5. Проектирование заготовки

Обосновав выбор вида заготовки, студент должен в пояснительной запис­ке указать способ ее получения и класс точности [22].

Геометрические параметры заготовок определяют при расчете операци­онных размеров (размеров переходов) на основе теории размерных цепей.

Заготовки обычно подлежат очистке травлением в растворах щелочей или обдувке металлической дробью в специальных камерах(дробеструйная очистка) или в галтовочных барабанах.

Допустимые отклонения размеров заготовок, величины смещений штам­пов, короблений заготовок, классы точности штамповок указаны в ОСТ 1.41187-78 [17], а допуски на размеры отливок в ОСТ 1.41154-86 [18] (при­ложение 6, табл. 1-7).

На заготовке допускаются поверхностные дефекты, глубину которых за­писывают в соответствующей строке операционной карты. Обычно глубину дефектов допускают не более половины припуска на механическую обработку. На операционной карте заготовки дается ее эскиз с указанием всех необходи­мых требований и размеров.

6. Расчет размеров заготовки и переходов операций обработки детали

Разработав план техпроцесса изготовления детали, следует приступить к расчету размеров переходов обработки детали. Для этого используется мето­дика, основанная на теории размерных цепей. Она предусматривает построение эскиза совмещенных переходов (ЭСП) на основе плана обработки детали и по­следовательности выполнения переходов операций. ЭСП позволяет составлять размерные цепи, характеризующие взаимосвязь поверхностей детали в процессе ее обработки. Расчету подлежат диаметральные и длиновые операционные размеры. Последние представляют наибольшую сложность, так как при расчете диаметральных размеров чаще всего используют трехзвенные размерные цепи. С целью графического упрощения рекомендуется строить раздельные ЭСП для расчета длиновых и диаметральных размеров переходов.

ЭСП и схемы размерных цепей представляются графически на ватмане. Формат листа зависит от конфигурации детали и количества операций технологического процесса.

Методика построения ЭСП иллюстрируется рис.4. Исходными данными для этого являются :чертеж детали с конструкторскими размерами (рис.4,а), эскиз заготовки с соответствующими размерами, которые необходимо определить (рис.4,б), и план обработки детали с операционными размерами (рис.4,в).

Эскиз совмещенных переходов представлен на рис.4,г. Построение его осуществляется в следующем порядке:

1. Изображается контур заготовки с указанием определяемых линейных размеров (в нашем примере Н ; и Н ).

2. Согласно плану обработки для выполнения операции 005 наносится операционный размер A₁ с припуском Z₁ на черновую подрезку торца 1 . Целе­сообразно размер A₁ наносить в виде вектора с началом от исходной базы (то­рец 3).

3. Строится размерная цепь № 1 (рис.5). Направление стрелок в цепи произвольное, но лучше придерживаться первоначального вектора размером А₁. Припуск Z₁ будет замыкающим звеном цепи, А₁ - уменьшающим (совпадает с направлением Z₁) и H₁ - увеличивающим звеном размерной цепи как имеющее противоположное направление к вектору замыкающего звена.

Затем, применительно к примеру рис.4, переходим к рассмотрению опе­рации 010; наносим на ЭСП вектор операционного размера А₂ с припуском 2₂ на черновую подрезку торца 2 и строим размерную цепь № 2. Для размера А₃ указываем операционный припуск Z₃ (черновая подрезка торца 3) и строим соответствующую размерную цепь № 3.

Придерживаясь указанной последовательности, получаем ЭСП (рис.4,г) с построением шести размерных цепей (рис.5). На эскизе совмещенных переходов должны быть указаны и конструкторские размеры, которые входят как составляющие звенья размерных цепей, хотя некоторые из них (K₁) непосредственно и не выдерживаются в технологическом процессе. В этом случае при окончательной обработке торца 3 для определения размера А необходимо построить размерную цепь № 7, в которой размер K₁ является замыкающим звеном.

Укажем две особенности составления размерных цепей:

1. Размерная цепь должна быть наикратчайшей. Но при этом в числе ее звеньев должен быть только один припуск, который выполняет функцию за­мыкающего звена данной цепи.

2. Звенья размерной цепи должны быть взаимно независимыми. Однако могут иметь место размерные цепи со взаимозависимыми звеньями. Так, раз­меры заготовок, полученные штамповкой, являются взаимозависимыми. В этом случае их рекомендуется [8, 10] заменить одним звеном, которое замыкало бы новую (заменяющую) размерную цепь. Например, в размерной цепи № 2 (рис.5) имеются взаимозависимые звенья H₁ и Н₂. Заменим их одним звеном Н₃ и получим новую размерную цепь № 8. Уравнением замены будет: Н₃ = Н₂-Н₁. В дальнейшем вместо размерной цепи № 2 следует рассматривать размерную цепь № 8. Допуск на размер Нз рекомендуется назначать как на самостоятель­ный размер заготовки.

Решением размерных цепей определяют операционные размеры, включая и размеры заготовки с назначением на них экономически обоснованных допусков. Начинать расчеты нужно с последней цепи и идти к начальной операции, т.е. для примера на рис.4, 5 - от размерной цепи № 7 к цепи № 1 (подробнее см. с. 37).

Допуски размеров переходов всех операций, кроме окончательных, уста­навливают в соответствии с экономическими квалитетами точности каждого метода обработки (рис. 1 - 3). Рекомендуется допуски задавать "в тело", т.е. для охватываемых поверхностей (валов) со знаком "минус", а для охватывающих (отверстий) - со знаком "плюс".

Рис.4

Структурные составляющие операционного припуска

Н а рис. 6 указаны номинальное и предельные значения припуска для случая, когда размерная цепь является трехзвенной, а допуски размеров заданы"в тело".

Рис.6

В практике используют расчетно-аналитический и опытно-статистический методы назначения припусков. В первом случае вначале определяют минимально необходимое значение припуска по уравнению

,

где – максимальная высота микронеровностей поверхности от предшест–

вующего перехода;

– максимальная глубина дефектного слоя поверхности от пред –

шествующего перехода;

– отклонение формы поверхности перед обработкой

Шероховатость поверхности, подлежащей обработке, известна из опера­ционной карты предшествующей обработки данной поверхности.

Дефектный слой - это наружная часть поверхностного слоя детали, проч­ностные свойства которой более низкие, чем у нижележащего слоя металла. Поэтому дефектный слой следует удалять. Величина его зависит от условий выполнения технологического перехода обработки поверхности и принимается в расчет на основе статистических данных (табл.3).

Таблица 3

Значения высоты микронеровностей и глубины дефектного слоя

Величина минимально необходимого припуска включает отклонения

формы поверхности в результате предшествующей обработки детали, но лишь те, которые не учитываются допуском размера. Погрешности формы возника­ют в результате коробления деталей при термической обработке, а также под влиянием внутренних напряжений, смещения штампов при получении загото­вок, увода инструмента при сверлении и других причин. Значения погрешно­стей формы для различных методов обработки приводятся в справочной лите­ратуре, а для некоторых случаев в табл.4.

Если предварительный переход выполнялся спиральным сверлом, то удельные величины погрешностей формы (уводов) принимаются по табл.5.

Таблица 5 Погрешность увода сверла

Удельные значения увода оси отверстия	Диаметр отверстия, мм
	3-6	6-10	10-18	18-30	30-50
, МКМ/ММ	2,1	1,7	1,3	0,9	0,7

Таким образом, пользуясь приведенными табличными данными, пред­ставляется возможным по зависимости (2) получить значение минимального операционного припуска на обработку Z . Зная величину минимального при­пуска, можно получить номинальный и максимальный припуски. В частном случае, когда размерная цепь трехзвенная (рис.6) и допуски звеньев заданы "в тело",

Z = Z_min+ ТА; (3)

Z_max=Z_min +TA + TB, (4)

где ТВ и ТА - допуски соответственно на выполняемом и предшествующем переходах обработки рассматриваемой поверхности.

Для общего случая уравнение номинального значения припуска имеет вид

где E - соответственно нижнее предельное отклонение увеличи­вающих и верхнее предельное отклонение уменьшающих звеньев размерной цепи.

Изложенное представляет собой расчетно-аналитический метод назна­чения операционных припусков.

На практике часто пользуются опытно-статистическим методом назначе­ния припусков с использованием руководящих технических материалов (РТМ) и отраслевых стандартов. В таблицах стандартов, например ОСТ 1.41512-86 и ОСТ 1.41187-78, приводятся номинальные значения оптимальных припусков Z для различных методов обработки и допуски размеров предшествующей обра­ботки поверхностей ТА .

Минимальный операционный припуск при этом рассчитывается по урав­нению

При использовании ОСТ 1.41512-86 необходимо учитывать следующие особенности:

1. Стандарт относится к условиям серийного производства деталей с от­ носительно простой формой и нормальной жесткостью. В противном случае в табличные данные следует вносить соответствующие поправки.

2. Припуски переходов, указанные в ОСТе, даны вне зависимости от ма­ териала деталей и вида заготовок (штамповка, литье и др.). Это возможно с не­ которым допущением, так как припуски отраслевого стандарта относятся лишь к обработке заготовок после обдирки. На операциях обдирки с поверхности за­ готовки удаляется слой металла не менее минимального припуска Z_min .Учиты­ ваемый в нем дефектный слой, полученный на заготовительных операциях, в значительной мере определяется материалом и способом получения заготовки. Влияние материала заготовок на величины припусков последующих переходов обработки несомненно имеется, но оно не столь существенно, как в случаях операций обдирки.

Следовательно, припуск на первую операцию механической обработки каждой поверхности детали должен назначаться расчетно-аналитическим ме­тодом.

В таблицах ОСТа кроме номинальных значений припусков, как ука­зывалось ранее, приводятся также допуски на размеры предшествующих пере­ходов обработки поверхностей. Эти допуски соответствуют экономическим

квалитетам точности обработки, т.е. являются экономически целесообразными. Они входят составной частью в величины номинальных припусков, указанных в таблицах ГОСТов и ОСТов.

Назначив расчетно-аналитическим или опытно-статистическим методом операционные припуски (см. приложение 7), находим номинальные значения операционных размеров расчетом соответствующих размерных цепей.

Приведем некоторые рекомендации к решению плоских размерных це­пей методом "максимум-минимум" из ГОСТа 16320-80.

Номинальный размер замыкающего звена размерной цепи вычисляется по формуле

где i =1,2,3,..., т — порядковый номер звена; - передаточное отношение i-го звена размерной цепи.

Для линейных цепей с параллельными звеньями передаточные от­ношения равны "+1" - для увеличивающих звеньев и "-1" - для уменьшающих.

Допуск замыкающего звена размерной цепи вычисляется по формуле

,

где ТА; - допуск /-го составляющего звена размерной цепи.

При решении технологических размерных цепей рекомендуется сле­дующий порядок расчета.

1. По таблицам экономически достижимой точности метода обработки с учетом рис. 1,2,3 определяют допуски на составляющие звенья размерной цепи. При этом интервалами операционных размеров задаются исходя из чертежа детали.

2. По формуле (2) рассчитывают минимальное значение припуска на вы­ полнение соответствующего перехода операции технологического процесса из­ готовления детали.

3. По формуле (5) определяют номинальное значение соответствующего операционного припуска.

4. Считая припуск замыкающим звеном, по зависимости (7) находим значение неизвестного составляющего звена.

5. Контроль правильности расчетов проводят по уравнению (8). Для рас­ сматриваемого примера (рис.4,5) расчеты начинаем с размерной цепи № 7, в которой замыкающим звеном является размер К_{, заданный конструктором.

Из этой цепи находим значение размера А₆ = К₂ - К_{ и допуск на него по уравнению (8): ТА₆ = ТК_{ - ТК₂ .

Затем переходим к рассмотрению размерной цепи № 6. Здесь звено А₅ = К₂, а замыкающим звеном будет Z₆. Зная, что размер А₄ получается по­сле чистовой подрезки торца 1, и учитывая размеры чертежа, назначим на него экономически обоснованный допуск ТА₄. Затем по известным отклонениям со­ставляющих звеньев определяем из уравнения (5) номинальное значение при­пуска Z₆ на чистовую подрезку торца 3 , рассчитав предварительно по зависи­мостям (2) или (6) его минимальное значение. После этого по уравнению (7) находим значение операционного размера А_А и при необходимости выполняем

контрольную проверку по уравнению (8).

Затем по аналогичной методике из размерной цепи № 5 находим размер А₃ , из цепи № 4 - размер А₂ и из цепи № 3 - размер А_х .

Размеры заготовки Н_х, Н₂ определяем из решения размерных цепей № 1

и № 8. Минимальные припуски на черновую подрезку торцов 1,2,3 соответст­венно Z_lmin Z_2min, Z_3mm необходимо рассчитать по уравнению (2).

Таким образом, для рассматриваемого примера определены все необхо­димые операционные размеры и размеры заготовки в осевом направлении.

Иногда при решении подобной задачи приходится вносить некоторую корректировку в технологический процесс. Так, приняв значения конструктор­ских размеров К_х = 4О._о,о8 мм и К₂= 100.₀,2мм, проверим для размерной цепи № 7, выдерживается ли в данном случае размер К_х , как замыкающий?

Из условия (8) имеем ТК_1А = ТА₅ + ТА₆, откуда ТА₆ = ТК_1А - ТА₅ ,т.е. до­пуск на операционный размер А₆ получается (А₅ = К₂ ) отрицательным (-0,12 мм), что нереально.

в техпроцессе непосредственно не выдерживается. Задача, таким образом,

с тавится так: как рассчитать размер X для операции 10, чтобы в операции 15, размер К = 100 выдерживался при соответствующей настройке на размер

Размерная цепь для этого запишется К =40 + Х , а ТА_Х =ТК -Т₄₀ =

= 0,2–0,08 = 0,12 мм, что и отражено в операции 10, где Х=60⁺⁰'¹².

На основании рассмотренных примеров следует рекомендовать, чтобы при проектировании технологических процессов изготовления детали конст­рукторские размеры были операционными (исходными) и, если этого сделать не удается, то замыкающими должны быть конструкторские размеры с боль­шими допусками.

При расчетно-аналитическом методе назначения припусков на ци­линдрические поверхности следует руководствоваться рекомендациями работ [3, 10]. Более простым, но менее точным, является статистический метод на­значения припусков. В этом случае величины номинальных значений припус­ков назначаются по данным ОСТа 1.41512-74. Эти припуски в ОСТе заданы двухсторонними (диаметральными) и относятся к двум противоположным сто­ронам цилиндрической поверхности.

При статистическом методе назначения припусков размерная цепь будет трехзвенной, включающей припуск на обработку и диаметры предшествую­щего D_{ и выполняемого D₂ переходов. Замыкающим звеном цепи будет диа­метральный припуск Z •

Уравнение номинальных значений этой размерной цепи имеет вид

Z_D2 =D_X-D₂. (9)

Эскиз совмещенных переходов для трехзвенных размерных цепей можно

не выполнять, а размерные цепи строить непосредственно по операционным размерам.

Но в случае растачивания внутренних или обточки наружных по­верхностей тел вращения нужно учитывать величину несовпадения осей вы­полняемого перехода и предшествующего, чтобы исключить опасность появле­ния "черноты" обрабатываемой поверхности.

Рис.8

Так, в примере рис. 8, б представлен техпроцесс обработки корпуса (рис. 8, а) с окончательной расточкой отверстия 025⁺⁰¹ в операции 015. Предвари­тельное сверление под расточку выполняется в операции 005. Как следует из допусков на линейные размеры A₁ A₂, А₃ и А₄ ось отверстия Ø (on.005) мо­жет не совпадать с осью отверстия Ø25⁺⁰¹ (оп.015), что должно быть учтено при назначении припуска на операцию окончательной расточки.

Данную задачу можно решить /только применяя теорию размерных цепей.

Методика построения размерных цепей для данного примера представлена на рис. 8, в.

На эскизе совмещенных переходов указаны табличные припуски Z и Z₂ для фрезерования соответственно торцов 1 и 2 ,а также припуск Z_o для расточки отверстия ØD₂. Номинальное Z и максимальное Z значения при­пуска Zнужно рассчитать из размерной цепи е = А₂ + А_ъ ^А_х -Аа, где величина несовпадения осей е будет замыкающим звеном.

Из уравнения размерной цепи находим, что номинальное значение е =0,

т.е. в идеальном случае, когда все составляющие звеньев в технологическом процессе будут выдержаны по номиналу. На практике подобного быть не мо­жет. Верхнее ESe и нижнее EJe отклонения значения е , влияющие на не­равномерность припуска Z_o, получим из размерной цепи по формулам

ES (10)

EJ (11)

где ES , ЕJ – соответственно верхнее и нижнее отклонения замыкающего

звена;

к, п – соответственно количество увеличивающих и уменьшающих

звеньев размерной цепи (к+п = т-1).

Подставляя отклонения операционных размеров составленной цепи в уравнения (10) и (11), получим

ES = 0,73 мм, EJe_A =-0,64 мм.

Для расчета минимального припуска Z , а следовательно, и размера

ØD берем худший вариант, т.е. е = 0,73 мм. Тогда, по уравнениям (2), (3), по­лучаем

Z_d =Н₀+ R_zo + TAD = 0,3+0,15 = 0,45 мм,

ØD = ØD₂ -2е- 2Z =25–1,46–0,9 = 22,64 мм.

Таким образом, принимая ØD =22,60⁺⁰'¹⁵, гарантируем расточку диамет­ра ØD₂=25⁺⁰'¹ в операции 015 с достаточным припуском (без "черноты").

Более подробно методика расчета переходов операций механической об­работки с числовыми примерами изложена в работах [4, 10].

ДОКУМЕНТАЛЬНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА

Технологический процесс оформляют на операционных картах, формы которых определяются ГОСТами Единой системы технологической документа­ции. Указания по оформлению операционных карт будут даны ниже, после не­которых рекомендаций и расчетов.