Методы обеспечения точности обработки деталей

Точностью обработки детали называют степень ее приближения к геометрически правильному прототипу. Например, как оценить, точно или неточно изготовлен шатун (рис 1.2).



Очевидно, что абсолютно точно изготовить деталь практически невозможно, поэтому за меру точности принимают допустимые отклонения размеров; взаимного расположения поверхностей и формы от идеальных.

Ниже перечислены показатели точности соответствия реальной детали своему идеальному прототипу, номиналу:

• 1) точность размеров деталей, т.е. расстояний между двумя точками или линиями на поверхности, определяемая отклонением фактических размеров от номинальных;
• 2) точность взаимного расположения поверхностей, определяемая техническими требованиями ;
• 3) точность формы поверхностей детали, характеризуемая следующими тремя видами отклонений (рис. 1.3):
• макрогеометрические отклонения, т.е. отклонения реальной формы в пределах габаритных размеров детали;
• волнистость, т.е. отклонения в пределах малых участков протяженностью 1...10 мм;
• микрогеометрические отклонения (микронеровности, или шероховатость), т.е. отклонения реальной поверхности в пределах очень малых участков с длиной менее 1 мм (Rz, Ra).

Каждый из показателей точности определяется допуском, и между этими допусками существует следующее соотношение:



Ссылка на источник — сайт Ladaman.ru

где δ_р — допуск на размер; δ_р.п — допуск на расположение поверхностей; δ_макр — допуск на отклонения макрогерметрических параметров поверхности; δ_ш — допуск на шероховатость.

Пример. Рассмотрим эскиз, в котором имеются ошибки (рис. 1 4). Срисуйте эскиз и исправьте имеющиеся ошибки.



Допуски на все показатели точности детали и машины обычно подразделяются на две части (рис. 1.5):

• 1) допуск на изготовление детали машины S_max;
• 2) допуск на износ детали машины во время ее эксплуатации с S_экспл.

Величина допуска S_экспл на износ, например, пары трения оценивается по формуле:



где С_пред — предельный (максимально допустимый) зазор в данном стыке; S_min — минимально допустимый зазор; δ_о и δ_в — допуски на изготовление соответственно отверстия и вала.

Долговечность работы стыка деталей:



где G_о и G_в — скорости изнашивания соответственно детали с отверстием и вала. Как следует из формул (1.1) и (1.2), основными направлениями повышения долговечности являются:

• увеличение значения S_экспл за счет уменьшения δ_о и δ_в;
• уменьшение G_о и G_в, например, за счет применения более износостойкого покрытия или упрочнения поверхностей.

Теперь рассмотрим причины возникновения погрешностей при механической обработке, влияющих на точностные параметры деталей.



1. Неточность геометрических параметров станка и износ его узлов (Δ_г). Если исходное биение шпинделя токарного станка 5 мкм, а износ подшипников достиг 10 мкм, то из-за возможного перехода от жидкостного трения в подшипнике к сухому погрешность может возрасти до 15 мкм.

Следует учитывать, что передняя направляющая токарного станка изнашивается примерно в 5 раз больше, чем задняя. Годовой износ передней направляющей при двухсменной работе составляет 0,04...0,05 мм в единичном и 0,1...0,12 мм — в массовом производстве.

2. Неточность изготовления инструмента (Δ_изг). Наличие погрешности в изготовлении, например, резьбового или модульного инструмента, развертки или протяжки непосредственно отразится на точности деталей.



3. Износ инструмента (Δ_и). Во всех случаях процесс изнашивания протекает в три этапа. Первый характеризуется повышенным износом, второй — нормальным и третий — быстрым (ускоренным или катастрофическим) износом с последующим возможным разрушением инструмента. Для определения величины износа U_x инструмента после обработки х деталей, непосредственно влияющего на погрешность при точении, используется уравнение, основанное на зависимости износа от пути резания, приведенной на рис. 1.6:





где U_н — износ на начальном этапе; U_отн и U₂ — относительный износ после обработки х деталей и по завершении второго этапа; l_х — путь, пройденный инструментом за время обработки х деталей.

Пути уменьшения периодическая подналадка станка; принудительная смена инструмента и непрерывная правка шлифовальных кругов (что осуществляют на ВАЗе); применение более износостойкого инструмента и т.п.

4. Нежесткость упругой системы ДИСП (деталь—инструмент—станок—приспособление) (Δ_упр). Эта причина вызывает такие погрешности формы, как бочкообразность и конусность (рис. 1.7).





Жесткость J, Н/мм, системы ДИСП равна отношению силы резания Р_у к величине деформации у в точке приложения этой силы:



а податливость W, мкм/Н, системы ДИСП — это величина, обратная J:



В свою очередь, погрешность, мкм, возникающая вследствие упругости системы ДИСП, равна:



Для примера приведем некоторые данные о жесткости, кН/мм, токарных станков с высотой центров 300 мм: у передней бабки J=150, у задней бабки — 75, у суппорта — 200.



У старых, изношенных станков значение J в 2—3 раза меньше, чем у новых.

Пути снижения погрешности Δ_упр: поджим детали задним центром, применение подвижных и неподвижных люнетов.

5. Погрешность настройки станка (Δ_н). Эта погрешность возникает, например, при настройке на размер по лимбу ручки подачи и составляет 30...50% цены деления на лимбе, а также при смещении оси заднего центра относительно оси шпинделя в вертикальной или горизонтальной плоскости.

6. Температурный фактор (Δ_т). Рассмотрим три причины возникновения погрешности вследствие температурной деформации отдельных составляющих при работе системы ДИСП.

Нагрев инструмента рассмотрим на примере, приведенном на рис. 1.8, а, когда вылет резца l=50 мм, средняя температура нагрева этой части Δt_ср=80°C (353 К), а коэффициент линейного расширения материала резца α=1,2·10^-5 К⁻¹.





После подстановки этих данных в формулу:



получим величину Δl=0,05 мм и погрешность размера детали 0,1 мм.

Нагрев детали происходит в зоне контакта с инструментом (рис 1.8, б). Поскольку 3...10% теплоты при резании переходят непосредственно в поверхностный слой детали, последний расширяется и удаляется в виде стружки, что приводит к соответствующему уменьшению диаметра после охлаждения детали. На начальном участке обработки (Н), когда деталь не нагрелась, имеем наибольший диаметр, в средней части (С) повышение температуры и съем металла равномерные, а в конце резания (К) сток тепла через торец детали резко снижается, что приводит к расширению металла, поэтому диаметр этого участка детали оказывается наименьшим.

Неравномерный нагрев отдельных узлов станка связан с влиянием различных факторов, например постоянного теплового потока, возникающего в результате металлообработки, или внешнего источника теплоты (батарея, солнечные лучи и т.п.). Пути снижения влияния этих факторов: интенсивное охлаждение зоны резания, инструмента и приспособления; своевременная смазка трущихся частей станка; достаточное удаление станка от внешних и внутренних тепловых источников.

7. Неравномерность распределения остаточных напряжений (Δ_о.н) При неравномерном охлаждении нагретой детали в ней возникают внутренние остаточные напряжения первого рода, которые приводят к се деформации. Далее, при последующей механической обработке, когда снимаются слои металла с остаточными напряжениями разного знака, деталь будет деформироваться вследствие перераспределения этих напряжений. Для устранения данной погрешности необходима высококачественная термообработка или термообработка детали, закрепленной в стапеле.

8. Погрешность установа детали (ε_у). Эта погрешность включает в себя три составляющие: погрешность базирования (ε) и закрепления (ε_з) детали, а также погрешность приспособления (ε_пр), связанную в основном с базированием. Подробно вопросы базирования деталей рассмотрены в следующем подразделе.

Теперь, учитывая все возможные причины, способные вызвать погрешность, составим общее выражение для расчетно-аналитической оценки погрешности при изготовлении деталей:



На практике расчетно-аналитический метод оценки точности обработки деталей используется в основном в серийном и массовом производстве. В авторемонтных организациях (АРО) применяется, как правило, опытно-статистический метод.