3.5 Определение припусков на механическую обработку

Под припуском на механическую обработку понимается толщина слоя металла, удаляемая с поверхности отливки при обработке резанием в целях обеспечения заданных размеров, формы, расположения поверхностей и шероховатости поверхностей детали.

Припуск на механическую обработку одна из характеристик классов точности размеров отливки и его устанавливают в зависимости от допусков размеров дифференцированно для каждого элемента отливки.

Размер припуска зависит не только от точности отливки, но и от требований к точности детали, а также от технического уровня (точности) систем механической обработки.

Точность отливки – это степень приближения размеров, формы, расположения элементов и параметров качества отливки к заданным параметрам детали.

Точность отливки в целом оценивается:

- классом размерной точности отливки (КРТ);

- степенью коробления (СК);

- степенью точности поверхности (СТП);

- классом точности массы (КТМ).

Размерная точность отливки представляет собой степень соответствия фактических и указанных в чертеже или технических условиях размеров. Согласно ГОСТ Р 53464-2009 предусмотрены 22 класса размерной точности с первого по шестнадцатый (1–16). Более высокому числовому значению класса размерной точности соответствуют и бóльшие допуски на размеры отливки (таблица 1).

Если элемент отливки образован двумя полуформами и перпендикулярен к плоскости разъёма, то допуск на его размер определяется классом точности размеров отливки. Те же элементы отливки, которые образованы только одной частью формы или одним стержнем, имеют допуски на размеры на 1-2 класса точнее, чем сама отливка.

Для обрабатываемых поверхностей отливок установлено симметричное расположение полей допусков, а для необрабатываемых допускается как симметричное, так и несимметричное их расположение.

Точность размеров отливки зависит от её габаритных размеров и сложности конфигурации, способа литья, а также химического состава сплава. Чем сложнее конфигурация и больше габаритные размеры отливки, тем интенсивнее возрастает погрешность при изготовлении литейной формы и модельной оснастки и, как следствие, тем ниже точность её размеров. Кроме того, укрупнение и усложнение конфигурации отливки способствуют снижению стабильности температурных режимов в процессе её затвердевания и охлаждения.

Каждый способ литья характеризуется рядом факторов, обуславливающих точность отливок. При литье в песчаные формы точность отливок существенно зависит от качества изготовления формы и модели, температурных режимов заливки, выбивки и т.д. Поэтому в данном случае классы размерной точности рекомендуется назначать в интервале с 8 по 13 (таблица 1).

Таблица 1 – Допуски линейных размеров отливок на сторону

В миллиметрах, не более

Интервал номинальных размеров	Классы размерной точности
	8	9т	9	10	11т	11	12	13т	13
До 4	0,64	0,80	1,0	1,2	1,6	2,0	-	-	-
Св. 4 до 6	0,70	0,90	1,1	1,4	1,8	2,2	2,8	-	-
›› 6 ›› 10	0,80	1,0	1,2	1,6	2,0	2,4	3,2	4,0	5,0
›› 10 ›› 16	0,90	1,10	1,4	1,8	2,2	2,8	3,6	4,4	5,6
›› 16 ›› 25	1,00	1,20	1,6	2,0	2,4	3,2	4,0	5,0	6,4
›› 25 ›› 40	1,10	1,40	1,8	2,2	2,8	3,6	4,4	5,6	7,0
›› 40 ›› 63	1,20	1,60	2,0	2,4	3,2	4,0	5,0	6,4	8,0
›› 63 ›› 100	1,40	1,80	2,2	2,8	3,6	4,4	5,6	7,0	9,0
››100 ›› 160	1,60	2,00	2,4	3,2	4,0	5,0	6,4	8,0	10,0
››160 ›› 250	1,80	2,20	2,8	3,6	4,4	5,6	7,0	9,0	11,0
››250 ›› 400	2,00	2,40	3,2	4,0	5,0	6,4	8,0	10,0	12,0
П р и м е ч а н и е – В таблице указаны классы размерной точности в диапазоне от 8 до 13. Меньшие значения (8-9) относятся к простым отливкам и условиям массового автоматизированного производства, бóльшие (12-13) – к сложным отливкам единичного и мелкосерийного производства, средние (10-11) – к отливкам средней сложности и условиям механизированного серийного производства.

Зависимость классов размерной точности и массы, степени точности поверхностей от номинальной массы и наибольшего габаритного размера отливки при литье чугуна в песчаные формы приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Классы размерной точности (КРТ) и точности массы отливки (КТМ), степень точности поверхности (СТП) при литье чугуна в песчаные формы

в зависимости от наибольшего габаритного размера и номинальной массы отливки

Наибольший габаритный размер отливки, мм	Номинальная масса отливки, кг	КРТ	КТМ	СТП
До 100	До 1,0	8 - 13т	7т - 14	11 – 18
Св. 100 до 250	Св. 1,0 до 10,0	9т - 13	7 - 15	11 – 18
›› 250 ›› 630	›› 10,0 ›› 100,0	9 - 13	8 - 15	13 – 19
П р и м е ч а н и е − Номинальную массу отливки следует принимать равной массе отливки с номинальными размерами. Номинальный размер отливки – размер, указанный в чертеже отливки.

КРТ и СТП определяют по наибольшему габаритному размеру, а КТМ – по номинальной массе отливки. Простые отливки массового автоматизированного и серийного производств имеют меньшие значения КРТ, СТП, КТМ, а сложные отливки единичного и мелкосерийного производств – бόльшие. Значения КТМ рекомендуется принимать равным соответствующим КРТ отливок.

Количественным критерием сложности конструкции отливки является её группа сложности. Существуют пять групп сложности отливок (рисунок 6).

а, б, в, г, д – отливки соответственно первой, второй, третьей, четвертой

и пятой групп сложности

Рисунок 6 – Типовые представители отливок различных групп сложности

К группе 1 относятся отливки простой геометрической формы: плоские, круглые или сферические; наружные поверхности – гладкие или плоские с наличием невысоких рёбер, бобышек, фланцев, отверстий, выступов и углублений. Наружные поверхности изготавливают без стержней и съёмных частей. Внутренние полости неглубокие, выполняются преимущественно «болваном» или простым стержнем; внутренняя поверхность гладкая, без выступов и углублений (рисунок 6а).

К группе 2 относятся отливки в виде сочетания простых геометрических тел, плоские, круглые и полусферические, открытой коробчатой формы. Наружные поверхности плоские и криволинейные с наличием рёбер, бугров, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями простой конфигурации. Отдельные части выполняются с использованием стержней. Внутренние полости простые, большой протяженности или высокие (рисунок 6б).

К группе 3 относятся отливки открытой коробчатой, сферической, полусферической, цилиндрической и другой формы. Наружные поверхности – криволинейные и плоские с наличием нависающих частей, рёбер, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями сравнительно сложной конфигурации. Часть отливки выполняют с использованием стержней. Внутренние полости отдельных соединений геометрических фигур – большой протяжённости или высокие с незначительными уступами или углублениями, расположенными в одном или двух ярусах со свободными широкими выходами полостей (рисунок 6в).

К группе 4 относятся отливки закрытой и частично открытой коробчатой и цилиндрической формы. Наружные поверхности – криволинейные и плоские с примыкающими кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами различной конфигурации. Многие части поверхности или вся поверхность могут выполняться стержнями. Внутренние части имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями и расположены в один-два яруса и имеют один-два свободных выхода (рисунок 6г).

К группе 5 относятся отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности – криволинейные, сложной конфигурации, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами. Для получения наружной поверхности могут применяться стержни. Внутренние полости имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами, с выемками и выступами (рисунок 6д).

Из приведенных выше примеров отливок различных групп сложности и анализа таблицы 2 следует, что наиболее точными в изготовлении будут простые отливки первой и второй групп сложности в условиях массового автоматизированного производства. При этом классы размерной точности (КРТ) будут составлять интервалы с 8 по 9.

Группу сложности конкретной отливки определяют путём сопоставления её параметров с характеристиками отливок каждой группы сложности.

Одним из важных параметров является «категория ответственности», которая указывает условия эксплуатации литых изделий. Условия эксплуатации подразделяются на три категории.

Отливки первой категории работают в условиях коррозии, износа, воздействия температур и значительных нагрузок, т. е. в экстремальных условиях, второй категории – в нормальных условиях (при средних нагрузках), третьей категории – в условиях малых нагрузок.

Вторую и третью категории обычно относят к простым отливкам, работающим в соответствующих условиях.

Степень коробления (СК). Коробление отливки – это отклонение в относительном расположении поверхностей: отклонения от плоскостности, параллельности, перпендикулярности, от заданной формы.

Коробление происходит в результате неравномерного охлаждения и усадки сплава отливки. При короблении предусматриваются допуски на изменение формы и отклонения в расположении поверхностей отливки, которые регламентируются степенью коробления её элементов. Бόльшему значению степени коробления соответствует и бόльшее искажение формы отливки. Из данных, которые приведены в таблице 3 видно, что с повышением соотношения наименьшего и наибольшего размеров отливки СК возрастает.

Таблица 3 – Влияние соотношения размеров элементов отливки на степень

коробления её элемента

Отношение наименьшего размера элемента отливки к наибольшему (толщины или высоты к длине элемента отливки)	Степень коробления элемента отливки СК
Св. 0,200	4 - 7
Св. 0,100 до 0,200	5 - 8
» 0,050 » 0,100	6 - 9
» 0,025 » 0,050	7 -10
П р и м е ч а н и я 1 Меньшие значения из диапазонов степеней коробления относят к простым отливкам, большие - к сложным отливкам. 2 Степень коробления отливки, указываемую на чертеже, следует назначать по её элементу с наибольшей степенью коробления.

Степень точности поверхностей отливок (СТП). Многие эксплуатацион­ные свойства (коррозионная стойкость, износостойкость, долго­вечность, термостойкость и др.) в большой степени определя­ются состоянием поверхности изделий.

Качество поверхности отливок оценивается по ГОСТ Р 53464 - 2009, прежде всего, степенью точности поверхности и зависит как от шероховатости, так и от наличия поверхностных дефектов (пригара, наростов и т.д.). Однако в требованиях к шероховатости поверхности отливок присутст­вие поверхностных дефектов литья не оговаривается.

В тоже время ГОСТ Р 53464-2009 регламентирует назначение минимального припуска на механическую обработку для устранения дефектов на поверхно­сти отливок.

Шероховатость поверхности чаще всего оценива­ется по наибольшим или номинальным значениям (диапазоном значений) следующих параметров, в микрометрах: средним арифметическим отклонением профиля (Ra) и высотой неровно­стей профиля по десяти точкам (Rz). Соответствие шероховато­сти поверхности требованиям стандарта определяют на предва­рительно очищенной стальной или чугунной дробью поверхно­сти отливки. На шероховатость поверхности оказывают влияние размер и конфигурация отливки, состав сплава, формы, темпе­ратура заливки и др.

Согласно ГОСТ Р 53464-2009 степень точности поверхности (СТП) имеет 22 градации. В таблице 4 приведены соотношения между шероховатостью и СТП отливки, из которых следует, что с увеличением порядкового номера СТП возрастают значения параметров шероховатости поверхности.

Таблица 4 – Зависимость между степенью точности и шероховатостью поверхности

Размеры в микрометрах

СТП	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Ra	2,0	2,5	3,2	4,0	5,0	6,3	8,0	10,5	12,5	16,0	20,0
Rz	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
СТП	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
Ra	25	32	40	50	63	80	100	-	-	-	-
Rz	-	-	-	-	-	-	-	500	630	800	1000

Припуск на механическую обработку отливок резанием должен обеспечивать получение заданных размеров, шероховатости поверхностей детали и качества поверхностного слоя сплава.

Припуски на обработку каждой поверхности зависят от класса размерной точности отливки, способа литья и состава сплава.

Для обеспечения требуемого качества поверхности готовой детали вводят при обработке резанием ряды припусков, которые коррелируются со степенью точности поверхности. Пример назначения рядов припусков на обработку отливок из серого чугуна приведён в таблице 5.

Таблица 5 – Назначение рядов припусков (РП) на обработку отливок из серого чугуна

Интервал степеней точности поверхности (СТП)	Ряд припуска	Интервал степеней точности поверхности (СТП)	Ряд Припуска
1 – 2	1	16	9
3 – 4	2	17	10
5 – 6	3	18	11
7 – 8	4	19	12
9 – 10	5	20	13
11-12	6	21	14
13-14	7	22	15
15	8	-	-

Для устранения неровностей и дефектов литой поверхности, а также уменьшения её шероховатости назначается минимальный литейный припуск на сторону для обработки поверхности отливок, выбираемый с учетом рядов припусков (таблица 6).

Таблица 6 – Минимальный литейный припуск на сторону

Ряд припуска	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Минимальный припуск на сторону, мм, не более	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0	1,2
Ряд припуска	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Минимальный припуск на сторону, мм, не более	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0

Допуски на отклонения формы и расположения элементов отливки для некоторых размеров приведены в таблице 7. С увеличением номинального размера элемента отливки к степени коробления числовые значения допусков формы и расположения элементов отливок возрастают.

ГОСТ Р 53464-2009 предусматривает также общий припуск (таблица 8), пред­назна-ченный для устранения погрешностей размеров, формы и расположения поверхностей, дефектов литой поверхности, формирующихся при изготовлении отливки, и последовательных переходах её обработки, в целях повышения точности обрабатываемого элемента отлив ки.

Исходя из условия, приведенного в таблице 1, что начальный допуск 8 класса размерной точности составляет 0,64 мм, а конечный допуск 13 класса – 12 мм, в таблице 8 интервал общего до­пуска элемента ограничивается соответственно 0,64 –12 мм.

Таблица 7 - Влияние номинальных размеров отливки и степени коробления

на величину предельных отклонений

В миллиметрах

Номинальный размер нормируемого участка	Степень коробления элементов отливки
	5	6	7	8	9	10
	Допуски формы и расположения элементов отливок
До 125	0,32	0,40	0,50	0,64	0,80	1,00
Св. 125 до 160	0,40	0,50	0,64	0,80	1,00	1,20
» 160 » 200	0,50	0,64	0,80	1,00	1,20	1,60
» 200 » 250	0,64	0,80	1,00	1,20	1,60	2,00
» 250 » 315	0,80	1,00	1,20	1,60	2,00	2,40
» 315 » 400	1,00	1,20	1,60	2.00	2,40	3,20
П р и м е ч а н и е – За номинальный размер нормируемого при определении допусков формы и расположения следует принимать наибольший из размеров нормируемого участка элемента отливки, для которого регламентируются отклонения.

Таблица 8 – Определение общего припуска на сторону

В миллиметрах, не более

Общий допуск элемента поверхности Ряды припусков 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,51-0,64 0,6-1,1 0,7-1,2 0,8-1,3 0,9-1,4 1,0-1,5 1,2-1,7 1,4-2,0 1,6-2,2 2,0- 2,7 2,4- 3,1 0,65-0,80 0,7-1,3 0,8-1,4 0,9-1,5 1,0-1,6 1,1-1,7 1,3-1,9 1,5-2,2 1,7-2,4 2,1- 2,9 2,5- 3,4 0,81-1,00 1,8-1,6 0,9-1,7 1,0-1,8 1,1-1,9 1,2-2,0 1,4-2,2 1,6-2,5 1,8-2,7 2,2- 3,1 2,6- 3,6 1,01-1,20 0,9-1,8 1,1-1,9 1,2-2,0 1,3-2,1 1,4-2,1 1,6-2,4 1,8-2,7 2,0-2,8 2,4- 3,4 2,7- 3,8 1,21-1,60 1,2-2,3 1,3-2,4 1,4-2,5 1,5-2,6 1,6-2,7 1,8-2,9 2,0-3,1 2,1-3,4 2,5-3,9 2,9- 4,2 1,61-2,00 1,3-2,7 1,4-2,8 1,5-2,9 1,6-3,0 1,7-3,1 1,9-3,3 2,1-3,6 2,3-3,8 2,7- 4,3 3,2- 4,8 2,01-2,40 1,6-3,1 1,7-3,3 1,8-3,4 1,9-3,4 2,0-3,6 2,2-3,8 2,4-4,1 2,6-4,3 3,0- 4,8 3,4- 5,1 2,41-3,20 1,9-3,9 1,9-4,0 2,1-4,1 2,2-4,3 2,3-4,3 2,5-4,5 2,6-4,8 2,9-5,0 3,3- 5,4 3,6- 5,8 3,21-4,00 2,3-4,9 2,4-5,0 2,5-5,2 2,6-5,2 2,7-5,3 2,9-5,4 3,1-5,8 3,3-6,0 3,6- 6,5 4,1- 6,9 4,01-5,00 2,6-5,8 2,7-5,8 2,8-6,0 2,9-6,0 3,0-6,2 3,3-6,3 3,5-6,7 3,7-6,9 4,0- 7,3 4,4- 7,3 5,01-6,40 3,3-6,9 3,4-7,1 3,4-7,1 3,6-7,3 3,6-7,3 3,9-7,3 4,1-7,8 4,3-8,0 4,8- 8,5 5,2- 9,0 6,41-8,00 - 4,3-8,5 4,3-8,8 4,4-8,8 4,5-8,8 4,8-9,0 4,9-9,3 5,2-9,5 5,4- 10,0 6,0- 10,5 8,01-10,00 - - 5,3-11,0 5,4-11,0 5,6-11,0 5,8-11,5 6,0-11,5 6,1-12,0 6,5- 12,5 6,9- 12,5 10,01-12,00 - - - 6,5-11,0 6,5-11,5 6,7-11,5 6,9-12,0 7,1-12,0 7,5- 12,5 8,0- 13,0

Общий припуск на обработку Z_общ (рисунок 7) соответствует расстоянию между серединами полей допусков детали и отливки и является суммарным на все переходы механической обработки:

,

где Z_i - припуск на выполнение i-перехода;

n - общее число переходов.

Рисунок 7 – Структура припуска на механическую обработку

Z_min, Z_общ - соответственно минимальный и общий припуски на обработку;

N_{о min} , N_{о max} - минимальные и максимальные размеры отливки; N_Д, N_о - соответственно

размер детали и отливки; Т_Д.общ - общий допуск на размер детали; Т_о.общ - то же, отливки.

Общий припуск является наибольшим или предельным, причем его значение определяется общим допуском на размер отливки Т_о.общ , рядом припуска и числом переходов при механической обработке.

Общий допуск элементов отливки Т_о.общ при назначении общего припуска Z_общ используется при обработке в приспособлениях, в основном, в массовом производстве (рисунок 8а).

При назначении общего припуска на поверхности вращения (рисунок 8б) и противоположные поверхности (рисунок 8в), используемые в качестве взаимных баз при их обработке, вместо Т_о.общ применяют Т_о.общ/2.

Припуск на механическую обработку на выполнение i-го перехода определяется двумя составляющими: параметром качества поверхностного слоя П1_(i-1) на (i-1) – м переходе и параметром геометрической точности П2_i детали после каждого i- го перехода механической обработки: Z_i = П1_{(i -1)} + П2_i..

На первом переходе параметр равен исходному литейному припуску, который формируется на отливке (на нулевом переходе обработки). На всех последующих переходах припуск формируется в соответствии с технологией механической обработки.

Вид окончательной механической обработки (черновая - обдирочная, чистовая, тонкая) можно определить по заданным параметрам шероховатости поверхности и достижимой точности, указанным в чертеже детали (таблица 9).

N – номинальный размер детали; Z_общ – общий припуск;

– обозначение базовой поверхности

Рисунок 8 – Варианты (а – в) назначения общего допуска

для механической обработки

Таблица 9 – Шероховатость поверхности и достижимая точность

при различных методах обработки

Метод обработки	Обозначение шероховатости поверхности	Квалитет
Точение: - обдирочное - чистовое - тонкое	Rz 320… Rz 40 Rz 20… Ra 1,25 Ra 1,25… Ra 0,63	11 9…10 6…8
Строгание: - обдирочное - чистовое - тонкое	Rz 320… Rz 40 Rz 20… Ra 1,25 Ra 1,25… Ra 0,63	12…13 11…13 9…10
Фрезерование: - обдирочное - чистовое - тонкое	Rz 80…Rz 40 Rz 20…Ra 2,5 Ra 1,25… Ra 0,63	12…13 11 9…10
Сверление	Rz 80… Rz 20	11…13
Зенкерование	Rz 40… Ra 2,5	11…13
Развертывание: - черновое - чистовое - тонкое	Rz 20… Ra 2,5 Ra 2,5… Ra 0,63 Ra 0,63… Ra 0,32	9…10 6…8 8…(5…6)
Протягивание	Ra 2,5… Ra 0,16	6…10 (5…6)
Шлифование круглое и плоское: - обдирочное - чистовое - тонкое	Rz 40… Ra 2,5 Ra 1,25… Ra 0,63 Ra 0,32… Ra 0,16	11 9…10 5…10(6)
Притирка	Ra 1,25… Ra 0,01	5…8
Хонингование	Ra 0,32… Ra 0,02	5…8
Суперфиниширование	Ra 0,32… Ra 0,01	-
Полирование	Ra 1,25… Ra 0,01	-

Таким образом, по найденному РП, общему допуску элемента и окончательному виду механической обработки определяется общий припуск Z_общ.

Отклонения массы отливок. Номинальной называется масса отливки с учетом припусков на обработку резанием. Точность массы отливки оценивается классом точности массы, число и нумерация которых совпадают с таковыми для классов размерной точности. Допуск на массу отливки устанавлива­ется с учетом номинальной массы отливки и класса точности массы (таблица 10).

Таблица 10 – Допуск массы отливки

Номинальная масса отливки, кг	Классы точности массы отливки
	7т	7	8	9т	9	10	11т	11	12	13т	13
До 0,1	10	12	16	20	24	32	-	-	-	-	-
Св. 0,1 до 0,4	8,0	10	12	16	20	24	32	-	-	-	-
›› 0,4 ›› 1,0	6,4	8,0	10	12	16	20	24	32	-	-	-
›› 1,0 ›› 4,0	5,0	6,4	8,0	10	12	16	20	24	32	-	-
›› 4,0 ››10,0	4,0	6,0	6,4	8,0	10	12	16	20	24	32	-

Размеры в процентах, не более

Рассмотренные выше характеристики точности должны быть приведены на чертеже отливки (в технических требованиях), например:

Точность отливки 6 – 4 – 6 - 7 ГОСТ Р 53464 - 2009,

где цифра 6 – класс размерной точности; 4 – степень коробления; 6 – степень точности поверхности; 7 – класс точности массы.

В технических требованиях чертежей отливок допускается указывать сокращенную номенклатуру норм точности отливок, при этом указание классов размерной точности и массы является обязательным, например: