Припуски и допуски на обработку: классификация, и методы расчета

1. Припуски  и допуски на обработку: классификация,  и методы расчета.

 

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности  заготовки для достижения заданной точности и качества поверхности  детали. Этот припуск, представляющий собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заданной шероховатости поверхностей деталей, снимается на станках режущими инструментами.

Припуском на обработку называется слой материала, снимаемый с поверхности заготовки для доведения ее до размеров готовой детали. Припуск – понятие, относящееся к определенной обрабатываемой поверхности, его измеряют по нормали к этой поверхности. Припуск назначается на все поверхности, подлежащие механической обработке, при этом удаляется литейная корка и т.п. и обеспечивается деталям точность, заданная техническими условиями и чертежами.

Установление оптимальных  припусков на обработку является ответственной технико-экономической  задачей. Назначение чрезмерно больших  припусков приводит к потерям  материала, превращаемого в стружку, увеличению трудоемкости механической обработки, к повышению расхода режущего инструмента и электрической энергии, увеличению потребности в оборудовании и рабочей силе.

Назначение заниженных припусков  не обеспечивает удаления дефектных  слоев материала и достижения требуемой точности и качества обрабатываемых поверхностей, повышает требования к точности исходных заготовоки приводит к их удорожанию, увеличивает опасность появления брака.

Величина припуска должна компенсировать все погрешности от предыдущей обработки заготовки и погрешности, связанные с выполнением рассматриваемой технологической операции.

Классификация припусков на обработку.

Общий. Общим припуском называется слой материала, удаляемый с заготовки в процессе ее механической обработки с целью получения готовой детали, т.е. это суммарный слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов.

Общий припуск можно определить как сумма припусков на отдельные  ступени обработки рассматриваемой  поверхности:

,

где Z₂, Z₃ – припуски на 2-ю (черновую), 3-ю (чистовую) и т.д. ступени обработки.

Промежуточный (операционный). Промежуточным припуском называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Т.е. припуски на отдельные ступени обработки Z_i.

Колебания (изменения) операционных размеров в пределах допусков происходит в результате изменения величины припусков.

Различают следующие возможные  значения припуска:

номинальное значение общего припуска

, где

А_заг, А_дет – номинальные значения заготовки детали;

номинальное значение операционного припуска

, где

A_i-1, A_i – номинальное значение i-го операционного размера. Индекс i-1 характеризует принадлежности параметров к пришедствующей операции,а индекс i – к выполняемой операции;

возможный наибольший припуск:

для всех ступеней обработки  ;

на первую (черную) обработку - , где

- часть допуска на размер  заготовки, отсчитывания «вне металла». Припуск принимает наибольшее значение в случае, когда поле допуска на размер предшествующей операции не использовано, а на размер данной операции используется полностью.  Для вала  - , а отверстия - , где

A_max и A_min – предельно допустимые значения размеров;

возможный наименьший припуск равен . Для вала - , а отверстия - .

Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовки зависят от множества факторов. К основным факторам относят:

1. Материал заготовки. У заготовок получаемых литьем, поверхностный слой имеет твердую корку (для отливок из серого чугуна толщина корки составляет 1…2 мм, а для стальных отливок – 1…3 мм). Припуск назначается исходя из следующих условий – глубина резанья должна быть больше толщины корки отливки. При изготовлении поковок образуется слой окалины, который увеличивает износ режущего инструмента. Глубина резания должна быть больше толщины слоя окалины, которая для углеродистых сталей составит1…2 мм, а для легированных – 2…4 мм. Для поковок из слитков припуски должны быть больше, чем для поковок из прокатанного материала, т.к. на поверхности слитков бывают иногда трещины – поперечные сечения которых при прокате уменьшаются. При штамповке поверхностный слой материала обезуглероживается и потому его необходимо удалять. Толщина этого слоя зависит от конфигурации и  размеров детали и у штамповок из легированных сталей составит до 0,5 мм, а из углеродистых сталей – 0,5…1,0 мм.

2. Конфигурация и размеры заготовок. Припуск на механическую обработку увеличивают у заготовок сложной конфигурации, получаемых: свободной ковкой, для упрощения ее формы; штамповкой, для учета фактора течения материала; литьем, для достижения более равномерного остывания металла и учета его усадки.

3.Вид заготовки и способ ее изготовления. Для литой детали, изготовление ручной формовкой, припуск больше, чем в отливке применяемой машинной формовкой и литьем под давлением и меньше в отливках, выполняемых в металлических формах. Наиболее точными и, следовательно, с наименьшим припуском получают – отливки при литье в оболочковые и металлические формы, при литье под давлением, по выплавляемым моделям. Припуски у поковок больше чем у штамповок для одних и тех же деталей. В заготовке из проката припуски меньше, чем в заготовках, получаемых литьем; ковкой или штамповкой ; в заготовках из проката припуски используются только таких размеров, которые обеспечивают необходимые поверхность и шероховатость поверхности после механической обработки.

4. Требования в отношении механической обработки. Для каждой промежуточной операции механической обработки необходимо оставлять припуск, снимаемый режущий инструментом за один или несколько проходов. Следовательно, общий припуск находится  в зависимости от способов механической обработки, требующейся  для изготовления детали по техническим условиям. Для деталей, подлежащих термической обработке, необходимо увеличивать припуск на механическую обработку.

5. Технические условия в отношении качества и шероховатости поверхности и точности размеров детали. Требования, изготовленные в технических условиях, обуславливают величину припуска – чем выше требования, тем больше, как правило, должна быть величина припуска.

При выполнении заданной i-й операции необходимо удалить все погрешности поверхности, оставшиеся от предшествующей i-1 ступени обработки. К ним можно отнести шероховатость и дефектный слой, а так же погрешность формы и положения поверхности относительно заданной базы. Последние определяют пространственные отклонения различных участков обрабатываемой поверхности, т.е. определяют неравномерность припуска. Чтобы достичь качественной обработке необходимо, чтобы минимальное расчетное значение операционного припуска должно быть таким, что бы при снятии его в процессе обработки обеспечивалось удаление шероховатости и дефектного слоя на любом участке поверхности. Тогда структуру минимального припуска будет иметь вид:

,

где Z _{i a} – это часть припуска, которую необходимо снять при обработке, что бы  удалить дефектный слой и микронеровности, которые остались на поверхности от предшествующей операции. Для поверхностей вращения , а для плоскостей и торцов - , где

- высота шероховатости, мкм;  Т- глубина, подлежащая удалению части дефектного поверхностного слоя, мкм; Z _{i b}- это часть припуска, необходимого для компенсации его неравномерности, возникающую из-за пространственного отклонения отдельных участков обрабатываемой поверхности.

Дефектный слой – это слой металла, у которого структура, механический состав, механические свойства или все эти параметры одновременно отличаются от параметров основного металла.

В машиностроении используются два метода определения  припусков:

1. Расчетно-аналитический метод определения припусков является наиболее точным, он позволяет устанавливать оптимальные значения припусков для каждого сочетания условий обработки.

Сущность метода –  для заданных условий выполнения операции выявляются факторы, влияющие на величину операционного припуска. Далее расчетным путем или по справочным таблицам определяют элементы припуска, достаточные для компенсации влияния каждого из факторов. Затем, суммируя эти элементы, определяют величину операционного припуска.

2.Нормативный метод определения припусков получил наиболее широкое распространение благодаря простоте и наглядности. ГОСТы на припуски, а также многие справочники по технологии машиностроения содержат таблицы номинальных припусков - .

Расчет операционных размеров цилиндрических поверхностей выполняется:

- при использовании  для расчетов номинального значения  припуска для вала  , для отверстия – ;

- при расчетах на  основании минимального припуска  для вала , для отверстия - . В этом случае при определении размеров заготовки включают не всю величину допуска, а только ту часть его, которая отсчитывается в металл.

Расчет начинают с  установления размера, припуска и допуска  для операции окончательной обработки  поверхности, для которой размер и допуск равны чертежным, заканчивают  определением размеров заготовки.

Расчет линейных операционных размеров и допусков на них является более сложной и трудоемкой задачей, поскольку должен выполнятся путем построения и решения технологических размерных цепей.

Назначение рациональных допусков на размеры в технологических  операциях оказывает существенное влияние на качество и себестоимость изготовления деталей. Конечной целью назначения допусков на технологических операциях является обеспечение годности деталей в соответствии с чертежом. Величина допусков зависит от служебного назначения деталей. Однако необходимо всегда использовать возможность обеспечения допусков на выбранном оборудовании. Допустим, что все чертежные размеры и технические требования чертежа обеспечиваются одной технологической операцией, то достаточно было бы только произвести выбор соответствующего оборудования по точностным характеристикам и задача была бы решена. В действительности одно или несколько чертежных размеров детали и технических требований непосредственно вообще не выполняются, а получаются однако в результате выполнения других размеров, которые с ними взаимосвязаны через размерную цепь.

После назначения допусков на размеры необходимо провести проверку возможности выбранного оборудования (обеспечит ли выбранный вариант обработки все чертежные размеры), т.е соблюдать условие:

,

где - задаваемый на операции допуск на размер А; - суммарная погрешность обработки размера А на данном оборудовании на данной операции.

 

2. Технологические разменные цепи: классификация, состав и методы расчета.

 

Соединение и относительное  расположение с требуемой точностью  всех деталей, составляющих машину, осуществляется при помощи технологического процесса сборки и регулировки.  В процессе сборки устанавливаются два вида связи между поверхностями машины и ее механизмами:

1. Кинематическая связь - вид  связи, образующий требуемое относительное  движение поверхностей машины. Данный  вид связи принято изображать  с помощью кинематических схем  машин и механизмов.

2. Размерная связь – вид связи, образующий требуемое положение поверхностей машины и ее механизмов. Все размеры, связывающие поверхности образуют замкнутый контур. Благодаря этому размерный вид связи можно представить в виде схемы. Совокупность размеров, образующих замкнутый контур называют размерной цепью. Звеном размерной цепи может быть линейным или угловой размер.

Каждая размерная цепь содержит одно (и только одно)замыкающее звено и несколько (1,2…) составляющих звеньев.

С помощью размерных цепей решают следующие задачи:

- прямую задачу – по известным  параметрам замыкающего звена  определяют параметры составляющих  звеньев, т.е. по определенным  отклонениям и допуску замыкающего  звена рассчитывают отклонение  размеров составляющих звеньев;

-  обратную задачу – по  известным параметрам составляющих звеньев находят параметры замыкающего звена, т.е. по номинальным размерам, их предельным отклонениям рассчитывают номинальный размер замыкающего звена, а также его допуск.

Замыкающим звеном называют размер, непосредственно связующий поверхности или оси, относительные расстояния и поворот которых необходимо обеспечить или определить в поставленной задаче. В нем заключен смысл решаемой задачи независимо от того, является ли задача прямой или обратной. Оно выполняет особую роль – относительно этого звена строится размерная цепь.

Составляющим называется звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего звена.

Обычно размерную цепь строят от одной из поверхностей (осей), ограничивающих замыкающее звено. В цепь должны входить только те составляющие звенья, которые участвуют в решение поставленной задачи. Каждый из составляющих размеров цепи может изменяться в пределах своего допуска. Колебание составляющих размеров влечет за собой изменение величины замыкающего звена. По характеру влияния, на замыкающее звено составляющие звенья разделяются на:

- увеличивающиеся. Это звено размерной цепи, с увеличением которого увеличивается замыкающее звено;

-уменьшающиеся. Это звено, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается.

Основные закономерности по определению  направления звеньев:

- увеличивающие составляющие звенья  имеют на схеме направление,  противоположное направлению замыкающего  звена;