Технология изготовления детали - плунжер

4 Расчет припусков и операционных размеров на обработку

В машиностроении при обработке материала различают два вида припусков: общий припуск на обработку и операционный (промежуточный).

Общим припуском на обработку называется слой материала, который должен быть удален в результате выполнения всех предусмотренных технологическим процессом операций механической обработки для получения размера и шероховатости данной поверхности, заданных чертежом и техническими условиями.

Общий припуск равен сумме операционных припусков [10, c. 5]:

Zо
= ,

где Zi
- операционные припуски;

n - число операций (переходов).

Операционным припуском называется слой материала, удаляемый при выполнении данной операции (перехода).

При обработке любой детали операционные размеры не могут быть выдержаны абсолютно точно, поэтому на них необходимо назначить допуск.

Операционным допуском называют заданную точность обработки. Он определяет допустимые колебания операционного припуска и соответствующего операционного размера. Поле операционного допуска, как правило, направлено в тело детали. Исключение составляет допуск на первую ступень обработки (обдирку).

Рассматривая припуска как слой металла, подлежащего удалению, а соответствующий допуск – как допустимое колебание припуска, необходимо различать минимальный, номинальный (расчетный) и максимальный припуски.

Минимальный припуск на рассматриваемую ступень обработки (операцию, переход) равен слою металла, подлежащего удалению на этой ступени, в том случае, когда на предшествующей ступени обработки использован весь допуск, а на данной ступени допуск совершенно не применяется.

Алгоритм расчета минимального припуска

Рассмотрим на примере обработки наружных поверхностей.

Номинальный припуск определяется как сумма минимального припуска Zmin
и допуска Та
, заданного для предыдущей ступени обработки:

Zном
= Zmin
+ Та
. (10)

Максимальный припуск определяется как минимальный припуск Zmin
, сложенный с суммой допусков (Та
+ Тв
) на предшествующую и данную ступени обработки:

Zmax
= Zmin
+ Та
+ Тв
. (11)

Допуск на операционный припуск равен разности между максимальным и минимальным операционными припусками:

dZ = Zmax
- Zmin
= Та
+ Тв
, (12)

где Та
= amax
– amin
,

Тв
= Bmax
– Bmin
,

где amin
– минимальный размер, полученный на предшествующей ступени обработки (операции);

Bmax
– максимальный размер заданный на выполняемой ступени обработки.

Установление оптимальных величин припусков и допусков по всем технологическим переходам имеет большое технико-экономическое значение.

Недостаточные припуски на обработку не обеспечат удаление дефектных поверхностных слоев металла и получения требуемой точности и шероховатости обработанной поверхности [10, с. 24]. Под оптимальным припуском на механическую обработку понимается припуск, обеспечивающий устойчивое получение годной продукции при наименьшей себестоимости.

Выбор операционных допусков не менее важен, чем выбор припусков.

Определение припусков на механическую обработку может производиться двумя методами: расчетно-аналитическим и нормативным опытно-статистическим.

Методы определения припусков рассмотрим на примере обработки данной детали для поверхности “6” Æ15 h12.

4.1 Расчет припусков и операционных размеров на диаметральные
поверхности представители расчетно-аналитическим методом

При определении припусков расчетно-аналитическим методом рассчитывают минимальный припуск для тел вращения на диаметр по следующей зависимости [10, с. 11]:

2Zmin
= 2·(Rzi
-1
+ hi
-1
+), (13)

где Rzi
-1
- высота неровностей поверхности, оставшихся при выполнении предшествующего перехода;

hi
-1
- глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего перехода;

Di-1
- пространственные отклонения, возникшие на предшествующем переходе;

ei
- погрешности установки на выполняемом переходе.

Составляющие припуска, входящие в формулу 2Zmin
, определяются с учетом принятых методов обработки поверхностей (таблица 3.1), способов базирования и закрепления заготовки (см. предварительный план обработки), точности оборудования и оснастки.

Результаты вычислений заносятся в таблицу (таблица 4.1) :

4.2 Расчёт припусков на обработку операционных

размеров-диаметров поверхностей вращения

нормативным методом

В случае расчёта припусков нормативным методом рекомендованный припуск 2Zрек
не вычисляется по составляющим, а назначается с таблиц по рекомендациям [4, c. 112]. Заполнение всех последующих граф начинается с последней ступени обработки, для которой расчетный размер равен размеру готовой детали.

Расчётные значения размеров для вала на предшествующих ступенях обработки определяются как сумма расчётного размера Dрасч
и соответствующего ему рекомендованного припуска 2Zрек
на данной ступени обработки:

(21)

Расчётные значения размеров для отверстия на предшествующих ступенях обработки определяются как разница расчётного размера Dрасч
и соответствующего ему рекомендованного припуска 2Zрек
на данной ступени обработки:

(22)

Минимальный припуск 2Zmin на данной ступени обработки считается, как разница между рекомендованным значением припуска на данной обработке и допуском на размер на предшествующей обработке:

, (23)

Принятый припуск принимается исходя из условия:

, (24)

для лезвийного инструмента и

, (25)

для доводочных операций.

Операционные размеры - это принятые размеры вместе с отклонениями.

Рассчитываем по приведенной выше методики для всех поверхностей, и результаты заносим в таблицу 4.2

Таблица 4.2 - Расчёт припусков на обработку операционных размеров-диаметров поверхностей вращения нормативным методом.

4.3 Расчет припусков на обработку и операционных размеров-координат плоских торцевых поверхностей нормативным методом

Припуски на обработку торцев определяют по формуле[4, с.11]:

, (26)

где - шероховатость поверхности, мкм, полученная на предшествующей операции;

- глубина дефектного поверхностного слоя, мкм, полученная после предшествующей обработки;

- пространственные отклонения на предыдущей операции, мкм;

- погрешность установки, мкм.

Составляющие припуска, входящие в формулу (26), определяются с учетом принятых методов обработки поверхностей.

Величина , характеризующая глубину поверхностного дефектного слоя заготовки после обработки различными методами, определяем по таблицам точности и качества обработки [4, с.89, т.П1.1].

Пространственные отклонения ∆ для прутка можно принять равным 0.

Погрешность установки представляет собой отклонение фактически достигнутого положения заготовки при ее установке от требуемого.

Рассчитываем по приведенной выше методике для торцев, и результаты заносим в таблицу 4.3

4.4 Построение размерных цепей

На рис.4.1 представлена размерная схема технологического процесса. Для выявления размерных цепей, показанных на рисунке 4.2, целесообразно построение графа размерных связей. Построение начинают с технологической базы первой операции обработки резанием. Технологические базы всех операций должны быть непосредственно связаны между собой размерами.

Рис. 4.1 Размерная схема

Рис. 4.2 Размерные цепи

4.4 Расчет припусков на обработку и операционных размеров-координат торцевых поверхностей с использованием графов

Для выявления сложных размерных цепей целесообразно построение графа размерных связей, который начинают с технологической установочной базы первой операции обработки резанием. Технологические базы всех операций должны быть непосредственно связаны между собой размерами . Чтобы построить дерево необходимо выбрать какую-либо вершину. Первоначально выбранная вершина называется корневой. Построение дерева может начинаться с любой вершины. Если принять поверхности заготовки и детали за вершины, а связи между ними (размеры) за ребра, то процесс обработки детали, начиная с заготовки до готовой детали можно представить в виде двух деревьев – исходного и производного, соответственно. Дерево с конструкторскими размерами и размерами припусков на обработку называется исходным, а дерево с технологическими размерами – производным. Если оба этих дерева для конкретной детали совместить, то такой совмещенный граф в закодированной форме позволяет представить геометрическую структуру технологического процесса обработки рассматриваемой детали. В таком графе все размерные связи и технологические размерные цепи из неявных превращаются в явные. Появляется возможность, не прибегая к чертежу детали, а пользуясь только этой информацией, носителем которой является совмещенный граф, производить все необходимые исследования и расчеты. Любой замкнутый контур на совмещенном графе, состоящий из ребер исходного и производного деревьев, образует технологическую размерную цепь. В ней ребро исходного дерева является замыкающим звеном, а ребра производного дерева являются составляющими звеньями.

Сначала строим производное дерево, а затем – исходное дерево. При построении производного дерева корнем выбирается вершина, к которой на размерной схеме процесса не подходит ни одна стрелка. Вершину мы отмечаем двойным кружочком и из нее проводим те ребра, которые касаются ее своими неориентированными концами, на ориентированных концах этих ребер указываем вершины, в которые они упираются своими стрелками. Аналогично строим исходное дерево. Его ребра можно не ориентировать, поэтому при построении можно выбирать корнем любую вершину. Дуги обозначают конструкторские размеры, а ломаные линии – размеры припусков.

Перед построением совмещенного графа необходимо проверить:

а) на размерной схеме формообразования плоских торцев (рисунок 4.1) количество операционных размеров, учитывая размеры заготовки, должно равняться количеству конструкторских размеров, включая общее количество припусков;

б) к каждой поверхности должна подходить одна и только одна стрелка.

После проверки правильности построения деревьев их совмещают так, чтобы вершины с одинаковыми номерами совпали. Совмещенный граф производного и исходного деревьев и является графом технологических размерных цепей.

Совмещённый граф размерных цепей представлен на рисунке 4.3

Из выявленных с помощью теории графов размерных цепей находим неизвестные припуски и операционные размеры [4, c. 63]. Результаты расчёта операционных размеров и предельных значений припусков представлены в таблице 4.4.

Рис. 4.3 Совмещенный граф