Es va realitzar una anàlisi del procés de l'estructura excèntrica irregular del colze d'equilibri en forma de Z-, així com de les dificultats de mecanitzat a causa de la seva gran mida, alta precisió i incapacitat de subjectar-se. Es va proposar un esquema de mecanitzat estandarditzat. Es va dissenyar un accessori de torn especial, adequat per a mecanitzar diversos models i grans lots de productes, solucionant els problemes d'alta dificultat de mecanitzat, qualitat inestable i baixa eficiència de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-.
01
Introducció
El colze d'equilibri és el component bàsic del sistema de suspensió dels vehicles especials de oruga. Funciona conjuntament amb elements elàstics com l'eix de torsió i l'amortidor per proporcionar suport elàstic a la carrosseria del vehicle i a la roda de la carretera [1]. El colze d'equilibri pot transferir una gran quantitat d'energia d'impacte generada pel moviment--amunt i avall de la roda de la carretera a l'eix de torsió, amortir i absorbir l'energia de vibració, reduir la força d'impacte sobre la carrosseria del vehicle, millorar la comoditat dels passatgers, reduir els danys als components i assegurar l'estabilitat i maniobrabilitat del vehicle quan es condueix per carreteres accidentades [2]. El conjunt del colze d'equilibri general inclou un eix estriat, un colze d'equilibri i un eix de roda de carretera. El colze d'equilibri en forma de Z- és un colze d'equilibri integrat que combina els tres components. El colze d'equilibri integrat té les característiques d'alta maniobrabilitat, alta fiabilitat i lleugeresa, i s'utilitza àmpliament en vehicles especials moderns [3]. 02
Anàlisi de l'estructura i els reptes de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-
L'estructura del colze d'equilibri en forma de Z-, tal com es mostra a la figura 1, és una estructura excèntrica de forma irregular. És de grans dimensions i pesat en pes, i requereix una alta taxa d'eliminació de material, una gran precisió dimensional i posicional, i un llarg cicle de mecanitzat amb nombrosos processos. Implica diversos equips i oficis, incloses màquines de mandrinar horitzontals, torns CNC, centres de mecanitzat, màquines de brotxa i màquines d'erosió de filferro. En la producció anterior, es van exposar nombrosos problemes en cada pas del procés, com ara dimensions des-de-tolerància del cercle exterior de l'eix, desalineació entre el forat estriat i el cercle exterior, no-paral·lelisme entre els eixos de l'eix gran (eix estriat) i l'eix petit (eix de la roda de càrrega), temps de procés de mecanitzat de superfície poc equilibrat, eficiència greu i desequilibrada, afectant la qualitat del producte i el calendari de lliurament.
03
Esquema de processos
Procés de mecanitzat de colze d'equilibri en forma de Z-: mandrinat desbastat de la cara de l'extrem i el forat interior → Tornejat desbastat de l'eix gran → Tornejat desbastat de l'eix petit → Acabat del mandrinat de la cara extrema i del forat interior → Acabat del tornejat de l'eix gran → Acabat del tornejat de l'eix petit → Fresat de la forma exterior i perforació → Brotxat (filferro EDM). El producte en blanc és una forja en matriu. A l'hora de desbassar i acabar els eixos grans i petits, es requereix un accessori de torn especial amb contrapesos. Aquest accessori equilibra la força centrífuga generada durant la rotació de la peça, reduint així la vibració i augmentant la velocitat de l'eix, millorant eficaçment la precisió de mecanitzat del producte i la velocitat de tall.
04
Procés de mecanitzat
(1) Perforació en brut de les cares finals i els forats interiors: s'utilitza una màquina de mandrinar horitzontal CNC. Es deixa un marge de 2 mm a cada costat tant per a les cares finals com per als forats interiors. La funció principal d'aquest procés és eliminar ràpidament una gran quantitat de material i crear forats del centre del procés per als diàmetres exteriors-mecanitzats rugosos dels eixos grans i petits. La mandrinadora horitzontal CNC té una taula de treball giratòria de 360 graus, que permet un mecanitzat universal en el pla XOY en una configuració. Pot mecanitzar quatre cares extrems i forats interiors alhora, assegurant que els forats centrals del procés als dos extrems dels eixos grans i petits siguin coaxials i que les línies centrals dels eixos grans i petits siguin paral·leles. La perforació rugosa de les cares extrems i els forats interiors es mostra a la figura 2, on la línia sòlida gruixuda representa la superfície mecanitzada.
Figura 2. Mandrinat en brut de la cara final i forat interior
(2) Tornejat de l'eix gran: el mecanitzat es realitza en un torn CNC, amb un marge d'1,5 mm a cada costat del diàmetre exterior. La funció principal d'aquest procés és eliminar ràpidament una gran quantitat de material i crear una referència de procés per a la perforació final de la cara final i el forat interior. Com que el centre de gravetat del colze d'equilibri en forma de Z-es desplaça des del centre de rotació durant el gir, es necessita un accessori de torn especial amb contrapesos per equilibrar la força centrífuga, reduir la vibració i augmentar la velocitat del cargol. El gir brut de l'eix gran es mostra a la figura 3.
Figura 3. Torneig en brut de l'eix gran
(3) Tornejat de l'eix petit: el mecanitzat es realitza en un torn CNC, amb un marge d'1,5 mm a cada costat del diàmetre exterior i la cara final. La funció principal d'aquest procés és eliminar ràpidament una gran quantitat de material i alliberar l'estrès de mecanitzat. El tornejat en brut de l'eix petit es mostra a la figura 4. Després del tornejat en brut, els eixos grans i petits tenen diàmetres exteriors regulars. La pinça en forma d'AV-s'utilitza per obtenir un acabat més estable durant el mandrinat d'acabat.
Figura 4. Torneig en brut de l'eix petit
(4) Avorriment final de la cara de l'extrem i el forat interior: es fa mitjançant una màquina de mandrinar horitzontal CNC, amb el gir en brut del diàmetre exterior de l'eix gran com a dada del procés i dada de subjecció. La funció principal d'aquest procés és mecanitzar les quatre cares extrems i el forat interior del producte a la mida acabada, assegurant la precisió dimensional i la rugositat de la superfície, alhora que es crea un xamfrà per a l'acabat de tornejat dels diàmetres exteriors dels eixos grans i petits. El mandrinat d'acabat de la cara final i el forat interior es mostra a la figura 5, on la línia sòlida gruixuda representa la superfície mecanitzada en aquest procés.
Figura 5. Mandrinat final de la cara final i forat interior
(5) Acabar el tornejat de l'eix gran: es fa amb un torn CNC, mecanitzant el diàmetre exterior a la mida acabada, garantint la precisió dimensional, la precisió geomètrica i la rugositat de la superfície. Aquest procés utilitza el xamfrà creat durant la perforació d'acabat del forat interior com a dada de subjecció, assegurant la coaxialitat del diàmetre exterior i el forat interior de l'eix gran. El gir final de l'eix gran es mostra a la figura 6.
Figura 6. Tornejat de precisió de l'eix principal
(6) Tornatge de precisió de l'eix petit: utilitzant un torn CNC, el diàmetre exterior es mecanitza a la mida acabada, assegurant la precisió dimensional, la precisió geomètrica i la rugositat de la superfície. Aquest procés utilitza el xamfrà realitzat durant la perforació de precisió del forat interior com a referència de subjecció i posicionament, assegurant la coaxialitat del diàmetre exterior de l'eix petit i el forat interior, així com el paral·lelisme de les línies centrals de l'eix petit i l'eix principal. El gir de precisió de l'eix petit es mostra a la figura 7.
Figura 7. Tornejat de precisió de l'eix petit
(7) Fresat de la forma exterior i perforació: utilitzant un centre de mecanitzat vertical, la forma exterior del producte es mecanitza a la posició desitjada i es foren forats de tac. El fresat de la forma exterior i el trepat es mostra a la figura 8, on les línies sòlides gruixudes representen les superfícies mecanitzades en aquest procés.
Figura 8. Fresat de la forma exterior i trepat
(8) Broçat de la spline (sline EDM de filferro): quan el lot de producte és gran, aquest procés generalment es realitza mitjançant una màquina de brotxa amb una eina de brotxa, garantint l'eficiència de la producció i la coherència de les dimensions del forat de la spline. Quan no hi ha cap brotxa disponible i la mida del lot és petita, aquest procés es pot realitzar amb una màquina d'electroerosió per filferro. El diàmetre exterior de l'eix principal serveix com a referència de subjecció i posicionament, assegurant la coaxialitat del forat de spline amb el diàmetre exterior de l'eix principal. A la figura 9 es mostra la spline brochada (filfer-EDM) on la línia sòlida gruixuda representa la superfície mecanitzada en aquest procés.
Figura 9: Spline encaixat (Wire-EDM Spline)
En aquest punt, el producte de colze d'equilibri en forma de Z-ha completat tots els processos de mecanitzat. Els processos posteriors inclouen la detecció de defectes i el tractament de superfícies.
05
Dispositiu de torn dedicat
El dispositiu de torn dedicat inclou components com ara una brida, xassís, cos de suport, centre, contrapès i cargols de fixació [4, 5].
La brida serveix com a component de connexió entre el torn i l'aparell. Generalment s'utilitza una brida estàndard. Un extrem es connecta a l'eix del torn CNC a través d'un forat cònic, i l'altre extrem es connecta al xassís a través d'un cap de localització, assegurant que el centre de rotació de la fixació del torn estigui alineat amb l'eix del torn.
El xassís, que serveix com a base de la fixació del torn, presenta una ranura circular allargada. Hi ha un cos de suport i dos contrapesos, i aquesta distribució de la massa en tres-punts garanteix una rotació més suau de la peça durant el mecanitzat, reduint la vibració i millorant la precisió cilíndrica externa i la qualitat de la superfície del producte.
El cos de suport, soldat al xassís, també presenta una ranura circular allargada amb unes dimensions que coincideixen amb les de la ranura del xassís. Aquesta ranura té dos propòsits: reduir el pes total de la fixació del torn i evitar la interferència entre l'eix no-de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z- i la fixació del torn. Hi ha diversos jocs de cargols de fixació als dos extrems de la ranura per assegurar l'eix no mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-. El disseny de ranura circular allargada permet el mecanitzat de colzes d'equilibri en forma de Z de diferents mides i models mitjançant aquest accessori de torn, aconseguint una funcionalitat multi-propòsit.
El centre i la parada de posicionament del cos de suport estan units i soldats al cos de suport. Durant el mecanitzat, el centre i el centre de la contrapunta del torn suporten respectivament els dos extrems de l'eix de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z, aconseguint una configuració de subjecció de doble-centre. Per garantir que la superfície del con de posicionament del centre sigui coaxial amb l'eix del torn, la superfície del con de posicionament del centre s'ha de mecanitzar amb precisió-en un torn després de soldar el suport del torn. El contrapès consta de diverses plaques de contrapès en forma de ventilador-. El nombre de plaques de contrapès es pot ajustar per equilibrar la força centrífuga generada durant el mecanitzat de diferents models de colzes d'equilibri en forma de Z-. Els dos contrapesos es distribueixen uniformement a 120 graus al centre de gravetat del suport, garantint així millor l'equilibri dinàmic durant el mecanitzat del producte.
Per adaptar-se al mecanitzat de colzes d'equilibri en forma de Z-de diferents mides, s'instal·len diversos jocs de cargols de fixació a banda i banda de la ranura oval llarga del cos de suport. Les posicions de subjecció dels cargols de fixació es mostren a la figura 10. La línia central de cada conjunt de cargols de fixació és superior a la distància H entre el centre del cercle exterior de l'eix no mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-. Aquest mètode de subjecció garanteix que la força de subjecció dels cargols de fixació del colze d'equilibri en forma de Z és oposada a la força centrífuga, reduint efectivament la força centrífuga generada quan la peça gira. Els estats de subjecció per mecanitzar eixos petits i eixos grans es mostren a les figures 11 i 12, respectivament.
Figura 10. Esquema de la posició de subjecció del cargol de fixació
Figura 11. Estat de subjecció en mecanitzar l'eix petit
Figura 12. Estat de subjecció en mecanitzar l'eix gran
06
Verificació de resultats de mecanitzat
Actualment, aquest procés de mecanitzat de colzes d'equilibri en forma de Z i un accessori de torn dedicat s'han aplicat a la línia de producció durant més d'un any. Amb aquest procés es mecanitzen diversos models i grans lots de productes de colze d'equilibri en forma de Z-, donant com a resultat una qualitat de producte estable i fiable i una eficiència de mecanitzat significativament millorada. Això verifica completament la viabilitat i l'eficàcia del procés i de l'aparell de torn dedicat. A la figura 13 es mostra una fotografia d'alguns passos de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-.
a) Perforació de la cara final i forat interior
b) Torneig en brut de l'eix principal
c) Acabar el forat de la cara final i el forat interior
Figura 13: Fotos reals del procés de mecanitzat del colze d'equilibri en forma de Z-
07
Conclusió
El procés de mecanitzat i la fixació especial del torn per al colze d'equilibri en forma de Z-que es proposen en aquest document són aplicables al mecanitzat de diversos models de productes de colze d'equilibri en forma de Z-, independentment del material del producte o del tipus de blanc. Proporciona un enfocament complet de procés i subjecció per a aquest tipus de producte, solucionant els problemes d'alta dificultat de mecanitzat, incapacitat de subjectar, qualitat del producte inestable i baixa eficiència de mecanitzat causada per l'estructura excèntrica irregular, la gran mida, el pes pesat i els requisits d'alta precisió del colze d'equilibri en forma de Z. La verificació de camp mostra que aquest procés de mecanitzat pot garantir que els productes de colze d'equilibri en forma de Z-compleixin els requisits de precisió del disseny, reduir la dificultat de mecanitzat i millorar la consistència de la qualitat del producte i l'eficiència del mecanitzat.
