В результате чего возникают погрешности при изготовлении деталей 5 причин
Основные причины возникновения погрешностей обработки
К основным причинам появления погрешностей на каждом из этапов относятся: на этапе установки – ошибки в выборе технологических баз при разработке технологического процесса изготовления детали, состояние базовых поверхностей заготовки и установочных элементов приспособления или станка, нарушение правил установки и закрепления заготовки и др. На этапе статической настройки – ошибки в выборе измерительных баз, а также методов и средств настройки системы СПИД, состояние (геометрическая точность) станка и технологической оснастки и др. На этапе динамической настройки – нестабильность входных параметров заготовок (припуска, твердости, химического состава, структуры и т.п.), изменение во времени параметров, характеризующих состояние станка и технологической оснастки (жесткость,температурные деформации,вибрации,износ) и др.
Знание причин, вызывающих указанные погрешности изготовления деталей, позволяет в каждом конкретном случае предусматривать мероприятия по их устранению или во всяком случае по уменьшению их влияния. Отметим ряд наиболее распространенных способов предупреждения погрешностей обработки.
Погрешность установки сокращается, если детали устанавливать на заранее выбранные опорные точки приспособлений. Объясняется это тем, что вместо бесконечно большого числа вариантов возникновения трех опорных точек на реальных поверхностях детали при её установке, например, по установочной технологической базе, в конструкции приспособления заранее определяется расположение опорных планок или штырей. При этом для повышения жесткости детали дополнительно используют подводимые опоры, выполняющие роль подвижных компенсаторов и учитывающие погрешности формы реальной поверхности детали.
На рис.5.1 показан пример наиболее благоприятного расположения двух опорных точек 4,5 на направляющей базе М детали. При расположении опорных точек по средней линии направляющей базы смещение а детали из-за неперпендикулярности её торца М к плоскости N резко сокращается в сравнении с вариантами расположения тех же точек выше или ниже средней линии.
Для сокращения погрешностей статической настройки при установке приспособлений часто используют направляющие шпонки, которые располагают на основании опорной плиты или корпуса приспособления. Шпонки позволяют быстро и точно установить приспособление по одной из сторон Т-образного паза стола станка.
Одним из способов размерной настройки станка является использование уже обработанной и проверенной детали или специального эталона. При повышенных требованиях к точности настройки системы СПИД широко используют различные (механические, электрические, оптические и др.) встраиваемые системы для отсчета координат перемещения узлов станка. Применяют также специальные устройства, компенсирующие геометрические неточности в размерных цепях настройки станка, например погрешности шага ходовых винтов в расточных и резьбонарезных станках.
Как правило, наибольшие трудности возникают при сокращении погрешности динамической настройки, так как это требует непрерывного контроля входных параметров заготовок, текущего состояния оборудования и оснастки. Например, для учета колебаний припуска и твердости заготовок прибегают к их предварительной сортировке на группы и внесению соответствующих поправок в режимы обработки для каждой из групп. Температурные деформации системы СПИД в известной степени удается нейтрализовать путем предварительного нагрева станка на холостом ходу, т.е. выведением его узлов на определенный более или менее стабильный температурный режим. Для устранения влияния вибраций применяют различные конструкции виброгасителей. Износ инструмента компенсируют либо периодической его заменой, либо с помощью известных средств активного контроля.
Значительные трудности представляет также учет перераспределения внутренних напряжений в заготовках, особенно корпусных сложной формы, и влияние его на точностные параметры изготовляемых деталей. В подобных случаях используют различные способы старения деталей: вылеживание в течение определенного времени, температурную обработку, вибрационное старение. Успех того или иного мероприятия по сокращению погрешностей обработки во многом зависит от квалификации рабочего, который определяет величину и время внесения требуемой поправки в процесс обработки.
Причины образования погрешности обработки
Основными причинами погрешностей механической обработки являются:
1) неточность и износ станков;
2) неточность и износ инструментов и приспособлений;
3) деформации обрабатываемой заготовки под действием сил резания и закрепления» нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжении;
4) погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер;
5) жесткость технологической системы. Неточность и износ станков.
Металлорежущий станок как и всякую машину, изготовить абсолютно точно практически невозможно. Это объясняется тем, что невозможно изготовить основные детали станка абсолютно точно и невозможно собрать узлы станка без погрешностей.
Собственная точность металлорежущих станков, т. е. точность их в ненагруженном состоянии, регламентирована ГОСТами.
Для выполнения особо точных работ промышленность выпускает станки с повышенной точностью, так называемые прецизионные, степень точности изготовления которых приблизительно в 2—3 раза выше по сравнению с точностью обычных станков.
По мере износа собственная неточность станка возрастает. Особое значение имеет износ подшипников и шеек шпинделей, а также направляющих станин. Вследствие износа шпинделя и подшипников у станков токарного типа появляется биение шпинделя, придающее неточность геометрической форме обрабатываемой детали.
Износ направляющих токарного станка вызывает несовпадение центров бабок, что также приводит к погрешности геометрической формы обрабатываемой детали.
Неточность и износ инструмента. Точность обработки непосредственно связана с точностью изготовления режущего инструмента в двух случаях:
1) при работе мерным инструментом, когда размер инструмента непосредственно передается детали;
2) при работе фасонными инструментом, когда его профиль переносится на деталь.
В промышленности применяют большое количество немерных режущих инструментов — проходные резцы, торцовые фрезы и др. Погрешность изготовления этих инструментов непосредственного влияния на точность обработки не оказывает.
Существенно влияет на точность обработки износ режущего инструмента. В процессе обработки режущие инструменты изнашиваются как по задней поверхности, так и по передней. Следствием износа резца по задней поверхности на величину V является изменение размера детали на величину W. Такой износ получил название размерного износа.
В технологии машиностроения размерный износ, инструмента принято выражать в зависимости от пройденного им пути резания L, определяемого по формуле:
 |
где L — длина пути резания, в м;
D — диаметр обрабатываемой детали, в мм;
I — длина обрабатываемой детали, в мм;
Неточность и износ приспособлений. Приспособления, применяемые для установки деталей, также являются источником погрешностей. Дело в том, что сами приспособления имеют неточность изготовления. Кроме того, увеличивается их износ с течением времени и деформацией в процессе обработки. Возникают также погрешности и в результате неточного ориентирования обрабатываемой детали в приспособлении.
Точность изготовления приспособлений должна, быть выше точности обрабатываемой детали. При точных работах (2—3-й классы) обычно допуски на размеры приспособлений берутся равными 1/2—1/10 допусков на соответствующие размеры детали. При грубых работах (4-й класс и ниже) относительная точность приспособлений может быть выше (1/3—1/10 допуска на деталь).
Деформации обрабатываемой заготовки.Под действием усилий закрепления заготовки и резания, собственного веса, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжении появляются те или иные деформации, детали, вызывающие соответствующие погрешности.
При чистовой обработке на точность изготовления в значительной мере влияет усилие закрепления детали. Деформации обрабатываемой детали под действием усилий резания приводят к существенным погрешностям. Усилия резания больше всего сказываются при обработке деталей с большим отношением длины к диаметру и при малой их жесткости. Они приводят не только к изменению размеров, но и к погрешности формы и относительного положения обрабатываемой поверхности. Применение люнетов и использование режущих инструментов с большими углами в плане уменьшают погрешности.
При механической обработке детали нагреваются. При равномерном распределении тепла по длине и толщине детали изменяются только размеры детали, а при неравномерном распределении может изменяться также и ее форма.
При черновой обработке деталь нагревается до более высокой температуры, чем при чистовой. Если чистовую обработку производят сразу после черновой, то погрешности в данном случае будут велики. Поэтому необходимо разделение черновой и чистовой обработки. Соблюдение известного перерыва между этими операциями приводит к остыванию детали, что является наиболее эффективным средством борьбы с погрешностями, вызываемыми температурными деформациями.
На точность обработки оказывает существенное влияние перераспределение внутренних напряжений в материале детали. Внутренние напряжения возникают при горячей обработке заготовок из-за неравномерного охлаждения и структурных изменений в материале, при обработке давлением в холодном состоянии и при обработке резанием. С течением времени внутренние напряжения постепенно выравниваются и исчезают, но при этом заготовка деформируется. Для уменьшения влияния перераспределения внутренних напряжений на точность обработки часто применяют для литых и кованых заготовок термический процесс старения или низкотемпературный отжиг.
При обработке резанием, когда снимается большой слой металла за один проход, существенно нарушается равновесие внутренних напряжений и происходит значительная деформация детали, заключающаяся в искривлении ее осей и плоскостей. В данном случае необходимо отделение черновых операций механической обработки от чистовых.
Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 17 ; Нарушение авторских прав
Общая классификация погрешностей при изготовлении изделий и причины их вызывающие
Погрешности по статическому признаку проявления подразделяются на грубые («промахи»– их нужно и можно избегать) и неизбежные (их избежать нельзя, но нужно, по возможности, уменьшать).
Грубые погрешности, как правило, заметны по полученным результатам, так как они резко отличаются от других. Незаметные грубые погрешности выявляются при помощи специальных способов статистической обработки результатов.
Грубые погрешности возникают по следующим причинам:
— невнимательность, небрежность работника, не соблюдение им установленных правил;
— несоответствие квалификации работника сложности выполняемой работы;
— неисправность оборудования, оснастки;
— отсутствие нормальных условий для выполнения данной работы (неудобное рабочее место, недостаточная освещенность, отвлекающие факторы и т.д.);
— плохое состояние работника (болезнь, плохое настроение, «эффект понедельника» и др.).
Меры исключений грубых погрешностей:
— внедрение систем менеджмента качества;
— обучение и повышение квалификации работника;
— своевременный контроль за оборудованием, оснасткой и их ремонт;
К неизбежным погрешностям относятся систематические (Δс) и случайные (Δсл). Строго говоря, такое разделение условно, так как любая погрешность имеет элемент случайности. Если этот элемент случайности очень мал, то погрешность относят к систематическим. Некоторые погрешности могут иметь переменный характер. Например, до определенного момента износа резца погрешность из-за износа имеет систематический характер, а после – случайный.
Систематические – это такие погрешности, которые проявляются систематически составляющие их можно выявить на каждой детали партий (определить при помощи измерений). Их часто можно предвидеть.
Систематические погрешности имеют две разновидности: постоянные по величине и знакуили изменяющиеся по определённому закону. Последние погрешности, в свою очередь, подразделяются на прогрессирующие и сложные.
Систематические постоянные по величине и знаку погрешности могут возникать по следующим причинам:
— неточность метода изготовления изделия;
— конструктивная неточность оборудования, оснастки;
— неточность настройки технологического комплекса при изготовлении и измерении;
— постоянные силовые и температурные деформации при изготовлении изделия.
Причины, вызывающие систематические, изменяющиеся по определенному закону прогрессирующие погрешности:
— деформации, связанные с постоянным разогревом или охлаждением оборудования, оснастки, заготовки;
— деформации, связанные со старением и усталостью материалов деталей оборудования, оснастки и другое.
Систематические, изменяющиеся по определенному закону сложные погрешности возникают, например, при износе режущих инструментов, так как сначала износ идет интенсивно (идет приработка), потом стабилизируется, а при достижении определенного значения снова резко возрастает.
Систематические погрешности суммируются алгебраически:
Невозможно найти жизненную ситуацию, в которой не имел бы место «Его Величество случай». Однако случайности можно выявить, если знать, что достаточно много случайностей вместе дают определенную статическую закономерность, которая поддается изучению и результаты этого изучения можно использовать с пользой. Для этого необходим достаточный массив результатов опытов (как минимум 25, а лучше 100-200 результатов; чем больше результатов, тем точнее можно выявить закономерность).
Причины, вызывающие случайные погрешности:
— неодинаковость механических свойств материалов (например, разная твердость) и припуска заготовок деталей и инструмента;
— деформации вследствие перераспределения внутренних напряжений;
— случайные силовые и температурные деформации;
— случайные изменения зазоров между деталями оборудования и оснастки во время работы.
Случайные погрешности суммируют квадратически:
Так как суммарная случайная погрешность является величиной квадратической, то имеет знак «плюс». Но влиять на результаты измерения она может, увеличивая их как в «плюс», так и в «минус». Поэтому общая суммарная погрешность:
Систематические и случайные погрешности оказывают влияние одновременно, потому общая погрешность представляет собой величину случайную (если в ряду неслучайных величин есть хотя бы одна случайная величина, то весь ряд превращается в случайный), в результате, как и другие случайные величины, общая погрешность имеет вероятностный характер и подчиняется законам теории вероятностей. В производственных условиях закономерности распределения погрешностей можно определить с помощью статической обработки большого количества полученных результатов.
Величиной и закономерностью погрешностей можно управлять:
— устраняя причины, вызывающие отдельные составляющие систематической погрешности;
— уменьшая влияние отдельных составляющих систематической погрешности (например, повышая износостойкость изнашиваемых деталей оборудования, износостойкость режущих инструментов);
— уменьшая отдельные составляющие систематической погрешности путем компенсации (например, путем регулирования зазоров, в том числе автоматического);
— определяя и учитывая отдельные составляющие систематической погрешности и внося соответствующие поправки в результаты измерений;
— перераспределяя погрешности с противоположными знаками путем смещения центра их группирования соответствующей настройкой технологического комплекса (сдвигая центр группирования к нижней границе поля допуска размера вала, т.е. в сторону исправимого брака, что одновременно способствует увеличению запаса материала на износ детали);
— уменьшая влияние случайных погрешностей путем выполнения многократных измерений и статической обработки результатов.
Теория ошибок с применением аппарата математической статистики (теории вероятностей) позволяет определять закономерности случайных погрешностей.
Погрешность механической обработки и методы достижения точности.
В процессе изготовления деталей неизбежно возникают отклонения от заданной геометрической формы, как например: овальность, конусность, вогнутость, непрямолинейность и другие погрешности. Рассмотрим основные причины возникновения погрешностей при обработке деталей и способы их уменьшения. К основным причинам погрешностей, возникающих при механической обработке, относятся: неточность металлообрабатывающих станков, инструментов, приспособлений, деформации обрабатываемых деталей и их нагрев при обработке, неточность настройки станков и измерений, неточность установки детали и др. Как видим, точность обработки па металлорежущих станках зависит от многих факторов, учесть которые не всегда удается полностью. Точность размеров обработанных деталей обеспечивается необходимым технологическим процессом, выбором оборудования и режимами резания.
В процессе обработки деталей на станке вследствие действия сил резания в системе станок — инструмент — деталь возникают упругие деформации, которые оказывают влияние на точность обработки. Величина упругой деформации зависит от сил резания, жесткости системы и температурных деформаций частей станка. Жесткость системы станок — инструмент — деталь характеризуется способностью этой системы сопротивляться силам, действующим в процессе резания. Чем больше жесткость системы, тем меньше погрешность от упругой деформации при обработке. Жесткость станка зависит от жесткости отдельных его узлов. Например, жесткость токарного станка определяется жесткостью суппорта, передней и задней бабок. Для уменьшения величины прогиба при обработке нежестких валов применяют люнеты.
При зажиме обрабатываемых заготовок возникают деформации, величина которых зависит от формы и конфигурации детали, от жесткости заготовок, сил резания и способа крепления заготовок. Для уменьшения величины деформации после черновой обработки вводят чистовую обработку, при которой заготовки закрепляют с меньшим усилием. На точность обрабатываемой детали влияют также и температурные деформации. Например, при нагревании проходного резца на 20—30°С его длина увеличивается на 0,01—0,015 мм, что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки на 0,02—0,03 мм. Кроме того, в процессе резания нагревается заготовка, причем в одних случаях равномерно, в других неравномерно.
При равномерном нагревании размеры детали изменяются, а геометрическая форма сохраняется; при неравномерном нагревании изменяются и размеры, и геометрическая форма детали. При работе станков тепло, выделяемое от трения вращающихся и перемещающихся зубчатых колес, шпинделей, подшипников и т. д., вызывает температурные изменения в отдельных механизмах станка. Например, при работе токарного станка в течение 1—1,5 ч из-за нагрева шпиндельной бабки происходит изменение положения оси шпинделя на 0,01—0,05 мм.
Точностью изделия в машиностроении называют степень соответствия заранее установленному образцу. Под точностью детали понимается степень соответствия реальной детали, полученной механической обработкой заготовки, по отношению к детали, заданной чертежом и техническими условиями на изготовление, т.е. соответствие формы, размеров, взаимного расположения обработанных поверхностей, шероховатости поверхности обработанной детали требованиям чертежа.
Следовательно, точность понятие комплексное, включающее всестороннюю оценку соответствия реальной детали по отношению к заданной.
При работе на металлорежущих станках применяют следующие методы достижения заданной точности:
— обработка по разметке или с использованием пробных проходов путем последовательного приближения к заданной форме и размерам; после каждого прохода инструмента производится контроль полученных размеров, после чего решают какой припуск необходимо снять; точность в этом случае зависит от квалификации рабочего, например токаря или фрезеровщика;
— обработка методом автоматического получения размеров, когда инструмент предварительно настраивается на нужный размер, а затем обрабатывает заготовки в неизменном положении; в этом случае точность зависит от квалификации наладчика и способа настройки;
— автоматическая обработка на копировальных станках и станках с программным управлением, в которых точность зависит от точности действия системы управления.
Но какой бы станок или способ обработки не применялся, несколько деталей, даже обработанных на одном и том же станке одним и тем же инструментом, будут немного отличаться друг от друга. Это объясняется появлением неизбежных погрешностей обработки, которые служат мерой точности обработанной детали.
Таким образом, к причинам, вызывающим появление погрешностей при обработке резанием, будь-то токарная обработка, сверление или фрезерование, можно отнести следующие:
— неточности самого металлорежущего станка, вызванное погрешностями изготовления его деталей и неточностями сборки;
— погрешности установки заготовки;
— неточности изготовления, установки, настройки и износ режущего инструмента;
— упругие деформации технологической системы;
— тепловые деформации технологической системы;
— остаточные деформации в заготовке;
— изношенность направляющих, ходовых винтов и в целом самого станка и др.
При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает такой момент, когда дальнейшее резание инструментом должно быть прекращено, а инструмент отправлен на переточку. Момент затупления инструмента устанавливается в соответствие критериями износа, под которым понимается сумма признаков или один решающий признак. Применяется два критерия: первый — критерий оптимального износа и второй- критерий технологического износа. В обоих критериях за основу принимается линейный износ задней поверхности, так как она изнашивается всегда при обработке любых материалов и при всех режимах резания, и измерение ширины площадки износа гораздо проще, чем глубины лунки износа.
Качество поверхности, обработанной режущими инструментами, определяется шероховатостью и физическими свойствами поверхностного слоя. Обработкой резанием не может быть получена идеально ровная поверхность. Режущие кромки инструментов оставляют неровности в виде впадин и выступов различной формы и размеров.
Поверхностный слой после обработки резанием существенно отличается от основной массы металла, так как под действием инструмента его твердость и кристаллическое строение изменяются. Толщина дефектного поверхностного слоя зависит от материала заготовки, вида и режима обработки и др. От качества поверхности зависят следующие эксплуатационные характеристики деталей: износостойкость поверхностей трущихся пар, характер посадок подвижных и неподвижных соединений, усталостная или циклическая прочность при переменной нагрузке, противокоррозионная стойкость поверхности и др.
Таким образом, даже этот краткий материал по обработке металлов резанием ясно показывает, что на качество обработанной поверхности влияет много факторов: материал обрабатываемой заготовки, вид обработки, жесткость системы станок — приспособление — инструмент деталь, характер, форма, материал и степень остроты или износа режущих инструментов, режим обработки, вид смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), а также квалификация рабочего человека, стоящего у станка, его отношение к делу.
Оптимизация всех факторов, влияющих на качество обработки, обеспечит стабильность получения желаемого результата: качества изделия в конечном итоге, что принесет любому предприятию прибыль и вознаграждение за свой труд, а потребителю экономию за счет снижения эксплуатационных издержек при техобслуживании и ремонте машин.