Критическая роль припуска на обработку для достижения точной обработки

При постоянно растущих требованиях к качеству деталей много усилий вкладывается в поиск методов улучшения качества, но игнорируется влияние припуска на обработку в процессе. Считают, что наличие припуска не сильно влияет на качество. На практике механической обработки установлено: припуск напрямую влияет на качество продукции.

Если припуск слишком мал — трудно устранить остаточные ошибки формы и положения и дефекты поверхности предыдущей операции. Если слишком велик — увеличивается объем обработки, расход материала, инструмента, энергии. Серьезнее: тепло от резания большого припуска деформирует деталь, усложняет обработку и ухудшает качество. Поэтому припуск необходимо строго контролировать.

Понятие припуска на обработку

Припуск на обработку — толщина металлического слоя, снимаемого с обрабатываемой поверхности. Делится на операционный и общий. Операционный припуск — толщина слоя, снимаемого с поверхности за один переход, равен разнице размеров до и после перехода. Общий припуск — суммарная толщина слоя, снимаемого с данной поверхности за весь процесс от заготовки до готовой детали, разница размеров заготовки и детали на одной поверхности. Общий припуск равен сумме операционных припусков.

Из-за неизбежных ошибок изготовления заготовки и размеров переходов оба припуска — переменные величины, существуют минимальный и максимальный припуски. Диапазон вариации операционного припуска (разница макс. и мин.) равен сумме допусков предыдущего и текущего перехода. Поле допуска операционного размера обычно задается в направлении входа детали. Для валов основной размер — макс. операционный размер, для отверстий — мин. операционный размер.

Влияние припуска на точность обработки

1. Влияние избыточного припуска на точность

При обработке неизбежно выделяется резащая теплота. Часть уходит со стружкой и СОЖ, часть — к инструменту, часть — к детали, повышая её температуру. Температура тесно связана с припуском. Большой припуск → дольшее черновое резание, большие режущие режимы → накопление тепла и рост температуры детали. Главный вред нагрева — термическая деформация, особенно для материалов, чувствительных к температуре (нержавейка). Эта деформация проходит через весь процесс, усложняя обработку и ухудшая качество.

Пример: обработка тонких валов (винтов). Степень свободы по длине ограничена из-за схемы «один к одному». При перегреве происходит термическое расширение. Когда удлинение блокируется, деталь изгибается под действием напряжений — проблемы для последующих операций. Нагретая деталь изогнулась. Если продолжить обработку, выступающую часть сработают до готовности. После охлаждения под действием напряжений возникает обратная деформация — ошибки формы и положения, брак. Расширение по диаметру — увеличенная часть срезается, после охлаждения — цилиндричность и размерные ошибки. При шлифовке точных винтов термическая деформация вызывает ошибку шага.

2. Влияние слишком малого припуска на точность

Припуск не должен быть ни слишком большим, ни слишком малым. Малый припуск не устраняет остаточные геометрические допуски и дефекты поверхности предыдущего перехода — ухудшает качество. Для обеспечения качества минимальный операционный припуск каждого перехода должен удовлетворять базовым требованиям предыдущего перехода.

Для разных деталей и переходов значения и формы ошибок различаются. При определении операционного припуска подход должен быть дифференцированным. Пример: тонкий вал легко изгибается, ошибка прямолинейности образующей превышает допуск диаметра — операционный припуск увеличивают. Для операций с плавающим расточкой, локализующейся по обрабатываемой поверхности, ошибку установки можно игнорировать — припуск уменьшают. Для финишных операций, цель которых — снижение шероховатости, припуск зависит только от шероховатости.

Рациональный выбор припуска на обработку

1. Принципы назначения припуска

Выбор припуска связан с материалом, размерами, классом точности и методом обработки — определяется конкретно. Обязательные принципы:

1. Минимальный припуск для сокращения времени и стоимости обработки.
2. Достаточный припуск, особенно на последнем переходе, для обеспечения точности и шероховатости по чертежу.
3. Учитывать деформацию от термообработки деталей, иначе возможен брак.
4. Учитывать метод обработки, оборудование и возможную деформацию при резании.
5. Учитывать размер детали: чем больше деталь, тем больше припуск. С ростом размеров растет вероятность деформации от резащих сил и внутренних напряжений.

2. Методы определения припуска

2.1 Экспертно-оценочный метод

Распространен в производстве. Определение припуска на опыте технологов или по аналогии с похожими деталями. Пример: припуски на вал руля, шток руля, промежуточный вал, кормовой вал судов определяются по многолетнему опыту. Учитывая важность детали, большой объем и напряжения в ковке: после чернового точения оставляют 6 мм на получистовое, после получистового — 3 мм на чистовое, после чистового — 1 мм на шлифовку. Чтобы избежать брака от недопуска, экспертные припуски обычно завышены. Метод для единичного и мелкосерийного производства.

2.2 Метод по таблицам с корректировкой

Определение припуска по накопленным производственным и экспериментальным данным с корректировкой под реальные условия. Широко применяется. Таблицы 1 и 2 — припуски для подшипниковых деталей после чернового, получистового точения и шлифовки.

2.3 Аналитико-расчетный метод

Определение припуска путем анализа и комплексного расчета всех факторов по испытательным данным и формулам. Припуск точный, экономичный, обоснованный, но требует накопления массива данных. Менее нагляден и прост, чем предыдущие, поэтому редко используется.

Резюме

В реальном производстве способы изготовления многих деталей определяются временно, напр.: нержавеющая втулка из центробежной заготовки сваривается после прокатки листа; крышка кулера, база мотора, корпус редуктора из литья заменяются сварными. Много неопределенностей, ошибки формы трудно предсказать. Три описанных метода не применимы к таким деталям, припуск можно определить только гибко в процессе реального изготовления.