Er mwyn ateb y galw am broffiliau offer llyngyr C{0}Effeithlonrwydd uchel, uchel, mae'r astudiaeth hon yn ymchwilio'n systematig i agweddau technegol allweddol megis dewis prosesau, optimeiddio melino, a rheolaeth malu-i bennu'r cynllun prosesu gorau posibl. Cynigir gwelliannau ar draws sawl maes: dewis offer, dulliau cynnal gwaith, paramedrau offer torri, systemau oeri, a pharamedrau proses. Mae datrysiadau penodol yn cynnwys gwella anhyblygedd peiriannau chwyrlio CNC manwl uchel, gwneud y gorau o effeithlonrwydd trwy glampio hydrolig a llwytho/dadlwytho awtomataidd, dylunio paramedrau ar gyfer offer carbid â chaenen ultra mân, a rheoli prosesau oeri niwl a malu proffil aer pwysedd uchel. Mae'r broses optimeiddio yn sicrhau cywirdeb gradd IT7 sefydlog ar gyfer y proffil llyngyr, yn gwella ansawdd wyneb ac effeithlonrwydd peiriannu yn sylweddol, ac yn lleihau costau cynhyrchu yn sylweddol.
1
Rhagymadrodd
Defnyddir systemau llywio pwer trydan math colofn (C-EPS) yn eang mewn cerbydau teithwyr yn amrywio o Ddosbarth A0 i Ddosbarth B oherwydd eu strwythur cryno a chostau hylaw. Mae'r llyngyr involute (gweler Ffigur 1) yn gweithredu fel trorym craidd-cydran trawsyrru'r C-EPS; os yw'r gwall proffil dannedd yn fwy na 0.01 mm, mae materion megis oedi llywio neu sŵn annormal yn debygol o ddigwydd [1]. O ganlyniad, mae'r broses beiriannu yn gofyn am drachywiredd gradd IT7 llym tra hefyd yn bodloni gofynion effeithlonrwydd cynhyrchu màs.
Delwedd
Ffigur 1: Involute llyngyr
Mae'r prosesau peiriannu mwydod presennol yn wynebu tair her fawr: ① Mae prosesau troi a malu traddodiadol yn dioddef o effeithlonrwydd isel, gydag allbwn sifft sengl yn gostwng o dan 500 o unedau. ② Mae prosesau hobio a rholio yn rhoi cysondeb proffil gwael; mae cywirdeb yn dibynnu'n fawr ar drachywiredd hob, ac mae amrywiadau gwall yn cyrraedd ±0.02 mm wrth i'r offeryn wisgo. ③ Mae prosesau melino confensiynol yn methu â bodloni gofynion ansawdd wyneb, gan arwain at werthoedd garwedd wyneb (Ra) o 1.6 μm neu uwch. Mae datblygu technoleg peiriannu llyngyr C{-EPS sy'n cydbwyso manylder uchel ag effeithlonrwydd uchel o bwysigrwydd ymarferol sylweddol ar gyfer gwella cystadleurwydd marchnad cynhyrchion C{-EPS.
2
Cyflwr Ymchwil Presennol (Domestig a Rhyngwladol)
Yn rhyngwladol, mae ymdrechion i wella trachywiredd peiriannu llyngyr yn aml yn dibynnu ar offer diwedd uchel megis y peiriant malu llyngyr CNC a ddatblygwyd gan y cwmni Almaeneg KAPP. Trwy ddefnyddio technoleg iawndal gwall thermol, mae'r offer hwn yn rheoli gwall helics cronnol o fewn 0.005 mm; fodd bynnag, mae'r gost fesul uned yn fwy na 8 miliwn RMB, gan greu rhwystr eithriadol o uchel i fynediad. Mae ymchwil domestig wedi canolbwyntio'n bennaf ar optimeiddio prosesau; tra bod rhai gwneuthurwyr ceir yn defnyddio proses rolio hobio ar gyfer masgynhyrchu mwydod, dim ond gradd IT8 y mae cywirdeb y peiriannu yn ei gyrraedd, gan fethu â bodloni'r gofynion ar gyfer modelau cerbydau pen uchel.
Nid yw ymchwil sydd eisoes yn bodoli wedi sefydlu datrysiad peiriannu integredig sy'n cyfuno garwio effeithlonrwydd uchel gyda gorffeniad manwl uchel. Yn seiliedig ar broses gyfunol o chwyrlïo a llifanu ffurf, mae'r papur hwn yn adeiladu system optimeiddio gynhwysfawr-sy'n cwmpasu offer, offer torri, a pharamedrau proses-i bontio'r bwlch mewn-technoleg peiriannu effeithlonrwydd uchel, uchel{{{{{}}manylder) ar gyfer llyngyr C{-EPS.
3
Dethol Proses Peiriannu Proffil Dannedd Worm
3.1 Cymharu Cynlluniau Proses
Cynhaliwyd cymhariaeth feintiol rhwng tair proses brif ffrwd ar gyfer peiriannu proffil dannedd llyngyr: troi ynghyd â malu, hobio a rholio, a melino (chwyrlïo) ynghyd â malu. Roedd y gymhariaeth yn gwerthuso dangosyddion craidd-megis garwedd arwyneb, gradd cywirdeb, a chysondeb proffil dannedd-yn ogystal â metrigau cynhyrchu fel effeithlonrwydd peiriannu ac amser newid drosodd. Mae Tabl 1 yn cymharu dangosyddion craidd y gwahanol brosesau, tra bod Tabl 2 yn cymharu eu heffeithlonrwydd.
Tabl 1 Cymhariaeth o Ddangosyddion Craidd ar gyfer Prosesau Gwahanol
[Delwedd]
Nodyn: Data sy'n deillio o fesuriadau gwirioneddol ar linell gynhyrchu automaker; maint sampl n=500.
Tabl 2 Cymhariaeth o Effeithlonrwydd ar gyfer Prosesau Gwahanol
[Delwedd]
Nodyn: Mae allbwn sifft sengl yn seiliedig ar fesuriadau mwydyn φ30mm × 120mm; mae offer yn cynnwys ffurfweddiad gwerthyd sengl.
3.2 Pennu'r Broses Orau
Fel y dangosir yn Nhablau 1 a 2, mae'r broses malu melino (chwyrlïo ar gyfer garwio/lled-gorffen ac yna malu gorffeniad) yn sylweddol well na chynlluniau eraill yn y dangosyddion peiriannu craidd ac effeithlonrwydd cynhyrchu. Ar ben hynny, mae'n dileu'r angen am broses peiriant hobio bwrpasol, gan leihau costau peiriannu tua 40%. O ganlyniad, mae'r papur hwn yn canolbwyntio ar y broses hon ar gyfer ymchwil fanylach.
4
Optimeiddio Melin Mwydod
Mae melino yn gam garw a lled-gorffen i'r mwydyn; mae ei gywirdeb a'i effeithlonrwydd peiriannu yn pennu'n uniongyrchol yr ansawdd cyfeirio a'r amser cylch cynhyrchu ar gyfer y broses malu gorffen dilynol. Mae'r astudiaeth hon yn cynnal dyluniad optimeiddio ar draws pum agwedd: dewis offer, dulliau cynnal gwaith, paramedrau offer torri, systemau oeri, a pharamedrau proses . 4.1 Dewis Offer a Gwella Anystwythder
(1) Dewis Peiriant Chwyrlio CNC Manylder Uchel: Er mwyn bodloni gofynion manwl gywirdeb IT7, dewiswyd peiriant chwyrlio CNC gyda systemau porthiant a gwerthyd manwl uchel. Mae'r manylebau technegol allweddol fel a ganlyn:
1) System fwydo: Cydraniad Llai na neu'n hafal i 0.0001 mm; cywirdeb lleoli strôc llawn o ±0.002 mm.
2) system gwerthyd: rhediad rheiddiol Llai na neu'n hafal i 0.001 mm; rhediad echelinol Llai na neu'n hafal i 0.0005 mm; sefydlogrwydd cyflymder cylchdro o ±5 r/munud.
Mae data arbrofol yn dangos, pan wellodd cywirdeb lleoli'r offeryn peiriant o ±0.01 mm i ± 0.002 mm, gostyngodd gwall cronnus helics llyngyr o 0.025 mm i 0.008 mm, sy'n cynrychioli gwelliant uniongyrchol mewn cywirdeb peiriannu o ddwy radd.
(2) Strategaeth Gwella Anystwythder Offer Peiriant: Mae anystwythder offer peiriant annigonol yn tueddu i achosi dirgryniadau torri, gan achosi cynnydd o dros 30% mewn gwallau olrhain dannedd llyngyr. Gellir gwella anystwythder offer peiriant trwy'r ddau fesur canlynol:
1) Angori Sylfaen: Mae sylfaen offer peiriant gyda thrwch o Fwy na neu'n hafal i 500 mm yn cael ei gastio gan ddefnyddio concrit C30 a'i gysylltu'n anhyblyg â'r llawr trwy bolltau ehangu M30; cedwir lefel y sylfaen o fewn 0.02 mm/m.
2) Optimeiddio Strwythurol: Defnyddir mecanwaith cloi math lletem ar y cysylltiad rhwng gweddill yr offer a gwely'r peiriant, gan gynyddu'r ardal gyswllt 40% a chodi anystwythder statig yr offeryn peiriant i 250 N/μm.
4.2 Optimeiddio Dulliau Clampio a Llwytho/Dadlwytho
(1) Rheoli Clampio Hydrolig yn Fanwl: Mae clampio â llaw traddodiadol yn arwain at wallau lleoli echelinol hyd at ± 0.1 mm, gan achosi amrywiadau sylweddol yng nghywirdeb lleoliad echelinol proffil dannedd y llyngyr. Trwy ddefnyddio hunan-ganoli chuck hydrolig gyda grym clampio o 5–8 kN-ar y cyd â datwm lleoli wyneb y diwedd a chylch gwthiad echelinol-rheolir y gwall lleoli clampio o fewn ±0.03 mm. Mae hyn yn gwella cywirdeb lleoliadol echelinol y llyngyr driphlyg, gan ddarparu datwm peiriannu sefydlog ar gyfer gorffeniad dilynol-prosesau malu. (2) Gwella effeithlonrwydd trwy lwytho a dadlwytho awtomataidd: Mabwysiadwyd robot truss i ddisodli llafur llaw ar gyfer llwytho a dadlwytho siafftiau llyngyr yn awtomataidd [2]. Gostyngwyd yr amser clampio o 20 s/darn i 5 s/darn, cynyddodd y defnydd o offer o 65% i 90%, a chynyddodd allbwn sifftiau sengl dros 300 o ddarnau.
4.3 Offeryn Torri Dylunio Paramedr a Rheoli Gwisgo
Dewiswyd dur aloi o ansawdd uchel fel y deunydd crai ar gyfer siafft llyngyr C{{1} EPS, gan gyflawni caledwch o 28–32 HRC ar ôl diffodd a thymheru [3]. Yn seiliedig ar nodweddion y deunydd, aeth y broses ddylunio i'r afael â dewis deunydd offer, optimeiddio paramedr geometrig, a rheoli traul yn ystod y gosodiad.
(1) Detholiad deunydd offer: Mae Tabl 3 yn cymharu perfformiad torri dur cyflym (W18Cr4V), carbid sment safonol (WC-Co), a charbid wedi'i orchuddio â grawn ultrafine (cyfres YBG) [4].
Tabl 3 Cymharu perfformiad torri ar gyfer gwahanol ddeunyddiau offer
[Delwedd]
Sylwer: Yr amodau torri oedd cyfradd bwydo o 0.15 mm/r a dyfnder toriad o 1.2 mm.
Mae'r offeryn yn cynnwys swbstrad WC-Co gyda Niobium (Nb) wedi'i ychwanegu a gorchudd nano TiAlN 3-5 μm o drwch. Mae'r caledwch cotio yn cyrraedd 3200 HV, ac mae'r caledwch poeth yn parhau'n sefydlog hyd at 800 gradd, gan fodloni gofynion y broses ar gyfer torri cyflymder uchel.
(2) Optimeiddio paramedr geometrig offer: Yn seiliedig ar nodweddion proffil dannedd involute y siafft llyngyr,
Dyluniwyd paramedrau geometrig arbenigol ar gyfer y torrwr melino garw (torrwr ffurf math ZA-) a'r torrwr melino gorffen (torrwr ffurf math ZI-) (gweler Tabl 4), cydbwyso grymoedd torri, cryfder blaengar, ac ansawdd arwyneb wedi'i beiriannu.
Tabl 4 Dyluniad paramedrau geometrig offer arbenigol
[Delwedd]
(3) Gosod offer a monitro traul: Rhaid i osod offer a monitro traul gadw at y gofynion technegol canlynol. 1) Cyfluniad pen torrwr: Defnyddir pen torrwr manwl gyda gradd cydbwysedd deinamig o G2.5. Fel y dangosir yn Ffigur 2, mae pen y torrwr yn cynnwys chwe safle mowntio wedi'u trefnu i newid am yn ail rhwng tri thorrwr melino garw a thri thorrwr melino gorffen. Mae'r torwyr melino garw yn ymestyn 0.12–0.20 mm ymhellach na'r torwyr melino gorffen, gan alluogi peiriannu gorffeniad garw a lled-gorffen mewn un pas.
Delwedd
Ffigur 2: Sgematig o osod pen torrwr
2) Paru ongl helix: Mae pen y torrwr yn cael ei ogwyddo a'i gylchdroi i alinio ongl helix y torrwr ag ongl arweiniol y llyngyr ( ). Y fformiwla ar gyfer cyfrifo'r ongl arweiniol yw:
tan=Pz / (πd1)(1)
Ble mae'r ongl arweiniol (gradd), Pz yw'r plwm echelinol (mm), a d yw'r diamedr cylch traw (mm).
3) Monitro gwisgo: Defnyddir offeryn archwilio llyngyr i fonitro gwallau proffil dannedd mewn-amser real. Mae torwyr yn cael eu disodli'n brydlon pan fydd gwisgo'n cyrraedd 0.005 mm; gellir ailddefnyddio'r mewnosodiadau dair neu bedair gwaith ar ôl ail-grindio.
4.4 Optimeiddio paramedrau system oeri a phroses
(1) Dyluniad oeri niwl aer gwasgedd uchel: Mae'r cyflymder torri ar gyfer melino chwyrlio yn cyrraedd 260–360 m/munud, gyda thymheredd yn y parth torri yn codi i 600–800 gradd . Defnyddir system oeri niwl aer gwasgedd uchel [5] sy'n gweithredu ar 0.80–1.38 MPa. Mae'r cyfrwng oeri yn cynnwys cymysgedd o emwlsiwn pwysau eithafol 5% ac aer cywasgedig, wedi'i ddosbarthu trwy bedwar ffroenell siâp ffan wedi'u trefnu'n gymesur (diamedr 1.5 mm) i fflysio'r parth torri yn uniongyrchol. Mae'r system hon yn gwella effeithlonrwydd oeri 60% o'i gymharu ag oeri llifogydd traddodiadol ac yn lleihau cyfradd gweddillion sglodion i lai na 0.5%.
(2) Optimeiddio paramedr melino: Defnyddir y dull prawf orthogonal i bennu'r cyfuniad gorau posibl o baramedrau proses ar gyfer melino llyngyr, gan gydbwyso effeithlonrwydd peiriannu ag ansawdd peiriannu. 1) Dyfnder y toriad: Cyfrifir cyfanswm dyfnder y toriad ar gyfer melino gêr yn seiliedig ar uchder llawn y dant, * h *:
*h*=[(d1 + 2mx) - (d1 - 2.4mx)] / 2 (2)
Lle *h* yw uchder llawn y dant (mm), sy'n cynrychioli cyfanswm dyfnder y toriad; *d1* yw'r diamedr cylch traw gêr (mm); *m* yw'r modiwl echelinol (mm); mae'r ffactor o 2 mewn "2m" yn cyfateb i'r cyfernod atodiad (adendwm safonol yw 1*m*, felly cyfanswm y ddwy ochr yw 2*m**x*); a 2.4 yw'r cyfernod cysylltiedig â dedendum (dedendwm safonol yw 1.2*m*, felly cyfanswm y ddwy ochr yw 2.4*m*).
2) Cyfradd porthiant: Y gyfradd porthiant yw 0.13-0.20 mm / r, wedi'i addasu'n ddeinamig yn seiliedig ar galedwch materol.
3) Cyflymder cylchdro: Cyflymder gwerthyd y darn gwaith yw 12-18 r / min, a chyflymder pen y torrwr yw 6000-8000 r / min (cyflymder llinol torri o 300-400 m / min).
4) Lwfans malu gorffen: Y lwfans yw 0.5-0.7 mm, gan gydbwyso effeithlonrwydd malu â chywirdeb peiriannu terfynol.
Gan ddefnyddio'r paramedrau uchod, mae'r amser cylch cynhyrchu ar gyfer peiriant chwyrlio sengl yn cyrraedd 90-105 darn yr awr; mae garwedd wyneb (Ra) y mwydyn ar ôl melino yn 0.8-1.2 μm, ac mae gwall proffil y dannedd yn ±0.004 mm [6].
5
Rheoli llifanu proffil dannedd llyngyr
Malu yw'r broses orffen ar gyfer y mwydyn C- EPS ac mae'n pennu'n uniongyrchol y cywirdeb peiriannu terfynol. Mae'r astudiaeth hon yn gweithredu rheolaeth broses o ran offer malu / dewis olwynion malu a pharamedrau malu / rheolaeth oeri i sicrhau bod cywirdeb y mwydyn yn cwrdd â gradd IT7 yn gyson.
5.1 Dewis offer malu ac olwynion malu
Dewisir peiriant malu llyngyr CNC sydd â swyddogaeth alinio dannedd yn awtomatig; cywirdeb lleoli'r peiriant yw ±0.001 mm. Defnyddir dull malu ffurf [7], gan ddefnyddio dreser CNC i wisgo'r olwyn malu i mewn i siâp involute sy'n cyfateb i'r mwydyn, a thrwy hynny sicrhau cysondeb mewn peiriannu proffil dannedd. Dewisir olwyn malu alwmina wedi'i ffiwsio gwyn (WA), sy'n cynnwys caledwch o H5, maint graean o F80, a bond resin (sy'n cynnig ymwrthedd effaith ardderchog); diamedr yr olwyn yw 405 mm, a'r cyflymder llinellol gweithredu yw 45 m / s. Mae gan olwynion alwmina wedi'i ffiwsio gwyn briodweddau miniogi eu hunain ac yn lleihau cynhyrchu gwres malu yn effeithiol -cynhyrchu llai o wres nag olwynion carbid silicon-a thrwy hynny atal llosgiadau malu ar y darn gwaith.
5.2 Paramedrau Malu a Rheolaeth Oeri
(1) Paramedrau proses malu: Yn seiliedig ar y datwm cyfeirio a sefydlwyd ar ôl melino llyngyr a'r gofynion manwl gywirdeb terfynol, pennwyd y paramedrau malu gorau posibl fel a ganlyn:
1) Cyflymder cylchdro: Cyflymder gwerthyd workpiece yw 5-8 r/munud; cyflymder yr olwyn malu yw 1800-2000 r/min (cyflymder llinellol olwyn yw 2289-2543 m/munud).
2) Cyfradd porthiant: Cyfradd porthiant malu garw yw 180-200 mm / min; cyfradd bwydo gorffen malu yw 50-80 mm/munud.
3) Cylch gwisgo olwyn: Mae'r olwyn malu yn cael ei gwisgo ar ôl pob 5-8 mwydod i sicrhau cywirdeb y proffil olwyn.
(2) Rheolaeth oeri malu: Defnyddir olew torri pwysau eithafol gyda gludedd o 20-30 mm²/s ar 40 gradd fel y cyfrwng oeri. Mae oeri gorfodol yn cael ei gyflawni trwy bwmp pwysedd 2 MPa-uchel gyda chyfradd llif o Fwy na neu'n hafal i 50 L/munud [7]. Mae hyn yn sicrhau oeri digonol o'r parth malu ac yn cael gwared ar sglodion malu yn effeithiol, gan atal clogio grawn sgraffiniol a allai beryglu ansawdd peiriannu.
5.3 Dilysu Canlyniadau Malu
Mae archwiliad gan ddefnyddio profwr mwydod manwl uchel yn cadarnhau bod mwydod sydd wedi'u peiriannu â'r ffurf wedi'i optimeiddio-broses malu yn cyflawni cywirdeb proffil dannedd sefydlog o radd IT7, garwedd arwyneb (Ra) o 0.2–0.4 μm, a gwall aliniad dannedd o Llai na neu'n hafal i 0.008 mm. Yr amser cylch cynhyrchu yw 60–72 darn/awr, gan fodloni gofynion y broses ar gyfer masgynhyrchu mwydod C{-EPS. Mae proffil gwisgo a chadw proffil yr olwyn malu yn bwyntiau rheoli hanfodol yn y broses malu; mae unrhyw wyriad yn y proffil olwyn yn arwain yn uniongyrchol at wallau gormodol ym mhroffil plwm a dannedd y llyngyr. Felly, rhaid gweithredu gwisgo olwynion ac arolygu yn llym yn unol â gofynion y broses.
6
Casgliad
Mae'r papur hwn yn sefydlu system dechnoleg gweithgynhyrchu manwl uchel, effeithlonrwydd, uchel ar gyfer mwydod C-EPS trwy optimeiddio prosesau a pharamedrau aml-ddimensiwn, gan roi'r canlyniadau ymchwil allweddol a ganlyn:
1) Nodwyd y cyfuniad o chwyrlïo (ar gyfer garwu/lled-gorffen) a malu ffurf (ar gyfer pesgi) fel y broses weithgynhyrchu optimaidd ar gyfer llyngyr C{{-EPS. O'i gymharu â dulliau troi a malu traddodiadol, mae'r dull hwn yn cynyddu effeithlonrwydd 10-13 gwaith, yn cyflawni cywirdeb peiriannu gradd IT7, ac yn lleihau costau cynhyrchu tua 40%.
2) Cynigiwyd cynllun gwella anystwythder a strategaeth clampio hydrolig ar gyfer peiriannau chwyrlio CNC manwl uchel; cynyddodd y mesurau hyn anystwythder statig yr offeryn peiriant i 250 N/μm a lleihau gwall lleoli clampio o ±0.1 mm i ±0.03 mm.
3) datblygwyd offer carbid â chaenen fân ultra YGG (addas ar gyfer mwydod dur aloi) a -bwysedd uchel (0.80–1.38 MPa) system oeri niwl, gan alluogi torri cyflymder uchel ar 300–400 m/munud a chyflawni arwyneb postio o felin neu lai o lai na 800 m/min.
4) Optimeiddiwyd paramedrau proses malu ffurf, gan sefydlu cyfwng gwisgo olwyn o 5-8 rhan. Ar ôl-gostyngwyd garwedd arwyneb malu i Ra 0.2-0.4 μm, a chadwyd gwall plwm yn Llai na neu'n hafal i 0.008 mm, gan fodloni'r gofynion cywirdeb a sefydlogrwydd ar gyfer cynhyrchu màs.
Gallai ymchwil yn y dyfodol integreiddio technolegau deallusrwydd artiffisial i wireddu gweithgynhyrchu deallus ar gyfer mwydod C-EPS: defnyddio systemau golwg peiriant i fonitro traul offer mewn-modelau dysgu dwfn ac amser real i addasu paramedrau torri yn ddeinamig; a datblygu algorithmau iawndal gwall thermol ar gyfer offer peiriant i wella cywirdeb malu llyngyr ymhellach i radd IT6. Byddai'r datblygiadau hyn yn darparu cymorth technegol ar gyfer ymchwil a datblygu a chynhyrchu cynhyrchion C{{-EPS uchel ac ehangu eu cymwysiadau marchnad.
