Припуски на механическую обработку

Припуск – это поверхностный слой материала заготовки, подлежащий удалению при последующей механической обработке. Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнительный припуски, учитывающие отклонения формы и размеров поковки. Величина припусков назначается на одну сторону номинального размера поковки. По ГОСТ 7505-89 припуски устанавливаются на стальные поковки массой до 250 кг и с линейными размерами до 2500 мм, изготовляемые на различных видах кузнечно-прессового оборудования ГОШ. Припуски устанавливаются в зависимости от массы, степени сложности, группы стали, требуемой точности изготовления поковки, шероховатости поверхностей обработанной детали, номинальных размеров, а также – исходного индекса. Рассмотрим последовательность определения исходного индекса, т. е. строки табл. 3, по которой назначается основной припуск на размеры поковки.

3.2.1. Определение массы поковки.Точная масса поковок рассчитывается для последующего определения размеров исходной заготовки на основе разработанного чертежа поковки, исходя из ее размеров и объёма. Первоначально, при назначении припусков определяется расчетная (ориентировочная) величина массы поковки (М_ПР) по формуле М_ПР = М_Д ∙ К_Р, (1)

где М_ПР – расчетная масса поковки, кг; М_Д – масса детали, кг; К_Р – расчетный коэффициент, устанавливаемый в зависимости от конфигурации поковки. Так, например, для поковок круглых в плане (шестерни, ступицы, фланцы) он составляет К_Р = 1,4…1,8. Если масса детали не задана на чертеже, то ее вычисляют как произведение объема на плотность (ρ = 7, 8 г/см³ или 7800 кг/м³). Объем определяется как сумма объемов элементарных геометрических фигур, образующих конфигурацию детали по размерам, указанным на ее чертеже. При этом для удобства расчетов, чтобы не оперировать при расчете объема большими числами, размеры детали рекомендуется брать в см или в м (при размерности плотности стали соответственно в г/см³ или кг/м³).

3.2.2. Определение степени сложности поковки.Степень сложности является одной из конструктивных характеристик формы поковок. По ГОСТ 7505-89 различают четыре степени сложности поковки (С1, С2, С3, С4) в зависимости от отношения объёма V_П или массы поковки М_ПР к объёму V_ФИГ или массе фигуры М_ФИГ в виде цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, описанного вокруг поковки. Таким образом, коэффициент сложности К_С определяется по формуле:

. (2)

Так, например, объём фигуры для поковки, изображенной на рис. 4, б, равен объёму цилиндра диаметром D_п и высотой H.

Рис. 4. Примеры поковок с характерными элементами для определения степени сложности: а – поковка с выступами; б – поковка с тонкими дисками; в – поковка с выемками (наметками)

По значениям коэффициента К_С для поковок определяется их степень сложности: для С1 при 0,63< К_С < 1; С2 при 0,32< К_С < 0,63; С3 при 0,16< К_С < 0,32; С4 при К_С £ 0,16.

К группе сложности С4 относят также поковки с высокими выступами и рёбрами при h > 1,5 В (см. рис. 4, а) и тонкими перемычками, фланцами или дисками при t / D_пили t / D_п £0,2 (рис. 4, б, в). При этом следует учесть, что с уменьшением высоты выступов понижается степень сложности: С3 при B < h £ 1,5 B; С2 при 0,3 B < h < B; С1 при h £ 0,3 B. Чем выше степень сложности поковки, тем она менее технологична, тем больше требуется штамповочных переходов, сложнее получаются по конфигурации и в изготовлении ручьи штампа, их количество возрастает, понижается точность поковок, больше потери металла при механической обработке, выше требуемая мощность оборудования.

При проектировании поковок следует избегать высоких и тонких рёбер, бобышек, тонких перемычек и буртов, узких и глубоких полостей. При ГОШ наличие перечисленных элементов на поковке приводит к местному охлаждению металла, следовательно, снижению пластичности материала поковки, резкому повышению усилия штамповки и снижению стойкости штампа.

3.2.3. Определение группы стали для поковок.Все стали для получения поковок по ГОСТ 7505-89 разделены на три группы (М1, М2 и М3). При определении группы стали исходят из среднего массового содержания углерода и легирующих элементов ( Si, Mn, Ni, Сr, Mo, W, B).

К первой группе М1 относятся углеродистые и легированные стали с содержанием углерода до 0,35 % или с суммарной долей легирующих элементов до 2,0 %.

Во вторую группу М2 – стали с содержанием углерода свыше 0,35 до 0,65 % или легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0 % .

Третью группу М3 составляют стали с содержанием углерода свыше 0,65 % или легирующих элементов свыше 5,0 %.

Цветные сплавы на такие группы не делятся, их способность к пластическому деформированию определяют по критерию ковкости и пятибалльной шкале.

Ковкость материала.Способность металлов и сплавов к ковке и штамповке проверяют по численному значению критерия ковкости и пятибалльной шкале (табл. 1).

Таблица 1

Пятибалльная шкала ковкости

Значение критерия ковкости определяется из соотношений: Кψ = ψ/ σ_в или Кδ = δ/ σ_в,

где ψ – относительное сужение в зоне разрыва образца в %;

δ – относительное удлинение после разрыва образца, %;

σ_в – временное сопротивление на разрыв, МПа.

Учитывая, что значение δ зависит от первоначальной длины образца, предпочтение отдают критерию Кψ.

Пример. Определим ковкость Стали 10 ГОСТ 1050 – 88 с содержанием углерода 0,1 % с относительным сужением ψ = 55 % и временным сопротивлением σ_в = (56…14) МПа при ковочных температурах (700…1200) °С: критерий ковкости составляет Кψ = 55/290 = 0,98…3,9, % / МПа. Ковкость Стали 10 отличная (см. табл. 1). Ковкость материала при ГОШ следует выбирать по механическим характеристикам, соответствующим ковочным температурам, например для стальных поковок, по таблицам [3, с.132…142].

3.2.4. Определение класса точности поковок.По точности изготовления стальные поковки согласно ГОСТ 7505-89 делятся на пять классов: Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5. Класс точности поковки назначается по табл. 2 в зависимости от вида штамповки и используемого оборудования, а также исходя из требуемой точности размеров поковки.

Таблица 2

Выбор класса точности поковок

Допускается назначать различные классы точности на размеры одной и той же поковки. При назначении классов точности на поковки следует учесть, что при пламенном нагреве заготовок допускается снижение точности для классов Т2…Т4 на один класс, а при холодной или плоскостной калибровке точность принимается на один класс выше.

Прецизионная штамповка является самой точной и обеспечивает устанавливаемую точность и шероховатость одной или нескольких функциональных поверхностей поковки, которые не подвергаются обработке резанием.

3.2.5. Определение исходного индекса.Исходный индекс определяется в зависимости от расчетной массы поковки М_П.Р, степени сложности, марки стали и класса точности поковки по табл. 3 и используется для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений. Исходный индекс показывает строку, по которой назначаются припуски (табл. 4) и допуски (табл. 5) на размеры поковки.

Для определения исходного индекса по табл. 3 в графе «Масса поковки» находят соответствующую данной массе строку и, смещаясь по горизонтали или по утолщенным наклонным линиям, устанавливают исходный индекс. Например, для поковки с массой 0,75 кг, группой стали М1, степенью сложности С3 и классом точности Т2 исходный индекс соответствует 6. Класс точности, а также группа стали, степень сложности, исходный индекс должны указываться в технических требованиях чертежа поковки.

3.2.6. Определение основных и дополнительных припусков.Основные припуски на механическую обработку поковок устанавливаются в зависимости от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости поверхности детали по табл. 4. Значения дополнительных припусков определяются исходя из массы, класса точности и наибольших размеров поковки по табл. 4…6 ГОСТ 7505-89. Дополнительные припуски назначаются в следующих случаях:

– на смещения по поверхности разъема штампов. Устанавливаются на размеры элементов поковки параллельных плоскостей разъема при штамповке в открытых штампах (табл. 4 ГОСТ 7505-89) в зависимости от массы и класса точности поковки Т;

– на изогнутость и отклонения от плоскостности. Назначаются на размеры элементов, перпендикулярные плоскости разъема, если размеры торцевой поверхности в 2 и более раза превышают высоту (D(В)/ Н³ 2) по табл. 5 ГОСТ 7505-89;

Определение исходного индекса Таблица 3

Масса поковки, кг	Группа поковки	Степень сложности поковки	Класс точности поковки	Исходный индекс
М1   М2   М3	С1   С2   С3   С4	Т1   Т2   Т3   Т4   Т5
≤ 0,5 > 0,5≤ 1,0 > 1,0≤ 1,8 > 1,8≤ 3,2 >3,2≤ 5,6 > 5,6≤ 10,0 > 10,0≤ 20,0 >20,0≤ 50,0 > 50,0≤ 125,0 > 125,0≤ 250,0

Таблица 4

Основные припуски на механическую обработку (на сторону)

Продолжение табл. 4

Таблица 5

Допуск и допускаемые отклонения линейных размеров поковок, мм

– на отклонения от прямолинейности. Устанавливаются на размеры поковки стержневого типа (удлинение поковки) при L/D(В) ³ 2, перпендикулярные плоскости разъема, также по табл. 5 ГОСТ 7505-89;

– на отклонение межосевого расстояния. Назначаются на размеры диаметров наружных выступов и отверстий с параллельными осями, независимо от способа штамповки.

Общий припуск определяется суммированием основного Z_осн и дополнительного Z_доп припусков:

где n – число дополнительных припусков на одну поверхность.