Stabilirea adaosurilor de prelucrare, dimensiunilor şi toleranţelor tehnologice

A. Definirea şi clasificarea adaosurilor de prelucrareAdaosul de prelucrare reprezintă grosimea stratului de material îndepărtat la prelucrarea unei

suprafeţe în vederea obţinerii caracteristicilor geometrice prescrise acesteia. Adaosul de prelucrare se măsoară pe o direcţie perpendiculară pe suprafaţa prelucrată.

În legătură cu o suprafaţă de prelucrat, adaosul de prelucrare poate fi:- intermediar, Ai :

o atunci când suprafaţa se prelucrează în cel puţin două etape (două prelucrări);

o reprezintă stratul de material îndepărtat la o prelucrare (etapă) a suprafeţei.

- total, At: reprezintă stratul de material care se îndepărtează prin efectuarea tuturor prelucrărilor (etapelor) suprafeţei. Rezultă că: At = Ai

În funcţie de modul de dispunere pe suprafaţa de prelucrat, adaosurile de prelucrare pot fi:- simetrice: cazul prelucrării suprafeţelor exterioare sau interioare de revoluţie (cilindrice,

conice etc.) sau al prelucrării simultane a suprafeţelor plane opuse, fig. 5.4.a ;- asimetrice: cazul prelucrării succesive a suprafeţelor plane, fig. 5.4.b.

a) b)Fig. 5.4

Determinarea mărimii adaosurilor de prelucrare este o problemă deosebit de importantă, atât din punct de vedere tehnic, cât şi din punct de vedere economic:

- dacă adaosul de prelucrare este prea mare creşte consumul de material, de scule, timpul necesar îndepărtării acestuia etc. conducând la creşterea costurilor de fabricaţie;

- dacă adaosul de prelucrare este prea mic poate conduce la nerealizarea caracteristicilor geometrice prescrise suprafeţei sau poate impune procedee de semifabricare mai precise (deci mai scumpe).

B. Factorii care determină mărimea adaosurilor intermediare minime de prelucrareConform definiţiei, mărimea adaosurilor de prelucrare intermediare minime la o prelucrare

curentă “i” este în funcţie de caracteristicile procedeelor şi sistemelor tehnologice de prelucrare şi anume:

− ale procedeelor prin care se realizează prelucrarea precedentă “i-1”;− ale procedeelor prin care se realizează prelucrarea considerată “i”.Pe această bază, adaosul intermediar minim de prelucrare la o prelucrare curentă “i” depinde

de două mari categorii de factori, respectiv:I. Abaterile rezultate de la prelucrarea precedentă “i-1”, adică factorii determinaţi de

prelucrarea “i-1”, şi anume:

1

1. Abaterile datorate stării geometrice şi proprietăţilor fizico-chimice ale suprafeţei obţinută la prelucrarea precedentă “i-1”, exprimate prin:

• Mărimea microneregularităţilor obţinute la prelucrarea “i-1”, exprimată prin parametrul de rugozitate “înălţimea maximă a profilului” rezultată la prelucrarea “i-1”, Rz i−1 ;

• Adâncimea stratului superficial defect rezultat la prelucrarea “i-1”, notată cu Si−1 , care reprezintă, după caz:

− Stratul ecruisat, care constă în deformarea grăunţilor cristalini şi se obţine la aşchierea oţelurilor;

− Stratul cu fisuri, ruperi, goluri şi pori;− Crustă perlitică, care rezultă la turnarea fontelor cenuşii;− Zona decarburată şi stratul de oxizi, care se obţin la semifabricatele matriţate şi forjate.2. Abaterile spaţiale obţinute la prelucrarea precedentă “i-1”, notate cu ρi−1 , precum:• Abaterile de formă ale profilelor suprafeţelor respectiv: abaterea de la rectilinitate, abaterea

de la circularitate, abaterea de la forma dată a profilului.• Abaterile de formă ale suprafeţelor, respectiv: abaterea de la planitate, abaterea de la

cilindricitate, abaterea de la forma dată a suprafeţei.• Abaterile de poziţie ale suprafeţelor, precum: abaterea de la poziţia nominală, abaterea de la

coaxialitate şi de la concentricitate, abaterea de la simetrie.• Abaterile de orientare ale suprafeţelor şi anume: abaterea de la paralelism, abaterea de la

perpendicularitate, abaterea de la înclinare.• Bătaia suprafeţelor, respectiv: bătaia radială, circulară şi totală, bătaia frontală, circulară şi

totală.II. Abaterile obţinute la prelucrarea curentă “i” şi anume:1. Abaterea de orientare obţinută la prelucrarea curentă “i”, ɛoi ;2. Abaterea de fixare sau de strângere obţinută la prelucrarea curentă “i”, ɛf i .Abaterea de orientare şi fixare la o prelucrare curentă “i”, ɛo,f i , se poate calcula cu relaţia:

C. Relaţiile generale pentru calculul adaosurilor de prelucrare intermediare minimea. Relaţia generală pentru calculul adaosului de prelucrare intermediar minimPentru obţinerea caracteristicilor finale prescrise unei suprafeţe la o prelucrare curentă “i”,

toate abaterile care influenţează adaosul minim de la prelucrarea precedentă “i-1” şi de la prelucrarea curentă “i” trebuie îndepărtate de pe suprafaţă, astfel încât suma lor trebuie să dea valoarea minimă a adaosului de prelucrare intermediar la o prelucrare curentă “i”, Aimin .

Pe această bază, rezultă relaţia generală de calcul a adaosului de prelucrare minim la o prelucrare curentă “i” sub forma:

Abaterea spaţială şi eroarea de orientare şi fixare se consideră vectori, deoarece au atât o valoare numerică, cât şi o direcţie şi un sens.

La prelucrarea suprafeţelor plane, cei doi vectori sunt coliniari, deci:

adică suma vectorială este egală cu suma valorilor numerice ale celor doi vectori.La prelucrarea suprafeţelor de revoluţie exterioare şi interioare, se consideră că cei doi vectori

au direcţii diferite. Însumarea lor se face la valoarea cea mai probabilă, respectiv:

2

Pe baza acestor consideraţii, relaţiile generale de calcul ale adaosului de prelucrare minim sunt:

a) Pentru suprafeţe de revoluţie exterioare şi interioare:

b) Pentru suprafeţe plane opuse, prelucrate simultan:

c) Pentru suprafeţe plane opuse prelucrate succesiv sau pentru o singură suprafaţă plană:

Relaţiile generale de calcul iau forme particulare pentru cazuri concrete de prelucrare. De exemplu, atunci când bazele tehnologice de orientare sunt identice cu bazele de cotare funcţionale, eroarea de orientare este nulă.

La prelucrarea arborilor cu orientare şi fixare între vârfuri, atât eroarea de orientare cât şi eroarea de fixare se consideră nule.

La prelucrarea găurilor cu scule care se autoghidează (broşe, alezoare), se consideră nule atât abaterea spaţială cât şi abaterile de orientare şi fixare.

La prelucrarea pieselor din fontă cenuşie sau materiale neferoase, adâncimea stratului cu defecte se consideră numai la prima prelucrare, deoarece s-a constatat că la prelucrările ulterioare nu apar modificări semnificative ale stratului superficial.

La prelucrările de netezire (lepuire, rodare, lustruire), adaosul minim de prelucrare este egal cu mărimea microneregularităţilor rezultate la prelucrarea precedentă, restul componentelor fiind nule.

D. Metode pentru stabilirea adaosurilor de prelucrare intermediareCa orice marime, adaosul de prelucrare intermediar la prelucrarea curentă “i” este definit de

trei mărimi caracteristice: o valoarea nominal, Api nom, o valoare maximă, Api max şi o valoare minimă, Api min. Stabilirea celor trei mărimi ale adaosului de prelucrare se pot determina prin două metode:

- metoda analitică;- metoda experimental - statistică.Metoda analitică constă în determinarea adaosului de prelucrare intermediar pe baza

calculului analitic al adaosurilor intermediare minime, Api min , cu relaţiile de calcul prezentate, în funcţie de factorii de influenţă precizaţi.

Metoda analitică prezintă următoarele caracteristici principale:- ţine seama de condiţiile concrete în care are loc procesul de prelucrare analizat;- permite determinarea valorilor optime ale adaosurilor de prelucrare;- este laborioasă, necesită un volum mare de calcule;- se recomandă a se aplica în cazul unei producţii de serie mare şi masă.

Metoda experimental – statistică În cazul stabilirii mărimii adaosurilor de prelucrare intermediare prin metoda experimental-

statistică, adaosul total de prelucrare At se împarte, funcţie de numărul de etape necesare prelucrării suprafeţei, în adaos de degroşare Ad, adaos de semifinisare Af/2 şi adaos de finisare Af. Se recomandă să se procedeze astfel:

o pentru două etape de prelucrare se consideră:

3

Af = (0,2 … 0,25) At şi Ad = (0,8 … 0,75) At

o pentru trei etape de prelucrare (ultima fiind o prelucrare de finisare prin rectificare):

Af este cel specific procedeului de rectificare (ales din tabel normativ / pe baza recomandărilor producătorului sculei),

Af/2 = (0,2 … 0,25) (At - Af) şi Ad = (0,8 … 0,75) (At - Af)

Valorile obţinute prin calcul se vor rotunji la o singură zecimală.

D. Determinarea dimensiunilor şi toleranţelor tehnologiceDimensiunile tehnologice sunt dimensiunile intermediare pe care le capătă o suprafaţă a

piesei după aplicarea etapelor de prelucrare, începând de la semifabricat până la piesa finită. Ele sunt notate în documentaţia tehnologică. Aceste dimensiuni se determină la nivel de suprafaţă a piesei.

În legătură cu evoluţia dimensiunilor unei suprafeţe a piesei, se disting următoarele trei situaţii:1. suprafaţa finală rezultă din semifabricare nu se prevede adaos de prelucrare, iar

dimensiunea suprafeţei semifabricate va fi egală cu cea finală (de pe desenul de execuţie) ;2. suprafaţa finală rezultă după aplicarea unei singure prelucrări (o etapă) adaosul total de

prelucrare se îndepărtează într-o singură etapă de prelucrare (nu există adaos intermediar), iar suprafaţa va avea două dimensiuni: una după semifabricare şi cea finală;

3. suprafaţa finală rezultă după aplicarea mai multor prelucrări (etape) adaosul total de prelucrare se îndepărtează în mai multe etape (vor fi adaosuri intermediare de prelucrare), iar suprafaţa va avea mai multe dimensiuni: una după semifabricare, cel puţin una intermediară şi cea finală.

Toleranţele tehnologice sunt toleranţele asociate dimensiunilor tehnologice (toleranţele prescrise dimensiunilor intermediare ale suprafeţei). Ele se prescriu în documentaţia tehnologică şi se stabilesc în funcţie de mărimea dimensiunii tehnologice şi de treapta de precizie impusă procedeului de prelucrare pentru realizarea dimensiunii (etapei) respective.

De regulă, adoptarea adaosurilor de prelucrare, stabilirea toleranţelor tehnologice şi calculul dimensiunilor tehnologice se realizează în acelaşi timp şi se realizează pentru fiecare suprafaţă a piesei, prin aplicarea următorului algoritm:

- se precizează etapele de prelucrare a suprafeţei, cu indicarea toleranţelor tehnologice şi a rugozităţilor realizate de fiecare procedeu în parte;

- se specifică modul de prescriere a poziţiei câmpului de toleranţă al dimensiunilor intermediare. De regulă, poziţia câmpului de toleranţă al dimensiunilor intermediare se prescrie asemănător cu poziţia câmpului de toleranţă a dimensiunii finale a suprafeţei (cea de pe desenul de execuţie). Cazuri posibile:

o di= di nom 0-Ti (cotare în sistem arbore unitar – pentru suprafeţe exterioare)

o di= dinom ±Ti/2

o di= dinom +Tk

0 (cotare în sistem alezaj unitar – pentru suprafeţe interioare)

- se precizează adaosul total de prelucrare, At, şi abaterile limită ale dimensiunii semifabricatului (în funcţie de procedeul de semifabricare);

- se calculează sau se adoptă din tabele normative adaosurile de prelucrare intermediare (atunci când avem cel puţin două etape de prelucrare a suprafeţei), A i, în funcţie de procedeul utilizat şi materialul prelucrat.

4

- se va specifica relaţia de calcul al dimensiunilor intermediare şi se va aplica. Calculul se va face de la dimensiunea finală a suprafeţei (procedeul de prelucrare final) spre dimensiunea semifabricatului (procedeul de semifabricare).

Relaţiile de calcul ale dimensiunilor şi toleranţelor tehnologice se stabilesc în funcţie de modul de dispunere al adaosurilor de prelucrare şi de tipul de reglare la dimensiune a sistemului tehnologic (reglare individuală sau automată). Câteva exemple de scheme de calcul al dimensiunilor tehnologice se prezintă în continuare. Celelalte cazuri posibile se regăsesc în literatura de specialitate.

Prelucrarea cu reglare individuală la dimensiune a STPentru suprafeţele exterioare, dimensiunile acestora şi adaosurile de prelucrare descresc de la

semifabricat spre suprafaţa finală. La reglarea individuală la dimensiune (reglarea ST se face la prelucrarea fiecărei piese), adaosul de prelucrare nu va avea aceeaşi valoare la toate piesele din lot (este variabil de la o piesă la alta).

Dacă notăm cu i indicele etapei de prelucrare a suprafeţei, în cazul suprafeţelor cilindrice exterioare (adaosul de prelucrare este simetric), fig. 5.5.a, avem:

2Api min = di-1 min - di max 2Api max = di-1 max - di min 2Api nom = di-1 nom - di nom

a) – suprafeţe exterioare b) – suprafeţe interioareFig. 5.5

Pentru a evita apariţia rebuturilor nerecuperabile, la reglarea la dimensiune, executantul va atinge cu vârful sculei întâi dimensiunea maximă a suprafeţei. De aceea, se adoptă sistemul de cotare în arbore unitar, adică:

di-1 = (di-1 nom) di-1 nom = di-1 max

Rezultă că :2Api nom = di-1 max - di max di-1 max = di max + 2Api nom (5.2)2Api nom = 2Api min + Ti-1 2Api min = 2Api nom - Ti-1 (5.3)Cu ajutorul relaţiei (5.2) se determină dimensiunile tehnologice, după ce s-a ales din normativ

mărimea Api nom, plecând de la dimensiunea maximă prescrisă suprafeţei.Cu ajutorul relaţiei (5.3) se verifică dacă adaosul minim de prelucrare este mai mare decât

grosimea minimă a aşchiei detaşate, corespunzătoare procedeului şi etapei de prelucrare (tabelul 1).

Tabelul 1. Grosimea minimă a aşchieiProcedeul Strunjire, Frezare, Rabotare Rectificare Broşare Rodare

Etapa DecojireD fără

decojireD după decojire

F/2 F F F F

Gr. minimă [mm] 1,5 … 3 1 0,5 0,5 0,2 0,05 0,05 0,03

5

Procedând în mod similar pentru suprafeţele exterioare cu adaos asimetric, obţinem:di-1 max = di max + Api nom (5.4)Api min = Api nom - Ti-1 (5.5)Pentru suprafeţele interioare, dimensiunile acestora şi adaosurile de prelucrare cresc de la

semifabricat spre suprafaţa finală. Aplicând acelaşi raţionament ca mai înainte, se ajunge la concluzia că trebuie adoptat sistemul de cotare în alezaj unitar, adică:

di-1 = (di-1 nom) di-1 nom = di-1 min

În cazul prelucrării suprafeţelor cilindrice interioare (adaosul de prelucrare este simetric), fig. 5.5.b, se va obţine:

di-1 min = di min - 2Api nom (5.6)2Api min = 2Api nom - Ti-1 (5.7)Pentru suprafeţele interioare cu adaos asimetric, avem :di-1 min = di min - Api nom (5.8)Api min = Api nom - Ti-1 (5.9)

Prelucrarea cu reglare automată la dimensiune a STÎn cazul prelucrării cu reglare automată la dimensiune a ST, modul de dispunere al adaosurilor

de prelucrare este diferit de cazul anterior. Datorită reglării sistemului tehnologic la aceeaşi dimensiune pentru prelucrarea pieselor din lot, prelucrând o suprafaţă cu dimensiunea iniţială minimă Li-1min va rezulta o suprafaţă cu Limin, iar prelucrând o suprafaţă cu Li-1max va rezulta o suprafaţă cu Limax, fig. 5.6. Acest fapt este datorat deformării elastice a ST sub acţiunea forţelor de aşchiere de mărime diferită, lucru cunoscut sub denumirea de „copiere” a defectelor.

Fig. 5.6

Schema de calcul a dimensiunilor tehnologice în această situaţie este cea din fig. 5.7

a) – suprafeţe exterioare b) – suprafeţe interioareFig. 5.7

Pentru suprafeţele cilindrice exterioare, fig. 5.7.a, avem:2Api min = di-1 min - di min

6

2Api max = di-1 max - di max 2Api nom = di-1 nom - di nom Fiind o reglare automată la dimensiune, se poate adopta orice sistem de cotare. Relaţiile

utilizate în proiectare sunt:di-1 nom = di nom + 2Api nom (5.10)

2Api min = 2Api nom + - (5.11)

unde şi reprezintă valorile absolute ale abaterilor inferioare ale suprafeţei la

prelucrarea i, respectiv i-1.Cu ajutorul relaţiei (5.10) se determină dimensiunile tehnologice, după ce s-a ales din

normativ mărimea Api nom, iar cu relaţia (5.11) se verifică dacă adaosul minim de prelucrare este mai mare decât adâncimea minimă de aşchiere (cea din tabelul 5.9).

Procedând în mod similar pentru suprafeţele exterioare cu adaos asimetric, obţinem:di-1 nom = di nom + Api nom (5.12)

Api min = Api nom + - (5.13)

Aplicând acelaşi raţionament ca mai înainte pentru suprafeţele interioare, se obţin următoarele relaţii utile în proiectare:

- pentru suprafeţele interioare cu adaos simetric (fig. 5.7.b) :di-1 nom = di nom - 2Api nom (5.14)

2Api min = 2Api nom + - (5.15)

- pentru suprafeţele interioare cu adaos asimetric:di-1 nom = di nom - Api nom (5.16)

Api min = Api nom + - (5.17)

Observaţie: valorile calculate pentru dimensiunile tehnologice nominale se rotunjesc în funcţie de valoarea diviziunii mijlocului de verificare a dimensiunii. În general, rotunjirile se fac din 0,1 în 0,1 pentru prelucrările de degroşare, din 0,05 în 0,05 pentru prelucrările de semifinisare, din 0,01 în 0,01 pentru prelucrările de finisare şi din 0,005 în 0,005 pentru prelucrările de superfinisare. Rotunjirea se face în plus pentru suprafeţele exterioare şi în minus pentru cele interioare.

Exemplu de aplicare a algoritmului pentru adoptarea adaosurilor de prelucrare, stabilirea toleranţelor tehnologice şi calculul dimensiunilor tehnologice pentru suprafaţa S6 (

) din SC 5.3.

Etapele de prelucrare a acestei suprafeţe sunt cele din tabelul următor.

SkForma/caracteristici geometrice prescrise

Varianta de

succesiune

Nr. etape de prel.

Succesiunea prelucrării

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3

S6

Cilindrică exterioară,

Ø28 0 ,

Ra=0.8 µm,T6, IT=13 µm

1 3

Str. degroşare T12,

IT=210 µm, Ra=6.3 µm

Str. finisare, T10, IT=52 µm,

Ra=1.6 µm

Rectificare T6, IT=13 µm,

Ra=0.8 µm

Modul de prescriere a poziţiei câmpului de toleranţă al dimensiunilor intermediare se alege di = di nom 0

-Ti (cotare în sistem arbore unitar). Adaosul total de prelucrare a suprafeţei este 2At = 3 mm (semifabricat matriţat), iar abaterile limită ale dimensiunii semifabricatului sunt: +1,4 / -0,7 (vezi SC. 5.1).

Obs.: s-a preferat notaţia 2A pentru a pune în evidenţă faptul că adaosul de prelucrare este simetric.

7

Stabilirea adaosurilor de prelucrare intermediare, având în vedere că sunt prevăzute 3 etape de prelucrare a suprafeţei:

Af este cel specific procedeului de rectificare: se alege din tabelul 9.8 „Proiectarea tehnologiilor de prelucrare prin aşchiere, vol.1, Picoş C ş.a.” 2A f = 0,3 mm 2Af/2 = (0,2 … 0,25) (2At - 2Af) 2Af/2 = (0,2 … 0,25) (3 – 0,3) = 0,54 … 0,675 mm

Se adoptă 2Af/2 = 0,7 mm 2Ad = 2At - 2Af - 2Af/2 = 3 – 0,3 – 0,7 = 2 mm

Relaţia de calcul al dimensiunilor intermediare (reglare automată la dimensiune, suprafaţă cilindrică exterioară):

di-1 nom = di nom + 2Api nom (5.10)

2Api min = 2Api nom + - (5.11)

şi sunt valorile absolute ale abaterilor inferioare ale suprafeţei la

prelucrarea i, respectiv i-1.Calculul se realizează plecând de la dimensiunea finală a suprafeţei (realizată de procedeul

de rectificare) spre dimensiunea semifabricatului (obţinută prin procedeul de semifabricare).Prelucrarea de rectificare:

Cota de realizat este cea de pe desenul de execuţie (prelucrarea este ultima a acestei suprafeţe):

280 -0,013

Diametrul suprafeţei înainte de rectificare trebuie să fie (rel 5.10):df/2 = 28 + 2Af = 28 + 0,3 = 28,3 mm Abaterile acestei dimensiuni sunt As = 0 şi Ai = -0,052Verificarea asigurării grosimii minime a aşchiei (rel. 5.11):

2Af min = 2Af nom + - = 0,3 + (0,013) – (0,052) = 0,261

Af min = 0,132 > 0,05 (grosimea minimă a aşchiei la rectificare, tab. 1)Prelucrarea strunjire de semifinisare:

Cota de realizat este cea determinată anterior: 28,30 -0,052

Diametrul suprafeţei înainte de strunjirea de finisare trebuie să fie (rel 5.10):dd = 28,3 + 2Af = 28,3 + 0,7 = 29 mm Abaterile acestei dimensiuni sunt As = 0 şi Ai = -0,210Verificarea asigurării grosimii minime a aşchiei (rel. 5.11):

2Af min = 2Af nom + - = 0,7 + (0,052) – (0,210) = 0,542

Af min = 0, 271 > 0,2 (grosimea minimă a aşchiei la strunjirea de finisare, tab. 1)Prelucrarea strunjire de degroşare:

Cota de realizat este cea determinată anterior: 290 -0,21

Diametrul suprafeţei înainte de strunjirea de degroşare trebuie să fie (rel 5.10):dSF = 29 + 2Ad = 29 + 2 = 31 mm Abaterile acestei dimensiuni sunt As = 1,4 şi Ai = -0,7Verificarea asigurării grosimii minime a aşchiei (rel. 5.11):

2Ad min = 2Ad nom + - = 2 + (0,21) – (0,7) = 1,51

Ad min = 0,755 > 0,5 (grosimea minimă a aşchiei la strunjirea de degroşare, tab. 5.9)Dimensiunea suprafeţei la semifabricare:

Cota de realizat este cea determinată anterior: 311,4 -0,7

8

Observaţie: pentru operativitate este de preferat efectuarea calculelor direct într-un tabel de forma celui de mai jos.

Etapele de prelucrare a suprafeţei S6 Adaos total / intermediar2A [mm]

Dimensiunea nominală Dknom

[mm]

Dimensiunea prescrisă [mm]Denumirea etapei

T [mm]

Ai /As

[mm](1’) Matriţare (semifabricare)

(1’’)2,1

(1’’’)1,4 / -0,7

(1’’’’) At = 3

(14)31

(15)311,4 -0,7

(2’) Strunjire degroşare(2’’)0,21

(2’’’)0 / -0,021

(7)Ad = 2

(12)29

(13)290 -0,21

(3’) Strunjire de finisare(3’’)0,052

(3’’’)0 / -0,052

(6) Af/2 = 0,7

(10)28,3

(11)28,30 -0,052

(4’) Rectificare(4’’)0,013

(4’’’)0 / -0,013

(5) Af/2 = 0,3

(8) Cea de pe desenul de execuţie

28

(9) Cea de pe desenul de execuţie

280 -0,013

Notă: cifrele dintre paranteze indică ordinea de completare a datelor din tabel.

9