Моргунов В.Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку

Министерство образования и науки Российской Федерации

Пензенский государственный университет

В. Н. Моргунов

Основы конструирования отливок.

Параметры точности и припуски

на механическую обработку

Допущено УМО по университетскому политехническому

образованию для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению 651400 «Машиностроительные

технологии и оборудование» специальности 120300

«Машины и технология литейного производства»

Наградной

логотип

вуза

Издательство

Пензенского государственного

университета

Пенза 2004

УДК 627.1.002.237

М79

Р е ц е н з е н т ы :

Ученый Совет Пензенского научного центра

Главный металлург ОАО «Пенздизельмаш»

А. С. Белоусов

Моргунов В.Н.

М79 Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на

механическую обработку: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004.–

164 с.: 21

ил., 39 табл., библиогр. 23 назв.

Проанализированы основные факторы, определяющие точность изготовле-

ния отливки, даны характеристики действующим параметрам и нормам, регла-

ментирующим точность отливки. Приведены методики классификации отливок

по их конструктивно-технологической сложности изготовления, выбору и назна-

чению норм точности и припусков на механическую обработку на этапе конст-

руирования.

Пособие подготовлено

на кафедре «Машины и технология литейного про-

изводства» Пензенского государственного университета и предназначено для

студентов, обучающихся по специальности 12.03.00 при изучении дисциплин

«Технология литейного производства» и «Основы конструирования отливок».

Будет полезно при разработке курсовых и дипломных проектов, связанных с

конструированием отливок и технологической оснастки.

УДК 627.1.002.237

университета, 2004

ВВЕДЕНИЕ

Современные машины и механизмы предъявляют повышенные

требования как к эксплуатационным характеристикам, так и к точно-

сти изготовления деталей. Все эти требования относятся и к отлив-

кам как заготовкам деталей. Повышение точности отливок снижает

их массу и соответственно объем работы металлообрабатывающих

станков, что является требованием современности, направленным на

энерго-

и ресурсосбережение.

В современных условиях автоматизированного производства де-

талей из отливок, когда их размеры при механической обработке по-

лучаются «автоматически» на предварительно настроенных станках,

большое значение имеют размерная точность отливок, а также на-

значенные литейные уклоны и припуски на механическую обработ-

ку. При большом разбросе размеров обрабатываемого элемента от-

ливки (т

. е. недостаточной размерной точности) и неоправданно за-

вышенных литейных уклонах могут возникать значительные колеба-

ния размеров готовой детали, что является следствием закона «копи-

рования» или значительных упругих деформаций системы станок–

деталь при автоматизированной механической обработке отливки.

Это подтверждает необходимость обратить особое внимание вопро-

сам назначения параметров точности и припусков на

механическую

обработку при конструировании отливки.

В современной учебной и технической литературе имеется доста-

точно много материала по нормам точности отливок и назначению

припусков на механическую обработку. Однако данная тематика ра-

зобщена, многие положения и методики расчетов, приведенные в

литературе, устарели и не соответствуют требованиям действующих

стандартов, технических условий и т. п

Настоящее учебное пособие рассматривает действующие руково-

дящие и нормативные положения и требования к конструированию

отливок во взаимосвязи с требованиями к точности их изготовления

и выбору значений припусков на механическую обработку. Большое

внимание в учебном пособии уделено методике выбора и назначения

параметров и норм точности при конструировании отливок, а также

методике расчета и назначения припусков на механическую обра-

ботку с учетом соотношения норм точности детали и

отливки. Учеб-

ное пособие содержит достаточный справочный материал, позво-

ляющий произвести выбор и назначение оптимальных норм точно-

сти и припусков на механическую обработку в зависимости от вида

окончательной механической обработки, степени точности станочно-

го парка и выбранного способа литья, что необходимо при разработ-

ке конструкции отливки.

1. Точность изготовления отливок

1.1. Особенности изготовления отливок

как заготовок деталей

Основными заготовками служат: прокат, поковка, штамповка,

сварное изделие, отливка и т. п. Деталь, изготовленная из отливки,

называется литой деталью. Следует отметить, что каждый тип заго-

товок имеет свою технологию изготовления с присущими только им

определенными достоинствами и недостатками. Например, поковки,

штамповки и прокат имеют более высокие механические свойства,

чем отливки

, так как технология их изготовления включает, как ми-

нимум, два металлургических передела:

- изготовление заготовки (болвана) заливкой жидкого сплава в

специальные формы;

- пластическая деформация заготовок (болванов) в горячем или

холодном состоянии под действием сжимающих нагрузок (давления

или ударных нагрузок).

Использование пластической деформации под нагрузкой устраня-

ет многие литейные пороки

в структуре сплава заготовки, что повы-

шает механические свойства данных заготовок. Но, с другой сторо-

ны, штамповки, поковки и прокат почти невозможно получить из

хрупких сплавов, что ограничивает их применение.

Литье позволяет обеспечить наибольшую степень приближения

геометрических форм заготовки (отливки) и детали. Это одно из

главных преимуществ литья. Только литьем можно

изготовить

сложные по конфигурации заготовки с высоким КИМ. Литьем полу-

чают заготовки практически из любого сплава массой от нескольких

граммов до сотен тонн и размерами до десятков метров. Иногда де-

таль можно изготовить только литьем (сложную по конфигурации,

больших габаритов, из сплава с высокой твердостью и т. п.). Этим

объясняется

широкое распространение литья в различных отраслях

производства.

Экономичность изготовления деталей из различных заготовок

можно оценить коэффициентом использования металла (КИМ) и

трудоемкостью изготовления (чел.-час/т). КИМ определяют как

отношение массы готовой детали (М

) к массе исходного сплава, ис-

пользуемого для изготовления заготовки (М

). Средние значения

КИМ у поковок и штамповок находятся в пределах – 0,42–0,43, а у

отливок и сварных заготовок значительно выше – 0,53–0,55. Трудо-

емкость изготовления отливок в большинстве случаев наименьшая –

120; у сварных заготовок – 130; у штамповок – 194; у поковок – 245.

Главной особенностью изготовления литых деталей является то,

что все их свойства (физические, химические, механические и др.)

формируются

только при одном металлургическом переделе – при

заливке жидкого сплава в литейную форму и его кристаллизации в

ней. Только термическая обработка отливок в какой-то мере улучша-

ет их механические свойства. Формирование отливки в литейной

форме происходит при фазовых превращениях сплава в процессе его

охлаждения. Фазовые превращения сопровождаются усадочными

явлениями, перекристаллизацией,

ликвацией, возникновением внут-

ренних напряжений, газовыделением и пр. Все эти металлургические

явления способствуют образованию различных литейных дефектов,

которые в значительной степени снижают свойства отливки и соот-

ветственно литой детали. Большое влияние на формирование тех или

иных свойств отливки оказывают:

- сложность самой ее конструкции, ее габаритные размеры, зна-

чение ее массы

, толщина стенок ее конструктивных элементов и пр.

(сложнее литая деталь – сложнее литейная форма – увеличение веро-

ятности образования дефектов);

- способ литья и правильность выбора литниково-питающей

системы;

- качество материала литейной формы, ее прочность, газотвор-

ность, газопроницаемость, податливость, стойкость к химическому

взаимодействию с расплавом и пр.;

- скорость охлаждения отливки

в форме, правильность выбора

направленности ее кристаллизации (применение принудительного

охлаждения, холодильников, подогрева и пр.);

- качество литейного сплава, его литейные свойства;

- правильность выбора способа, температуры и скорости залив-

ки сплава в литейную форму.

Другими словами, технология изготовления отливки в значитель-

ной мере формирует и определяет ее качество, а значит, и качество

литой детали. Несовершенство конструирования литой детали и не-

правильность выбора способа литья ведут к образованию значитель-

ных припусков на

механическую обработку. Это вызывает создание

излишнего станочного парка, инструментария, технологической ос-

настки, производственных площадей и пр. Причем все это направле-

но на перевод металла в стружку. Также известно, что при литье по-

верхностный слой отливки имеет более мелкозернистую структуру

повышенной твердости, а механической обработкой этот слой сни-

мается. Чем больше

предусмотрен припуск на механическую обра-

ботку, тем больше снимается упрочненный поверхностный слой.

Именно здесь большие резервы повышения эффективности произ-

водства и решения таких его задач, как обеспечение качества отли-

вок и снижение до минимума значений припуска на механическую

обработку. Для решения этих задач применяют новые литейные

сплавы с повышенными механическими и

литейными свойствами,

внедряют современные, более качественные технологические про-

цессы изготовления литейных форм и т. п. Однако без обеспечения

технологичности конструкции литой детали наиболее полно решить

вопросы качества, повышения КИМ и снижения затрат на изготовле-

ние практически невозможно.

1.2. Основные факторы, определяющие точность

изготовления отливок

Специфической особенностью изготовления отливок является

сложность процессов формирования их конфигурации и размеров. В

простейшем случае точность отливки определяется точностью вы-

полнения таких технологических операций, как изготовление модели

и стержневого ящика, изготовление литейной формы и стержня,

сборка формы, плавка сплава, заливка сплава в форму, затвердевание

и охлаждение отливки в форме, выбивка

и термообработка отливки.

Количественным критерием точности является погрешность,

представляющая собой разность между действительным и норми-

руемым значениями параметров отливки:

∆ = П

– П

, (1)

где

– погрешность значения параметра отливки (размера, массы и

т. п.);

– действительное значение параметра отливки, полученное из-

мерением с определенной погрешностью;

– нормативное (требуемое) значение параметра, указанное на

чертеже отливки (номинальные размер, масса и т. п.).

Погрешности, в общем случае, делятся на систематические и слу-

чайные. Под систематической погрешностью понимается такая по-

грешность, которая имеет постоянное значение для всей рассматри-

ваемой партии отливок (например, из-за увеличения размера моде-

ли). Под случайной

погрешностью понимается такая погрешность,

которая является непостоянной как по величине, так и по знаку. Слу-

чайные погрешности возникают вследствие одновременного дейст-

вия большого количества не зависящих друг от друга факторов (на-

пример, случайная погрешность размера от деформации модели, ко-

лебания значения усадки металла, колебания температуры заливае-

мых форм и т. п

.).

Следует отметить, что факторы, влияющие, например, на разброс

размеров отливки, отличаются от факторов, вызывающих рассеива-

ние размеров деталей при их обработке резанием. Многие факторы,

вызывающие погрешности отливок, предопределены не на стадии их

изготовления, а на более раннем этапе подготовки производства, на-

пример, при проектировании и изготовлении литейной оснастки.

Влиять на

данные факторы с целью регулирования погрешности на

стадии изготовления отливок уже невозможно. Для уменьшения по-

грешностей, зависящих от данных факторов, необходимо более гра-

мотно подходить к стадиям подготовки производства (проектирова-

ния, изготовления оснастки и т. д.). При обработке резанием влияние

любого из факторов, вызывающих рассеивание, может регулировать-

ся непосредственно в процессе

изготовления деталей (подбор соот-

ветствующего оборудования, вида и геометрии режущих инструмен-

тов, режимов резания и т. п.).

Для обеспечения более жестких требований к точности отливок

необходимо установление определенных норм точности на все ос-

новные средства литейного производства – материалы, литейную

оснастку, литейное оборудование и т. д. При этом основными факто-

рами, влияющими на точность изготовления отливки, являются:

- точность изготовления литейной формы и стержней;

- размеры зазоров между

разъемными частями литейной формы

(прессформы);

- износ литейной оснастки (модельного комплекта, кокиля,

прессформы и т. д.);

- взаимное смещение разъемных частей литейной формы;

- колебание расчетной усадки при формировании отливки в

форме.

Многочисленность факторов, влияющих на точность, показывает,

что в процессе изготовления отливок любым способом литья всегда

возникают погрешности значений

всех их параметров, т. е. возник-

новение погрешностей – явление вполне закономерное. Но не всякая

погрешность является допустимой. Допустимая погрешность назы-

вается допуском.

Любые элементы литейной формы, оформляющие отливку, про-

ходят стадию изготовления и соответственно должны иметь какой-то

допуск отклонения размеров (∆

), а размеры отливок, как минимум,

должны иметь разброс на величину поля допуска изготовления ли-

тейной формы (∆

В процессе производства отливок обязательно происходит износ

модельного комплекта, пресс-форм, кокилей и т. д., что также вызы-

вает отклонения размеров отливки (∆

Зазоры в подвижных частях литейной формы вызывают разброс

размеров отливки (∆

). Чем больше подвижных частей, тем больше

разброс размеров (∆

Любой разъем формы или модели приводит к смещению различ-

ных частей относительно друг друга, что вызывает отклонение раз-

меров отливки (∆

см

Практика показывает, что усадка одного и того же конструктив-

ного элемента отливок, залитых в одну и ту же форму сплавом одно-

го состава, имеет различное значение, т. е. присутствует разброс в

значениях усадки (∆

). Размер этой погрешности зависит:

- от способа литья и применяемых материалов для изготовления

литейных форм;

- от характера конструктивных элементов отливки;

- от литейных свойств сплава;

- от колебаний температуры формы и жидкого сплава перед за-

ливкой, а также скорости охлаждения отливки в форме и времени ее

извлечения.

Все факторы,

вызывающие погрешности в изготовлении отливки,

тесно связаны со способом литья. Способ литья в той или иной мере

определяет значимость данных факторов и, соответственно, значение

погрешностей изготовления. Поэтому определяющим фактором раз-

мерной точности и точности поверхности является способ литья.

В табл. 1 для сравнения приведены значения размерной точности и

точности поверхности отливок

, получаемых основными способами

литья.

Таблица 1

Точность отливок при разных способах литья

Размерная точность Точность поверхности

Способ

литья

Классы размерной

точности

(ГОСТ 26646)

Квалитеты

(ГОСТ

25346)

Степени точ-

ности

(ГОСТ

26646)

Шероховатость

по Rz

(ГОСТ 2789)

3т–9 14–12 2–11 80–3,2

ВМ 4–11 15–12 3–13 80–10

черное

цветное

5–13

5т–13т

16–12

15–12

5–14

4–13

320–40

160–20

ПГФ 7т–16 18–16 7–22 320–40

Для каждого способа литья характерен ряд факторов, влияющих

на размерную точность отливок. Например, при литье в металличе-

ские формы (литье под давлением, в кокиль и т. д.) на точность отли-

Моргунов В.Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку

Подождите немного. Документ загружается.