ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕФОРМАЦИИ ТОНКОСТЕННЫХ ЗАГОТОВОК, ПРИ ЗАКРЕПЛЕНИИ В СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

Повышение интенсивности режимов работы современных машин, необходимость увеличения их надежности требуют разработки новых, более совершенных конструкций машин и более высокого качества их изготовления. Последнее во многом определяется геометрической точностью деталей, которая характеризуется отклонениями размеров, формы и расположения поверхностей, их волнистостью и шероховатостью.

В неподвижных и плотных соединениях эти величины влияют на герметичность, прочность, жесткость, точность центрирования. В подвижных соединениях – на равномерность зазоров, плавность хода рабочих органов, точность перемещений, изнашивание, вибрации, шум и др. Отклонения формы и расположения поверхностей деталей зависят от жесткости и геометрической точности заготовок, состояния металлорежущего оборудования, режима обработки, деформаций, возникающих при термообработке, транспортировке и т.д. К числу факторов, значительно снижающих точность механической обработки тонкостенных деталей, относятся деформации заготовок при закреплении их в станочных приспособлениях. Эти деформации возникают уже на предварительных операциях обработки заготовок и уменьшают точность поверхностей, используемых для установки на завершающих операциях обработки, что увеличивает их трудоемкость.

Механизм возникновения отклонений размеров и формы обработанных поверхностей при разных схемах закрепления принципиально одинаков. Заготовка, упруго деформированная под действием сил закрепления, подвергается механической обработке, а затем раскрепляется. При этом упругие деформации исчезают, а обработанные поверхности изменяют размеры. Отклонения размеров, формы и расположения поверхностей готовых деталей равны по величине, но противоположны по направлению отклонениям, возникающим при закреплении заготовок.

Деформации тонкостенных заготовок и вызываемые ими отклонения размеров, формы и расположения обработанных поверхностей зависят от схемы закрепления, развиваемого приспособлением зажимного усилия, формы и жесткости заготовки, отклонения формы установочных поверхностей заготовок и приспособлений.

Отклонения формы и расположения поверхностей по ГОСТ 24642-81 могут быть следующими: по цилиндрическим поверхностям – отклонение от круглости и цилиндричности, отклонение профиля продольного сечения от номинального, радиальное биение; по торцовым поверхностям – отклонения от перпендикулярности по отношению к оси и плоскостности, торцовое биение; по коническим и фасонным поверхностям – отклонение от круглости, радиальное биение, отклонение от заданного профиля продольного сечения.

Закрепление заготовок в станочных приспособлениях обычно вызывает деформации, приводящие к одновременному возникновению нескольких из перечисленных выше отклонений формы и расположения обработанных поверхностей.

Рассмотрим определение сил зажима при закреплении тонкостенных заготовок  в самоцентрирующих зажимных патронах и оправках (таблица 1).

Необходимую силу закрепления тонкостенных заготовок следует определять на базе инженерных расчетов. Завышение сил закрепления почти всегда приводит к большим деформациям заготовок и погрешностям обработки.

Для получения требуемой круглости при обработке тонкостенных деталей желательно обеспечить равномерное осесимметричное распределение сил закрепления. При этом важно, чтобы установочная поверхность заготовки была геометрически точной. К патронам и оправкам с равномерным осесимметричным распределением сил закрепления относятся приспособления: прессовые, с гофрированными втулками, с гидропластмассовым наполнителем.

Таблица 1.

Определение сил закрепления заготовок в самоцентрирующих зажимных патронах и оправках

В приведенных табличных формулах: рекомендуемый коэффициент трения f = 0,16 для металла по металлу и f = 0,2 – для резины по металлу; коэффициент запаса К = 2,5.

При использовании прессовых оправок отклонения от круглости и прямолинейности образующих цилиндрической поверхности весьма малы. В этом случае имеет место только отклонение диаметрального размера.

При использовании цилиндрических оправок с гарантированным радиальным зазором и закреплением заготовок по торцам целесообразно принимать диаметры буртика D_б и шайбы D_ш одинаковыми, при этом Р_б = Р_ш = Р (Р – сила давления); и выбирать их так, чтобы силы давления на торцы не давали момента относительно окружности среднего радиуса заготовки. В этом случае искривление образующих цилиндрической поверхности будет минимальным. Погрешность диаметрального размера и отклонения от круглости под действием осевых сжимающих сил весьма малы. Однако оправки с гарантированным зазором не обеспечивают хорошей точности центрирования.

Оправки с коническими втулками обеспечивают хорошее центрирование и малые отклонения от круглости и не требуют больших зажимных сил. Однако при обработке тонкостенных деталей радиальные составляющие силы закрепления вызывают изгиб стенки гильзы и отклонение от прямолинейности образующей.

Приспособления с упругими разжимными шайбами, разрезными втулками и цангами развивают силы, близкие к осесимметричным, и также могут использоваться при изготовлении тонкостенных деталей с высокими требованиями по круглости.

Кулачковые и винтовые оправки, мембранные и цанговые приспособления не обеспечивают осесимметричного распределения сил, что не позволяет получать при обработке тонкостенных деталей высокую точность. Для улучшения круглости прибегают к увеличению числа кулачков, а также применяют кулачки с большими дугами контакта с заготовкой.

Таким образом, для уменьшения влияния деформаций заготовок на точность обработки необходимо:

- усилия закрепления заготовок  определять на основании расчета по заданным моментам от сил резания; их не  следует завышать;

- тонкостенные детали с высокими требованиями по круглости следует обрабатывать в патронах и оправках с осесимметричным распределением усилий закрепления.

Список литературы:

1. Куклев Л.С., Тазетдинов М.М. Оснастка для обработки нежестких деталей высокой точности. - М.: Машиностроение, 1978. - 104с.
2. Справочник металлиста. В 5-ти т. 3-е изд., перер. М.: Машиностроение, Т.4, 1977, 720 с.