6. Приклад призначення припусків на механічну обробку поверхні розрахунково-аналітичним методом

В якості прикладу розглянемо призначення проміжних та загального припусків на механічну обробку шийки вала-шестірні (рисунок 6.1), призначеної для установки підшипника кочення. Діаметр шийки становить мм. Для визначеності будемо розглядати шийку, розташовану праворуч від зубчастого вінця.

Вали-шестірні показаного типу застосовуються в конструкціях коробок передач, роздавальних коробок, ведучих мостів самохідних машин та в інших механізмах, де вони можуть сприймати достатньо великі навантаження. Заготовки таких деталей бажано виготовляти обробкою тиском, що забезпечує високі фізико-механічні властивості виробів і відсутність вад, характерних для відливків. З орієнтацією на крупносерійне виробництво обираємо в якості метода одержання заготовки штамповку. Форма деталі є характерною для виготовлення її заготовки штамповкою на горизонтально-кувальній машині. Цей спосіб і приймаємо для одержання заготовки заданої деталі.

Конструкція деталі є технологічною як для виготовлення заготовки обраним способом, так і для її механічної обробки.

6.1 Користуючись рекомендаціями таблиці 3.1 щодо порядку розрахунку припусків і таблиці 4.1 щодо вибору послідовності технологічних переходів з обробки заданої поверхні починаючи з заготовки і до одержання готової деталі (остаточно обробленої її поверхні) обираємо один з рекомендованих в таблиці 4.1 набір технологічних переходів, а саме – точіння попереднє (чорнове) і чистове та шліфування попереднє (чорнове) та чистове.

Розрахунок величин припусків зручно проводити з використанням розрахункової карти у формі таблиці 6.1. в яку і вносимо найменування вибраних технологічних переходів.

Орієнтовна характеристика точності виконання проміжних технологічних переходів (номер квалітету) установлюється за даними таблиці 4.2. останній перехід закінчує механічну обробку поверхні і забезпечує точність розміру по 6-му квалітету. Точність виготовлення заготовки визначається рядом її конструктивних характеристик і установлюється у відповідності до методики, розглянутої в п. 4.3 цієї роботи.

Клас точності поковки за рекомендацією таблиці 4.4 приймаємо як Т4 оскільки розміри деталі невеликі, а форма – достатньо проста. Група сталі позначається як М2, що відповідає масовій частці вуглецю від більш 0,35% до 0,65% включно.

Рисунок 6.1 – Ескіз вала-шестірні

Таблиця 6.1 – Розрахункові величини припусків та граничних розмірів заготовки (поверхня Ø 60m6 ( ) мм, Ra=0,8 мкм)	Граничні розміри, мм	dmax	65,542	61,040	60,442	60,164	60,030
		dmin	62,342	60,580	60,322	60,118	60,011
	Граничні величини припусків, мкм	2zmax	—	2·2251= =4502	2·299= =598	2·162= =324	2·76,5= =153
		2zmin	—	2·881= =1762	2·129= =258	2·79= =158	2·44= =88
	Елементи припуску, мкм	ε	—	0	0	0	0
		ρ	481	29	19	14	10
		T	250	50	30	20	15
		Rz	150	50	30	10	5
	Допуск IT, мкм		3200	460	120	46	19
	Точність розміру (квалітет)		17	13	10	8	6
	Технологічні переходи обробки поверхні		0. Заготовка	1. Обточування попереднє	2. Обточування чистове	3. Шліфування попереднє	4. Шліфування чистове

Для визначення ступеня складності поковки порівнюються маси (об’єми) поковки та геометричної фігури, в яку вписується форма поковки. При цьому для одержання орієнтовних розмірів поковки допускається виходити зі збільшення в 1,05 рази габаритних лінійних розмірів деталі. Знехтувавши останнім, порівняємо об’єм деталі і геометричної фігури, в яку вписується форма деталі. Об’єм деталі складає (дивись рисунок 6.1)

Для зручності розрахунків розміри проставлені в см. Об’єм циліндра, в який вписується форма деталі,

При відношенні за даними таблиці 4.5 одержуємо ступінь складності поковки С2.

Для визначення початкового індексу поковки визначимо її розрахункова масу (залежність (4.2))

де – маса деталі, кг;

– об’єм деталі,

– щільність сталі,

– розрахунковий коефіцієнт; за даними таблиці 4.7 для деталі, що розглядається, Приймаємо середнє значення

Таким чином, розрахункова маса поковки

Початковий індекс поковки визначаємо за формулою (4.1)

IН = NI + (МS – 1) + (SТ – 1)+2(КТ–1),

де NI – номер інтервалу, в який попадає маса поковки; NI = 7 (приймається по табл. 4.6);

MS – група сталі, МS=2 для групи М2;

SТ – ступінь складності поковки, SТ=2 для ступеня складності С2;

КТ – клас точності поковки, КТ=4 для класу Т4.

При цьому

IН = 7 + (2 – 1) + (2– 1)+2(4–1) = 15.

Допустимі відхилення лінійних розмірів поковки у відповідності до ГОСТ 7505-89 складають es = +2,1 мм та ei = –1,1 мм для діаметра 60 мм при одержаному початковому індексі (таблиця 4.8). Допуск розміру ІТ = es – ei = 2,1 – (–1,1) = 3,2 мм, що приблизно відповідає 17-му квалітету точності (таблиця 4.3).

Вираження точності розмірів, одержаних на кожному технологічному переході, в тому числі і при виготовленні заготовки, однаковим способом дає змогу відкоригувати ступінь підвищення точності (номери квалітетів) при виконанні кожного наступного технологічного переходу з поступовим наближенням до потрібного розміру деталі. Прийняті таким чином показники точності для кожного переходу заносяться в таблицю 6.1. Величини відповідних допусків вибираються з таблиці 4.3.

6.2. Елементи припуску вибираються з відповідних таблиць, приведених в пп.4.6 – 4.8. Для штампованої заготовки масою від 2,5 до 25 кг шорсткість поверхні Rz₀ = 150 мкм при глибині пошкодженого шару Т₀ = 250 мкм (таблиця 4.15). Індексом 0 позначені величини, що відносяться до характеристик заготовки. Значення Rz і Т для технологічних переходів механічної обробки, включених в таблицю 6.1, вибираються з таблиці 4.16 і складають: для попереднього обточування Rz₁ = 50 мкм і Т₁ = 50 мкм, для чистового обточування Rz₂ = 30 мкм і Т₂ = 30 мкм, для попереднього шліфування Rz₃ = 10 мкм і Т₃ = 20 мкм та для чистового шліфування Rz₄ = 5 мкм і Т₄ = 15 мкм.

Величина просторових відхилень штампованої заготовки при її обробці в центрах у відповідності до таблиці 4.18 складає

де – величина зміщення ділянок циліндричної поверхні шийки відносно одна одної в результаті неспівпадіння напівматриць горизонтально-кувальної машини, мм (таблиця 4.19);

– просторове відхилення у вигляді короблення заготовки; у відповідності до таблиці 4.18 . Питома кривизна заготовки приймається по таблиці 4.21 і складає 0,7 мкм/мм для термічно обробленої заготовки при її діаметрі в діапазонах 50 – 70 мм. Середній діаметр заготовки, що розглядається, (для спрощення розраховується за розмірами деталі)

Дві ділянки з діаметром 66 мм і довжиною по 5 мм віднесені до шийок з діаметром 60 мм. Відстань від ближнього (лівого) торця вала до середини правої шийки під підшипник При цьому

– радіальне биття оброблюваної поверхні в результаті погрішності зацентровки. При використанні на операції зацентровки самоцентруючих затискних пристроїв для закріплення заготовки визначається погрішністю налаштування центрувального верстата і становить 0,25 мм (п. 4.7, б).

Таким чином, величина просторового відхилення поверхні заготовки, що розглядається, складає

Остаточні просторові відхилення оброблюваної поверхні, що мають місце в результаті копіювання погрішностей при обробці, для кожного з технологічних переходів складуть (п. 4.7, г)

де – коефіцієнт уточнення форми: Значення прийнято як для однократного шліфування заготовки після токарної обробки у відповідності до логіки вибору величин, що рекомендуються. В результаті одержуємо:

Погрішність установки заготовки на кожному з виконуємих технологічних переходів механічної обробки розглядаємої поверхні (п.4.8)

де – погрішність базування, яка виникає в разі несуміщення вимірювальної бази з настановною. При установці заготовки в центрах установною базою є поверхні центрових отворів, які завдають розташування лінії центрів, від якої вимірюється радіус (діаметр) оброблюваної поверхні. Тому

– погрішність закріплення, яка в ситуації, що розглядається, також дорівнює нулю, оскільки при установці заготовки в центрах вона не зміщується в радіальному напрямку;

– погрішність положення заготовки в пристрої, яка виникає внаслідок погрішностей виготовлення останнього, зношування його елементів і т. ін. При установці заготовки в центрах звичайно приймають З урахуванням зазначеного приймаємо

6.3. Мінімально необхідний припуск для виконання кожного з технологічних переходів, що розглядаються, визначається формулою (таблиця 3.2)

яка при використовується у вигляді

і дає наступні результати:

В таблицю 6.1 величини припусків вносяться у вигляді 2z, що може бути зручним при побудові схеми розташування припусків та призначенні режимів різання.

6.4 Для визначення максимально можливих припусків та проміжних і граничних розмірів заготовки при виконанні окремих технологічних переходів раціонально скласти схему розташування проміжних припусків і допусків на проміжні та початкові розміри заготовки. З урахуванням прийнятої в прикладі, що розглядається, послідовності обробки циліндричної поверхні ця схема (рисунок 6.2) буде аналогічною схемі, представленій на рисунку 5.3.

Рисунок 6.2 – Схема розташування проміжних припусків і допусків на проміжні та початкові розміри заготовки. Розміри припусків і допусків вказані в мкм, діаметрів – в мм

У відповідності до схеми на рисунку 6.2

Загальні припуски:

оскільки кількість технологічних переходів, які виконуються з індивідуальною установкою різального інструмента на розмір в варіанті обробки, що розглядається, m = 2.

Необхідність перевірки правильності розрахунків (п. 11 таблиці 3.1) не виникає, оскільки вони виконані з урахуванням фактичного розташування припусків і допусків (рисунок 6.2) і застосуванням формул, аналогічних приведеним в п. 11 таблиці 3.1.

Проміжні та граничні розміри заготовки також розраховуються з використанням схеми на рисунку 6.2:

При наявності схеми розташування припусків і допусків (рисунок 6.2) можна застосовувати і інші рівноцінні співвідношення для розрахунків зазначених розмірів.

Для визначення загального номінального припуску також слід розглянути схему на рисунку 6.2, з якої одержимо:

Зауважимо, що формула для , яка приведена в п. 12 таблиці 3.1, застосовується при обробці на останньому технологічному переході інструментом, заздалегідь встановленим на розмір.

Загальний номінальний припуск зручно також визначити з застосуванням номінальних розмірів деталі і заготовки:

Виконання розрахунків припусків без застосування округлення розрахункових величин дає змогу перевірити правильність результатів, одержаних на кожному етапі розрахунку. Природно, при простановці розмірів на кресленні заготовки, операційних ескізах з механічної обробки, в тексті операційних карт слід указувати розміри з точністю, з якою виконується розглядаємий вид обробки та вимірюється одержаний розмір. Таким чином, в зазначених технологічних документах раціонально зазначити наступні розміри для шийки вала-шестірні діаметром Ø 60m6 ( ) мм:

Діаметр шийки заготовки – 63,4 мм;

Діаметр шийки заготовки після попереднього обточування – 61 _-0,4 мм;

Діаметр шийки заготовки після чистового обточування – 60,44 _-0,12 мм;

Діаметр шийки заготовки після попереднього шліфування – 60,16 _-0,04 мм;

Діаметр шийки заготовки після чистового шліфування – 60m6 ( ) мм.

Допускаємі відхилення проміжних розмірів шийки вказані як для основного вала.

З наведених рекомендацій видно, що величини деяких допусків виявились дещо зміненими в межах точності обробки і вимірювання.

Призначення величини припусків розрахунково-аналітичним методом дозволяє урахувати всі особливості виконання кожного технологічного переходу механічної обробки поверхонь заготовки, запобігти завищенню припусків при невизначених конкретних умовах обробки, прийняти заходи щодо зменшення величини складових припуску на кожному переході за рахунок удосконалення різальних інструментів та пристроїв, зміни режимів різання, підвищення жорсткості технологічної системи і т. ін. Результатом таких рішень буде економія матеріалу та різального інструменту, зменшення норми часу на виконання обробки, підвищення техніко-економічних показників технологічного процесу.

Список джерел інформації

1 Основы технологии машиностроения: Учебник./ Кован В.М., Корсаков В.С., Косилова А.Г. и др.: Под. ред. В.С. Корсакова. – М.: Машиностроение. 1977. – 416 с.

2 Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. – Минск: Вышейшая школа, 1983. – 256 с.

3 Ходоревский М.Г. Технология автотракторостроения. Курсовое проектирование. – Харьков: Основа. 1992. – 120 с.

4 Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски. ГОСТ 7505 – 89. – М.: Издательство стандартов, 1990. – 52 с.

5 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. ГОСТ 26645–85. – М.: Издательство стандартов, 1994. – 54 с.

6 Расчёт припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Уч. пособие./ Радкевич Я.М., Тимирязев В.А.. Схиртладзе А.Г. и др.: под. ред. В.А. Тимирязева.–М.: Высшая школа, 2004. – 272 с.

7 Справочник технолога–машиностроителя. В 2 томах./ Под. ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К.–М.: Машиностроение. 1985.–Т1.– 656 с.

Навчальне видання