон- ним прижимом кор k l ρ = Δ при 2 / L l ≤ 2 0,25 1 ц ρ δ = + 25 , 0 = ц ρ мм 25 , 0 2 2 2 + = δ ρ Ц (при α = 90 °) 25 , 0 3 2 2 + = δ ρ Ц (при α =120 °) 16 Обозначения, используемые в табл. 2.9: ρ , 1 Δ ρ , α ρ – суммарное зна- чение пространственных отклонений обрабатываемой поверхности; кор ρ – величина коробления обрабатываемой поверхности (см. табл. 2.11); см ρ – смещение обрабатываемой поверхности относительно базовой или смещение одних участков поверхностей относительно других (см. табл. 2.10; ц ρ – по- грешность зацентровки; к Δ – удельная кривизна обрабатываемой поверхно- сти (см. табл. 2.12); эксц ρ – эксцентричность (см. табл. 2.11); δ – допуск на диаметральный размер базовой поверхности заготовки, используемой при зацентровке. Таблица 2.10 Смещение осей поковок, штампуемых в разных половинах штампа см ρ |