Особенности решения задач при наличии в технологии химико-термических операций и операций, предусматривающих нанесение покрытий

К особенностям таких технологических процессов можно отнести следующие:

1. Поверхности в явном виде на детали отсутствуют, они появляются или исчезают, но учитывать эти поверхности в размерных расчетах необходимо. Например, при цементации на некотором расстоянии от поверхности образуется поверхность раздела между исходным металлом и цементированным слоем. Внешне этой поверхности нет, но обозначить эту поверхность на совмещенной схеме необходимо. Или, например, при хромировании исходная поверхность становится внутренней поверхностью, обозначение которой так же необходимо.

2. При решении размерных цепей допуски на размеры, выполняемые в химико-термических и гальванических цехах должны соответствовать экономически целесообразной точности соответствующих методов.

3. Разрабатываемая технология механической обработки (формообразование) «предписывает» размеры (толщины) слоев в химико-термических и гальванических цехах.

4. Технологией, как правило, не предусматривается непосредственный контроль толщин слоев. Требование чертежа обеспечивается косвенно, через другие технологические размеры.

5. Припуски на детали, подвергаемые химико–термической обработке, следует устанавливать, руководствуясь действующей инструкцией ВИАМ №883-70 «Химико-термическая обработка сталей и сплавов»

Согласно этой инструкции:

- местная защита отдельных поверхностей изделий от цементации, нитроцементации и цианирования обеспечивается припусками или слоем меди, нанесенным электролитическим методом.

При защите поверхности изделий от цементации, цианирования или азотирования припусками величина последних должна быть больше максимальной толщины слоя;

- величину припуска, удаляемого шлифованием, для сохранения достаточно высокой твердости упрочняемых поверхностей (HRC³58), необходимо увязывать с величиной допустимого уменьшения толщины слоя. Эта величина должна быть не более 20%;

- для цианирования поверхностей величина снимаемого слоя должна быть минимальной и не превышать 0.05 мм, так как при цианировании поверхностная часть слоя является по износоустойчивости наиболее ценной;

- при азотировании конструкционных сталей, склонных к образованию в поверхностном слое хрупких, легко выкрашивающихся фаз, в случае повышенной толщины азотированного слоя необходимо предусмотреть припуск в пределах 0,05 – 0,15 мм;

- на азотируемых поверхностях изделий из нержавеющих сталей, работающих во влажной среде, необходимо предусмотреть припуск 0,02 – 0,03 мм.

Рассмотрим эти особенности при решении конкретных задач.

Пример задачи, когда необходимо создать и выдержать определенной толщины цементированный слой

Данными являются чертеж (эскиз) детали и план обработки (рис. 1.9 и 1.10).

		20 - 0,14

Рис. 1.9. Эскиз детали

Операция 10. Цементация на глубину lт.ц. (l2) Закалка

Операция 5. Шлифовальная

Примечание. В этой задаче lт.ц. – толщина слоя цементации, полученная в термическом цехе; Cч – толщина слоя цементации, указанная на чертеже.

Операция 15. Шлифовальная

Примечание. Максимальная величина припуска Z15max = 0,2

Рис. 1.10. План обработки

Задача формулируется так: представить технологический процесс в виде математической модели (графической и аналитической формах) и определить операционные размеры с учетом требований чертежа. Решение сводится к составлению совмещенной схемы, преобразованию ее в граф технологического процесса, составлению системы уравнений и их решению. На рис. 1.11 показана совмещенная схема технологического процесса.

Рис. 1.11. Совмещенная схема технологического процесса

Из рис. 1.11 следует, что как таковой поверхности 2₀ на детали не существует. Это внутренняя поверхность раздела между цементированным слоем и основной массой детали.

Далее по вышеприведенной методике строится производный граф (рис. 1.12, а) и граф исходный (1.12, б).

		б
		а

Рис. 1.12. Производный а и исходный б графы

Примечание. Из совмещенной схемы (рис. 1.11) видно, что положение поверхности 3₂ не обеспечивается ни одним операционным размером; следовательно, определенность положения этой поверхности обеспечивается на других этапах технологии; поэтому поверхность 3₂ на графах оказалась «изолированной».

Операция замыкания графов дает граф технологического процесса (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Граф технологического процесса

Примечание. Проверка правильности построения графа: число ребер графа производного равно числу ребер графа исходного.

Вся вышеприведенная вспомогательная работа позволяет безошибочно выявить систему размерных связей в виде уравнений и неравенств:

1. (20) – l₃ = 0 ;

2. (0,5) – l₃ + l₁ – l _т.ц. = 0 ; (1.17)

3. Z₁₅ – l₁ + l₃ = 0 .

1а. Т(20) ³ Тl₃ ;

2а. Т(0,5) ³ Тl₃ + Тl₁ + Тl_т.ц.; (1.18)

3а. w Z₁₅ = Тl₁ + Тl₃ .

Из системы (1.17) видно, что три размерные цепи связанные, т.е. содержат одни и те же составляющие звенья. Поэтому в рассматриваемых системах следует в первую очередь рассматривать выражения 2 и 2а, где исходным звеном является чертежный размер и где имеет место наибольшее число составляющих звеньев.

При распределении допуска на размер (0,5) среди составляющих звеньев следует иметь в виду, что экономически целесообразная точность такого метода, как цементация, составляет 0,2 мм (этот допуск колеблется в зависимости от метода цементации – см. приложения). Если принять, что Тl_т.ц. = 0,2, тогда допуски на идентичных операциях шлифования будут равны: Тl₃ = 0,05 мм, Тl₁ = 0,05 мм.

Таким образом, в системе (1.18) допуски на составляющие звенья (операционные размеры) становятся известными.

Следующим этапом работ является решение уравнений системы (1.17).

Из выражения 1 и 1а находим

l₃ = 20 _{– 0,05} .

Далее можно рассмотреть только выражения 3 и 3а; но для решения уравнения необходимо предварительно найти величину Z₁₅. В общем виде

.

При решении задач такого типа следует иметь в виду, что после цементации и закалки с поверхности не следует снимать припуск более 0,2 мм, так как практика показывает, что при снятии большего слоя резко снижается твердость цементированного слоя. Из этого следует, что

Z_15max = Z_15min + w Z₁₅ = 0,2.