В технологических системах

Достижение качества изделий с минимальными затратами является одной из основных задач технологии машиностроения. Наиболее экономичным был бы технологический процесс получения готовой детали непосредственно из природного продукта, но такого процесса на современном уровне развития машиностроения нет, и поэтому детали, как правило, изготовляют из полуфабрикатов (заготовок) [2, 3, 5, 7, 8, 12, 13, 14, 15, 16, 22, 23, 30, 36].

Наиболее распространенными видами заготовок в машиностроении являются следующие:

1) прутки из горячекатаного проката обычной или повышенной точности или из калиброванного проката, а также прутки из периодического проката (с переменным профилем поперечного сечения);

2) гнутые профили и прокат специального профиля;

3) кованые и штампованные поковки;

4) отливки, полученные литьем в песчаные или металлические формы, отлитые в оболочковые формы, по выплавляемым моделям или изготовленные с использованием других способов формовки;

5) заготовки, полученные комбинированным способом (литейно-сварные и штампосварные);

6) металлокерамические заготовки (порошковая металлургия);

7) пластмассовые заготовки.

Заготовки отличаются от готовых деталей прежде всего тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски и напуски, соответственно изменяющие размеры и форму заготовок. Формы отдельных поверхностей исходных заготовок (заготовка перед первой технологической операцией - ГОСТ 3.1109-82) определяются с учетом технологии получения заготовок, требующей в ряде случаев определенных уклонов, радиусов закругления и т.п.

При проектировании технологических процессов материалообработки заготовок необходимо установить оптимальные припуски, которые обеспечили бы заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей.

Напуском называют ту часть обрабатываемого материала заготовки, необходимость удаления которой при последующей обработке вызвана упрощением конфигурации заготовки по отношению к конфигурации готовой детали.

Припуском называют ту часть обрабатываемого материала, наличие которой на заготовке вызвано необходимостью обеспечения заданных требований по точности размеров и качеству поверхностных слоев деталей в процессе обработки резанием.

Для определения размеров исходной заготовки необходимо определить или рассчитать припуски по переходам плана обработки каждой поверхности детали (см.рис.2.23). Номинальные диаметры: исходной заготовки -d_{исх.заг}, -D_изг; диска после токарной обработки -d_ток, D_ток; после шлифования -d_шл. Припуски на обработку: общий припуск -Z^общ, номинальный припуск -Z^ном, максимальный припуск -Z^max.

Из схемы расположения припусков и допусков на обработку, приведенной на рис. 2.23, видно, что минимальный операционный припуск определяется как разность наименьшего предельного размера поверхности до обработки и наибольшего предельного размера после обработки на данной операции, а максимальный операционный припуск определяется разностью наибольшего предельного размера поверхности до обработки и наименьшего предельного размера после обработки на данной операции. В общем случае максимальный припуск будет равен:

, (2.5)

где и - допуски на предшествующей и последующей

операциях или переходах.

Рис.2.23. Схема расположения припусков и допусков на токарную

обработку и шлифование наружной и внутренней

поверхностей диска

Общий номинальный припуск на обработку Z_ном определяется как разность номинального размера поверхности исходной заготовки А_{исх.заг} и номинального размера поверхности готовой детали А_дет.

Z_ном=А_{исх.заг} – А_дет, (2.6)

и равняется сумме номинальных припусков на отдельные операции (переходы), т.е.

, (2.7)

где - номинальный припуск на отдельную операцию

(переход);

- общее количество операций (переходов) обработки

поверхности детали.

Установление оптимальных припусков играет важную роль при разработке технологических процессов изготовления деталей. Увеличение припусков приводит к повышенному расходу материалов и энергии, введению дополнительных технологических переходов, а иногда и операций. Все это увеличивает трудоемкость и повышает себестоимость изготовления деталей.

Уменьшенные припуски не дают возможности исправлять пространственные отклонения формы, удалять дефектные поверхностные слои материала и достигать заданной точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей. В ряде случаев они приводят к условиям, неприемлемым для работы режущего инструмента, так как может быть оставлена, например, зона с твердой литейной коркой или окалиной. В результате уменьшенные припуски приводят к браку.

В практике разработки технологической документации установились два основных метода определения припусков - опытно-статистический и расчетно-аналитический.

Опытно - статистический метод применяется в условиях единичного и серийного производства обычных деталей средней точности для определения общих припусков и операционных припусков, при этом пользуются нормативными таблицами припусков. Данные табличных припусков разработаны по материалам передовых предприятий, на основе обобщения и систематизации производственных данных. Припуски на обработку заготовок, изготовленных различными методами, приведены в ГОСТах на заготовки. При пользовании нормативными таблицами припусков следует учитывать, что они дают значения номинальных припусков.

Недостатком этого метода является то, что припуски назначаются без учета конкретных условий построения технологических процессов. Опытно-статистические величины припусков во многих случаях завышены, т.к. они ориентированы на условия обработки, при которых припуск должен быть наибольшим во избежание получения брака при сборке. Кроме того, номинальные значения припусков включают в себя значения допусков предшествующих операций. Однако всякое расширение допусков размеров на предшествующих переходах неизбежно вызывает увеличение припуска на обработку для последующих, что обычно ведет к снижению производительности последних операций.

Основным преимуществом нормативного назначения припусков, взятых из таблиц, является возможность определения размеров заготовки до разработки технологического процесса изготовления детали. Недостатком является его приближенность, что может привести к повышенному расходу материала и не всегда гарантирует качество обрабатываемой поверхности.

Расчетно-аналитической метод определения припусков, разработанный профессором В.М. Кованом, базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих в конкретных условиях обработки. Согласно этому методу, величина промежуточного припуска должна быть такой, чтобы устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих технологических переходах, а также погрешности установки обрабатываемой заготовки, возникающие на выполняемом переходе. При этом наименьший операционный припуск на i-том переходе складывается из отдельных слоев материала, которые необходимо удалить с поверхности заготовки для устранения различных погрешностей на выполняемом переходе (операции). Это следующие слои материала:

- слой материала для устранения неровностей и дефектов поверхности , возникших на предыдущем переходе или операции (рис.2.24.а);

- слой материала, удаляемого при компенсации погрешности формы и пространственных отклонений обрабатываемой поверхности, возникших при изготовлении заготовки и расположении ее относительно технологических баз на предшествующих переходах операциях (рис.2.24.б);

- слой материала, удаляемого при компенсации погрешности установки заготовки на выполняемом переходе операции (рис. 2.24.в).

Рис.2.24. Составляющие элементы операционного припуска

Величины составляющих и определяются аналитически или экспериментально применительно к конкретным условиям установки обрабатываемых заготовок и характеру исполнения исходных заготовок.

В связи с тем, что составляющие минимального припуска выражаются векторами и имеют не только величину, но и направление, они суммируются геометрически

. (2.8)

При обработке плоскостей, векторы погрешностей которых совпадают, их суммирование производится арифметически

. (2.9)

Во всех случаях установленный минимальный припуск не должен быть меньше минимальной толщины стружки, которую может снять режущий инструмент. При точении с большой скоростью резания остро заточенным резцом возможно снятие слоя металла толщиной около 0,005 мм, однако после непродолжительной работы резца из-за его притупления и увеличения радиуса округления его режущей кромки минимальная величина среза возрастает до 0.02 - 0.05 мм. При других видах обработки она возрастает еще больше (фрезерование) или может быть меньше (абразивная обработка).

Значения составляющих , , приводятся в справочной литературе [44]. При этом слой металла , компенсирующий погрешности, связанные с пространственными отклонениями, часто обозначается через r, слой металла , компенсирующий погрешности установки заготовки, обозначают через , а толщину дефектного слоя h - через .

Приведенные зависимости показывают, что припуск по существу является компенсатором всех погрешностей предыдущей обработки заготовки и погрешностей, связанных с выполнением данного технологического перехода.

Расчетно-аналитический метод определения припусков применяется при проектировании исходных заготовок и отдельных операций технологического процесса серийного и массового производства.

Сравнительно с опытно-статистическими величинами припусков, назначение припусков, полученных расчетно-аналитическим методом, позволяет экономить металл на 6-15% и снизить трудоемкость процесса механической обработки.

Общим припуском на обработку называется слой материала, удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали. Общий припуск на обработку складывается из суммы операционных припусков по всем технологическим переходам.

Операционным припуском называется слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении одной технологической операции. Операционный припуск равняется сумме промежуточных припусков, т.е. припусков на отдельные переходы, входящие в данную операцию.