Конфигурация деталей и выбор баз.

Наличие у детали простых поверхностей достаточной протяженности позволяет использовать их в качестве надежных технологических баз - установочных, опорных, направляющих, измерительных. Конечно, при этом поверхности должны иметь приемлемую точность и шероховатость. Например, центровая фаска 0,5X45°, предусмотренная конструктором для случая использования ее в качестве базы при обработке детали на токарном станке, не обеспечивает надежную установку цапфы (рис. 6, а). Для улучшения базирования целесообразна фаска 1Х30⁰ (рис. 6, б).

Даже при наличии простых и достаточно протяженных поверхностей форма детали в целом может затруднить выбор технологических баз: так из-за перекоса детали и деформации ее при закреплении неприемлемо базирование рычага по плоским, но ступенчато расположенным поверхностям (рис. 6, в). Этого недостатка лишена конструкция на рис. 6, г.

Эффективность использования в качестве технологических баз сложных фасонных поверхностей (по сравнению с простыми поверхностями) низка вследствие нестабильности базирования и высокой стоимости специальной оснастки. Подтверждением тому может служить установка лопатки по перу, шестерни - по эвольвентным поверхностям зубьев. Поэтому к базированию по сложным поверхностям прибегают лишь в технологически оправданных случаях. Обычно же предпочтительно создание искусственных технологических баз из простых поверхностей: применительно к лопатке в качестве таковых используются плоскости, цилиндры, конусы (центровые гнезда).

Одним из основных достоинств любого технологического процесса является возможность обеспечения не только точности, но и стабильности обработки. Достигается это благодаря простоте конструктивных форм детали, надежности технологических баз и крепления, жесткости конструкции детали.

Рис. 6 Конфигурация деталей и выбор баз

3.2.5. Стандартные элементы в конструкции.

Деталь буде более технологичной, если при ее обработке возможно широкое использование унифицированных режущих инструментов и другой оснастки. Это осуществимо, если в конструкцию детали введены стандартные и унифицированные элементы следующих форм: канавки для выхода инструмента, фаски, радиусы закруглений, галтели (места сопряжений), проточки, центровые гнезда.

Сопрягаемые поверхности, обрабатываемые в разных операциях, должны быть четко разграничены. Достигается это либо конструктивным путем, например введением канавок (рис. 6, е, з), либо специальными указаниями в чертеже (рис. 6, к). Подобных элементов лишены детали, изображенные на рис. 6, д, ж, и.

3.3. ТОЧНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

3.3.1. Требования к точности отдельных поверхностей детали.

При анализе чертежа детали следует различать влияние на технологичность точности и качества отдельных поверхностей и точности взаимного расположения их для детали в целом. Применительно к какой-либо конкретной поверхности детали различают точность ее размера и допустимую погрешность формы. Допустимые отклонения формы оговариваются в случае, когда они меньше допуска на размер поверхности.

Размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальную точность и качество (прежде всего шероховатость). Таким образом, эти параметры поверхности должны быть обоснованы и конструктивно, и экономически. Шероховатость поверхности должна соответствовать требуемой точности ее обработки (рис. 7), при определенных требованиях (функциональные, эстетические) достигается более высокая чистота поверхности. Геометрические формы детали на чертеже задаются минимальным количеством размеров, необходимым и достаточным для ее изготовления и контроля. Показатели базовых поверхностей - точность и шероховатость - должны обеспечивать стабильную точность установки, обработки и контроля.

Шероховатость сопряженных поверхностей, обрабатываемых в одной операции, часто не может быть одинаковой. Так, при шлифовании цилиндрической поверхности и прилегающего к ней торца шероховатость торца из-за различных условий резания приблизительно на класс ниже. Это обстоятельство должно быть учтено конструктором (рис. 8, а, б).

Точность размеров и формы поверхностей обеспечивается точностью выбираемого для их обработки оборудования. Обычно считается: чем строже допуск, тем дороже обработка. Однако такая оценка экономичности ограничена, т.к., не учитывается стоимость последующей сборки, которая с расширением допусков может возрастать, и будет нарушен принцип полной взаимозаменяемости.

Рис.7 График зависимости шероховатости от точности обработки

Требования к точности взаимного расположения поверхностей.

Точность размеров и условия ТТ, координирующие взаимное расположение поверхностей, в еще большей степени, чем точность размера и формы отдельной поверхности, влияют на экономичность обработки и технологичность детали по процессу изготовления. Точность координирующих параметров зависит не только от оборудования, но и от выбираемой технологической схемы обработки и обеспечивающих ее мероприятий (разметка, выверка, оснастка).

Наиболее целесообразна такая простановка размеров, которая предусматривает совмещение конструкторских и технологических баз. Это исключает ошибки базирования, а также пересчет размеров и связанное с ним ужесточение допусков на составляющие звенья. Таким образом, порядок простановки размеров должен обеспечить, их непосредственное получение и измерение. Например, размер А, обусловливающий эксплуатационные требования для диска компрессора (рис. 8, в), задан размерной цепью Б, В, Г с жесткими допусками этих

Рис. 8 Конфигурация деталей и взаимное расположение поверхностей

составляющих звеньев, что усложняет обработку и контроль детали. Целесообразнее задать размер А непосредственно: при более широком допуске проще достичь необходимой точности при обработке торцевых шлиц (рис. 8, г)

Простановка координирующих размеров должна обеспечить и удобство измерения: в отличие от размеров Б и В (рис. 8, д) размер А упрощает точное измерение глубины паза (рис. 8, с). Обычно от основных технологических баз обработать все поверхности детали невозможно. В этом случае вспомогательные технологические базы связываются с основными базами размерами с жесткими допусками. Иногда по условиям обработки связывать все обрабатываемые в одной операции поверхности с основной технологической базой нецелесообразно. Так, размеры поверхностей, обрабатываемых фасонным или сборным инструментом, должны быть связаны между собой, а для связи с установочной базой достаточно одного размера. Простановка размеров по технологическому варианту облегчит как определение размеров режущего инструмента, так и получение размера А (рис. 8, з).

Еще одно важное требование к координации поверхностей детали заключается в том, что точность взаимного расположения их, каким бы способом она не регламентировалась (размером или предельным отклонением расположения), должна быть задана однозначно. Например, наличие двух размеров А и Б, связывающих обрабатываемую поверхность с необрабатываемыми, создает неопределенность при выборе первичной черной базы и влечет за собой погрешность по одному из этих размеров (рис. 8, и). Необходимо обрабатываемую и необрабатываемую поверхности связать лишь одним размером и для этого лучше выбрать размер А, так как поверхность Т более удобна в качестве базы (рис. 8, к).

В заключение отметим, что иногда к точности координирующих параметров, с целью создания некоторого запаса точности, предъявляются неоправданно высокие требования, которые удорожают обработку, но не улучшают эксплуатационные показатели изделия. В подобных случаях допустима критическая переоценка требуемого параметра, но при веском технологическом обосновании.

3.4. ЧАСТНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ТИПОВ ДЕТАЛЕЙ

Кроме общих требований, предъявляемых к любой детали, подвергаемой механической обработке, к отдельным типам деталей предъявляются специфические требования. Рассмотрим их применительно к наиболее часто встречающимся при учебном проектировании типам деталей.

Корпусные детали.

Технологичность конструкции корпусов улучшается, если обеспечиваются следующие требования:

расстояния между отверстиями в стенке корпуса допускают возможность их одновременной обработки на многошпиндельных станках;

возможно растачивание соосных отверстий на проход с одной стороны (для этого диаметры соосных отверстий должны ступенчато уменьшаться);

не предусмотрена обработка внутренних торцов ступиц корпуса;

отсутствуют глухие отверстия, в том числе и резьбовые;

в глухих резьбовых отверстиях предусмотрен сбег резьбы;

в ступенчатых отверстиях точная ступень сквозная;

обрабатываемые плоскости расположены под прямыми углами;

отверстия каналов и другие сверления расположены под прямыми углами к плоскостям входа и выхода инструмента;

отсутствуют внутренние резьбы большого диаметра;

отсутствуют глубокие сверления (l/d>10).

Валы и оси

Технологичные валы и оси удовлетворяют следующим требованиям:

в детали предусмотрены центровые отверстия, допускающие обработку в центрах;

ступенчатые детали имеют небольшие перепады диаметров, приблизительно одинаковые на разных ступенях, что позволяет применять многорезцовые станки;

диаметральные размеры шеек убывают к концам детали; отношение длины вала lк его диаметру dне превышает следующих величин:

d, мм	6-10	10-25	25-40	40-60	60-80
l/d, мм

поперечные канавки по форме и размерам пригодны для обработки на копировальных станках;

поперечные прорези и пазы в детали таковы, что ось обрабатывающего инструмента проходит через ее центр.

Втулки и кольца.

Технологичные конструкции втулок и колец отвечают следующим требованиям:

отсутствуют глухие отверстия с разных сторон детали;

все внутренние поверхности можно расточить с одной стороны при одной установке детали;

возможна обточка центрирующих поясков и нарезка резьб при одной установке детали;

точные отверстия и отверстия со шлицами - открытые;

шлицевые поверхности не имеют перерывов, что способствует уменьшению ударов по режущему инструменту.

Технологические рекомендации к конструкциям других типов деталей (шестерен, рычагов) приведены в справочной литературе /12/ и во многом совпадают с приведенными в п. 3.4, особенно при наличии аналогичных конструктивных элементов.

3.5. ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

Обрабатываемость материала, т.е. способность его, поддаваться обработке тем или иным методом резания, определяется комплексом физических свойств, химическим составом и структурным строением. Обрабатываемость, как правило, оценивается по допустимой величине скорости резания. Повышение содержания легирующих элементов в основном ухудшает обрабатываемость.

Количественно обрабатываемость резанием того или иного материала характеризуется отношением скорости резания этого материала к скорости резания стали 45 в сходных условиях обработки. Данные по обрабатываемости резанием различных материалов, применяемых в авиадвигателестроении (или аналогичных им), представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика материала	Типовые марки	Скорости резания, м/мин	Обрабатываемость по отношению к стали 45
Твердый сплав	Быстро-режущая сталь
Улучшаемые стали перлитного класса	38ХА 30ХГСА 30ХМА 40ХН2МА			0,8 0,65 0,6 0,8
Цементируемые и азотируемые стали	12Х2Н4А 12Х2НВФА 13ХЗНВМ2Ф			0,75 0,75 0,7
Высокопрочные стали	38ХМЮА 38Х2МЮД 39МХГСНА			0,7 0,6 0,55
Нержавеющие высокохромистые стали ферритного, мартенситного классов	1Х13, 2Х13 1Х17Н2 1Х12Н2ВМФ			0,65 0,65 0,55
Нержавеющие и жаропрочные стали аустенитного и аустенитно-мартенситного классов	12Х18Н9Т Х15Н9Ю			0,5 0,45
Жаропрочные окалиностой-кие сложнолегированные стали аустенитного класса	4Х12Н8Г8МФБ 12Х25Н16Г7АР Х12Н2ОТЗР			0,3 0,25 0,15
Жаропрочные деформируемые сплавы на железо-никелевой основе	ХН77ТЮР ХН60В			0,16 0,8
Жаропрочные литейные сплавы на никелевой основе	ВЖ36-Л2 ЖСб-К ЖСЗ-ДК			0,04 0,04 0,04
Сплавы средней прочности на основе титана	ОТ4 ОТ6			0,4 0,25
Высокопрочные сплавы на основе титана	ВТ16 ВТ22			0,2 0,15
Жаропрочные титановые сплавы	ВТЗ-1 ВТ9			0,25 0,2
Алюминиевые сплавы деформируемые	Д1, Д16 В95 АК4-1, АК6			3,5 2,0 3,5
Алюминиевые сплавы литейные	АЛ-4
Магниевые литейные сплавы	МЛ5 МЛ9 МЛ19			4 и более
Латунь	Л62 Л63			2,0 2,0
Бронзы оловянные	БрОФ7-0,2 Бр019 БрОС16-5			1,5 1,5 1,5
Бронзы безоловянные	БрАЖ9-4 БрБ2			0,7 0,7

Обрабатываемость различных конструкционных материалов, хотя и в несколько ином понимании - как интенсивность съема материала, применительно к электрофизическим и другим методам обработки приводится в справочной литературе /13/.

3.6. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ АНАЛИЗА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ПОДВЕРГАЕМЫХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Студентам, выполняющим учебное проектирование по курсу “Технология механической обработки деталей ДЛА”, при выполнении технологического анализа чертежа заданной детали следует руководствоваться указаниями, приведенными в разд. 1, 2, 4 настоящих методических указаний. Анализ чертежа надлежит проводить в следующей последовательности:

склассифицировать деталь по конструктивному принципу;

описать назначение и условия работы детали в изделии;

рассмотреть конструкцию детали как сочетание различные поверхностей, оценить габариты, жесткость, инструментальную доступность и технологичность по процессу изготовления;

выделить основные и свободные поверхности, рассмотреть их точность, характеристики качества и технологичность формы;

описать взаимосвязь между основными (конструкторскими и рабочими), а также между основными и свободными поверхностями, рассмотреть систему простановки координирующих размеров, выявить возможность их непосредственного получения и измерения, оценить технологичность по процессу изготовления;

склассифицировать материал детали, описать его химический состав, химико-термическую обработку и структурные характеристики, рассмотреть изменение механических свойств, в связи с требуемой термообработкой, оценить обрабатываемость и отмстить особые технологические свойства;

охарактеризовать назначенную конструктором заготовку;

дать итоговую характеристику технологичности детали и указать пути ее улучшения.

3.7. ПРИМЕР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ЧЕРТЕЖА

В качестве примера для деталей, получаемых механической обработкой, проведем технологический анализ чертежа рабочей лопатки V ступени компрессора ГТД (рис. 9). К лопатке предъявляются следующие требования:

допустимое отклонение точек профиля пера от теоретического в расчетных сечениях-0,15мм;

допустимый разворот профилей сечений от теоретического положения ± 8',

допустимое смещение профиля пера относительно хвостовика лопатки в направлении, перпендикулярном оси хвостовика, ± 0,2 мм;

смещение выгодной кромки относительно основания хвостовика лопатки в направлении оси хвостовика, ± 1 мм;

разноразмерность по длине замка не более 0,01 мм;

поверхность пера упрочнить гидродробеструйной обработкой и виброгалтовкой по специальной инструкции;

рабочие (боковые) поверхности хвостовика упрочнить гидродробеструйной обработкой по специальной инструкции.

3.7.1. Назначение и условия работы.

Лопатка по своим конструктивным признакам относится к обширному классу деталей того же наименования. Лопатка ротора компрессора является основным рабочим элементом, который, воздействуя на проходящий через компрессор воздух, осуществляет его сжатие.

Рассматриваемая деталь относится к числу наиболее нагруженных деталей ГТД, определяющих его ресурс /4/. Ее профильная часть - перо лопатки - кроме растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока, испытывает переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых меняются в широких пределах, а также тепловые нагрузки. При работе двигателей на переходных режимах в кромках пера возникают напряжения, связанные с различной величиной термического расширения тонких и утолщенных элементов пера. Условия работы пера осложняются действием пылевой эрозии и агрессивной газовой среды. В замке лопатки помимо циклических растягивающих напряжении возникают значительные контактные напряжение, которые могут вызвать локальные разрушения в зоне контакта. Тепловые нагрузки в хвостовике незначительны, чем в профильной части.