Основные положения

Всякая заготовка, предназначенная для механической обработки, изготавливается с припуском на размеры готовой детали.

Припуск — слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности. К свойствам обрабатываемой поверхности относятся размеры, форма, твердость, шероховатость и т. п.

Различают операционный, промежуточный и общий припуски.

Операционный — припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции.

Промежуточный — припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода.

Общий припуск — слой материала, необходимый для выполне­ния всей совокупности технологических переходов, т. е. всего процесса обработки данной поверхности от заготовки до готовой детали.

Допуск припуска — разность между наибольшим и наименьшим значениями размера припуска.

Допуск необходимо учитывать при определении величины припуска, т. к. получение заготовок точно установленных размеров неосуществимо. Однако допускаемые значения припуска не должны быть значительными, в противном случае усложняется механическая обработка, увеличивается расход материала.

Схема расположения межоперационных припусков и допусков при обработке вала приведена на рисунке 2.1.

Различают односторонние припуски на обработку, понимая под ними слой материала, снимаемый с одной стороны детали, и двусторонние, снимаемые с двух сторон. Иногда для цилиндрических деталей припуск дается “на диаметр”, т. е. указывают двойную толщину снимаемого слоя, что должно быть оговорено.

Припуски могут быть симметричные и асимметричные, т. е. расположенные по отношению к оси заготовки симметрично и асимметрично. Симметричные припуски могут быть у наружных и внутренних поверхностей тел вращения; они могут быть также у противолежащих плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно (одновременно). Однако как в первом, так и во втором случаях возможно и асимметричное расположение припусков.

Рисунок 2.1 - Схема расположения припусков и допусков при обработке вала

Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовок зависят от ряда факторов, степень влияния которых различна. К числу основных факторов относятся следующие: материал, конфигурация, размеры, вид и способ изготовления заготовки, требования в отношении механической обработки, шероховатости поверхности и точность размеров детали.

В величину припуска, снимаемого при первых, черновых опера­циях, входит также дефектный слой. Дефектный слой включает в себя выпуклости, вмятины, раковины, трещины, погрешности формы и раз­меров заготовок. У поковок дефектный слой составляет 1, 5—3 мм, у штамповок — 0, 5—1, 5 мм, у горячекатаного проката — 0, 5—1 мм, у отливок из серого чугуна — 1—2 мм, у остальных отливок — 1—3 мм.

Практически иногда приходится перераспределять припуск между предварительной и окончательной обработкой или между грубой и чистовой обработкой. В таких случаях, рекомендуется на черновую обработку оставлять до 60 % суммарного припуска, а на чистовую — до 40% или же предусматривать 45 % на черновую, 30 % на получистовую и 25% на окончательную обработку. При назначении припусков следует учитывать характер термической обработки, результатом которой может быть деформация деталей.

Различают расчетный или номинальный размер припуска (устанавливаемый расчетом) и действительный, т. е. величину слоя материала, фактически снимаемого при обработке деталей.

В машиностроении широко применяются два метода определения припусков на обработку деталей: опытно-статистический и расчетно-аналитический. При определении припусков по опытно-статистическому методу общие и промежуточные величины берутся по таблицам ГОСТов, справочных данных, составленных на основании обобщения и систематизации производственных наблюдений ряда передовых предприятий. Справочные данные для расчета припусков обычно разрабатывают по отраслям машиностроения в виде нормативных таблиц с учетом вида заготовки (кованые, штампованные, литые и т. д.), способов обработки, требуемой точности и других производственных факторов. Основное преимущество опытно-статистического метода — экономия времени на установление припусков.

Расчетно-аналитический метод определения припусков, разработанный проф. В. М. Кованом, учитывает конкретные условия выполнения технологического процесса обработки и позволяет получить более точные значения припусков.

В качестве общего правила можно отметить, что определение размеров заготовок следует начинать с окончательного номинального размера детали по чертежу в порядке, обратном ходу технологического процесса, наращивая на каждую операцию или переход определенный межоперационный припуск и устанавливая на этот припуск технологически оправданный допуск.

Величины припусков рассчитывают по следующим формулам.

Минимальный припуск:

— при последовательной обработке противолежащих поверхно­стей (односторонний припуск)

 

Z_{i min}= (R_z + h)_i-1 + D i-1+ e _i; (2.1)

— при параллельной обработке противолежащих поверхностей (двух­сто­ронний припуск)

2Z_{i min}= 2 [(R_z+ h)_i-1+ D_å i-1 + e_i]; (2.2)

— при обработке наружных и внутренних поверхностей (двухсто­ронний припуск)

, (2.3)

 

где R_zi-1 — высота неровностей профиля на предшествующем переходе;

h_i-1 — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой);

D_{å i-1} — суммарные отклонения расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей) и в некоторых случаях отклонения формы поверхности (отклонения от плоскостности, прямолинейности) на предшествующем переходе;

e_i — погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Номинальный припуск на обработку поверхностей:

— наружных

Z_i= Z_{i min}+ ei_i-1+ e_ii;

(2.4)

2Zi = 2 Zi min + eiDi-1+ eiDi.

— внутренних

Zi = Zi min + ESi-1 - ESi;

(2.5)

2Zi = 2Zi min + ESDi-1 - ESDi,

где eii-1, eiDi-1, eii, и eiDi — нижние отклонения размеров на предшествую­щем и выполняемом переходах;

ESi-1, ESDi-1, ESi и ESDi — верхние откло­нения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом пере­ходах;

eiDi-1, eiDi, ESDi-1, ESDi — размеры, относящиеся к диаметральным.

Максимальный припуск на обработку поверхностей:

— наружных

Zi max = Zi min + TD_i-1 + TDi;

(2.6)

2Zi max = 2Zi min + TD_i-1 + TDi.

— внутренних

Zi max=Zi min+ Td_i-1+ Tdi;

(2.7)

2Zi max=2Zi min+ Td_i-1+ Tdi,

 

где TDi-1 и TDi-1 — допуски размеров на предшествующем переходе;

TDi и TDi — допуски размеров на выполняемом переходе.

Значения Rz и h для основных видов заготовок, различных методов механической обработки из проката, штамповок и отливок, а также для наиболее распространенных видов обработки отверстий приводятся в таблицах 1—8.

Расчетные формулы для определения суммарных отклонений расположения поверхностей приведены в таблице 9.

Таблица 1 - Качество поверхности (мкм) сортового проката

Диаметр проката, мм	Точность прокатки
высокая	повышенная	обычная
Rz	h	Rz	h	Rz	h
До 30
Св. 30 до 80
Св. 80 до 180
Св. 180 до 250

Таблица 2 - Точность и качество поверхности заготовок из проката после механической обработки

Способ обработки	Переход	Квалитет	Rz, мкм	h, мкм
Обработка наружных поверхностей
Обтачивание резцами проката повышенной и обычной точности прокатки	Обдирка
Черновое
Чистовое и однократное	10—11	32—20
Тонкое	7—9	6, 3—3, 2	—
Шлифование в центрах проката обычной точности прокатки	Черновое	8—9
Чистовое и однократное	7—8	6, 3
Бесцентровое шлифование проката повышенной и высокой точности прокатки	Тонкое	5—6	3, 2—0, 8	6—2
Обработка торцовых поверхностей
Подрезание резцом на токарных станках	Черновое
Чистовое
Шлифование на кругло- и торцешлифовальных станках	Однократное		5 — 10	—

Таблица 3 - Качество поверхностей поковок, изготовляемых штамповкой

Масса поковки, кг	Rz, мкм	h, мкм
До 0, 25
Св. 0, 25 до 4
Св. 4 до 25
Св. 25 до 40
Св. 40 до 100
Св. 100 до 200

Таблица 4 - Точность и качество поверхности штампованных поковок после механической обработки

Способ обработки	Квалитет	Rz, мкм	h, мкм
Валы ступенчатые Обтачивание наружных поверхностей
Однократное	11—12
Черновое
Чистовое
Тонкое	7—9
Подрезание торцовых поверхностей
Черновое
Чистовое
Фрезерование
Однократное
Диски Обтачивание наружых поверхностей
Однократное	10—12
Черновое
Получистовое
Чистовое	10—11
Подрезание торцовых поверхностей
Однократное	10—12
Черновое
Получистовое
Чистовое	10—11
Рычаги (плоскости, параллельные оси детали, и плоскости разъема головок) Фрезерование
Черновое
Чистовое
Протягивание
Однократное
Обтачивание стержня
Черновое
Чистовое
Шлифование валов, дисков, рычагов
Однократное	7—9
Черновое	8—9
Чистовое	6—7
Тонкое	5—6	2, 5

 

Таблица 5 - Качество поверхности отливок (Rz + h мкм), достигаемое различными способами формовки

Отливка	Наибольший размер отливки, мм
Материал	Класс точности	До 500	Св. 500 до 1250	Св. 1250 до 3150	Св. 3150 до 6300	Св. 6300 до 10000
Чугун	I II III				— —	— —
Сталь	I II III				— —	— —
Цветные металлы и сплавы	I II III			— —	— —	— — —

Таблица 6 - Качество поверхности отливок, достигаемое специальными способами литья

Литье	Квалитет	Rz, мкм	h, мкм, для заготовки
из чугуна	из стали	из цветных металлов
В кокиль	14—15
Центробежное	14—15
В оболочковые формы	в одной полуформе	11—12
в обеих полуформах
Для элементов, получаемых под давлением	11—12		—	—
По выплавляемым моделям	11—12

Таблица 7- Точность и качество поверхности после механической обработки отливок точением, фрезерованием, строганием и шлифованием

Обработка	Квалитет	Rz, мкм	h, мкм
Точение, фрезерование, строгание
Литье в песчаные формы
Отливка I класса точности
Однократная	11—12
Черновая
Отливки II класса точности
Черновая
Получистовая
Отливки III класса точности
Обдирочная	16—17
Черновая	14—15
Получистовая	11—12
Отливки I, II, III классов точности
Чистовая	10—11
Тонкая	9—7
Литье в кокиль и центробежное
Однократная
Черновая
Чистовая
Тонкая	7—9
Литье в оболочковые формы
Однократная	10—11
Черновая
Чистовая
Тонкая	7—9
Литье по выплавляемым моделям
Однократная
Тонкая	7—9	2, 5
Шлифование отливок, получаемых различными способами
Однократная
Черновая	8—9
Чистовая	6—8
Тонкая	5—6	0, 63	—

Таблица 8 - Качество поверхностей отверстий после обработки

Способ обработки	Диаметр отверстий d, мм	Квалитет	Rz, мкм	h, мкм
Сверление спиральными сверлами	От 3 до 6
Св. 6 до 10
Св. 10 до 18
Св. 18 до 50
Св. 50 до 80
Глубокое сверление специальными сверлами	От 3 до 10
Св. 10 до 18
Св. 18 до 30
Св. 30 до 50
Зенкерование: однократное	До 80
черновое	От 18 до 30
Св. 30 до 80
чистовое	До 30
Св. 30 до 80
Растачивание: черновое	От 50 до 260
чистовое
Развертывание: нормальное	От 6 до 30
точное
тонкое		3, 2
Отделочные методы: шлифование	До 80	7—9
протягивание	От 10 до 80
калибрование шариком	От 6 до 80		0, 63	—
хонингование	До 80	6—7	0, 16	—

Таблица 9 - Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки

Тип детали и метод базирования	Эскиз	Расчетные формулы
Литые заготовки
Корпусные детали, по отверстиям с параллельны­ми осями и перпендикуляр­ной к ним плоскости		D = Dкор + Dсм   Dсм = Т   Dкор = Dк L
То же, по плоскости, противоположной обрабатываемой		D = Dкор
Детали — тела вращения, в самоцентри­рующихся патронах по наружному диаметру с прижимом к торцевой поверхности		DD = Dкор = DкD     Dсм = Тв   DВ = Dкр В
Штампованные заготовки
Стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги и др.) с базированием по крайней ступени (поверхности)		Dкор = Dкр l
Стержневые детали при обработке в центрах		Dкор = Dкр l при l £ L/2
Детали типа дисков с прошиваемым центральным отверстием (шестерни, диски и др.) с установкой по наружному диаметру и торцу
То же, при обработке торцевых поверхностей		D = Dкор   Dкор=DкрD=Dк2R
Заготовки из сортового проката
При консольном закреплении в самоцентри-рующих патронах		D = Dкр l
При обработке в центрах		Dк = Dкр l при l £ L/2
Зацентровка заготовок
При установке в самоцентрирующих зажимных устройствах		Dкр = 0, 25 мм
При установке на призмах с односторонним прижимом		(при = 90) (при = 120)
Сверление отверстий
Детали всех типов, при обработке отверстия в неподвижной детали

 

При расчете суммарных значений пространственных отклонений принимаем:

Dкор — отклонение плоской поверхности заготовок от плоскост­ности (коробления), мм; Dсм — смещение стержня в горизонтальной или вертикальной плоскости (для отливок) или одних участков поверхности относительно других (для штампованных заготовок и заготовок из проката), мм; D ц — погрешность зацентровки заготовок, мм; Со — смещение оси отверстия при обработке отверстия, мм; D у — увод оси сверла при сверлении отверстия, мм; l — длина обрабатываемой детали, мм; T — допуск на диаметральный размер заготовки, мкм.

Величина D _кор определяется исходя из следующего выражения:

 

D _кор = D × l, (2.8)

где Dк — отклонение оси детали от прямолинейности (кривизна), мкм на 1 мм.

Значения Dк для заготовок, полученных различными методами обработки предоставлены в таблицах 10—12.

Таблица 10 - Кривизна профиля сортового проката, мкм на 1 мм

Характеристика проката	Длина проката, мм
До 120	120—180	180—315	315—400	400—500
Без правки при точности прокатки:
обычной	0, 5	1, 0	1, 5	2, 0	2, 5
повышенной	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8	1, 0
высокой	0, 1	0, 2	0, 3	0, 4	0, 5
	Диаметр проката
	До 30	30—50	50—80	80—120	120—180
Без правки после закалки:
в печах	2, 0	1, 3	0, 9	0, 6	0, 5
ТВЧ	1, 0	0, 6	0, 45	0, 3	0, 15
после правки на прессах	0, 13	0, 12	0, 11	0, 1	0, 08

Таблица 11 - Отклонения расположения поверхностей отливок

Отклонения	Литье
в песчаные формы	в кокиль	под давлением
Межосевых расстояний отверстий () м.о.р., мм	1, 2—2, 0	0, 8—1, 5	0, 3—0, 5
Расположения отверстия относительно технологических баз () р.т.б., мм	1, 2—2, 5	0, 5—1, 2	0, 10—0, 35
От параллельности плоскости оп, мкм на 1 мм	1/2 допуска на размер	2, 2—3, 4	1, 2—2, 0
Перекос отверстия п, мкм на 1 мм для диаметра отверстия d, мм: До 10	—		2, 0—4, 0
Св. 10 до 30	10—20	2, 5—10	1, 5—3, 0
Св. 30 до 50	5—15		1, 0—2, 0
Св. 50	3—10		0, 7—1, 5
Коробление к, мкм на 1 мм: корпусных деталей	0, 3—1, 5	—	—
плит	2, 0—3, 0

Таблица 12 - Кривизна Dк (мкм на 1 мм) поковок типа валов

Диаметр поковки D, мм	После штамповки	После правки на прессах	После термической обработки
в печах	ТВЧ
До 25 Св. 25 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 180 Св. 180 до 260 Св. 260 до 360 Св. 360 до 500	1, 8 1, 6 1, 4 1, 2 1, 0	0, 20 0, 15 0, 12 0, 10 0, 08 0, 06 — —	2, 5 1, 5 1, 5 1, 0 1, 0 — — —	1, 25 0, 75 0, 75 0, 50 0, 50 — — —

 

Смещение смстержней, образующих отверстие или внутренние полости, следует принимать равным допуску на наибольший размер от оси отверстия или внутренней полости, до технологической базы с учетом наибольших размеров отливки.

смдля штампованных заготовок обусловлено несовпадением верхней и нижней частей штампов и смещением штампуемой части заготовки относительно стержня исходного материала. В таблице 13 представлены отклонения от соосности для поковок типа валов.

Величины Сои упредставлены в таблице 14.

Для расчета промежуточных значений припусков на механическую обработку при определении остаточных суммарных отклонений расположения поверхности можно воспользоваться следующей эмпирической формулой:

D _ост = Ку× D_å заг, (2.9)

 

где Ку — коэффициент уточнения формы (таблица 15).

Погрешность установки заготовки eiна выполняемом переходе при определении промежуточного припуска характеризуется смещением обрабатываемой поверхности, которое должно компенсироваться дополнительной составляющей промежуточного припуска (табл. 16).

При расчетах следует учитывать, что для серого и ковкого чугуна, а также цветных металлов и сплавов после первого технологического перехода, и для стали после термической обработки при расчете припуска слагаемое h из формулы исключается. В конкретных случаях те или иные слагаемые, входящие в расчетные формулы для определения припусков на обработку, также исключают.

Отклонение расположения необходимо учитывать: у заготовок (под первый технологический переход); после черновой и получистовой обработки лезвийным инструментом (под следующий технологический переход); после термической обработки, если даже деформации не было. За несколько переходов на стадиях чистовой и отделочной обработки величиной пренебрегают.

Таблица 13 - Отклонение от соосности см (мм) элементов, штампуемых в разных половинах штампа, для поковок типа валов различной точности

	Штамповка на молотах	Штамповка на прессах
Масса поковки, кг	Повышенная точность	Нормальная точность	Повышенная точность	Нормальная точность
До 0, 25 Св. 0, 25 до 0, 63 Св. 0, 63 до 1, 60 Св. 1, 60 до 2, 50 Св. 2, 50 до 4, 00 Св. 4, 00 до 6, 30 Св. 6, 30 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 63 Св. 63 до 100 Св. 100 до 125 Св. 125 до 160 Св. 160 до 200	0, 30 0, 35 0, 40 0, 45 0, 50 0, 63 0, 70 0, 80 0, 90 1, 00 1, 20 1, 40 1, 60 1, 80 2, 20	0, 4 0, 5 0, 6 0, 8 1, 0 1, 1 1, 2 1, 3 1, 4 1, 6 1, 8 2, 2 2, 4 2, 7 3, 2	0, 20 0, 25 0, 30 0, 35 0, 40 0, 45 0, 50 0, 60 0, 70 0, 80 — — — — —	0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0 1, 1 1, 2 — — — — —

Таблица 14 - Увод сверла и смещение оси отверстия при сверлении

Сверло	Диаметр отверстия, мм
3—6	6—10	10—18	18—30	30—50
Увод у, мкм на 1 мм длины отверстия
Спиральное Специальное	2, 1 1, 6	1, 7 1, 3	1, 3 1, 0	0, 9 0, 7	0, 7 0, 4
Смещение С0(мм) оси отверстия относительно номинального положения
Спиральные и специальные

 

Таблица 15 - Значения коэффициента уточнения для различных видов заготовок и методов обработки

Технологический переход	Kу
Однократное и черновое точение штампованных заготовок, заготовок из горячекатанного проката, предварительное шлифование проката 10...11-го квалитетов.	0, 06
Получистовая обработка заготовок из проката, штампо-ванных заготовок, рассверливание отверстий, смещение оси отверстия после черновой обработки.	0, 05
Чистовое точение заготовок из сортового проката обык-новенного качества, штампованных заготовок, после первого технологического перехода обработки литых заготовок, после чистового шлифования проката 10...11-го квалитетов.	0, 04
Двукратное обтачивание калиброванного проката или двукратное шлифование заготовок после токарной обработки.	0, 02
Получистовая обработка (зенкерование и черновое развертывание отверстий).	0, 005
Чистовая обработка — развертывание отверстий.	0, 002