Обрабатываемость тугоплавких металлов

Примечание. Эталонным материалом для определения коэффициента обрабатываемости труднообрабатываемых сталей и сплавов принята сталь 12Х18Н10Т.

Показатель сложности конструкции детали К_сл. Увеличение себестоимости получаемой методами обработки резанием детали вследствие удлинения технологического процесса ее изготовления учитывается показателем сложности конструкции детали, определенным в виде:

где K_к, K_р, K_в, K_с – коэффициенты, определяемые из выражения

где A_i – поправки, численные значения которых приведены в табл. 3.39.

Таблица 3.39

Факторы, определяющие сложность конструкции детали

Коэффициент K_к (коэффициент количества поверхностей) зависит от количества поверхностей на исходной заготовке, с которых удаляется припуск при изготовлении детали. Комбинированные поверхности, образуемые за один рабочий ход одним инструментом, засчитываются одной поверхностью.

Составляется таблица, содержащая следующие графы: номер поверхности, характерный размер, точность, шероховатость, виды механической обработки при получении данной детали, наличие и количество сложно выполнимых требований по точности формы и взаимного расположения для данной поверхности. В примечании указывается унифицированная или нет эта поверхность.

Коэффициент K_p (коэффициент расположения поверхностей) учитывает общее количество заданных на чертеже детали исходных данных по обеспечению требуемых точности формы и взаимного расположения поверхностей (отклонений от параллельности, отклонений от перпендикулярности, отклонений от плоскостности и т.д.) в пределах 0.05 мм.

Коэффициент К_в (коэффициент видов обработки) учитывает количество различных видов обработки резанием (технологических операторов) – таких, например, как точение, сверление, шлифование, строгание, фрезерование и т. д., применяемых при изготовлении детали.

Коэффициент К_с учитывает соответствие размера, точности и шероховатости поверхностей деталей, обрабатываемых по 10-му квалитету и точнее, некоторым оптимальным величинам, под которыми подразумеваются рекомендуемые в качестве экономичности и конструктивно обоснованных (табл. 1.9).

Величина A, входящая в выражение (1.4), для этого коэффициента определяется по формуле:

(3.11)

где N – общее количество поверхностей детали, обрабатываемых резанием не грубее 10-го квалитета

m_j – количество зон, на которое параметр Ra для j-ой поверхности

отстоит от оптимального сочетания на диаграмме, показанной в табл. 3.40.

Таблица 3.40

Оптимальные соотношения параметров поверхности

Положение реальной поверхности в табл. 3.40 определяется ее размерами и квалитетом. Величины m_j лежат в пределах от 0 до 4.

Если при расчете по формуле (3.10) оказывается, что А >1, то в выражение (3.9) подставляется А = 1. Если на детали нет поверхностей, обрабатываемых по 10-му квалитету и точнее, то принимаем K_с =1

Коэффициент точности и шероховатости поверх­ностей детали К_пов можно определить по табл.3.41.

Таблица 3.41

Численные значения коэффициента точности и шероховатости поверхностей детали

Примечания к табл. 3.41

1. Каждую из поверхностей, подвергаемых обработке резанием не грубее 10-го квалитета, проверяют на соответствие табл. 1.36. При этом параметры поверхностей должны оказываться в выделенной серым ячейке.

2. Если параметры поверхностей попадают в белую зону, то такое сочетание параметров является ошибочным. Соответствующее уменьшение технологичности учитывается коэффициентом К_с.

3. Если параметры поверхности не попадают в одну из выделенных клеток, то такая поверхность должна быть учтена как нестандартной (неунифицированной).

4. Если полученное значение K_пов < 0,5, то рассматриваемая деталь считается прецизионной (см. табл. 1.25).

В качестве значения K_пов принимается наименьшее из полученных для всех поверхностей.

Показатель унификации конструктивных элементов К_уэ определяется по следующей формуле:

(3.12)

где N_э – общее количество конструктивных элементов в детали, шт.;

N_уэ – количество унифицированных конструктивных элементов детали, шт.;

m – число нетехнологичных элементов детали, шт.;

Для расчета этого показателя необходимо конструкцию детали представить в виде совокупности элементарных конструктивных элементов (плоскость, цилиндр, отверстие и д.р.)

Комбинированные конструктивные элементы, которые могут быть сформированы одним режущим инструментом, за один рабочий ход, могут быть приняты за один элемент.

К унифицированным элементам относятся такие элементы, которые изготавливаются стандартным режущим инструментом и не требуют применения специальной оснастки (оправок, планшайб, кондукторов и др.). Для такого утверждения должны быть выбраны инструмент и технологическая оснастка, применяемые в предполагаемом технологическом процессе изготовления детали.

Размеры стандартного инструмента определяются стандартами на конкретные виды инструмента и размерными рядами нормальных чисел, регламентирующих размеры всех видов инструментов (табл. 3.42).

Затем из общего числа конструктивных элементов должны быть
выделены нетехнологичные элементы, то есть такие элементы, изготовление которых вызывает дополнительные технологические проблемы. Нетехнологичные элементы могут быть унифицированными и неунифицированными.

Таблица 3.42

Некоторые стандартные величины

Коэффициент использования материала К_им. Коэффициент использования материала детали определяется из выражения

где М_д – масса детали; М_з – масса заготовки.

Технолог выбирает тот сортамент заготовки (табл. 3.43), который максимально приближен к охватывающему размеру детали (толщина плоско- параллельной детали или наибольший диаметр детали в виде тела вращения). Размеры заготовки должны быть больше размеров детали с учетом максимального припуска на обработку.

Поэтому окончательный расчет коэффициента использования материала К_им выполняется после выбора способа изготовления заготовки. Однако при выборе способа изготовления заготовки в качестве показателя использования материала принят коэффициент весовой точности К_вт, учитывающий дополнительный расход материала на изготовление заготовки. В этой связи можно для сравнения использовать этот показатель.

Если в качестве заготовок при обработке резанием применяют отливки, штампованные заготовки, заготовки, получаемые методом порошковой металлургии и т.д., то показатель использования материала повышается.

Если размеры поверхностей малы, то габариты заготовки увеличивают для закрепления заготовки в зажимном приспособлении, если при выбранном технологическом процессе эту часть заготовки невозможно обработать.

Таблица 3.43

Возможные размеры заготовок

Пример расчета комплексного показателя технологичности

Последовательность и содержание расчета комплексного показателя технологичности K_T поясним на основе рассмотрения показанной на рис. 3.5детали «маховик», изготавливаемой из стали 40. Комплексный показатель технологичности K_T определяется по формуле (3.7). Значения весовых коэффициентов приведены в табл. 3.29.

Задача сводится к определению входящих в формулу (3.7) частных показателей технологичности K_i.

1. Показатель обрабатываемости материала K_ом. В соответствии с рис. 1 определяем, что для стали 40 коэффициент относительной обрабатываемости K_о = 1,1 (табл. 3.34).

2. Показатель сложности конструкции детали K_сл. Для определения этого показателя по формулам (3.10) и (3.11) необходимо заполнить таблицу конструктивных параметров детали (табл. 3.44). Составление таблицы следует начать с нумерации всех поверхностей детали, как это показано на рис. 3.5. Номера поверхностей детали составляют первую графу табл. 3.44.

Далее в табл. 3.44 приводятся сведения о форме и характерных размерах каждой поверхности, способе её получения (вид обработки резанием), требуемой шероховатости и требуемом квалитете обработки. Кроме того, для каждой поверхности указывается наличие требований по точностям формы и взаимного расположения (дополнительные требования), а также (в примечаниях) указаны показатели не технологичности (НТ) и не унифицированности (НУ).

Расчет по формуле (3.9) показателя сложности конструкции детали K_сл сводится к определению входящих в формулу (3.10) уточнений A_i. Уточнение A_i определяется по табл. 3.39 в зависимости от количества поверхностей детали, подвергаемых обработке резанием.

Для рассматриваемого случая следует отметить, что поверхности №7, №8 и №9 образуются одновременно одним инструментом – канавочным резцом, поверхности №11, №12 и №13 образуются одновременно одним долбежным резцом, поверхности №18, №19, №20 №25, №26 – одновременно одной концевой фрезой, поверхности №21 и №22 – одновременно одним сверлом. Получаем A_К = 0. Поскольку здесь за одну поверхность принимается каждая указанная совокупность поверхностей, обрабатываемая резанием, то видно, что количество поверхностей, обрабатываемых таким образом, меньшее 20.

A_Р = 0,2, т.к. к детали предъявлено два требования по точности расположения поверхностей в пределах до 0,05 мм. Это требования по соосности пов. №18, №19, №20 и №11, №12, №13 (группа учитывается как одна поверхность, т.к. их обработка происходит за один рабочий ход инструмента соответственно) с поверхностью №9.

Рис 3.5. Маховик

Рис. 3.6. Пример указания элементарных поверхностей на рассматриваемой детали

Таблица 3.44

Конструктивные параметры маховика

A_В = 0,1, т.к. деталь изготавливается точением, фрезерованием, сверлением и шлифованием – четыре вида обработки резанием.

Уточнение A_i, входящее в коэффициент K_с, определяется по формуле (3.11), причем общее количество обрабатываемых резанием точнее 10-ого квалитета поверхностей составляетm= 27. m₁ = 0 – поле допуска поверхности №1 принадлежит 9-ому квалитету точности и номинальный размер поверхности лежит в интервале от 30 до 50 мм. Следовательно, оптимальная зона из таблицы для этой поверхности – зона 3. К поверхности №1 предъявлено требование по шероховатости Ra = 2.5 мкм. По параметру шероховатости эта поверхность должна попасть в зону 3. В результате имеем, что поверхность № 5 отстоит от оптимальной зоны на одну зону. Поэтому m₅ равен единице.

Аналогичные рассуждения для поверхностей № 6, № 7, № 8, № 9, № 10, № 16, № 21, № 22, № 24, № 25, № 26. Поскольку поверхности 7, 8, 9, а также 25, 26 считаются за одну, то на одну зону от оптимальной отстоят всего 9 поверхностей.

Для поверхностей №№11,12,13 рассуждения аналогичные рассуждениям для поверхности № 1, только их номинальный размер лежит в интервале свыше 18 до 30 мм. Для них также m_11-13 равны 0.

Итак:

A_С = 0,1 × (0 × 12 + 1 × 9 + 0 × 3) = 0,9.

В формулу (3.11) для K_c нужно подставить A_С = 0.9.

Имеем:

K_к = 1,0 - A_К = 1,0 – 0,0 = 1,0;

K_о = 1,0 - A_Р = 1,0 – 0,2 = 0,8;

K_в = 1,0 - A_В = 1,0 – 0,1 = 0,9;

K _с = 1,0 - A_С = 1,0 – 0,9 = 0,1;

Тогда:

K_сл = 0,25 × (K_к + K_о + K_в + K_с);

K_сл = 0,25 × (1,0 + 0,8 +0,9 + 0,1) = 0,7.

3. Показатель точности и шероховатости поверхностей детали К_пов.

Для определения этого коэффициента воспользуемся табл. 3.41. Поверхности № 6, № 7, № 8, № 9, № 10, № 16, № 21, № 22, № 24, № 25, № 26 в табл. 3.40 по номинальному размеру и квалитету попадают в зону 4, а их заданная шероховатость Ra =2.5 мкм. Поэтому в табл. 3.40 они попадут в зачерненную клетку. Следовательно, такое сочетание параметров является ошибочным. Должно быть рекомендовано изменение шероховатости в чертеже с Ra = 2,5 мкм на Ra = 1.25 мкм.

Все остальные поверхности попадают в зону 3 и их Ra = 2.5 мкм.

В табл. 3.40 они попадают в заштрихованную клетку. Поэтому К_пов = 0.8.

3. Показатель унификации конструктивных элементов К_уэ. При расчете показателя К_пов ни одна поверхность не попадала в диапазон, не учитываемый в табл. 3.40. Следовательно, определение того, является ли поверхность унифицированной или нет, теперь заключается в рассмотрении во-
проса, какими инструментами обрабатывается деталь. Все поверхности дан-
ной детали обрабатываются стандартными режущими инструментами за исключением поверхностей № 11, № 12, № 13, № 18, № 19, № 20, которые получают с помощью специального долбежного резца, который изготовляют специально для этой детали.

Поэтому поверхности №11, № 12, № 13, № 18, № 19, № 20 являются неунифицированными. Полученные выводы заносим в графу «Примечания» таблицы, составленной на первом этапе расчетов.

Имеем:

N_э = 27 шт. - общее количество конструктивных элементов в детали;

N_уэ = 21 шт. - количество унифицированных конструктивных элементов в детали; m =2 шт. - количество нетехнологичных элементов в детали, обоснование не технологичности которых дается после таблицы, составленной на первом этапе расчетов.

Подставляя найденные значения в формулу (3.12), имеем К_уэ = 0,58.

5. Показатель использования материала К_им. Заготовкой для данной детали служит пруток диаметром 45 мм и длиной 42 мм.

Из рабочего чертежа детали имеем, что масса получаемой детали:

М_д= 200 г. Тогда объём детали равен V_д = M_д / r, где r = 7,8 г/см³ – плотность материала

Объём заготовки рассчитаем по формуле: V_з = (pD² / 4) L,

где D - диаметр прутка (D = 4,5 см); L - длина прутка (L=4.2 см);

Тогда коэффициент использования материала определяется по соотношению

K_им = M_д / M_з.

Для повышения этого показателя K_им, как правило, рекомендуется выбирать заготовку, получаемую другими способами, например, литьем, штамповкой и др. Однако, в таком случае, стоимость заготовки становится выше, что является экономически эффективным в условиях крупносерийного производства данной детали.

Если при подсчете коэффициента технологичности K_T детали, он оказывается меньше [К], то следует выбрать способ получения заготовки, обеспечивающий повышение коэффициента использования материала.

6. Комплексный показатель технологичности. На последнем этапе комплексный показатель технологичности детали рассчитывается по формуле:

где j_i выбирают из табл. 3.29, тогда:

В результате имеем, что комплексный показатель технологичности детали меньше нормативного значения показателя технологичности, который для данной детали [К] = 0.75 (непрецизионная деталь в табл. 3.30). Для повышения технологичности рекомендуется повысить коэффициенты использования материала и его обрабатываемости за счет применения в качестве материала детали деформируемого алюминиевого сплава, а заготовку получать, к примеру, способами объемной штамповки.

7. Учет способа получения заготовки. Если заготовка получена методами литья, штамповки, прессования, изготовления из порошковых материалов, то комплексный показатель технологичности детали K_T рассчитывается из отношения

,

(3.12)

где К_заг – комплексный показатель технологичности заготовки, рассчитываемый по методикам, относящимся к соответствующим видам производства; К_рез – комплексный показатель технологичности обработки заготовки резанием.