TOLERANCJE OGÓLNE ODLEWÓW. M. SIKORA 1 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka ŁÓDŹ, ul. Stefanowskiego 1/15

Transkrypt

1 32/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN TOLERANCJE OGÓLNE ODLEWÓW M. SIKORA 1 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka ŁÓDŹ, ul. Stefanowskiego 1/15 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono analizę literatury dotyczącej tolerancji ogólnych odlewów oraz poziomów zwyczajnej dokładności warsztatowej w zakresie wytwarzania w zakładach obróbki skrawaniem. W jej wyniku opracowano uogólnioną propozycję poziomów zwyczajnej dokładności odlewni oraz tolerancji wymiarowej i dokładności wykonania odlewów. Dotyczy ona odlewów z żeliwa i stopów metali nieżelaznych wykonywanych w formach piaskowych, kokilowych, ciśnieniowych oraz metodą traconych modeli. Propozycja ta może stanowić podstawę normy dotyczącej wytwarzania odlewów. Key words: general tolerance, casting, ordinary workshop accuracy 1. WSTĘP Każda część maszyny jest ogólnie identyfikowana przez wymiary. Wymagania funkcjonalne narzucają na te wymiary określone dokładności. W celu zapewnienia właściwych wymiarów wszystkich elementów, tolerowanie powinno być kompletne, tzn. nic nie powinno być pozostawione domysłom do rozstrzygnięcia czy to przez wykonawcę czy przez kontrolę techniczną ale też nie powinno komplikować działań zmierzających do uzyskania oczekiwanego efektu. Celem niniejszej pracy jest dowiedzenie, że wprowadzenie pojęcia poziomu zwyczajnej dokładności odlewniczej danej odlewni dotyczącej stosowanych w niej metod wytwarzania odlewów ułatwiłoby wyszukiwanie odpowiedniej odlewni, ustalenie ceny, uzyskanie założonej dokładności, zmniejszenie liczby barków, a więc i kosztów. 1 mgr inż., sikora9@o2.pl 263

2 Pod pojęciem zwyczajnej dokładności odlewniczej zakładu będzie rozumiane to że odlewnia ma zwykle charakterystyczną dla niej dokładność wytwarzania wynikającą z rodzaju i stanu urządzeń, doświadczenie kadry, a także ze stosowanej technologii. 2. DOKŁADNOŚĆ ODLEWÓW W ASPEKCIE LITERATURY I NORM PRZEDMIOTOWYCH Wybór odpowiedniej metody odlewania z uwagi na uzyskiwaną dokładność odlewów jest często trudny, ponieważ można ją otrzymać przez zastosowanie kilku różnych technologii. W tych przypadkach decyduje zazwyczaj analiza ekonomiczna [1]. W tabeli 1 podano optymalne tolerancje wymiarowe dla odlewów o wymiarach mm, wykonywanych różnymi technologiami odlewniczymi [2]. Tabela 1. Tolerancje wymiarowe odlewów dla różnych technologii odlewniczych [2] Table 1. Dimensional tolerances of castings for various casting technologies [2] Metoda odlewania Metoda traconych modeli Metoda Shawa Odlewanie ciśnieniowe Odlewanie kokilowe Odlewanie w formach piaskowych Optymalne tolerancje dla wymiaru mm 0,03 0,1 mm 0,1 0,3 mm 0,05 0,2 mm 0,1 0,3 mm 1 2 mm W zakresie tolerancji ogólnych i naddatków na obróbkę skrawaniem odlewów w Polsce od lutego 1997 roku obowiązuje norma PN-ISO 8062, która jest tłumaczeniem angielskiej wersji językowej normy międzynarodowej ISO 8062:1994. Pomimo obowiązywania normy ISO 8062 w polskich odlewniach stosowane są także inne normy (najczęściej nieaktualnych) np.: PN H/ Odlewy z żeliwa szarego Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy, PN H/ Odlewy ze staliwa Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy, PN H/ Odlewy Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy Nazwy i określenia, PN H/ Żeliwo ciągliwe odlewy Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy, PN H/ Odlewy z metali nieżelaznych Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy, 264

3 Liczba odlewni ARCHIWUM ODLEWNICTWA DIN 1680 Teil 2 Okt Guβrohteile Allgemeintoleranz System ( Surowe odlewy System tolerancji ogólnych ), DIN 1688 Teil 4 August Guβrohteile aus Leichtmetallegierungen Druckguβ Allgemeintoleranzen Bearbeitungszugeben ( Surowy odlew ze stopów lekkich Odlew ciśnieniowy Tolerancje ogólne Opracowanie dodatkowe ). Występują także normy branżowe np.: z zakresu kolejnictwa (Odlewnia Żeliwa ZNTK Bydgoszcz Sp. z o.o.), motoryzacji (Mahle Krotoszyn oraz Federal Mogul Gorzyce), a także z norma amerykańska (Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego PZL Rzeszów S.A.) zgodnie, z którą wszystkie wymiary są tolerowane indywidualnie na rysunku. 3. DOKŁADNOŚĆ ODLEWÓW WYTWARZANYCH W POLSCE Dla określenia poziomu dokładności odlewów wytwarzanych przez odlewnie krajowe zwrócono się do wytypowanych jako reprezentatywne z zapytaniem: Z jaką dokładnością są w stanie wykonać surowe odlewy, oraz jakich norm dotyczących tolerancji ogólnych używają w swoim zakładzie? Na rysunku 1 przedstawiono zestawienie norm z zakresu tolerancji ogólnych stosowanych w polskich odlewniach. Normy stosowane w Polskich odlewniach DIN PN ISO bez lub inne Rodzaj Normy Rys. 1. Normy stosowane w polskich odlewniach Fig. 1. Standards using in polish foundries Wynika z niego, że prawie połowa odlewni stosuje aktualne normy ISO. Odlewnie stosujące normy DIN tłumaczą to wymogami jakie im stawiają kontrahenci głównie niemieccy. W tabeli 2 podano możliwe do uzyskania klasy dokładności w odlewniach działających na polskim rynku dla poszczególnych materiałów odlewniczych jak i metod odlewania. 265

4 Tabela 2. Klasy dokładności w polskich odlewniach Table 2. Classes of accuracy in polish foundries Stop Staliwo Żeliwo szare Żeliwo sferoidalne Żeliwo ciągliwe Stopy metali nieżelaznych formowanie ręczne klasy CT 11 CT 10 CT 9 (GTA16/5) IV V formy piaskowe Tolerancja [mm] 3,0 1,6 (1,2) 1,0 2,4 1,4 3,0 formowane maszynowe klasy CT 10 CT 10 CT 11 IV V CT 10 CT 8 GTB 15 GTB 16 IV V CT10 CT 8 GTB 15 GTB 16 Technologia odlewania Tolerancja [mm] 3,0 brak tolerancji 1,1 1,7 2,0 4,0 2,4 5,0 1,1 1,7 klasy ciśnieniowe CT 8 CT 9 (GTA 15/5) III IV Tolerancja [mm] 1,1 1,6 (0,9) 0,7 2,0 1,0 2,4 traconych modeli klasy CT 7 I II IV V Tolerancja [mm] 0,78 0,3 0,8 0,8 1,4 brak tolerancji 4. BUDOWA PROPONOWANYCH UKŁADÓW TOLERANCJI Opierając się na obecnie stosowanych normach (PN H/ , PN H/ , PN H/ , PN H/ , PN H/ , PN-ISO 8062, DIN 1680 Teil 2 Okt 1980 oraz DIN 1688 Teil 4 August 1986) z zakresu tolerancji ogólnych odlewów w naszym kraju zaproponowano układ norm przedstawiony poniżej. Z norm z serii PN proponuje się zaczerpnąć następujące rozwiązania: zależność wielkości pola tolerancji w zakresie jednej klasy dokładności od największego wymiaru gabarytowego analizowanego odlewu, utworzenie oddzielnych układów tolerancji dla wybranych grup materiałowych. Z normy ISO 8062 proponuje się wykorzystać następujące rozwiązania: przyjąć niezależność wielkości naddatku na obróbkę skrawaniem od klasy 266 dokładności odlewu, ująć w jednym zestawieniu ogólne klasy dokładności odlewów oraz tolerancję grubości żeber i ścianek, Z normy DIN proponuje się zaczerpnąć podobnie jak z norm PN oddzielne systemy tolerancji dla poszczególnych grup materiałowych, a także uzależnienie wielkości tolerancji ogólnej od gabarytów odlewu (DIN 1688 Teil 4).

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA W proponowanym podejściu do rozumienia klas tolerancji ogólnych odlewów należy rozróżnić dwie ścieżki zastosowania ich podziału do: 1. ustalania klasy tolerancji ogólnej odlewu przez konstruktorów i podawania jej na rysunkach, 2. zastosowania do klasyfikacji odlewni według ich poziomu zwyczajnej dokładności warsztatowej, przy zachowaniu takich samych oznaczeń jak dla odlewów Budowa proponowanego układu tolerancji dla żeliwa szarego Proponowany podział klas tolerancji Na wstępie ustalono liczbę klas tolerancji ogólnych odlewów i ich oznaczenia. Na podstawie danych literaturowych, norm DIN, ISO oraz PN jak i zebranych informacji z polskich odlewni dotyczących tolerancji z jakimi wykonują swoje wyroby zostały ustalone 4 klasy. W tabeli 3 przedstawiono proponowane oznaczenia przyjętych klas tolerancji i odpowiadających im poziomów zwyczajnej dokładności warsztatowej odlewni. Tabela 3. Oznaczenia i nazwy przyjętych klas tolerancji odlewów oraz poziomów zwyczajnej dokładności warsztatowej odlewni Table 3. Indications and names of accepted classes tolerances of casting and levels of ordinary workshop accuracy of foundary Klasa / Poziom dokładna gf średniodokładna gm zgrubna gc bardzo zgrubna gv Oznaczenia: g grey cast iron (żeliwo szare), c coarse (zgrubny), f fein (dobrze), v very coarse (bardzo zgrubny). m medium (średni), Następnie ustalono przedziały największych wymiarów gabarytowych nie obrobionego odlewu dla wcześniej ustalonych poszczególnych klas tolerancji ogólnych odlewów. Takie przyjęcie jest w pełni uzasadnione, ponieważ znacznie trudniej jest wykonać w danej klasie dokładności odlew o dużej powierzchni aniżeli odlew o budowie zwartej. Z przedstawionych danych wyniknęły następujące propozycje zmiany układu normy z zakresu tolerancji ogólnych surowych odlewów. W tabeli 4 przedstawiono ustalone przedziały wymiarów podstawowych surowego odlewu, dla których dobrana została na podstawie danych literaturowych oraz informacji uzyskanych z odlewni, wielkość tolerancji. Wszystkie tolerancje są symetryczne względem wymiaru nominalnego. 267

6 Tabela 4. Proponowane przedziały wymiarów podstawowych surowego odlewu wraz z wartościami poszczególnych tolerancji Table 4. Suggested intervals of Basic dimensions of rough casting with values of individual tolerances Klasa Największy gabarytowy wymiar nie obrobionego odlewu [mm] Nazwa do do 10 Wymiar podstawowy surowego odlewu [mm] 10 do do do do do do do ,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1, do gf gm gc gv dokładna średniodokładna zgrubna bardzo zgrubna ,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1, ,25 1,4 1,5 1,6 1,8 2 2, ,5 1,6 1,7 1,8 2 2,5 2, ,25 1,4 1,5 1,6 1,8 2 2, ,6 1,7 1,8 2 2,5 2,8 3, ,4 2,6 2,8 3,2 3, ,4 2,6 2,8 3,2 3, ,8 3 3,2 3, , ,6 1,7 1,8 2 2,5 2,8 3, ,4 2,6 2,8 3,2 3, ,8 3,2 3,4 3, ,6 5 5, ,5 2,8 3,2 3, , ,2 3, ,6 6, ,2 4,6 5 5, ,2 6, Dobór naddatków na obróbkę skrawaniem Racjonalny dobór naddatku dla konkretnego wyrobu jest bardzo ważny. Z tego względu zaproponowano uniezależnienie naddatku od klasy tolerancji ogólnych tak jak ma to miejsce w normie PN-ISO 8062:1997. W proponowanym rozwiązaniu naddatek dobiera się dla wybranej klasy dokładności o takiej wielkości aby był on większy na danym wymiarze aniżeli tolerancja wykonania tego wymiaru. W innym przypadku niemożliwym będzie uzyskanie oczekiwanych dokładności. 268

7 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Zaproponowano ustalenie 5 stopni naddatków na obróbkę skrawaniem oznaczonych literami od A do E. Dobór naddatku uzależniono od największego wymiaru odlewu po końcowej obróbce podobnie jak to jest w normie PN-ISO 8062:1997. W tabeli 5 zamieszczono propozycję wielkości naddatków dla odlewów z żeliwa szarego. Tabela 5. Naddatki na obróbkę skrawaniem dla odlewów z żeliwa szarego Table 5. Machining allowances for grey cast iron castings Największy gabarytowy wymiar odlewu [mm] do i włącznie Naddatki na obróbkę skrawaniem [mm] Stopień naddatku na obróbkę skrawaniem A B C D E ,3 0,4 0,5 0,5 0, ,3 0,4 0,5 0, ,5 0,7 1 1, ,8 1,1 1, ,4 2 2, ,3 1,8 2,5 3, , ,8 2,5 3, ,8 4 5, ,2 4, ,5 3, ,8 4 5, , Budowa nowego układu tolerancji dla stopów z metali nieżelaznych Podział na nowe klasy dokładności Na postawie danych literaturowych, norm DIN, ISO oraz PN jak i zebranych informacji z polskich odlewni na temat tolerancji z jakimi wykonują swoje wyroby zaproponowano 5 klas dokładności. W tabeli 6 przedstawiono proponowane oznaczenia przyjętych klas tolerancji i odpowiadających im poziomów zwyczajnej dokładności warsztatowej odlewni. Tabela 6. Oznaczenia i nazwy przyjętych klas tolerancji odlewów oraz poziomów zwyczajnej dokładności warsztatowej odlewni Table 6. Indications and names of accepted classes tolerances of casting and levels of ordinary workshop accuracy of foundary Klasa bardzo dokładna ah dokładna af średniodokładna am zgrubna ac bardzo zgrubna av 269

8 bardzo zgrubna zgrubna średniodokładna dokładna bardzo dokładna Oznaczenia: g grey cast iron (żeliwo szare), m medium (średni), a nonferrous alloys (stopy nieżelazne), c coarse (zgrubny), f fein (dobrze), v very coarse (bardzo zgrubny). W tabeli 7 przedstawiono ustalone przedziały wymiarów podstawowych surowego odlewu dla których dobrane zostały wielkości tolerancji dla poszczególnych klas na podstawie danych literaturowych oraz informacji uzyskanych z odlewni. Tabela 7. Proponowane przedziały wymiarów podstawowych surowego odlewu wraz z wartościami poszczególnych tolerancji Table 7. Suggested intervals of Basic dimensions of rough casting with values of individual tolerances ah Klasa af am ac av Największy gabarytowy wymiar nieobrobionego odlewu [mm] Nazwa do do 3 3 do 6 Wymiar podstawowy surowego odlewu [mm] 6 do do do do do do do ,14 0,16 0,22 00,28 0,32 0, ,16 0,22 0,28 0,32 0,38 0,44 0,5 0, ,22 0,28 0,32 0,38 0,44 0,5 0,56 0,6 0, ,28 0,32 0,38 0,44 0,5 0,56 0,6 0,7 0, ,22 0,28 0,32 0,38 0,44 0, ,28 0,32 0,38 0,44 0,5 0,56 0,64 0, ,32 0,38 0,44 0,5 0,56 0,64 0,72 0,8 0, ,38 0,44 0,5 0,56 0,64 0,72 0,8 0, ,44 0,5 0,56 0,64 0,72 0,8 0,9 1 1, ,44 0,5 0,56 0,64 0,72 0, ,5 0,56 0,64 0,72 0,8 0,9 1 1,1 1, ,56 0,64 0,72 0,8 0,9 1 1,1 1,3 1, ,64 0,72 0,8 0,9 1 1,1 1,3 1,5 1, ,72 0,8 0,9 1 1,1 1,3 1,5 1,7 1, ,8 0,9 1 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2, ,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1, ,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2, ,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 3 3, ,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 3 3,2 3, ,9 2,1 2,3 2,5 2,7 3 3,2 3, ,1 2,3 2,5 2,7 3 3,2 3, ,1 2,3 2,5 2,7 3 3, ,3 2,5 2,7 3 3,2 3, ,5 2,7 3 3,2 3, , ,7 3 3,2 3, ,6 6, ,2 3, ,6 6, , ,6 6, do ,6 6,

9 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Dobór naddatków na obróbkę skrawaniem W przypadku stopów metali nieżelaznych również proponuje się aby naddatki obróbkowe uniezależnić od klas tolerancji. Ponieważ rozpiętość technologii odlewania w jakich wykonywane są odlewy z tych materiałów jest duża, dlatego zaproponowano siedem stopni naddatków na obróbkę skrawaniem, które są oznaczane literami od A do F. Tak duża liczba ma na celu umożliwienie doboru optymalnego naddatku do stosowanej technologii wytwarzania. W tabeli 8 zamieszczono propozycję wielkości naddatków dla odlewów ze stopów metali nieżelaznych. Tabela 8. Naddatki na obróbkę skrawaniem dla odlewów ze stopów metali nieżelaznych Table 8. Machining allowances for non-ferrous alloys castings Największy gabarytowy wymiar odlewu [mm] do i włącznie Naddatki na obróbkę skrawaniem [mm] Stopień naddatku na obróbkę skrawaniem A B C D E E F ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0, ,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0, ,3 0,4 0,5 0,7 1 1, ,4 0,5 0,8 1,1 1, ,5 0,7 1 1,4 2 2, ,7 0,9 1,3 1,8 2,5 3, ,8 1,1 1, ,9 1,2 1,8 2,5 3, ,4 2 2,8 4 5, ,1 1,6 3,2 4, ,3 1,8 2,5 3, ,4 2 2,8 4 5, WNIOSKI Przeprowadzona analiza upoważnia do sformułowania następujących wniosków: - odlewnie krajowe stosują różne normy z zakresu tolerancji ogólnych odlewów; zarówno PN, DIN jak i ISO, - przyjęto górną granicę pierwszego przedziału tolerancji wymiaru podstawowego odlewu dla żeliwa szarego na 10 mm, - dla żeliwa pozostawiono zgodnie z PN cztery klasy tolerancji wykonania odlewów, a dla stopów metali nieżelaznych zaproponowano pięć klas tolerancji od bardzo dokładnej, poprzez dokładną, średnio dokładną, zgrubną do bardzo zgrubnej, - wielkości tolerancji wykonania odlewów uzależniono od największego wymiaru gabarytowego odlewu, 271

10 - przyjęto że naddatki obróbkowe nie powinny być związane z klasą dokładności wykonania odlewu, stąd zaproponowano ich uniezależnienie, jak występuje to w normie PN-ISO 8062:1997, - zaproponowano system tolerancji ogólnych, który z całą pewnością ułatwi komunikację pomiędzy zamawiającym, a odlewnią wykonującą zlecenie, - wprowadzenie pojęcia poziomu zwyczajnej dokładności odlewniczej danej odlewni pozwoliłoby na uporządkowanie rynku w zakresie możliwości odlewni w kwestii dokładności wykonania jaką oferują. LITERATURA [1] Skarbiński M.: Technologia konstrukcji maszyn, Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa 1982, [2] Luśniak-Lech L. Stachańczyk J., Łempicki J.: Metoda wytapianych modeli, konstrukcja odlewów zalecenia technologiczne, Instytut Odlewnictwa Kraków 1979, [3] Sakwa W.: Żeliwo, Wydawnictwo Śląsk SUMMARY GENERAL TOLERANCES OF CASTINGS In this paper an analysis of literature respecting general tolerances of castings and levels of ordinary workshop accuracy in the range of production in machining plants hale been presented. In its result generalized proposition of ordinary accuracy of foundry, the dimensional tolerance and the accuracy of castings production have been elaborated. It concerns cast iron and non-ferrous castings fabricated in sand, permanent and pressure moulds and by lost models method. This proposition can the basis of the standard concerning fabricate of castings. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 272