Повышение качества изделий и снижение трудоемкости производства малотехнологичных сборочных соединений на основе применения дорнования отверстия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЕТАПЛООБРАБОТК]

УДК 621.787(045)

Повышение качества изделий и снижение трудоемкости производства малотехнологичных сборочных соединений на основе применения дорнования отверстия

И. В. Батинов, Е. С. Петрова

В представленной статье сравниваются варианты обработки отверстия малого диаметра в сборочном узле, которые позволят добиться высоких требований точности обработки с наименьшей трудоемкостью. Точность исследовали в учебной лаборатории на выборке из 20 заготовок. Было установлено, что наибольшую производительность имеет вариант, включающий сверление отверстия и дор-нование, совмещенное с запрессовкой штифта. Кроме того, были проведены испытания сборочного узла на гистерезис, в результате чего было выявлено соответствие экспериментальных данных гистерезиса предъявляемым требованиям к сборочному узлу.

Ключевые слова: дорнование, обработка отверстий малого диаметра, обработка нетехнологичных сборочных соединений.

Введение

Служебные характеристики изделия, а также условия нагружения отдельных деталей являются определяющими факторами при назначении требований точности на этапе конструкторской разработки узлов. Поэтому разрабатываемые новые способы обработки деталей машин на этапе технологической подготовки производства должны обеспечивать наибольший ресурс и надежность, а также работоспособность деталей и узлов в жестких условиях эксплуатации, при действии динамических и контактных нагрузок и высокую производительность обработки [1, 2].

В конструкции некоторых изделий, например электромеханического усилителя рулевого управления, встречаются отверстия, имеющие сложные характеристики (малый диаметр, неравномерная стенка, многослойность материалов), к которым предъявляются высокие требования точности. Существующие технологии обработки отверстий дифференцированы (сверление, многократное развертывание, запрессовка), что снижает производительность

достижения качества и повышает трудоемкость изготовления. Поэтому целью данной работы является определение вариантов обработки таких отверстий, при которых достижение требований точности и качества происходит с наименьшей трудоемкостью.

Основная часть

Примером узла с таким отверстием является сборочный узел «вал с торсионом» электромеханического усилителя рулевого управления. Для достижения высокой информативности необходимо обеспечить высокие требования качества и точности отверстия под штифт в сборочном узле, состоящем из вала, торсиона и кольца, через который происходит передача сигнала с рулевого колеса в электронный блок управления.

Конструкция сборочного узла представлена на рис. 1.

Сравнивались несколько вариантов технологии обработки отверстия, которые должны

МЕШПООБМБОТК|»

новые материалы и технологии производства

0 3,5

H7

^шт То + Твсп + Торг.обсл +

+ Т + Т

~ 1 тех.обсл отд '

(1)

где Ь — расчетная длина рабочего хода инструмента, принимаемая для определения основного времени, мм; п — частота вращения шпинделя, об/мин; 8 — подача на оборот шпинделя, мм/об.

Для дорнования и запрессовывания [5]

T =

L

(3)

Рис. 1. Конструкция сборочного узла

обеспечить точность отверстия, соответствующую IT7, а также требование гистерезиса преобразовательной характеристики сборочного узла при проведении испытаний. Точность исследовали статистическим методом на выборке из 20 заготовок.

Первый вариант технологии: получение отверстия сверлением, развертывание в два перехода и запрессовка штифта.

Сверление и развертывание отверстий проводили в учебной лаборатории с использованием вертикально-сверлильного станка 2Н125А. Диаметральные размеры измеряли на коорди-натно-измерительной машине ECLIPSE-ATAC в трех сечениях по глубине отверстия, как показано на рис. 2. Запрессовывание штифта осуществлено на гидравлическом прессе У1671. Для сравнения производительности различных вариантов обработки глубокого отверстия сборочного узла было выполнено техническое нормирование обработки.

Норма штучного времени, мин [3]:

где V — скорость движения ползуна, мм/мин.

Вспомогательное время, время организационного обслуживания рабочего места, технического обслуживания и время на отдых и личные надобности определялись согласно нормативам для массового и крупносерийного производства с учетом массы детали [3-5].

Таким образом, для первого варианта технологии изготовления было определено [3-5] Тшт = 2,194 мин.

Результаты статистической обработки данных после сверления и развертывания представлены в табл. 1, 2 и рис. 3 и 4.

Исходя из проведенного анализа точности обработки глубокого отверстия малого диаметра можно сделать вывод, что обработка развертыванием не обеспечивает необходимой точности отверстия. Поэтому были проведены испытания с использованием технологии, которая исключает операцию развертывания с заменой ее на операцию дорнования.

Применение при отделочной обработке отверстий дорнования позволяет добиться не только высокой точности, но и малой шероховатости обработанной поверхности (Яа =

где То — основное время операции, мин; Твсп — вспомогательное время, мин; Торг.обсл — время организационного обслуживания рабочего места, мин; Ттех.обсл — время технического обслуживания рабочего места, мин; Тотд — время на отдых и личные надобности, мин.

Для сверления и развертывания [4]

T = L

±o~ nS ,

Рис. 2. Измерение диаметра отверстия: Р — сила дорнования; О — диаметр отверстия

V

а)

1111111IIIIIIIIIIIIIIII

<м со со т-н со ю

со "t.

со со со

б)

80 60 40 20

I I I I I I I I I I I I I I I I I

<М 00 СО

tf <м со tf

С<0 Ч ^ С<0

со со

в)

15

10

ШШШМБОТКА

П 111 111111 II111 111111 I

СО Ю тН

сд СО

т

D0 СО СО

Рис. 3. Плотность вероятностей распределения диаметральных размеров после сверления: а — сечение 1-1; б — сечение 2-2; в — сечение 3-3

Статистические параметры обработки отверстий сверлением

Таблица 1

5

0

0

Параметр После сверления

Сечение 1-1 Сечение 2-2 Сечение 3-3

Средний диаметр -Оср, мм 3,4465 3,432 3,4242

Дисперсия выборки Е, 0,00042 0,000047 0,0014

Среднее квадратическое отклонение о 0,0205 0,00683 0,0375

сосососо сосососо coco со

Рис. 4. Плотность вероятностей распределения диаметральных размеров после развертывания: а — сечение 1—1; б — сечение 2-2; в — сечение 3-3

Таблица 2

Статистические параметры обработки отверстий развертыванием

Параметр После развертывания

Сечение 1-1 Сечение 2-2 Сечение 3-3

Средний диаметр Дср, мм 3,5282 3,5074 3,5261

Дисперсия выборки Е, 0,000045 0,000019 0,00008

Среднее квадратическое отклонение о 0,0067 0,0044 0,0087

= 0,16 ^ 0,32), что благоприятно влияет на несущую способность соединений с натягом [6].

Дорнование проводилось на прессе У1671 с применением специально разработанной ос-

настки и инструмента-дорна в виде пуансона. Также было выполнено нормирование операций, входящих в маршрут изготовления отверстия. В табл. 3 и на рис. 5 приведены данные

МЕШПООБМБОТК|»

а)

150

100

50

б) 60 50 40 30 20 10 0

Ь- 00 00 00

в) 80 70 60 50 40 30 20 10

Ш Ю Ь (Й о ю ь 00 00 Л 00 СО 01 0

сосососососососососо

Рис. 5. Плотность вероятностей распределения диаметральных размеров после дорнования: а — сечение 1-1; б — сечение 2-2; в — сечение 3-3

Статистические параметры обработки отверстий дорнованием

Таблица 3

0

0

Параметр После дорнования

Сечение 1-1 Сечение 2-2 Сечение 3-3

Средний диаметр Оср, мм 3,496882 3,484529 3,474941

Дисперсия выборки Е, 0,00002 0,00005 0,00003

Среднее квадратическое отклонение о 0,003887 0,007264 0,005471

статистических параметров обработки отверстий дорнованием. Норма времени для этого варианта обработки [3-5] Тшт = 1,894 мин (табл. 4).

Исходя из проведенного анализа точности обработки глубокого отверстия малого диаметра можно сделать вывод, что обработка дор-нованием обеспечивает необходимую точность отверстия.

Для повышения автоматизации процесса обработки были проведены испытания по обработке отверстия сборочного узла с совмещением дорнования и запрессовывания штифта. При использовании данного метода обработки Тшт = 1,132 мин.

В результате выполненных расчетов штучного времени на обработку отверстия с использованием различных вариантов обработки можно сделать вывод, что наибольшую производительность имеет вариант сверления

отверстия и совмещения дорнования с запрес-совыванием штифта.

Одной из важнейших служебных характеристик электромеханического усилителя рулевого управления является его информативность, т. е. качество сигнала, передаваемого с рулевого колеса в электронный блок управления, и скорость его передачи. Для обеспечения высокой информативности необходимо, чтобы запаздывание сигнала, передаваемого через сборочный узел «вал с торсионом», было минимальным, поэтому при изготовлении к узлу предъявляются требования, ограничивающие значения гистерезиса, который не должен превышать 3'50".

Были проведены испытания сборочных узлов со штифтовым соединением, в которых отверстие было выполнено с применением трех описанных технологий. Испытания сборочного

Штучное время для различных вариантов обработки

Таблица 4

Вариант технологий обработки Штучное время перехода Тшт, мин

Сверление Развертывание Дорнование Запрессовка Итого

Сверление, развертывание, запрессовка 0,971 0,628 - 0,36 2,194

Сверление, дорнование, запрессовка 0,971 - 0,36 0,36 1,894

Сверление, дорнование, совмещенное с запрессовкой 0,971 - 0,4 - 1,134

ЕТАПЛООБРАБОТК.

узла производились на стенде МА01-544 для проверки угла скручивания торсиона усилителя рулевого управления. Вал сборочного узла устанавливают в шлицевое отверстие и зажимают, перемещая рукоятку ручного пневморас-пределителя. Затем к сборочному узлу прилагают крутящие моменты, фиксируя при этом значения гистерезиса. Параметры отражаются на цифровой индикации ЛИР-510.

Результаты испытаний образцов на гистерезис:

• при развертывании и запрессовке штифта диаметром 3,5-4'04''-4'48'';

• при дорновании и запрессовке штифта диаметром 3,495-3'46''-3'50'';

• при дорновании и запрессовке штифта диаметром 3,495-3'00''-3'10'';

• при совмещении дорнования и запрессовки штифта диаметром 3,495-3'30''-3'36'';

• при совмещении дорнования и запрессовки штифта диаметром 3,5-2'05''-2 '16''.

Таким образом, при развертывании отверстия и дальнейшей запрессовке штифта гистерезис превышает требуемые значения, в то время как применение дорнования и запрессовка штифта, а также совмещенная технология дор-нования и запрессовки обеспечивают при испытаниях требуемые значения гистерезиса.

Выводы

Таким образом, можно сделать вывод, что обработка отверстия малого диаметра сборочного узла с применением развертывания не обеспечивает требований точности, поэтому при сборке необходимо применение штифтов

большего диаметра, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления сборки. Дорнование позволяет значительно повысить точность после сверления, а при совмещении дорнования и запрессовки штифта обеспечивается автоматизация процесса, значительно повышается производительность его процесса и увеличивается несущая способность соединения с натягом в результате достижения малой шероховатости поверхности отверстия, что подтверждается данными, полученными при испытании сборочных узлов на гистерезис преобразовательной характеристики.

Литература

1. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А. Г. Бойцов, В. Н. Машков,

B. А. Смоленцев, Л. А. Хворостухин. М.: Машиностроение, 1991. 144 с.

2. Пачурин Г. В. Повышение эксплуатационной долговечности металлоизделий технологическими методами // Успехи современного естествознания. 2007. № 8.

C. 70-71.

3. Межотраслевые укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на сверлильных станках (единичное и мелкосерийное производство): Постановление Правительства РФ от 01.02.2001 г. № 13. [Электронный ресурс] // Справочно-правовая система «Консультант Плюс». Режим доступа: локальный.

4. Обработка металлов резания: справ. технолога / А. А. Панов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм [и др.] 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2004. 784 с.

5. Общемашиностроительные нормативы времени на холодную штамповку, резку, высадку и обрезку (массовое, крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное производство). М.: Экономика, 1987. 187 с.

6. Гречищев Е. С., Ильяшенко А. А. Соединения с натягом: расчеты, проектирование, изготовление. М.: Машиностроение, 1981. 247 с.