2 Основные положения по проектированию заготовок, выполняемых из проката
2.1 В случае проектирования заготовок, выполняемых непосредственно из проката, необходимо принять следующие решения:
1) выбрать вид проката, соответствующий поперечному сечению детали;
2) определить с учетом припусков на обработку размеры поперечного сечения проката;
3) определить с учетом припусков на обработку торцов длину заготовки для деталей типа валов, втулок, стержней, планок;
4) определить с учетом припусков на обработку размеры и контур заготовок, вырезаемых из листового проката.
Эти решения прорабатываются при использовании горячекатанного проката, выпускаемого металлургической промышленностью. Холоднокатанный прокат выпускается в существенно меньшем объеме, имеет повышенную точность и используется преимущественно для изготовления деталей без механической обработки по размерам, определяемым размерами сечения этого проката. Как правило, выбор вида и сечения такого проката в качестве исходного для изготовления заготовки определяется конструкторской документацией.
2.2 Типовые представители деталей, для получения заготовок которых используется прокат (рисунки 1–5):
– валы, винты и оси с небольшим перепадом диаметров ступеней, изготавливаемые из круглого проката;
– втулки, цилиндры и другие детали, изготавливаемые из трубного проката;
– полосы, бруски, опоры, подставки и другие детали, изготавливаемые из полосовой стали;
– платики, листы, диски, крышки и детали сложной конфигурации, вырезаемые из листовой стали;
– детали, поперечное сечение которых дает возможность их изготовления из стали квадратного профиля.
Для изготовления стержневых деталей с элементами шестигранного профиля (под гаечный ключ) используют шестигранный прокат.
Следует заметить, что в условиях массового и крупносерийного производства непосредственное использование проката для изготовления деталей ограничено, так как экономически выгодны способы получения заготовок обработкой давлением, т. е. горячей и холодной объемной штамповкой и листовой штамповкой.
Рисунок 1 – Типовая деталь, изготавливаемая из круглого
горячекатанного проката
Рисунок 2 – Типовая деталь, изготавливаемая из трубного проката
Рисунок 3 – Типовая деталь, изготавливаемая из полосового проката
Рисунок 4 – Деталь, изготавливаемая из листового проката
Рисунок 5 – Деталь, изготавливаемая из проката квадратного профиля
2.3 Для выбора вида проката следует изучить сортамент его выпуска [1, 2]. В рамках вариантов домашнего задания такой выбор производится из следующего набора:
- ГОСТ 2590–88 Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент;
- ГОСТ 8732-78 Трубы бесшовные горячедеформированные. Сортамент;
- ГОСТ 103–76 Полоса стальная горячекатаная. Сортамент;
- ГОСТ 19903–74 Прокат листовой горячекатаный. Сортамент.
При изготовлении заготовок в большинстве случаев применяется предварительная правка исходного проката или последующая правка заготовки.
2.4 Для определения требуемого размера (размеров) поперечного сечения проката необходимо:
– изучить конструкцию детали, выявить поверхность (поверхности), определяющие вид и размеры поперечного сечения проката для получения заготовки;
– исходя из требований к точности и шероховатости выбранной поверхности (выбранных поверхностей) определить технологическую последовательность ее (их) обработки [3 – 5];
– рассчитать аналитическим методом [3 – 5] величину припуска (припусков) под обработку и далее с учетом величины припуска (припусков) – требуемый размер поверхности (размеры поверхностей) заготовки, определяющей размер (определяющих размеры) поперечного сечения проката
– исходя из полученных расчетных размеров, подобрать ближайшее в сторону увеличения размера (размеров) сечение проката из соответствующих таблиц сортамента, приведенных литературе [1, 2, 4, 5].
2.5 Длина заготовки для деталей типа валов, втулок, стержней, планок должна включать величину припуска для подрезки торцов. Как правило, подрезка торцов выполняется на черновом режиме за один проход резцом или фрезой. Величина припуска определяется также аналитическим методом [3 – 5].
Размеры и контур заготовок, вырезаемых из листового проката, также должны учитывать величину припусков под обработку, как правило, однократную черновым фрезерованием или черновым точением.
2.6 В случае использования в качестве заготовки трубного проката необходимо произвести расчет припусков и размеров для наружного и внутреннего диаметра заготовки, чтобы на основании полученных размеров этих поверхностей, определить требуемую толщину стенки трубы. Стандарты на горячекатанный трубный прокат регламентирует наружный диаметр и толщину стенки трубы.
2.7 Методика аналитического расчета припусков представлена в литературе [3 – 5], ее практическое использование – в приложении В настоящих методических указаний. Методика расчета справедлива для варианта обработки заготовки на предварительно настроенном станке, что характерно для серийного производства.
2.8 Исходные предпосылки аналитического расчета припусков:
– при обработке поверхности детали на предварительно настроенном на размер обработки станке величина получаемого размера на каждой детали отличается;
– отличие вызвано влиянием величины срезаемого припуска (и тем самым глубины и силы резания) на обработку, с его изменением из-за податливости (нежесткости) технологической системы станок-приспособление-инструмент-деталь изменяется положение траектории режущей кромки относительно размера настройки;
– с увеличением срезаемого припуска получаемый размер при обработке наружной поверхности увеличивается, при обработке внутренней, например, растачиванием – уменьшается;
– в технологическом маршруте обработки определенной поверхности детали в случае появления на первой операции заготовки с минимально допускаемой величиной припуска технологические припуски по каждому переходу будут получаться также минимальными, однако их величина должна быть достаточной для получения требуемого качества обработки; размеры обрабатываемой поверхности, получаемые автоматически, будут минимально допустимыми при обработке наружных поверхностей (максимально допустимыми при обработке внутренних поверхностей);
– в случае появления на первой операции заготовки с максимально допустимой величиной припуска обработка по всем технологическим переходам автоматически выполняется так же с максимальными припусками, получаемые размеры при обработке наружных поверхностей будут максимальными, а при обработке внутренних поверхностей – минимальными;
– размер минимально допустимого припуска, снимаемого на конкретном технологическом переходе обработки, должен обеспечивать срезание неровностей (шероховатости), погрешностей и дефектов от предыдущего перехода обработки (для первого перехода – полученных в заготовительном производстве), а так же дополнительных погрешностей, возникающих при установке заготовки на данном технологическом переходе;
– величина максимального припуска на каждом технологическом переходе отличается от минимального на величину допуска обработки по этому переходу, в случае первого перехода – на величину допуска размера обрабатываемой поверхности, заданного в заготовительном производстве.
2.9 Погрешности установки заготовки на технологическом переходе определяются по данным, приведенным в источниках [3 – 5]. Предварительно необходимо принять вариант установки для каждого конкретного перехода (в самоцентрирующем патроне, на оправке, в тисках, в приспособлении на опорах или опорных пластинах и т. д.), используя приобретенные знания по дисциплине «Технология машиностроения».
2.10 В случае использования для получения заготовки полосового и листового проката ее обработка в размер по толщине выполняется, как правило, с переустановкой. При первой установке заготовка базируется на необработанную поверхность, если применяется приспособление, то – на опорные штифты. При второй установке заготовка базируется на обработанную поверхность, если применяется приспособление – то на опорные пластинки. Различие в способах установки сказывается на составляющей погрешности установки – погрешности закрепления [3 – 5], что должно быть учтено в домашнем задании.
2.11 В большинстве случаев на деталях машин поверхности, определяющие размер (размеры) сечения проката для получения заготовки, подвергаются однократной обработке, что упрощает расчет припуска (например, поверхность ступени максимального диаметра на валу или оси, поверхности по толщине деталей плоской формы и др.). Кроме того, эти поверхности по условиям чертежа могут оставаться и в состоянии поставки, т. е. не подвергаться механической обработке.
2.12 Получение размеров заготовок деталей типа валов, втулок, стержней, планок по длине обеспечивается механической резкой проката, сведения по применению механической резки, по точности размеров и качеству получаемой поверхности реза приведены в таблицах [2–5].
2.13 Размеры и контур заготовок из листового проката получают как механической резкой, так и термической резкой, сведения по точности термической резки и качеству поверхности реза приведены в тех же источниках и более полно (в том числе с указанием припусков на обработку) в ГОСТ 12169–82 «Заготовки стальные, вырезаемые кислородной резкой. Припуски».
2.14 Значения допусков и предельных отклонений размера (размеров) поперечного сечения проката регламентируются соответствующим данному виду проката стандартом. Допуски и предельные отклонения размеров заготовки по длине (для деталей типа валов, втулок, стержней, планок) зависят от точности выбранного способа механической резки. Допуски и предельные отклонения размеров контура заготовки, вырезанной из листового проката, определяются также точностью выбранного способа механической или термической резки.
2.15 Материал детали назначает студент, выбирая марку низкоуглеродистой или среднеуглеродистой стали. В последующем решении домашнего задания следует учесть, что среднеуглеродистые стали, обладающие более высокими показателями прочности, ограничивают возможности ножничной резки полосового и листового проката, а при термической резке листового проката получают увеличенную околошовную зону ее термического воздействия на структуру,
2.16 Дублировать расчеты по п. 2.4 выбором значений припусков табличным методом [4, 5]. Сравнить результаты полученных размеров, дать заключение по выбору предпочтительных размеров.
2.17 Составить эскиз заготовки с нанесением размеров и предельных отклонений. Отклонения размеров, определяемых сечением проката, выбрать из использованных ранее таблиц [1, 2, 4, 5] размерных характеристик проката, а допуск по длине резки – в соответствии с принятым способом резки по использованным ранее таблицам в литературе [2, 3 – 5].
Контрольные вопросы
1. Что такое припуск на механическую обработку? В чем состоит назначение припуска?
2. Как определяется величина минимального припуска на выполнение перехода и общего минимального припуск на обработку поверхности?
3. Как определяется величина максимального припуска на выполнение перехода и общего максимального припуска на обработку поверхности?
4. Как определяется номинальный припуск на обработку поверхности?
6. Какие компоненты исходного состояния обрабатываемой поверхности учитываются при расчете минимального припуска на переход? Каким образом это выполняется?
7. Каким образом учитываются исходные погрешности формы и расположения обрабатываемой поверхности при расчете минимального припуска на переход?
8. Какие погрешности, возникающие при выполнении операции, учитываются при расчете минимального припуска?
9. Какими способами производится резка проката на заготовки?
10. Как определяется припуск и допуск на отрезку заготовки из проката?
11. Исходя из каких условий, подбирают размер сечения проката, предназначенного для получения заготовок?
12. Какие требования к обработке поверхности учитываются при назначении для нее табличного припуска в случае получения заготовки литьем, ковкой или штамповкой?
13. Какие факторы учитываются при назначении допусков размеров заготовки, получаемой литьем, ковкой или штамповкой?
Литература
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машинострои-теля: В 3 т. Т. 1. – 9-е изд., перераб. и доп. / Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2006. – 928 с.
Берела А. И. Егоров С. Н. Назначение припусков и допусков заготовок при выполнении курсовых проектов по дисциплине "Технология машиностроения": Учеб.-метод. пособие. – Волгодонский ин-т ЮРГТУ. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. – 64 с.
Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностр. спец. вузов. – Мн.: Выш. шк., 1983. – 256 с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/ Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение - 1, 2003. – 912 с.
Расчет припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Учеб. пособ. для машиностроит. спец. вузов/ Я. М. Радкевич, В. А. Тимирязев, А. Г. Схиртладзе, М. С. Островский; под ред. В. А. Тимирязева. – М.: Высш. шк., 2004. – 272 с.