Основы проектирования технологических процессов изготовления деталей машин

 

1.5. Выбор метода получения заготовки

Конструктор изделия устанавливает материал детали и его марку по имеющимся стандартам. Он назначает также необходимую термическую обработку детали. Учитывая условия ее работы в машине, он может указать предпочтительный способ получения заготовки. На основе этих данных технолог выбирает конкретный метод получения заготовки. Выбор метода определяется:

- технологической характеристикой материала детали;

- конструктивными формами и размерами заготовки;

- требуемой точностью выполнения  заготовки, шероховатостью и качеством ее поверхностных слоев;

- величиной программы выпуска  и заданными сроками выполнения этой программы.

На выбор метода выполнения заготовки  оказывает большое влияние время подготовки технологической оснастки; наличие соответствующего технологического оборудования и желаемая степень автоматизации процесса. Выбранный метод должен обеспечивать наименьшую себестоимость детали.

После определения оптимального метода получения заготовки производят расчет припусков. Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали. Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону. Припуски подразделяют на общие и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций. Величина межоперационного припуска определяется разностью размеров, полученных на предыдущей и последующей операциях. Общий припуск па обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям - от заготовки до размеров детали по рабочему чертежу

Для наружных поверхностей значение разности размеров, получаемых на предшествующей и последующей операциях, является положительной величиной, а для внутренних - отрицательной.

Размер припуска зависит от толщины  поврежденного поверхностного слоя, а также от неизбежных производственных и технологических погрешностей, зависящих от способа изготовления заготовки, ее обработки, геометрических погрешностей станка и других технологических факторов.

Результативные погрешности являются совокупностью погрешностей заготовки  и погрешностей, возникающих при  выполнении отдельных технологических операций.

Поверхностный слой проката характеризуется  обезуглероженной зоной, снижающей  предел прочности металла. Удаление этого слоя повышает прочностные свойства обрабатываемой заготовки.

Отклонения взаимосвязанных поверхностей также следует учитывать при  расчете припусков, но так как эти отклонения не связаны с погрешностями на размеры поверхностей, их нужно учитывать отдельно.

Таким образом, наименьший межоперационный  припуск на обработку r при наименьшем предельном размере заготовки для наружных поверхностей и при наибольшем предельном размере для внутренних поверхностей может быть определен из формулы (1).

 

,                    (1)

       где - средняя величина микронеровностей;

  Т_a – глубина дефектного поверхностного слоя;

       r_a – геометрическая сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей;

  - погрешность установки;

   а - индекс, характеризующий предшествующую операцию;

b – индекс, характеризующий данную операцию.

При обработке плоских поверхностей учитывают наибольшее из пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей по нормали к обрабатываемой поверхности; тогда суммарное значение r_а будет определяться как векторная сумма пространственных отклонений.

Наименьшая величина межоперационного припуска на диаметральный размер (при  обработке поверхностей тел вращения) удваивается. Тогда

 

.                     (2)

При обработке заготовок из чугуна и цветных сплавов значение Т_а после черновой операции исключается из формулы, так же как и после термообработки; при обработке отверстий плавающим режущим инструментом исключается значение r_а (векторная сумма отклонений взаимосвязанных поверхностей); при установке обрабатываемой заготовки на плиту, т. е. при совмещении установочной и измерительной баз, из формулы выпадает величина e_y (погрешность установки) и т. п.

Влияние величины припуска на экономичность  процесса обработки очень велико, так как чем больше припуск, тем  большее число проходов требуется для снятия соответствующего слоя металла, что приводит к повышению трудоемкости процесса, расхода электроэнергии, режущего инструмента и увеличивает отходы металла, превращаемого в стружку.

 

 

2. Базирование детали. Выбор установочных баз

2.1 Понятие о базах,  их классификация и назначение

Базой называют совокупность поверхностей, линий или точек детали, по отношению к которым ориентируются другие детали изделия или по отношению к которым ориентируются поверхности детали, обрабатываемые на данной операции.

В зависимости от служебного назначения все поверхности детали подразделяются на: основные, присоединительные, исполнительные и свободные. Под основными понимают поверхности, с помощью которых определяют положение данной детали относительно другой, к которой она присоединяется. Присоединительными называют поверхности детали, определяющие положение всех присоединяемых к ней других деталей. Свободной поверхностью называется поверхность, предназначенная для соединения основных и присоединительных поверхностей и исполнительной поверхности между собой с образованием совместно необходимой для конструкции формы детали.

Элементы детали, образующие комплекты основных и присоединительных поверхностей, характеризуют технологические базы, т.е. элементы, используемые в процессе обработки для установления взаимосвязи между расположением режущей кромки инструмента и обрабатываемой поверхностью.

По характеру своего применения базы подразделяют на: конструкторские, сборочные, измерительные и установочные. Конструкторскими и сборочными базами называют поверхности, линии или точки деталей, с помощью которых определяют ее положение относительно других деталей на сборочном чертеже (конструкторские базы) или при сборке (сборочные базы). В качестве конструкторских баз используют также линии симметрии: оси валов и отверстий, биссектрисы углов и т. п. Для всех деталей вращения одной из конструкторских баз всегда является ось вращения.

Как правило, положение детали относительно других деталей определяют комплектом из двух или трех баз.

Установочной базой детали называют совокупность поверхностей, линий или точек, относительно которых ориентируется при изготовлении детали поверхность, обрабатываемая на данной операции.

В зависимости от способа применения установочных баз при обработке их подразделяют на опорные установочные и проверочные установочные базы.

Установочная база называется опорной, если обрабатываемая деталь непосредственно опирается своей установочной базой на соответствующие поверхности станка или приспособления.

Проверочной установочной базой называется поверхность обрабатываемой заготовки, по которой происходит выверка положения этой заготовки на станке или установка режущего инструмента. Установочные базы подразделяются на основные и вспомогательные. Основной установочной базой называется такая установочная база, расположение которой относительно обрабатываемой поверхности имеет существенное значение с точки зрения работы детали в собранном изделии. Вспомогательной установочной базой называется такая установочная база, расположение которой относительно обрабатываемой поверхности в готовом изделии непосредственного значения не имеет, к применению вспомогательных баз прибегают в тех случаях, когда конструкция детали исключает возможность использования основной базы детали в качестве установочной базы или требует для этого изготовления сложных или неудобных приспособлений.

Для наибольшей точности изготовления деталей необходимо стремиться к тому, чтобы конструкторские и технологические базы представляли собой одни и те же поверхности, т. е. чтобы по возможности осуществлять установку заготовки при обработке и измерении от тех же поверхностей, которые будут определять положение детали в собранном узле или машине.

 

2.2. Основные схемы базирования  по опорным базам

Схемы базирования зависят от формы  поверхностей обрабатываемых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено плоскими, цилиндрическими или коническими поверхностями, используемыми в качестве опорных баз.

Основными схемами базирования  являются: базирование призматических деталей; базирование длинных цилиндрических деталей;  базирование коротких цилиндрических деталей.

Схема базирования призматических деталей. Эта схема предусматривает базирование заготовок деталей типа плит, крышек, картеров и др. Каждая обрабатываемая заготовка призматической формы, если ее рассматривать в системе трех взаимно перпендикулярных осей (рис.1), имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей Ох, Оу, Оz и три перемещения при повороте относительно этих же осей. Положение заготовки в пространстве определяется шестью координатами (рис.1, пунктирные линии).

 

 

Рис.1. Схема положения  заготовки в системе трех

взаимно перпендикулярных плоскостей

 

Три степени свободы ограничиваются тремя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости хОу. Две степени свободы ограничиваются двумя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости уОz. Шестая координата, определяющая положение заготовки относительно плоскости хОz, ограничивает ее возможность перемещения в направлении оси Оу, т. е. лишает ее шестой - последней степени свободы.

Этот порядок установки заготовок  призматической формы называется правилом шести точек. Это правило распространяется не только на заготовки призматической формы, базируемые по их наружному контуру, но и на заготовки другой формы, при использовании для их установки любых поверхностей, выбранных для базирования.

Увеличение опорных точек сверх  шести не только не улучшает, но и  ухудшает условия установки, так  как обрабатываемая заготовка, как  правило, имеет отклонения от правильной геометрической формы, местные неровности поверхности, что может приводить к самопроизвольной установке заготовки в приспособлении.

Нижняя поверхность заготовки  с тремя опорными точками называется главной установочной базой. Как правило, в качестве главной установочной базы выбирают поверхность с наибольшими размерами.

Боковая поверхность с двумя  опорными точками называется направляющей установочной базой, для которой выбирают поверхность наибольшей протяженности. Поверхность с одной опорной точкой называется упорной установочной базой.

Свои особенности имеют схемы  базирования длинных и коротких цилиндрических деталей.

 

2.3. Методика выбора базирующих  поверхностей

Выбор установочных баз производят с целью наметить как сами базы, так и порядок их смены при  выполнении технологического процесса механической обработки детали. Исходными данными при выборе баз являются: рабочий чертеж детали с простановкой заданных размеров, технические условия на ее изготовление, вид заготовки, а также желаемая степень автоматизации процесса. При выборе баз учитывают условия работы детали в механизме. Принятая схема базирования определяет конструктивные схемы приспособлений и влияет на точность размеров и взаимного положения поверхностей детали. Наилучшие результата по точности обработки обеспечиваются при выдерживании принципа совмещения баз. В этом случае погрешности базирования равны нулю. При невозможности выдержать данный принцип за установочную базу принимают другую поверхность, стремясь уменьшить нежелательные последствия несовмещения баз.

Стремление более полно выдержать  этот принцип приводит к созданию на детали искусственных баз: центровых  гнезд, установочных поясков и других элементов, а также к выполнению всей обработки за один установ на базе черных поверхностей исходной заготовки. Последний случай имеет место при обработке деталей из прутка на автоматах, многопозиционных и агрегатных станках.

При выборе баз должны быть сформулированы требования по точности и шероховатости их обработки, а также предусмотрена необходимость повторной обработки в целях ликвидации возможной деформации от действия остаточных напряжений в материале заготовки. Выбор баз связан с первой наметкой плана обработки детали, который подвергается дальнейшей детализации на последующих этапах проектирования технологического процесса.

При обработке валов и некоторых  других заготовок, имеющих базовые  поверхности в виде центровых  гнезд (или конических фасок), в качестве установочных элементов используют центры. Различные конструктивные формы центров показаны на рис. 2. Схема установки на обычный жесткий центр приведена на рис.2, а; на рис.2, б показана установка заготовки конической фаской на срезанный центр; на рис.2, в - конструкций вращающегося центра для токарных работ; на рис.2, г - установка заготовки на специальный срезанный с рифлениями и на рис. 2, д - конструкция поводкового центра для передачи момента благодаря внедрению рифлений в базовую поверхность гнезда заготовки. Этот центр обеспечивает передачу момента, необходимого для чистовой обработки, но портит поверхность гнезда. Для точной установки заготовок по длине применяют плавающий передний центр (рис. 2, е).

 

 

Рис. 2. Виды центров