Припуск на обработку 101:расчет и применение точных допусков

Что такое припуск на обработку?

Начнем с определения того, что такое припуск на механическую обработку. Припуск на обработку — это дополнительный материал, который производители намеренно оставляют на заготовке, который должен быть удален в контролируемой среде при последующих операциях обработки.

Оставление припусков на обработку гарантирует, что на поверхности заготовки останется достаточно материала для достижения точных и точных размеров обработки, требований к чистоте поверхности и допусков детали.

Припуск на обработку и допуск

Давайте сделаем небольшое отступление и поговорим о припуске на обработку и допуске.

В предыдущем разделе мы подчеркнули использование слова «преднамеренный», поскольку оно является основным отличительным фактором между часто сбивающими с толку понятиями допуска на обработку и припуска. Хотя допуск также зависит от того, сколько лишнего/меньше материала находится на заготовке, это не делается намеренно.

Скорее, он учитывает допустимую величину непреднамеренного изменения размеров заготовки. Это связано с тем, что невозможно достичь точных размеров детали, поэтому инженеры определяют допуски на обработку на станках с ЧПУ, чтобы дать производителям целевой диапазон, в котором они должны оставаться.

Почему важен припуск на обработку?

Оставлять припуски на обработку деталей важно по многим практическим причинам. В этом разделе обсуждаются причины, по которым это является распространенной инженерной практикой.

• Точность размеров :Оставление припусков на обработку деталей дает станочникам запас прочности при выполнении операций чистовой обработки. Используя такие параметры резки, как высокие скорости и малая глубина резания, они могут достичь высокой точности размеров при окончательной резке.
• Отделка поверхности :Как и в случае с точностью размеров, наличие дополнительного материала на поверхности заготовки позволяет станочникам контролировать качество поверхности во время чистовой резки.
• Контроль качества :Припуски на обработку также способствуют контролю качества в процессе обработки. Инженеры получают возможность контролировать качество продукции между черновыми и чистовыми циклами и соответствующим образом обновлять свои производственные планы, что приводит к меньшему количеству бракованных деталей.

Как рассчитать припуск на обработку?

Оставление припусков на обработку — это профессиональная инженерная практика, но какой припуск следует оставлять? Ответ на этот вопрос больше основан на опыте, чем на науке. Инженеры и техники учитывают несколько факторов при расчете соответствующих припусков на обработку детали.

Основными факторами являются следующие:

Производственный процесс

Производственный процесс, используемый для изготовления детали перед механической обработкой, дает много информации о том, насколько она «грубая». Например, при литье и ковке литые детали обычно менее точны по размерам и поэтому обычно требуют большего припуска на обработку - 2-5 мм. Для ковки она может составлять 1–3 мм из-за почти чистой формы.

Свойства материала

Материалы, которые склонны к изменениям размеров или несчастным случаям во время обработки, обычно требуют больших припусков на обработку. Таким образом, инженеры предпочитают иметь более высокий допуск на пластичные материалы. Например, алюминий более пластичен, чем нержавеющая сталь. Их соответствующие припуски на обработку для одной и той же геометрии могут составлять 1–2 мм и 0,5–1 мм соответственно.

Тип обработки

Черновые операции с удалением объемного материала требуют больших припусков на обработку, чем чистовые операции с более тонким резом. Возьмем, к примеру, операцию механической обработки лопаток турбины. При первоначальных черновых резах заготовки припуски на обработку большие (3-4 мм), но по мере продвижения процесса и формирования профиля лезвия для получистовых и чистовых резов могут использоваться меньшие припуски в диапазоне 0,5-1 мм.

Допуск/Отделка

Детали с высокими требованиями к качеству (жесткие допуски, чистая поверхность) обычно планируются с большим количеством припусков, чтобы гарантировать возможность исправления незначительных отклонений во время финальных проходов.

Формула припуска на обработку

Хотя не существует фиксированной формулы для расчета припусков на обработку, общие рекомендации, учитывающие основные факторы, могут быть следующими:

Припуск на обработку =изменение поверхности + запас доступа к инструменту + буфер требований к чистовой обработке

Давайте рассмотрим пример приведенного ниже технического чертежа и сделаем приблизительный расчет припуска на обработку. Предполагая, что деталь будет изготовлена из алюминия, вполне подойдет консервативный припуск в размере 0,5–1 мм, учитывая ее простую геометрию и отсутствие требований к допускам по основным размерам.

Однако для позиционирования отверстия могут потребоваться большие припуски. Имеется допуск на положение (±0,05 мм) и односторонний допуск на диаметр отверстия (+0,1 – +0,3 мм); припуск на изменение поверхности может составлять 0,5 мм. Проблем с доступом к инструменту нет, поэтому припуск можно игнорировать. Однако нам нужно, чтобы отверстие было гладким, и мы можем использовать чистовые операции с развертыванием или полировкой. Таким образом, буфер требований к отделке может составлять 0,1 мм.

Следовательно, припуск на обработку для позиционирования и сверления отверстия составит:

Припуск на обработку =По умолчанию (0,5) + Отклонение поверхности (0,5) + Буфер требований к чистовой обработке (0,1) =1,1 мм

Общие проблемы при управлении припусками на обработку

Припуски на обработку являются важным промежуточным процессом в механической обработке, и правильное управление ими имеет решающее значение для успешного производства. Механические цеха могут столкнуться со следующими проблемами при управлении припусками на обработку:

Перерасход

Оставление припусков на обработку является безопасным инженерным подходом, и в проектах с высоким риском можно превысить допустимое значение детали. Этот дополнительный припуск приводит к ненужным тратам энергии и материалов, износу инструментов и увеличению времени производства.

Недостаточное количество разрешений

Точно так же инженеры могут недооценивать детали, пытаясь отдать приоритет эксплуатационной эффективности. Это также проблематично, поскольку может не остаться достаточно материала для надлежащего контроля допуска или качества поверхности. В результате это может привести к переделке или браку детали.

Сложные геометрические элементы

Припуск на обработку легко определить для простой призматической или цилиндрической геометрии, но это довольно сложно для деталей со сложным профилем или поднутрениями. Для реализации таких функций инженерам необходимо назначать локализованные припуски на обработку и использовать передовые решения CAD/CAM.

Существенные несоответствия

Определение припуска на обработку в значительной степени зависит от материала, но обычно наблюдаются небольшие различия в свойствах материала в разных партиях, марках и направлениях. Эти несоответствия усложняют управление припусками на обработку в высокоточных отраслях.

Износ инструмента

Режущие инструменты со временем изнашиваются, и это может изменить количество удаляемого материала. Это может быть проблематично при работе с припусками на обработку, поскольку размеры детали становятся переменными.

Состояние станка

Точность станков с ЧПУ со временем ухудшается. Это делает их непредсказуемыми при соблюдении жестких допусков, что затрудняет управление припусками на обработку в цехе.

Оставление припусков на обработку — это практика, которая помогает добиться лучшего качества детали за счет обеспечения точности размеров, лучшего контроля над чистотой поверхности и лучшего управления процессом резки. Также требуется практический опыт, чтобы решить, какие припуски на обработку использовать, поскольку они зависят от таких факторов, как свойства материала, геометрия и требования к качеству.

Как припуск на механическую обработку влияет на стоимость производства?

Припуск на механическую обработку напрямую влияет на себестоимость продукции. Точные операции механической обработки с жесткими допусками требуют особого внимания и времени и повышают вероятность брака детали. Эти требования увеличивают себестоимость продукции.

Влияет ли температура на припуск на обработку?

Разница температур во время обработки может привести к термическому расширению/сжатию материалов, что, в свою очередь, может отрицательно повлиять на припуск на обработку.

Связана ли качество поверхности с припуском на обработку?

Как правило, компоненты, требующие высокого качества обработки поверхности, также имеют небольшие припуски на обработку, поскольку оба атрибута связаны с высокой точностью. Например, посадочные места подшипников имеют как жесткие допуски, так и чистую поверхность.