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

Подождите немного. Документ загружается.

вок наибольшее влияние оказывают точность изготовления форм и

стержневых ящиков, постоянство толщины защитных покрытий ра-

бочих поверхностей форм, число разъемов формы и плотность со-

пряжения ее отдельных частей, температура формы при заливке, по-

стоянство усадки сплава и др. На точность изготовления отливок в

песчаных формах главным образом влияют точность изготовления

модельной

и стержневой оснастки, а также способ изготовления

формы: на машинах, вручную, сырая или сухая форма и т. д. При ли-

тье в оболочковые формы точность размеров отливок зависит от

точности изготовления модельной оснастки, способов крепления по-

луформ при сборке и заливке форм (в жакетах с опорным материа-

лом или без

него) и т. д. При литье по выплавляемым моделям точ-

ность размеров отливок зависит от материала пресс-формы и точно-

сти ее изготовления, модельного состава, состава керамического по-

крытия, способа формовки оболочек перед заливкой и некоторых

других факторов.

С возрастанием сложности и габаритных размеров точность

отливок уменьшается, так как уменьшаются

точность изготовления

литейных форм и литейной оснастки, а также стабильность темпера-

турных режимов при затвердевании и остывании отливки.

В табл. 2 приведены значения точности чугунных отливок в ус-

ловных баллах в зависимости от габаритных размеров и сложности

при их изготовлении литьем в песчаные одногнездовые формы.

Таблица 2

Точность (в условных баллах) чугунных отливок

в зависимости от сложности и габаритных размеров

Группа сложности отливки

Максимальный габаритный

размер (мм)

1–2 3–4 5–6

до 50 1,0 1,25 1,6

50–200 1,25 1,6 2,0

200–500 1,6 2,0 2,5

500–2000 2,0 2,5 3,15

П р и м е ч а н и е. При оценке точности в условных баллах за единицу принята

достижимая точность отливок 1–2 группы сложности с размерами до 50 мм.

Из табл. 2 видно, что наивысшую точность имеют небольшие от-

ливки простой геометрической формы; наименьшая точность прису-

ща сложным отливкам с большими габаритными размерами. В этом

случае погрешности увеличиваются более чем в три раза по сравне-

нию с простыми и мелкими отливками.

Если в одной форме изготавливается несколько отливок, то точ-

ность

каждой из них снижается. Для оценки точности таких отливок

можно принять, что габаритный размер каждой из них равен сум-

марному габаритному размеру всех отливок, изготавливаемых в од-

ной форме.

1.3. Нормирование точности изготовления отли-

вок

1.3.1. Необходимость нормирования точности

Под точностью отливки понимают степень соответствия ее

геометрических и массовых параметров тем параметрам, которые

заданы на ее изготовление при конструировании.

С точки зрения конструкции отливки определенная точность ее

изготовления необходима:

- в первую очередь для обеспечения функционального назначе-

ния литой детали, выполненной из данной отливки;

- во вторую очередь для

снижения затрат (материальных, энер-

гетических и трудовых) на обработку при изготовлении из нее дета-

ли.

Другими словами, точность отливки должна назначаться и иметь

граничные значения.

С точки зрения технологии изготовления отливки, ее точность –

это фактически полученная точность. Ее значения в той или иной

мере зависят от назначенной технологии изготовления. Поэтому при

разработке технологии необходимо добиваться того, чтобы фактиче-

ская точность при изготовлении отливки достигала назначенной точ-

ности.

Повышение точности изготовления отливок является важным ме-

роприятием по снижению трудоемкости, энергоемкости и материа-

лоемкости изготовления литой детали. Точность изготовления от-

ливки можно оценить коэффициентом использования металла заго-

товки (КИМ

), который определяют как отношение массы готовой

детали (М

) к массе отливки (М

КИМ

= М

/М

. (2)

Наибольший эффект повышения точности, когда КИМ

стремится

к единице, т. е. для изготовления детали отливка подвергается только

зачистной операции или обработка резанием сведена до минимума. В

настоящее время на снятие стружки при механической обработке

может затрачиваться до 20 % массы отливки, т. е. припуск на меха-

ническую обработку является одной из характеристик точности

отливки, точнее сказать является мерой

точности отливки.

Необрабатываемые конструктивные элементы отливки обязаны

иметь точность, которая указана на эти элементы в чертеже литой

детали. Здесь следует отметить, что некоторые способы литья обес-

печивают достаточно высокие чистоту поверхности и размерную

точность отливок. Так, способы литья под давлением, по выплавляе-

мым моделям, в кокиль позволяют получать отливки с

размерной

точностью, соответствующей 12–15 квалитетам, и чистотой по-

верхности, соответствующей Rа 6,3 – Rа 3,2.

Точность отливки необходима для определения оптимальных

операций обработки ее резанием, особенно на автоматизированных

обрабатывающих комплексах. Значительное колебание размеров от-

ливки приводит к бесконечным переналадкам или поломке обраба-

тывающего инструмента.

Точность отливки необходима для нормирования объемов меха-

нической обработки и назначения

обоснованных припусков на меха-

ническую обработку. Только четкое соизмерение точности отливки с

точностью литой детали позволяет произвести обоснованное назна-

чение припусков (здесь следует отметить, что допуск на отклонение

размеров или формы отливки является составляющей величиной

припуска, увеличивая или уменьшая его).

Точность отливки необходима для обеспечения надежности рабо-

ты литых деталей,

особенно тех, которые имеют значительные ско-

рости и ускорения при движении (соизмерение точности массы и сил

инерции, прочностных свойств поверхностного слоя стенки и при-

пуска на механическую обработку).

Повышение точности массы отливок позволяет экономить металл

при их изготовлении, снизить массу машин и обеспечить их одно-

родность по массе, а также увеличить прочность, надежность и эко-

номичность машин

в работе.

Требования по точности массы устанавливаются в зависимости от

назначения отливок и определяются допустимыми верхними откло-

нениями массы. Высокие требования по точности массы (3 %)

предъявляются к таким деталям машин, как маховики и шкивы;

средние (3–6 %) – к деталям машин, предназначенным для движения

(автомобили, вагоны) низкие (6 % и более) – к деталям машин, уста-

навливаемым

неподвижно (станины станков).

1.3.2. Параметры точности отливок

В целом точность оценивается двумя характеристиками: геомет-

рической и массовой точностями.

Геометрическая точность характеризуется такими параметрами,

как размерная точность, чистота поверхности, точность формы и

расположения поверхностей и т. д.

Массовая точность характеризуется количественным показате-

лем, в основном погрешностью массы относительно расчетного зна-

чения.

ГОСТ 26646–85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски

разме-

ров, массы и припуски на механическую обработку» определяет че-

тыре параметра точности отливок. Это размерная точность, точность

формы и расположения поверхностей, точность поверхности и точ-

ность массы. Для нормирования требуемых уровней точности отли-

вок устанавливаются классы и степени точности:

– для размерной точности установлено 22 класса размерной точ-

ности (1; 2; 3 т; 3; 4; 5 т

; 5; 6; 7 т; 7; 8; 9 т; 9; 10; 11 т; 11; 12; 13 т;

13 т; 13; 14; 15; 16);

– для точности формы и расположения поверхностей установлено

11 степеней коробления (от 1 до 11);

– для точности поверхности установлено 22 степени точности по-

верхности (от 1 до 22);

– для точности массы установлено 22 класса точности массы

(совпадают с классами размерной точности).

Чем выше численное значение класса или степени точности, тем

ниже точность отливки по перечисленным выше

четырем парамет-

рам точности.

Размерную точность и точность массы технолог-литейщик при

конструировании отливок обязан назначать всегда. ГОСТ 26646–85

разрешает не нормировать точность формы отливки и чистоту ее

поверхности.

Классы и степени точности нормируются определенными значе-

ниями отклонений (допусков), к ним относятся:

- допуск на отклонение размера конструктивного элемента от-

ливки;

допуск на отклонение формы и расположения поверхности

(допуск коробления);

- допуск на отклонение размеров неровностей поверхности от-

ливок;

- допуск на отклонение массы отливки от ее номинальной мас-

сы.

Допуск на отклонение размера (Д

) конструктивного элемента

определяет собой разность между допустимыми наибольшим и наи-

меньшим значениями его размеров во всей серии изготовленных от-

ливок данной конструкции (рис. 1).

= L

max

– L

min

Рис. 1. Допуск на

отклонение размера отливки

Определенный класс размерной точности ограничивает допуск на

отклонение размеров каким-то определенным значением.

К размерной точности относится также допуск смещения по разъ-

ему формы или стержня относительно его номинального расположе-

ния.

Допуск смещения по разъему формы (Д

СМ

) – это разность пре-

дельно допустимых отклонений размеров какого-либо конструктивного

элемента отливки, формирующегося в разных полуформах (рис. 2).

СМ

= δ

max

– δ

min

Рис. 2. Допуск смещения по разъему формы:

а – смещение влево; б – смещение вправо

Допуск на отклонение формы и расположения поверхности

(Д

) – это разность между предельно допустимыми отклонениями

положения элемента отливки относительно базы (рис. 3).

а б в

Рис. 3. Допуск на отклонение формы:

а – номинальное положение элемента;

б – положительное отклонение;

в – отрицательное отклонение

Разброс отклонений формы элементов отливки обусловлен: во-

первых, неточностью изготовления литейной формы; во-вторых –

термической обработкой отливки.

Каждое значение степени коробления ограничивает допуск на от-

клонение формы каким-то определенным значением.

Допуск на отклонение размеров неровностей поверхности

(Д

) – это разность между допустимыми максимальными отклоне-

ниями микронеровностей поверхности от номинальной поверхности

на фиксированной длине (рис. 4.).

= (+δ

max

) – (–δ

min

)

Рис. 4. Допуск на отклонение неровностей поверхности

Как правило, за фиксированную длину поверхности выбирают

длину всей проверяемой поверхности.

Определенному значению степени точности поверхности соответ-

ствует вполне определенное значение допуска на отклонение микро-

неровностей.

Допуск на отклонение массы отливки – это разность между до-

пустимыми максимальным и минимальным отклонениями массы от-

ливок данной конструкции при изготовлении всей их серии. Допуск

массы выражают в процентах от номинальной (расчетной) массы от-

ливки.

1.3.3. Технологические базы отливок

При определении размерных цепей литой детали и отливки, а

также норм (допусков) размерной и иной их точности необходимо

иметь точку размерного отсчета (базу). Поскольку данные точки от-

счета оказывают определяющее влияние на правильность назначения

норм точности и, самое главное, на точность изготовления детали

или отливки, то к их назначению предъявляются определенные тре-

бования.

Под термином «база» подразумевается совокупность поверхностей,

линий или точек, обеспечивающих требуемое взаимное расположение

конструктивных элементов и

поверхностей детали или отливки. Базы

разнообразны по своему назначению, но по комплексам схожих призна-

ков их можно объединить в четыре группы: конструкторские, измери-

тельные, сборочные и технологические (установочные).

Конструкторские базы служат для четкой ориентировки всех

конструктивных элементов детали относительно друг друга с опре-

деленными нормами точности исходя из функционального назначе-

ния детали. От конструкторских баз начинаются размерные цепи де-

тали и назначаются допуски на отклонения размеров и формы ее

конструктивных элементов.

Измерительные базы служат для отсчета размеров при измерении

конструктивных элементов детали или отливки на этапе их изготов-

ления или контроля. Назначение измерительных баз на отливках не-

обходимо также для разметки

и изготовления оснастки. Именно от

этих баз производятся все измерения при изготовлении и контроле

параметров точности моделей, стержневых ящиков, пресс-форм, ко-

килей и другой литейной оснастки. Правильность выбора измери-

тельных баз оказывает существенное влияние на точность изготов-

ления литейных форм и стержней, что, в конечном итоге, определяет

точность изготовления

отливок. В данном случае самый лучший ва-

риант назначения измерительных баз – это их совмещение с конст-

рукторскими базами. Однако технологические процессы изготовле-

ния отливки (в том числе моделей, оснастки, литейных форм и т. п.)

и ее последующей механической обработки часто не позволяют сде-

лать данное совмещение. Поэтому от квалификации инженера-

литейщика

зависит как точность назначения измерительных баз, так

и точность изготовления отливки.

Сборочная база детали определяет фактическую ее ориентацию с

другими деталями изделия. Несомненно, что наилучшим вариантом

будет совмещение сборочных, измерительных и конструкторских баз

детали, так как в данном случае обеспечивается наибольшая точ-

ность сборки изделия.

Технологические (установочные) базы служат для ориентиров-

ки обрабатываемых поверхностей отливки на какой-то операции ме-

ханической обработки. Технологические базы, назначаемые для ме-

ханической обработки отливок, можно подразделить на первичные

(черновые) и

вторичные.

Первичная (черновая) технологическая (установочная) база от-

ливки есть совокупность базовых поверхностей, линий или точек,

которые используются для первой установки отливки при ее меха-

нической обработке. Именно относительно первичных технологиче-

ских баз на первой операции механической обработки обрабатыва-

ются те поверхности отливки, которые при дальнейших операциях

обработки используются как базовые. Данные

базы называются вто-

ричными технологическими базами отливки.

Выбор первичных технологических баз отливки оказывает значи-

тельное влияние на точность изготовления литой детали в результате

механической обработки, а также на выбор операций обработки и их

количества. Выбор первичных технологических баз зависит как от

особенностей технологического процесса изготовления отливки (ка-

кой способ литья,

каким образом формируются поверхности отливки

и т. д.), так и от сложности и последовательности механической об-

работки отливки. Очень сложные отливки подвергаются большому

количеству операций механической обработки, но от литых поверх-

ностей их производится не более 2–3.

Места расположения технологических баз на отливках должны

быть согласованы со следующими параметрами литейной техноло-

гии

и технологическим процессом механической обработки:

- расположением разъемов формы, стержней и отъемных частей

модельной оснастки;

- величиной припусков на механическую обработку;

- расположением и размерами формовочных уклонов;

- местами расположения питателей и прибылей;

- приспособлениями для контроля отливок;

- технологическим процессом, типом приспособлений и конст-

рукцией зажимов при механической обработке.

Уже на стадии конструирования отливок необходимо учитывать

определенные требования, предъявляемые к технологическим базам,

исходя из параметров технологии изготовления, перечисленных вы-

ше. К этим требованиям можно отнести следующие:

При литейно-технологической проработке конструкции отливки:

- базовые места должны выполняться той

полуформой, в кото-

рой устанавливается основная часть стержней;

- линии разъема форм и стержней не должны пересекать базовые

плоскости;

- на вертикальных базовых плоскостях должны быть минималь-

ные формовочные уклоны;

- базовые места должны располагаться на отливке так, что их

при необходимости можно легко контролировать и механически об-

рабатывать непосредственно

в литейном цехе;

- на базовых поверхностях следы от выталкивателей и венти-

ляционных пробок должны быть только утопленные в тело отливки.

При технологической проработке конструкции отливки на этапе

ее механической обработки:

- базовые места должны располагаться вблизи основных обраба-

тываемых частей отливки;

- места зажима и фиксации детали на линии не

должны попадать

на обрабатываемые поверхности, но должны находиться в пределах

базовых мест.

Для обеспечения точности ориентировки и надежности закрепле-

ния отливки в приспособлении обрабатывающего станка технологи-

ческие базы должны иметь достаточные размеры, максимально воз-

можную точность и чистоту поверхности (особенно постоянство вза-

имного расположения с другими поверхностями отливки).

При выборе

технологических баз на отливках, изготавливаемых в

песчаных формах, следует учитывать, что внутренние поверхности от-

ливок, получаемые от стержней, имеют более чистую и гладкую по-

верхность. Наружные поверхности, расположенные в верхних частях