Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Управление качеством шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей. особенности и проблемы 11
1.1. Стандарты в области управления качеством при производстве автокомпонентов 11
1.2. Современные тенденции развития менеджмента качества 14
1.3. Функции шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей 21
1.4. Показатели качества шаровых шарниров
1.4.1. Эксплуатационная технологичность 31
1.4.2. Безопасность 37
1.4.3. Эксплуатационная функциональность 47
1.5. Технологические процессы обработки металлов давлением, формирующие основные показатели качества шаровых шарниров 60
1.5.1. Планетарная обкатка 60
1.5.2. Формирование сборочного соединения шарнира закаткой 67
1.5.3. Запрессовка шаровых шарниров 69
1.6. Требования современных потребителей металлических автомобильных компонентов к их исходным материалам 70
1.7. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. Методология оценки и повышения результативности процессов производства шаровых шарниров 76
2.1. Методика квалиметрической оценки результативости технологических процессов производства шаровых шарниров 77
2.2. Номенклатура показателей качества шаровых шарниров и свойств технологических процессов их производства 79
2.3. Экспериментальное определение взаимосвязи между показателями качества шаровых шарниров «циклическая долговечность»
и «гарантийный срок эксплуатации» 82
2.3.1. Методика проведения комплексных испытаний
шаровых шарниров передней подвески
легковых автомобилей 84
2.3.2. Методика проведения дорожных испытаний
шаровых шарниров 86
2.3.3. Методика проведения ускоренных стендовых испытаний шаровых шарниров 87
2.3.4. Разработка установки для испытаний шаровых шарниров легковых автомобилей на циклическую долговечность 89
2.3.5. Методика аттестации испытательного оборудования для определения циклической долговечности
шаровых шарниров 92
2.3.6. Проведение комплексных испытаний шаровых шарниров...94
2.3.7. Обобщенный анализ результатов стендовых
и дорожных испытаний 101
2.4. Регламентация комплекса показателей качества шаровых
шарниров для оценки результативности технологических
процессов их производства 102
2.5. Определение весомостей показателей оценки результативности технологических процессов 106
2.6. Нахождение базовых значений единичных показателей оценки результативности технологических процессов
производства шаровых шарниров ПО
2.7. Расчет результативности базовых технологических процессов 115
2.8. Определение путей повышения результативности процессов 117
2.9. Выводы по главе 120
ГЛАВА 3. Совершенствование процесса планетарной обкатки головок шаровых пальцев 123
3.1. Проблемы обработки неполных сферических головок шаровых пальцев 125
3.1.1. Причины различия параметров шероховатости на участках поверхности головок 125
3.1.2. Экспериментальные исследования исходной поверхности головок перед обкаткой 127
3.1.3. Анализ кинематики планетарной обкатки 132
3.2. Разработка способа планетарной обкатки головки шарового пальца с дополнительным поворотом изделия 143
3.2.1. Кинематика процесса планетарно-поворотной обкатки 145
3.2.2. Анализ равномерности обработки поверхности головки шарового пальца при планетарно-поворотной обкатке 151
3.3. Моделирование процесса смятия микронеровностей при обкатке 156
3.4. Экспериментальное исследование процесса формирования микрорельефа поверхности головки шарового пальца при планетарной обкатке 174
3.5. Повышение стабильности процессов чистовой обработки головок шаровых пальцев 183
3.6. Выводы по главе 187
ГЛАВА 4. Разработка и исследование процессов формирования сборочных соединений шарниров запрессовкой 189
4.1. Создание технологии запрессовки для производства шаровых шарниров переднеприводных автомобилей 189
4.2. Исследование процесса формирования запрессовкой сборочного соединения шарниров полноприводных легковых автомобилей 199
4.2.1. Технологические проблемы при реализации процесса запрессовки 199
4.2.2. Алгоритм моделирования процесса формирования сборочного соединения 201
4.2.3. Математическое моделирование процесса запрессовки корпуса шарового шарнира 204
4.2.4. Аналитические исследования процесса выдавливания шарового пальца из корпуса шарнира 218
4.2.5. Определение требований к геометрическим размерам бурта корпуса шарового шарнира и деформирующего инструмента
4.3. Разработка нового способа формирования сборочного соединения шарнира запрессовкой 233
4.4. Выводы по главе 237
ГЛАВА 5. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат для производства шаровых пальцев на основе требований зарубежных потребителей 240
5.1. Среднеуглеродистые хромсодержащие стали, применяемые в мировом автомобилестроении при производстве шаровых пальцев 240
5.2. Основные легирующие элементы, входящие в состав сталей для производства шаровых пальцев 242
5.3. Анализ требований зарубежных потребителей к прокату из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей 245
5.4. Создание методики проведения гармонизации требований российских и зарубежных стандартов к свойствам проката из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей 251
5.5. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 40Х Селект 253
5.6. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 41X1 257
5.6.1. Определение требований к химическому составу и свойствам проката стали 41X1 258
5.6.2. Формирование требований к прокату при подготовке процесса его производства и переработки 260
5.6.3. Результаты испытаний шаровых пальцев, изготовленных из проката стали марки 41X1 263
5.7. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 42Х1М 264
5.8. Выводы по главе 266
ГЛАВА 6. Отомьішленная реализация результатов исследований 268
6.1. Реализация мероприятий по совершенствованию процесса чистовой обработки головок шаровых пальцев обкаткой 268
6.2. Промышленная реализация технологий формирования сборочного соединения шаровых шарниров запрессовкой 272
6.3. Внедрение испытательного оборудования и методики оценки состояния шаровых шарниров передней подвески 278
6.4. Промышленное использование проката из сталей марок 40Х Селект, 42Х1М, 41X1 при производстве
шаровых пальцев 280
6.5. Повышение результативности технологических процессов производства шаровых шарниров 284
6.6. Выводы по главе 291
Заключение 294
Список литературы
- Функции шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей
- Номенклатура показателей качества шаровых шарниров и свойств технологических процессов их производства
- Разработка способа планетарной обкатки головки шарового пальца с дополнительным поворотом изделия
- Технологические проблемы при реализации процесса запрессовки
Введение к работе
Актуальность работы. Металлические изделия, применяемые в широком спектре отраслей промышленности, зачастую являются ключевыми компонентами, обуславливающими уровень качества товаров, производимых машиностроительными и автомобильными компаниями, а также изготовителями товаров народного потребления. Среди огромного перечня продуктов промышленного производства, изготавливаемых с применением металлических составных частей, особую роль играют узлы, предназначенные для использования в качестве комплектующих изделий для автомобильного транспорта. Формирование заданных потребительских свойств автомобильных комплектующих изделий во многом обеспечивается уровнем производства их металлических компонентов.
С введением в действие международного стандарта ИСО/ТУ 16949 «Системы менеджмента качества. Особые требования по применению ИСО 9001:2008 для организаций-изготовителей серийных и запасных частей для автомобильной промышленности» все автопроизводители обязывают своих поставщиков соблюдать требования этого нормативного документа. Производство металлических компонентов также подпадает под действие данного стандарта. Таким образом, технологические процессы изготовления комплектующих изделий металлургического производства, предназначенных для применения в автомобильной промышленности, должны соответствовать требованиям ИСО/ТУ 16949.
Для российских производителей автомобильных компонентов новыми требованиями, содержащимися в данном стандарте, являются: обеспечение соответствия ключевых характеристик изделий заданным требованиям на основе статистических методов, обеспечение воспроизводимости процесса изготовления Cp не менее величины, заданной потребителем, а также установление целей по качеству в ppm (англ.: parts per million - количество несоответствующих изделий на миллион произведенных).
Проблема отсутствия для целого ряда металлоизделий методик оценки технологических процессов их производства с точки зрения требований стандарта ИСО/ТУ 16949, предъявляемых к автокомпонентам, негативно сказывается на конкурентоспособности металлургических и металлоперера- батывающих предприятий. Особенно актуальной данная проблема становится в настоящее время, когда на территории России расширяется присутствие иностранных автомобилестроительных компаний.
Одними из наиболее ответственных узлов автомобиля, качество которых практически полностью определяется уровнем металлоперерабаты- вающих процессов, являются шаровые шарниры передней подвески. Большинство показателей качества данных изделий формируется на стадии осуществления операций обработки металлов давлением при изготовлении их компонентов, а также создания сборочных соединений узлов.
Стабильность получаемых свойств шаровых шарниров определяется показателями технологических процессов их производства, а также изготовления комплектующих изделий. В настоящее время отсутствуют методики, позволяющие оценивать процессы производства данных изделий с точки зрения соблюдения комплекса требований, предъявляемых к ним.
Целью создания методологии, отвечающей данным требованиям, является определение путей совершенствования технологических процессов производства изделий для наибольшего удовлетворения ожиданий потребителей продукции. Методология, способствующая регламентации параметров технологических процессов производства комплектующих изделий и узлов в сборе с позиций соблюдения требований к их качеству, позволит не только повысить стабильность получаемых свойств шаровых шарниров, но и результативность процессов их производства.
Таким образом, разработка методологии определения и повышения результативности производства шаровых шарниров на основе регламентации комплекса требований к качеству материалов и изделий является актуальной научно-технической проблемой.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы является разработка и реализация методологии повышения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров путем регламентации показателей качества.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Выбор и обоснование показателей качества шаровых шарниров для оценки результативности технологических процессов их производства.
-
Разработка модели определения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров.
-
Исследование и совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением для повышения результативности производства шаровых шарниров.
-
Гармонизация требований нормативно-технической документации на исходные материалы для производства комплектующих изделий шаровых шарниров с требованиями зарубежных стандартов.
-
Разработка и внедрение технических и технологических решений для повышения качества шаровых шарниров и результативности процессов их производства.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
-
Сформирован и обоснован комплекс показателей качества шаровых шарниров, определяющих оценку результативности технологических процессов их производства.
-
Разработана методология определения результативности производства шаровых шарниров, учитывающая показатель выхода несоответствующей продукции ppm по различным показателям качества изделий с учетом их весомости и позволяющая выявлять технологические операции, требующие приоритетного улучшения для повышения результативности.
-
Предложена методика проведения комбинированных испытаний шаровых шарниров для определения взаимосвязи между показателями качества изделий «циклическая долговечность шарнира» и «гарантийный срок эксплуатации» на основе оценки изменения технического состояния узлов.
-
Создана модель формирования микронеровностей неполной сферической поверхности головок шаровых пальцев при планетарной обкатке, позволяющая обеспечить требуемый уровень качества по характеристикам шероховатости.
-
Установлены зависимости, характеризующие влияние технологических параметров процессов поверхностного пластического деформирования обкаткой на формирование показателя качества «высотные параметры шероховатости неполной сферической поверхности» основных компонентов шарниров - шаровых пальцев.
-
Создана комплексная математическая модель для процесса запрессовки шарнира и определения его показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса».
Практическая ценность работы:
-
-
-
Составлен алгоритм проведения оценки результативности технологических процессов производства шаровых шарниров, позволяющий определять показатели качества данных изделий, по которым требуются первоочередные улучшения по воспроизводимости процессов.
-
На основе проведенных комбинированных испытаний шаровых шарниров определена связь между изменением технического состояния узлов в процессе их эксплуатации и при ускоренных стендовых испытаниях.
-
Предложен новый способ поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев - планетарно-поворотная обкатка (ППО), а также варианты его реализации, позволяющие по сравнению с планетарной обкаткой обеспечить увеличение в среднем на 25-30% кратности обработки экваториальной зоны, что повышает качество изделий и сокращает время их обработки.
-
Разработан новый способ запрессовки шаровых шарниров с использованием корпуса с кольцевым выступом на бурте, позволяющий сократить время протекания процесса, а также обеспечить герметичность и требуемые значения показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса».
-
Разработана методика проведения гармонизации требований российских и зарубежных стандартов к свойствам горячекатаного проката из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей для производства шаровых пальцев, с использованием которой были предложены параметры горячекатаного проката из стали марок 40Х Селект, 41Х1, 42Х1М, отвечающего требованиям зарубежных потребителей автомобильных шаровых пальцев, получаемых холодной высадкой.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти, Самарская обл.), ОАО «БелЗАН» (г. Белебей, Республика Башкортостан), ЗАО НПО «БелМаг» (г. Магнитогорск, Челябинская обл.), ОАО «ОЭМК» (г. Старый Оскол, Белгородская обл.):
-
-
-
-
Проведена оценка результативности процессов производства шаровых шарниров 2108-2904185-01, 2110-2904192-01 и 2123-2904192-01 в условиях ЗАО НПО «БелМаг» после внедрения предложенных разработок. Повышение результативности относительно базовых вариантов технологических процессов производства составило: для изготовления шаровых шарниров 2108-2904185-01 - 17%; для изготовления шаровых шарниров 21102904192-01 -12%; для изготовления шаровых шарниров 2123 -2904192-01 - 32%.
-
Разработаны и внедрены технические соглашения между ЗАО НПО «БелМаг» и ОАО «ОЭМК» на поставку горячекатаного проката из сред- неуглеродистой хромсодержащей стали марок 40Х Селект и 41Х1. Это позволило освоить производство опытных партий шаровых пальцев 22259 и БМ537145-70/1 для зарубежных потребителей, а также провести замещение проката из дорогостоящей стали марки 38ХГНМ на прокат из стали марки 41Х1 при производстве шаровых пальцев 2101-2904187-11, 2110-2904187 и 2123-2904064-01.
-
Разработано техническое задание и выполнен проект реконструкции станков для обкатки головок шаровых пальцев, используемых в ЗАО НПО «БелМаг», с целью производственной реализации новой технологии планетарно-поворотной обкатки (ППО). Принятая к промышленному использованию технология ППО позволяет уменьшить значения высотных параметров шероховатости на поверхности головок шаровых пальцев на 8-10% и увеличить производительность процесса на 5-7%.
-
Технологические процессы с использованием запрессовки про- мышленно опробованы и внедрены в производство на ЗАО НПО «БелМаг». Изготавливаемые шаровые шарниры 2110-2904192-01 используются для комплектации переднеприводных автомобилей на конвейере ОАО «АВТОВАЗ». На настоящее время в условиях ЗАО НПО «БелМаг» выпущено более 2,5 млн. штук шаровых шарниров 2110-2904192-01.
-
Предложенный способ запрессовки с использованием корпуса с кольцевым выступом реализован на ЗАО НПО «БелМаг» при производстве шаровых шарниров 21214-2904192 и 2123-2904192-03 для полноприводных автомобилей, изготавливаемых ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм - АВТОВАЗ».
-
Разработан, изготовлен и аттестован испытательный стенд для проверки шаровых шарниров подвески и рулевого управления на долговечность. Разработка конструкции и создание стенда позволили ЗАО НПО «БелМаг» полностью отказаться от услуг сторонних организаций по проведению периодических испытаний шаровых шарниров на циклическую долговечность.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: IV Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы материаловедения» (Новокузнецк, 1999), Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (Волгоград, 1999), I Международной научно-практической конференции «Металлофизика и деформирование перспективных материалов» (Самара, 1999), XV Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машиностроении» (Одесса, 2000), II Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, 2001), IV Конгрессе прокатчиков (Магнитогорск, 2001), Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (Череповец, 2001), 60-й научно-технической конференции МГТУ-ММК (Магнитогорск, 2001), IV Международной научно-практической конференции «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий» (Москва, 2003), VI Российской научно- технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2003), 62-й научно-технической конференции МГТУ (Магнитогорск, 2003), IV Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, 2003), Научно-технической конференции «Бояршиновские чтения» (Магнитогорск, 2004), 63-й научно-технической конференции МГТУ (Магнитогорск, 2004), Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2005), 65-й научно-технической конференции МГТУ (Магнитогорск, 2007), 68-й межрегиональной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2010), Всероссийской научно-практической конференции ученых, аспирантов, специалистов и студентов «Современные проблемы методологии и инновационной деятельности» (Новокузнецк, 2010), VIII Конгрессе прокатчиков (Магнитогорск, 2010), VIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами» (Магнитогорск, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 монография, 55 научных работ (из них 16 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ), получены 5 патентов на изобретения и 1 свидетельство на полезную модель.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст диссертации изложен на 310 страницах машинописного текста, иллюстрирован 85 рисунками, содержит 32 таблицы, библиографический список включает 214 наименований.
Функции шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей
Концепция Кросби акцентирует внимание на необходимости осуществления производственной деятельности правильно с первого раза. Высшей целью процесса улучшения, по его мнению, является продукция, свободная от дефектов. При этом отсутствие дефектов не означает, что продукция должна быть совершенной. Это означает, что несоответствие требованиям является неприемлемым.
В основе улучшения качества Кросби считает четыре абсолюта при управлении качеством, которые рассматриваются им как основополагающие концепции улучшения: 1) качество — соответствие требованиям; все действия, необходимые для выпуска продукции, должны быть выполнены и согласованы; 2) система качества — профилактика; система, которая производит качество, является профилактикой, т.е. предотвращением ошибок до того, как они были совершены; 3) отсутствие дефектов — стандарт; необходимо осуществлять производственные операции верно с первого раза с целью предотвращения последующих затрат на исправление дефектов; 4) цена несоответствия — основной критерий качества. Наиболее ориентированное на потребителя определение оценки качества продукции дал Дж. Харрингтон: «способность отвечать ожиданиям заказчиков или превышать их по той цене, которая для них приемлема». В качестве пути достижения «совершенства», т.е. «соответствия и превышения ожиданий потребителей по цене с одновременным гарантированным результатом» Харрингтон предложил проведение постоянных улучшений посредством корректировки решений индивидуальных проблем. По его мнению постоянные улучшения способны повышать эффективность функционирования на 5-15% в год. [38, 39]
Вопросы взаимосвязи процессов управления качеством выпускаемой продукции с экономическими показателями предприятий также широко рассматривались отечественными учеными-экономистами А.В. Гличевым, Б.И. Герасимовым, А.Е. Карликом, С.Д. Ильенковой, В.В. Окрепиловым и др. [40-47]
Однако вопросы управления качеством не должны базироваться исключительно на экономическом эффекте, получаемом от внедрения тех или иных технических или технологических решений. И уровень качества продукции промышленных предприятий не. может оцениваться исключительно путем расчета экономического эффекта.
Квалиметрия, как наука, изучающая методологию и проблематику комплексного количественного оценивания качества объектов [48], является сравнительно молодой дисциплиной (ее возраст составляет около 40 лет). Один из ее основоположников Г.Г. Азгальдов в своих работах [49, 50] отмечает, что информация о качестве должна иметь количественную форму выражения, как наиболее удобную для использования. Действительно;. в настоящее время комплексные оценки качества находят все более широкое применение.
Тем не менее оценка технологических процессов производства конкретных изделий с использованием уже разработанных моделей и методик зачастую затруднена их частностью и узкой специализацией. [51-56]
Одним из наиболее распространенных способов оценки технологических процессов производства промышленных изделий является результативность.
Результативность, как степень реализации запланированной деятельности и достижения результатов [57], является удобным критерием для оценки технологических процессов. Однако при стремлении к «абсолют ному качеству», т.е. процессу, способному обеспечивать выход продукции с полным отсутствием дефектных изделий по любому из критериев, как определяет высшую цель Ф. Кросби [36, 37], степень достижения «идеала» будет невозможно определить при любом уровне качества выпускаемой продукции.
Следовательно, необходима разработка подходов, позволяющих при оценке технологических процессов производства продукции, сравнивать между собой различные состояния процессов на пути их совершенствования при движении к «идеалу», т.е. полному отсутствию дефектных изделий по всем показателям их качества.
Оценка результативности технологических процессов производства автокомпонентов на сегодняшний день должна проводиться с учетом показателей, оговоренных в действующем на глобальном уровне стандарте. ISO/TS 16949, в частности — ррт. При этом следует проводить комплексную оценку качества выпускаемых с помощью рассматриваемых процессов изделий, т.е. по возможности определять значения ррт для всех показателей качества выпускаемой продукции.
Поскольку подавляющее большинство автомобильных компонентов, является многофункциональными изделиями, выполнение различных функций зачастую может определяться разными показателями их качества. Оценка технологического процесса с точки зрения его возможности полного удовлетворения потребителя должна проводиться с непосредственными заказчиками (потребителями) готовой продукции. Именно ориентация на мнение потребителя должна быть одной из основ при оценке технологических процессов. Данная идея согласуется с мнением Г. Тагути, А. Фейгенбаума и др. о цели деятельности любого производственного предприятия - удовлетворении ожиданий потребителей. [32-35] Значимость тех или иных показателей качества изделий для потребителя также должна учитываться при оценке технологических процессов их изготовления. Именно подобная оценка, учитывающая мнение потребителей, должна служить ориентиром при реализации положений Дж. Харрингтона [38, 39] о достижении «совершенства» за счет проведения постоянных улучшений при решении стоящих задач. Данная оценка позволит определить приоритетность постановки задач, ориентируясь на конечного заказчика продукции.
Поиск путей совершенствования технологических процессов производства шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей, как и любых других изделий, следует начинать с анализа функций данной продукции при использовании ее конечными потребителями.
Номенклатура показателей качества шаровых шарниров и свойств технологических процессов их производства
Предъявляемые потребителями требования к шаровым шарнирам, а, следовательно, и к свойствам процесса, способствующим их выполнению, можно разделить на 3 группы, обеспечивающие следующие обобщенные требования к данным изделиям: 1) эксплуатационная технологичность; 2) безопасность; 3) эксплуатационная функциональность.
К первой группе относятся свойства технологического процесса влияющие на формирование следующих показателей качества шаровых шарниров:. - «присоединительные размеры» (свойства технологического про-цесса обеспечивающие соответствие присоединительных размеров, шаровых шарниров требованиям конструкторской документации); - «коррозионная стойкость» (свойства технологического процесса, обеспечивающие устойчивость шарнира к коррозионному воздействию через создание антикоррозионного покрытия корпуса изделия требуемой- = толщины).
Вторая группа включает свойства технологического процесса, ответственные за формирование следующих показателей качества шарниров: - «усилие вырыва шарового пальца из корпуса» (свойства технологического процесса, влияющие на обеспечение соответствия требованиям конструкторской документации значения усилия вырыва шарового пальца из корпуса шарнира); - «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса» (свойства технологического процесса, обеспечивающие требуемые значения усилия выдавливания шарового пальца из корпуса шарнира); - «ударная прочность шарового шарнира» (свойства технологическо го процесса производства изделий, влияющие на способность шарнира выдержать требуемое количество ударов без появления трещин на его комплектующих деталях); - «ударная прочность шарового пальца» (свойства технологического процесса, определяющие способность данного комплектующего изделия пластически деформироваться на величину не меньше заданной без появ ления на нем трещин при ударных испытаниях).
В третью группу входят свойства технологического процесса, определяющие формирование следующих показателей качества шаровых шарниров: - «радиальное перемещение шарового пальца под нагрузкой» (свойства технологического процесса, обеспечивающие ограничение перемещения шарового пальца внутри корпуса шарнира в радиальном направлении в пределах установленной величины); - «осевое перемещение шарового пальца под. нагрузкой» (свойства технологического процесса, обеспечивающие ограничение осевого перемещения шарового пальца внутри корпуса шарнира в пределах определенной величины); - «момент сопротивления качанию шарового пальца» (свойства технологического процесса, влияющие на обеспечение момента сопротивления качанию шарового пальца в заданном диапазоне значений); - «момент сопротивления вращению шарового пальца» (свойства технологического процесса, обеспечивающие формирование момента со противления вращению шарового пальца в определенном конструкторской документацией диапазоне значений); -«циклическая долговечность шарового пальца» (свойства технологического процесса, определяющие способность данного комплектующего изделия выдержать определенное количество циклов нагружений без появления на нем трещин); - «герметичность» (свойства технологического процесса производства шаровых шарниров, определяющие их способность противостоять попаданию влаги и загрязнений внутрь изделия);
- «циклическая долговечность шарового шарнира» (свойства технологического процесса производства шаровых шарниров, определяющие способность изделия выдерживать определенное количество циклов на-гружений без появления в них перемещений шарового пальца в осевом и радиальном направлениях больше максимально допустимых значений);
- «гарантийный срок эксплуатации» (свойства технологического процесса производства шаровых шарниров, определяющие их способность сохранять возможность выполнения своих функций в,течение определенного пробега автомобиля).
При оценке результативности технологических процессов производства шаровых шарниров следует учитывать, что некоторые показатели качества изделий, формируемые при их изготовлении, являются взаимно дублирующими.
В частности, к таковым следует отнести показатели качества «циклическая долговечность» и «гарантийный срок эксплуатации шарового шарнира». Данные показатели качества характеризуют способность изделий сохранять свои функциональные свойства в течение определенного промежутка времени, подвергаясь при этом различного рода воздействиям, имеющим место при их эксплуатации.
В этой связи возникает необходимость в достоверном определении связи между данными показателями качества шаровых шарниров. Эта задача продиктована не только необходимостью регламентации перечня показателей качества изделий, определяющих результативность процессов их изготовления. Помимо этого востребованным с точки зрения оперативного контроля качества производимой продукции является внедрение в условиях предприятий-изготовителей шаровых шарниров передней подвески лег ковых автомобилей новых видов испытаний, позволяющих получать объективную оценку уровня качества изделий и состояния технологических процессов их производства. В частности, полная или частичная замена дорожных испытаний шаровых шарниров легковых автомобилей на стендовые, проводимые в лабораторных условиях, позволит не только существенно сократить как материальные, так и временные затраты на проведение тестов продукции, но и получить более объективные данные о характере изменения технических характеристик изделий во времени.
Разработка способа планетарной обкатки головки шарового пальца с дополнительным поворотом изделия
Распределение по поверхности головки значений параметров шероховатости, связанных с высотными свойствами неровностей, напротив, характеризуется максимумом на экваторе с постепенным их снижением по мере приближения к полюсу или торцевому срезу головки (см. рис. 3.3). Данное несоответствие между распределениями вышеупомянутых параметров по поверхности головки неизбежно ведет к неэффективному использованию машинного времени при создании требуемых значений высотных параметров шероховатости на экваторе за счет неоправданной обработки участков поверхности головки, прилегающих к ее полюсу и торцевому срезу.
Помимо этого оно является причиной усугубления разности высотных параметров шероховатости (Ra, Rz, Rmax) различных участков поверхности шаровых пальцев, что неблагоприятно сказывается на стабильности показателей качества шаровых шарниров «момент сопротивления качанию шарового пальца» и «момент сопротивления вращению шарового пальца».
В этой связи возникает необходимость в совершенствовании кинематической схемы планетарной обкатки поверхностей неполных сферических головок шаровых пальцев с целью повышения относительной кратности об 142 работки ее экваториальных участков с одновременным понижением неоправданно высоких значений данного параметра на полюсе головки и участках поверхности, прилегающих к ее торцевому срезу.
С целью повышения равномерности обработки головки шарового пальца и увеличения кратности деформирования участков поверхности, прилегающих к ее экватору, был предложен новый способ планетарной обкатки - ППО (планетарно-поворотная обкатка). Отличительной особенностью данного способа является сообщение шаровому пальцу в процессе чистовой обработки поверхности неполной сферической головки, помимо вращения его вокруг своей оси, дополнительного поворотного движения [119-122]. Дополнительный поворот шарового пальца осуществляется в плоскости, проходящей через его продольную ось перпендикулярно плоскости, вращения деформирующих тел качения, установленных в обкатной головке, на определяемый геометрическими размерами неполной сферической головки угол Я-» (рис.3.11).
При сообщении шаровому пальцу дополнительного поворота с угловой скоростью содп происходит постепенное сужение зоны поверхности его головки, подвергающейся чистовой обработке со стороны вращающихся деформирующих тел качения (до участка высотой h"). При этом осуществляется исключение из зоны обработки периферийных участков поверхности головки, прилегающих к ее полюсу и торцевому срезу. Тем самым сокращается время их обкатки и исключается дальнейший неоправданный рост кратности их обработки.
Схема планетарно-поворотной обкатки головок шаровых пальцев: 1) шаровой палец; 2) головка шарового пальца; 3) шпиндель; 4) обкатная головка; 5) деформирующие тела качения Одновременно при дополнительном повороте происходит уменьшение угла пересечения осей вращения шарового пальца и обкатной головки до значения а =а-ф, способствующее более интенсивному росту относительной кратности обработки участков поверхности головки, находящихся в зоне обкатки, во времени. За счет этого происходит увеличение данного параметра на экваториальных участках поверхности относительно достигаемого при традиционной планетарной обкатке неполных сферических головок шаровых пальцев, способствующее повышению качества их чистовой обработки.
Особенностью кинематической схемы планетарно-поворотной обкатки, как способа чистовой обработки поверхностей неполных сферических головок шаровых пальцев; является наличие дополнительного поворотного движения, сообщаемого обрабатываемому изделию в плоскости, проходящей через продольную ось пальца перпендикулярно плоскости вращения деформирующих тел качения (см. рис. 3.11). [121-123]
Планетарно-поворотная обкатка включает в себя два этапа. Первым этапом является обработка поверхности головки шарового пальца обкаткой по традиционной кинематической схеме: Основной задачей, решаемой при этом, является создание требуемых значений параметров шероховатости, связанных с высотными свойствами неровностей, на участках поверхности головки, выводимых из зоны обработки в начальный момент дополнительного поворота. На втором этапе планетарно-поворотной обкатки осуществляется дополнительного поворот шарового пальца, целью которого является постепенный вывод из обкатываемой зоны периферийных участков поверхности головки, не требующих дальнейшего повышения качества обработки. Одновременно с исключением из зоны обработки вышеупомянутых участков происходит изменение взаимного расположения осей вращения шарового пальца и обкатной головки. Благодаря этому происходит повышение интенсивности роста относительной кратности обработки обкатываемых участков поверхности. При этом дополнительный поворот шарового пальца производится до тех пор, пока не произойдет вывод из зоны обработки экватора неполной сферической головки, после чего процесс обкатки прекращают.
При осуществлении дополнительного поворота шарового пальца в первую очередь из зоны обработки выводятся участки поверхности неполной: сферической головки; прилегающие к ее полюсу и торцевому срезу. В связи с этим параметры процесса чистовой обработки на начальном этапе планетар-но-поворотной обкатки должны выбираться из условия необходимости создания за время его протекания относительной кратности обработки на данных участках, достаточной для достижения требуемых значений шероховатости, связанных с высотными свойствами неровностей; Очевидно, что параметры процесса на данном этапе обкатки; в»силу различного удаления полюса и торцевого среза головки от ее экватора должны выбиратьсяттноситель-но ближайших к экватору участков поверхности головки, т.е. участков, прилегающих к ее торцевому срезу.
Достигаемые после черновой обработки фрезерованием значения, исг ходных высотных параметров шероховатости на участках поверхности; головки, прилегающих к ее торцевому срезу (Дmax =4...6 мкм), позволяют для достижения требуемого уровня-, чистоты поверхности? ограничиться разовым-прохождением деформирующего тела по сминаемому гребешку. Тогда соотношение угловых скоростей вращения обрабатываемого шарового пальца при черновой обработке и при первом этапе планетарно-поворотношобкаткш при равных угловых скоростях вращения инструмента можно назначать из условия:
Технологические проблемы при реализации процесса запрессовки
Операция формирования сборочного соединения шарового шарнира является заключительной в технологическом процессе его изготовления, определяя целый ряд показателей качества изделия, среди которых «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса», «герметичность» и др.
Запрессовка, как способ формирования сборочного соединения шарнира, является наиболее предпочтительным с точки зрения технологичности, производительности.и уровня качества получаемой с его применением продукции. [71] Это подтверждается результатами! проведенного совместно специалистами МГТУ им. Г.И. Носова и ЗАО НПО «БелМаг» анализа последствий потенциальных отказов процессов изготовления шаровых шарниров пе-г редней подвески для переднеприводных и полноприводных автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ». Данный анализ проводился по методике PFMEA (FMEA процесса), согласно требований стандарта ИСО/ТУ 16949. [10, 148]
Разработка технологии запрессовки на первом этапе ее внедрения в условиях ЗАО НПО «БелМаг» проводилась для производства шарового шарнира 2110-2904192-01 (рис. 1.1). [149] Данный узел с 2007 г. используется ОАО «АВТОВАЗ» в качестве компонента систем передней подвески переднеприводных легковых автомобилей взамен применявшегося ранее шарового шарнира 2108-2904192 (шарнир 2108-2904185-01 с защитным чехлом в сборе). Конструкция шарового шарнира 2108-2904185-01 подобна конструкции шар 189 нира 2101-2904185-04 (см. рис. 1.2) и обладает рядом существенных недостатков, среди которых - отсутствие возможности создания полностью герметичного соединения с защитным чехлом. Основные показатели качества шарниров с цельным корпусом 2110-2904192-01 и сварной заливной конструкции 2108-2904192 представлены в табл. 4.1.
Показатели качества шаровых шарниров 2108-2904192 и 2110-2904192-01 переднеприводных автомобилей ВАЗ Наименование показателя Требуемые значения показателей 2108-2904192 2110-2904192-01 Момент сопротивления качанию шарового пальца в корпусе, Н-м 3,92-9,8 1,96-7,85 Момент сопротивления вращению шарового пальца в; корпусе, Н-м 3,92-9,8 1,96-7,85 Усилие вырыва шарового пальца из корпуса, кН, не менее 20,58 24,53 Усилие выдавливания шарового пальца из корпуса, кН, не менее - 24,53 Осевое перемещение шарового пальца в корпусе под нагрузкой +/-1000Н, мм, не более 0,15 0,10 Радиальное перемещение шарового пальца в корпусе под- нагрузкой +/-1000Н, мм, не более 0,15 0,12 Гарантийный срок эксплуатации, г./км 2/35 000 3 / 50 000
При разработке технологии запрессовки изготовления шарнира 2110-2904192-01 были проведены экспериментальные работы с изготовлением вариантов корпусов и пуансонов, сборкой образцов и их последующими испы 190 таниями. [150] Варианты получения сборочного соединения запрессовкой (далее - варианты) условно были названы «Т-1», «Т-2», «Т-3». Качество получаемого соединения оценивалось по усилию выдавливания, отсутствию нежелательных деформаций деталей шарнира, требуемому усилию запрессовки.
Помимо этого для оценки получаемого соединения был введен показатель «перекрытие» 77 (рис. 4.1). Данный показатель характеризует герметичность соединения, его прочность и плотность взаимного прилегания деталей шарнира, завершенность процесса формирования соединения, достижение функциональных характеристик шарнира требуемого диапазона.
Параметры шаровых шарниров с цельным корпусом для определения величины перекрытия 77: L - ширина горизонтального участка обоймы вкладыша; / — ширина участка плотного контакта бурта с обоймой вкладыша; S - толщина опорной шайбы Показатель 77 можно выразить как отношение длины / плотного прилегания бурта к опорной шайбе к длине L горизонтальной площадки опорной шайбы, по которой происходит контакт. Очевидно, что, при всех прочих равных условиях, чем больше величина перекрытия, тем лучше герметичность соединения, его прочность на выдавливание и устойчивость к циклическим нагрузкам. В то же время величина перекрытия должна быть необходимой и достаточной для обеспечения требования прочности и герметичности соединения. Кроме этого, величина перекрытия должна быть технологически достижима.
В ходе специально проведенных исследований было определено, что для шарового шарнира 2110-2904192-01 с требуемым минимальным значением показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса» 24,53 кН показатель перекрытия П должен составлять не менее 0,45.
В процессе проводимых экспериментальных исследований для варианта «Т-1» прототипами форм области деформации — бурта корпуса и профиля инструмента были взяты применяемые при закатке. Исходный контур бурта корпуса по данному варианту имеет трапециевидную форму с углом при основании 20. Соотношения размеров бурта данного типа представлены на рис. 4.2.
Деформация бурта корпуса в данном случае происходит неравномерно. По завершении процесса деформации бурт прижат к обойме вкладыша не достаточно плотно, 77 0,3. Необходимо также отметить, что из-за большого значения соотношения высоты бурта к его ширине для деформации требуется затратить большие усилия по всему периметру деформируемого участка, в отличие от многократных воздействий в случае закатки роликами. Максимальное усилие запрессовки составляет в данном случае Рітах = 85 кН. Использование таких усилий приведет при серийном производстве к снижению стойкости инструмента и к деформации остальной части корпуса. Таким образом профиль пуансона, близкий к профилю ролика, не в состоянии обеспечить требуемую деформацию.
Для снижения усилия деформации при реализации варианта «Т-2» был уменьшен угол а бурта до 7. При этом была снижена толщина бурта, соотношение между шириной бурта и его высотой изменилось. Соотношение; размеров на новом контуре бурта корпуса по варианту «Т-2» представлено на рис. 4.5.
Также была проведена корректировка формы рабочей поверхности инструмента. Центр радиуса R2 смещен в сторону оси пуансона на величину 8 = (0,3...1,5)Х. Угол пуансона у2 был приведен в соответствие с углом а2 контура бурта и составил у2 = а2 =7. Угол р2 оставлен без изменений (Р2=Рі=20). В результате форма рабочей поверхности пуансона по варианту «Т-2» приняла вид, представленный на рис. 4.6.
Похожие диссертации на Повышение результативности производства шаровых шарниров на основе регламентации комплекса требований к качеству изделий и материалов
-
-
-
-
-
-
