книги / Технология инструментального производства

Рис. 4. Теоретические кривые нормального распределения размеров

среднего квадратического отклонения а абсолютное значение показа­ теля при е будет возрастать и вместе с ним будет увеличиваться наибольшее значение у и круче будет падение кривой. И, наоборот, чем больше величина а, тем падение кривой более плавное, посте­ пенное (см. рис. 4). Чем выше вершина кривой и чем меньше ее раз­ мах, тем меньше рассеяние размеров. И, наоборот, чем ниже вершина кривой и чем шире ее размах, тем больше рассеяние размеров.

Размах кривой распределения зависит от метода обработки. Например, при чистовом или тонком шлифовании размах кривой распределения всегда будет узким. Наоборот, при обработке с боль­ шими нагрузками (глубина резания, подача) размах кривой распре­ деления будет широким.

Практическое применение законов распределения. Степень при­ ближения фактической кривой распределения к теоретической кри­ вой нормального распределения может быть определена соответ­ ствующим расчетом и сравнением кривых рассеяния.

На основании закона нормального распределения значения какого-либо признака (диаметр, ширина и т. д.), лежащие вне интер­ вала (—За, +3а), имеют вероятность, меньшую 0,003 (рис. 5), т. е. могут встретиться в среднем менее трех раз на тысячу (правило трех сигм —За). Следовательно, в интервале ± 3 а содержится 99,7% от всех отклонений значений исследуемого признака (практически 100%). Таким образом, на основании закона нормального распре­ деления можно с вероятностью 0,997, т. е. близкой к единице, напи­ сать неравенство, связывающее величину допуска на неточность

21

Таблица 9

Эмпирическое распределение диаметра сверл

деления среднего квадратического отклонения о при исследовании какой-либо операции принимают следующий порядок проведения работ.

1.Исследуемый станок налаживают для работы в нормальных производственных условиях, затем обрабатывают заготовки. Далее производят выборку из этой партии заготовок. В зависимости от желаемой точности получения результатов эта выборка может со­ держать 100, 150, 200, 250 или 300 заготовок.

2.Размеры после обработки проверяют измерительным инстру­ ментом: штангенциркулем, микрометром, индикатором, миниме­ тром и т. д.

3.Все' данные заносят в таблицу в порядке последовательного измерения параметра (неупорядоченный ряд), например диаметр

сверла* зенкера, развертки и т. д.

4. После обработки этого первичного документа, из которого устанавливается минимальное и максимальное значение исследуе­ мого признака, располагаем между минимумом и максимумом встре­ чающиеся цифры признака в порядке возрастания цифр. Против каждого варианта признака ставим цифру, показывающую как часто этот признак встречается в данном распределении, т. е. находим частоту признака данного варианта. Табл. 3 составлена на основании наблюдений за рассеянием размеров наружного диаметра сверла с цилиндрическим хвостовиком после чистового шлифования на бесцентрово-шлифовальном станке. Диаметр сверла после шли­

22

число интервалов принимают равным от 7 до 11, в зависимости от числа наблюдений, так чтобы интервалы были заполнены часто­ тами. Ширина интервала устанавливается после числа интервалов.

Распределение признака по данным табл. 3 представлено в девяти интервалах (табл. 4). По данным табл. 4 следует найти х и а. Самым простым способом вычисления х и а при наличии большого числа

Схема расчетов и результаты этих расчетов приведены в табл. 5,

23

Цифра 0 в графе условного значения хи ставится против той цифры, которая является модой. Мода — это наиболее часто встре­ чающееся значение признака. В нашем примере модой является цифра 6,9875 в интервале 6,987—6,988 мм, так как эти размеры чаще встречаются в данном распределении. Однако для условного значения нового распределения в целях облегчения расчета может быть принята любая другая цифра.

По вычисленной величине а определяем допуск на неточность изготовления в этой операции и в данных производственных усло­ виях:

На рис. 6 построено по данным табл. 5 эмпирическое распределе­ ние диаметра сверл; штриховой линией показано теоретическое распределение (расчет не приводится). Как видно из графика, тео­ ретическая кривая довольно близко воспроизводит полигон эмпи­ рического распределения. Характер рассеяния величины биения и других параметров подчиняется кривой распределения существенно положительных величин. Пределы практического рассеяния разме­

ров находятся в пределах приблизительно от 0 до (х + За). Кривая распределения несимметричная и имеет вид, показанный на рис. 7.

В качестве примера приведена схема расчета х и а по данным наблюдений за рассеянием размеров по биению на рабочей части машинно-ручного метчика М18 (ГОСТ 3266—71) на токарном станке 1616 (табл. 6).

24

Значение х определяем по формуле (7):

х = 25,5 + 10Щ = 31,96 = 32 мкм.

Значение а определяем по формуле (8):

° ^ т У т ~ (щ) 2 = 18’45 мкм*

Наибольшая величина рассеяния биения определяется из сле­ дующего расчета:

Полученная цифра неудобна для пользования, поэтому округ­ ляем ее до 90 мкм, т. е. фактический допуск на биение находится в пределах 0,09 мм при норме 0,1 мм. Из рис. 7 видно, что эмпири­ ческое распределение достаточно близко воспроизводится теоре­ тически.

§ 4. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

На всякой реальной поверхности, т. е. поверхности, ограничи­ вающей тело и отделяющей его от окружающей среды, образуются неровности — выступы и впадины. Эти неровности (можно назвать их и гребешки) образуются в процессе обработки в зависимости от режимов резания, формы режущего инструмента, деформации ма­ териала обрабатываемой заготовки и других факторов. Изделия с грубообработанными поверхностями легче подвергаются коррозии, чем гладкообработанные поверхности с небольшой высотой выступов и впадин. Коррозией называется разрушение поверхности вследствие химического воздействия паров, газов и воды, которые собираются

25

на дне впадин. Установлено, что чем меньше высота неровностей на поверхности, тем труднее она поддается коррозии. Однако и хорошо обработанные поверхности подвергаются коррозии. Поэтому в целях предохранения поверхностей режущего инструмента от кор­ розии их подвергают так называемой консервации путем погруже­ ния в пассивирующий раствор1, состоящий из нитрита натрия, кальцинированной соды и воды, или в другой раствор, имеющий назначение предотвращать коррозию. После пассивирования на поверхности изделия образуется весьма тонкая защитная пленка, предохраняющая поверхности от действия корродирующих веществ.

Изделия с грубообработанными поверхностями имеют относи­ тельно меньший запас прочности по сравнению с изделиями с глад­ кими поверхностями при прочих равных условиях. На дне остроко­ нечных впадин с малым радиусом закругления концентрируются на­ пряжения, тогда как при малых впадинах и при больших радиусах закругления напряжения распределяются более равномерно. Нерав­ номерно распределенные в одном месте напряжения, например на дне остроконечных впадин, могут привести к образованию в этом месте микротрещины и разрушению.изделия. Поэтому гладкообработанные поверхности допускают бблыпие Напряжения, чем грубообработанные.

Совокупность неровностей с относительно малыми шагами, об­ разующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах такого участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине /, носит название шероховатости. Причем базовая длина I выбирается без учета других видов неров­ ностей, имеющих шаг более I. По ГОСТу 2879—59 шероховатость поверхности определяется или средним арифметическим отклоне­ нием Яа или высотой неровностей Яг. ГОСТ 2879—59 установлено 14 классов чистоты поверхности. Для тонкой оценки шероховатости поверхности б—14-й классы чистоты разделены на разряды. Каждый класс в этом диапазоне расчленен на три разряда а, б и в.

Поверхности, полученные в результате обдирки или грубого точения, строгания, фрезерования имеют 1—3-й классы чистоты; поверхности, полученные в результате чистового точения, фрезеро­ вания, строгания — 4—6-й классы; поверхности, прошлифованные абразивным инструментом — 7, 8-й классы; поверхности, получен­ ные такими методами, как тонким шлифованием, тонким затачива­ нием, доводкой, хонингованием, суперфинишем — 9—14-й классы.

§ 5. ВИДЫ ЗАГОТОВОК

Прокат широко применяется в производстве режущего инстру­ мента в качестве исходных заготовок. Он различается по качеству металла, по виду прутков и по сортаменту. Качество металла — это физические и механические свойства металла, определяемые

1 Обработка ме.галлических изделий растворами окислителей (пассиваторов) для образования на поверхности тончайших оксидных пленок.

26

химическим составом. Вид — это внешнее состояние прутков, полу­ ченное в результате технологии их изготовления на металлургиче­ ских заводах. Прутки, изготовляются коваными, горячекатаными, холоднотянутыми (калиброванными) и холоднотянутыми шлифован­ ными (серебрянка). Сортамент — это форма сечения и размеры прут­ ков. Сталь поставляется круглой, квадратной, полосовой (прямо­ угольной), шестигранной, а также в виде лент.

Кованую быстрорежущую сталь, поставляемую металлургиче­ скими заводами диаметром 40—200 мм (ГОСТ 1133—71), применяют для изготовления режущих инструментов больших размеров, на­ пример для сверл, концевых фрез диаметром 50—80 мм. Этот вид

Горячекатаную быстрорежущую сталь широко применяют для изготовления режущего инструмента диаметром до 50 мм. Эга сталь изготовляется по ГОСТ 2590—71, по которому отклонения от номи­ нального размера отсчитываются в стороны увеличения и умень­ шения.

Горячекатаную углеродистую конструкционную сталь (например, 40, 45) и углеродистую легированную сталь (например, 20Х, 40Х) применяют для изготовления хвостовиков режущих инструмен­ тов, а также для корпусов сборных фрез, разверток, зенкеров (ГОСТ 2590—71).

Горячекатаную инструментальную и легированную стали типа У10А, У12А, 9ХС, ХВГ, X применяют для различных режущих инструментов, например ручных метчиков, ручных разверток.

Холоднотянутая (калиброванная) сталь характеризуется хоро­ шей отделкой поверхности. Она поставляется по ГОСТ 7417—57 диаметром 3—100 мм с отклонениями (в сторону минус) по диаметру в соответствии с классами точности 2а, 3, За, 4 и 5. Холоднотянутую сталь применяют при работе на автоматах и полуавтоматах.

Прутки из горячекатаной стали на автоматах применять нельзя, поскольку их диаметр имеет отклонения и овальность. Овальность сечения (разность между наибольшим и наименьшим диаметрами прутков) не должна превышать 0,5 суммы предельных отклонений по диаметру. Овальность сечения холоднотянутого прутка не должна превышать допускаемых отклонений по диаметру.

Холоднотянутую шлифованную сталь — серебрянку (ГОСТ 14955—69) применяют главным образом при изготовлении режущего и измерительного инструмента на автоматах и полуавтоматах. Ее из­ готовляют диаметром 0,2—30 мм, чистотой 6—9-го классов с допу­ сками 2, 2а, 3, За и 4-го классов точности. Отклонения идут в сторону минус. Особым отличием этой стали является отсутствие на поверх­ ности обезуглероженного слоя.1

1 Для сталей Р6М5, Р9К5, Р9КЮ диаметром 40—60 мм балл карбидной не­ однородности равен 4, для диаметра 60—80 мм — 5, для диаметра 80— 100 мм — 6.

27

Поковки. Изготовление режущего инструмента целесообразно производить из поковок, а не из сортовой горячекатаной стали. Режущий инструмент, изготовленный из хорошо прокованной стали, обладает большей стойкостью, чем режущий инструмент, изготовлен­ ный из горячекатаной стали, вследствие улучшения структуры — более равномерного распределения карбидов и размельчения их. Ковку в штампах выгодно производить в условиях серийного произ­ водства при изготовлении изделий, имеющих сложное очертание, например зуборезных Долбяков, угловых фрез и пр. Ковка в более простых дешевых штампах, так называемых подкладных штампах, возможна в условиях мелкосерийного производства.

Литье из серого, ковкого и модифицированного чугуна приме­ няют для корпусов муфтонарезных патронов.

§ 6. ПРИПУСКИ И ДОПУСКИ

Слой металла, снимаемый с заготовки при механической обра­ ботке для получения готового изделия, называется припуском. Припуски разделяются на общие и операционные.

Общим припуском на обработку называется слой металла, сни­ маемый в процессе резания с заготовки для получения размеров и качества поверхности изделия, заданных рабочим чертежом и техническими условиями. Общий припуск определяется как раз­ ность между размером исходной заготовки и окончательным разме­ ром готового изделия.

Операционным припуском на обработку называется слой металла, снимаемый в процессе резания с заготовки для получения изделия с нужными размерами и шероховатостью поверхности, заданных технологическими требованиями на данной' операции. Для симметрич­ ных изделий общий припуск определяется на весь диаметр или на всю ширину. Для несимметричных изделий общий припуск опреде­ ляется на сторону.

При определении размеров заготовок необходимо стремиться к выбору оптимальных припусков, значения которых выбирают на основании опыта работы передовых предприятий инструментальной промышленности. Лучшим решением этого вопроса является выбор формы заготовки, приближающейся к форме изделия.

Факторы, влияющие на выбор общего припуска. На величину припуска при изготовлении режущего инструмента влияют следу­ ющие факторы.

1. Конструктивные формы и размеры изделия. Для заготовок из сортового материала общий припуск определяют по наибольшему размеру поверхности в данном изделии. Чем больше размер изделия, тем больше общие припуски, назначаемые при обработке резанием. Это вызывается трудностью центрирования на станках исходных за­ готовок больших диаметров и значительными отклонениями на раз­ меры самих заготовок.

2. Качество металла и вид прутков. Этот припуск должен быть достаточен для снятия местных дефектов (например, вмятин) с по­

28

верхности заготовки кованого или горячекатаного прутка и обезуглероженного слоя с поверхности заготовки, который весьма зна­ чителен на поковках, кованых и горячекатаных прутках инструмен­ тальных сталей. Например, наибольшая глубина на сторону обезуглероженного слоя (феррит и переходная зона) для сталей Р18 и Р9 (ГОСТ 5952—63) в зависимости от размера горячекатаной кова­ ной заготовки не должна превышать величины, указанные ниже:

Чтобы найти глубину обезуглероженного слоя для сталей Р6МЗ

иР6М5, нужно к приведенным выше цифрам прибавить 0,2 мм для заготовок размером до 30 мм и 0,3 мм для заготовок размером свыше 30 мм. Глубина допускаемого обезуглероженного слоя значительна

иоказывает влияние на общий припуск. Обезуглероженный слой должен быть полностью удален до термической обработки, ибо при термической обработке могут появиться трещины. Если трещины даже и не появятся, то на режущих кромках изготовленного режу­ щего инструмента окажется обезуглероженный слой и такой инстру­ мент будет неработоспособен. У серебрянки обезуглероженный слой не допускается.

Обезуглероженный слой является основным критерием, обуслов­ ливающим выбор припуска.

3.Отклонения размеров заготовок. Они зависят от качества металла и вида прутков.' Как правило, диаметр заготовки выбирается по номинальному размеру для прутков с отклонениями в сторону плюс и по наименьшему размеру прутка с учетом отклонения в сто­ рону минус. Например, для прутка обычной точности прокатки диа­

метром 501?;о мм размер прутка для заготовки будет равен 50 — 1 = = 49 мм (ГОСТ 2590—71). Таким образом, при выборе диаметра прутка следует учитывать направление допускаемых отклонений от номинального размера в зависимости от вида прутка. Кроме того, при выборе диаметра прутка учитывается допускаемая кривизна прутков.

4. Методы получения заготовок. Величина общего припуска на обработку зависит от принятого метода изготовления заготовки. Небольшие припуски на обработку получаются при ковке в штампах. При свободной ковке заготовок общие припуски намного больше. Значительного уменьшения припусков на обработку можно достиг­ нуть сваркой заготовок встык на электросварочных машинах или на машинах для сварки трением.

На рис. 8, а показан корпус сборного инструмента, заготовка для которого получена из круглой горячекатаной стали 40Х (тон­ кие линии). Рис. 8 дает представление о большой величине припуска, оставленного на обработку конусного хвостовика. Для сокращения расхода металла и уменьшения времени на обработку целесообразно получить заготовку методом ковки в штампах. В этом случае форма и размеры заготовки будут приближаться к форме и размерам де­ тали (припуск на механическую обработку зачернен).

29

Рис. 8. Схема распределения припусков

На рис. 8, б показана та же деталь, заготовка для которой полу­ чена сваркой. Припуски на механическую обработку оставлены небольшие, но большие, чем при ковке в штампах. Следует отметить, что в инструментальном производстве стыковая злектросварка полу­ чила весьма широкое применение.

5. Технические требования изготовления изделий. Допуски на неточность изготовления определяют метод окончательной обработки. Чем меньше допуск на окончательный размер изделия, тем сложнее будет технологический процесс его изготовления и тем больший об­ щий припуск будет необходим.

В табл. 7 приведены коэффициенты использования материала

80