È stata condotta un'analisi del processo sulla struttura eccentrica irregolare del gomito di bilanciamento a forma di Z-, nonché sulle difficoltà di lavorazione dovute alle sue grandi dimensioni, all'elevata precisione e all'impossibilità di essere bloccato. È stato proposto uno schema di lavorazione standardizzato. È stato progettato uno speciale dispositivo per tornio, adatto alla lavorazione di più modelli e grandi lotti di prodotti, risolvendo i problemi di elevata difficoltà di lavorazione, qualità instabile e bassa efficienza di lavorazione del gomito bilanciato a forma di Z-.
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Introduzione
Il gomito di bilanciamento è il componente principale del sistema di sospensione dei veicoli speciali cingolati. Funziona in combinazione con elementi elastici come l'albero di torsione e l'ammortizzatore per fornire un supporto elastico alla carrozzeria del veicolo e alla ruota [1]. Il gomito di bilanciamento può trasferire una grande quantità di energia d'impatto generata dal movimento su-e-giù della ruota all'albero di torsione, tamponare e assorbire l'energia delle vibrazioni, ridurre la forza d'impatto sulla carrozzeria del veicolo, migliorare il comfort dei passeggeri, ridurre i danni ai componenti e garantire la stabilità e la manovrabilità del veicolo durante la guida su strade accidentate [2]. Il gruppo generale del gomito di bilanciamento comprende un albero scanalato, un gomito di bilanciamento e un albero della ruota da strada. Il gomito di equilibrio a forma di Z- è un gomito di equilibrio integrato che combina tutti e tre i componenti. Il gomito di bilanciamento integrato ha le caratteristiche di elevata manovrabilità, elevata affidabilità e leggerezza ed è ampiamente utilizzato nei moderni veicoli speciali [3]. 02
Analisi della struttura e delle sfide di lavorazione del gomito di equilibrio a forma di Z-
La struttura del gomito di equilibrio a forma di Z-, come mostrato nella Figura 1, è una struttura eccentrica di forma irregolare. È di grandi dimensioni e pesante, e richiede un'elevata velocità di rimozione del materiale, un'elevata precisione dimensionale e di posizionamento e un lungo ciclo di lavorazione con numerosi processi. Coinvolge varie attrezzature e attività commerciali, tra cui alesatrici orizzontali, torni CNC, centri di lavoro, brocciatrici e macchine per elettroerosione a filo. Nella produzione precedente, numerosi problemi venivano esposti in ogni fase del processo, come-dimensioni-tolleranti del cerchio esterno dell'albero, disallineamento tra il foro della scanalatura e il cerchio esterno, non-parallelismo tra gli assi dell'albero grande (albero scanalato) e dell'albero piccolo (albero della ruota di carico), rugosità superficiale inferiore agli standard, tempo di ciclo del processo sbilanciato e bassa efficienza di lavorazione, compromettendo gravemente la qualità del prodotto e il programma di consegna.
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Schema di processo
Processo di lavorazione del gomito bilanciato a forma di Z-: Alesatura di sgrossatura della faccia finale e del foro interno → Tornitura di sgrossatura dell'albero grande → Tornitura di sgrossatura dell'albero piccolo → Alesatura di finitura della faccia finale e del foro interno → Tornitura di finitura dell'albero grande → Tornitura di finitura dell'albero piccolo → Fresatura della forma esterna e foratura → Brocciatura (spline per elettroerosione a filo). Il prodotto grezzo è forgiato. Durante la sgrossatura e la finitura degli alberi grandi e piccoli è necessario uno speciale tornio con contrappesi. Questo dispositivo bilancia la forza centrifuga generata durante la rotazione del pezzo, riducendo così le vibrazioni e aumentando la velocità del mandrino, migliorando efficacemente la precisione di lavorazione del prodotto e la velocità di taglio.
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Processo di lavorazione
(1) Alesatura sgrossata delle superfici terminali e dei fori interni: viene utilizzata un'alesatrice orizzontale CNC. Viene lasciato un margine di 2 mm su ciascun lato sia per le facce terminali che per i fori interni. La funzione principale di questo processo è rimuovere rapidamente una grande quantità di materiale e creare fori centrali di processo per i diametri esterni grezzi-lavorati a macchina degli alberi grandi e piccoli. L'alesatrice orizzontale CNC è dotata di un piano di lavoro rotante a 360 gradi, che consente la lavorazione universale nel piano XOY in un'unica configurazione. Può lavorare quattro facce terminali e fori interni contemporaneamente, garantendo che i fori centrali di processo su entrambe le estremità degli alberi grande e piccolo siano coassiali e che le linee centrali degli alberi grande e piccolo siano parallele. La barenatura sgrossata delle facce terminali e dei fori interni è mostrata nella Figura 2, dove la linea continua spessa rappresenta la superficie lavorata.
Figura 2. Barenatura grezza della faccia terminale e del foro interno
(2) Tornitura di sgrossatura dell'albero grande: la lavorazione viene eseguita su un tornio CNC, con un sovrametallo di 1,5 mm su ciascun lato del diametro esterno. La funzione principale di questo processo è rimuovere rapidamente una grande quantità di materiale e creare un riferimento di processo per l'alesatura di finitura della faccia terminale e del foro interno. Poiché il centro di gravità del gomito di bilanciamento a forma di Z- si sposta dal centro di rotazione durante la tornitura, è necessario uno speciale dispositivo per tornio con contrappesi per bilanciare la forza centrifuga, ridurre le vibrazioni e aumentare la velocità del mandrino. La tornitura approssimativa dell'albero grande è mostrata nella Figura 3.
Figura 3. Tornitura approssimativa dell'albero grande
(3) Tornitura di sgrossatura dell'albero piccolo: la lavorazione viene eseguita su un tornio CNC, con un sovrametallo di 1,5 mm su ciascun lato del diametro esterno e sulla faccia terminale. La funzione principale di questo processo è quella di rimuovere rapidamente una grande quantità di materiale e rilasciare lo stress di lavorazione. La sgrossatura dell'albero piccolo è mostrata nella Figura 4. Dopo la sgrossatura, l'albero grande e quello piccolo hanno diametri esterni regolari. Il morsetto a forma di AV- viene utilizzato per una finitura più stabile durante l'alesatura di finitura.
Figura 4. Tornitura approssimativa dell'albero piccolo
(4) Alesatura di finitura della faccia terminale e del foro interno: questa operazione viene eseguita utilizzando un'alesatrice orizzontale CNC, con la sgrossatura del diametro esterno dell'albero grande come dato di processo e dato di bloccaggio. La funzione principale di questo processo è quella di lavorare le quattro facce terminali e il foro interno del prodotto alla dimensione finita, garantendo precisione dimensionale e ruvidità superficiale, creando allo stesso tempo uno smusso per la tornitura di finitura dei diametri esterni degli alberi grandi e piccoli. L'alesatura di finitura della faccia terminale e del foro interno è mostrata nella Figura 5, dove la linea continua spessa rappresenta la superficie lavorata in questo processo.
Figura 5. Finitura dell'alesatura della faccia terminale e del foro interno
(5) Tornitura di finitura dell'albero grande: questa operazione viene eseguita utilizzando un tornio CNC, lavorando il diametro esterno fino alla dimensione finita, garantendo precisione dimensionale, precisione geometrica e ruvidità superficiale. Questo processo utilizza lo smusso creato durante l'alesatura di finitura del foro interno come dato di bloccaggio, garantendo la coassialità del diametro esterno e del foro interno dell'albero grande. La tornitura finale dell'albero grande è mostrata nella Figura 6.
Figura 6. Tornitura di precisione dell'albero principale
(6) Tornitura di precisione dell'albero piccolo: utilizzando un tornio CNC, il diametro esterno viene lavorato alla dimensione finita, garantendo precisione dimensionale, precisione geometrica e rugosità superficiale. Questa lavorazione utilizza come riferimento di bloccaggio e posizionamento lo smusso realizzato durante l'alesatura di precisione del foro interno, garantendo la coassialità del diametro esterno dell'albero piccolo e del foro interno, nonché il parallelismo degli assi dell'albero piccolo e dell'albero principale. La tornitura di precisione dell'albero piccolo è mostrata in Figura 7.
Figura 7. Tornitura di precisione dell'albero piccolo
(7) Fresatura della forma esterna e foratura: utilizzando un centro di lavoro verticale, la forma esterna del prodotto viene lavorata nella posizione desiderata e vengono praticati i fori per i tasselli. La fresatura della forma esterna e la foratura sono mostrate nella Figura 8, dove le linee continue spesse rappresentano le superfici lavorate in questo processo.
Figura 8. Fresatura della forma esterna e foratura
(8) Brocciatura della scanalatura (elettroerosione a filo spline): quando il lotto di prodotto è grande, questo processo viene generalmente eseguito utilizzando una brocciatrice con uno strumento di brocciatura, garantendo efficienza di produzione e coerenza delle dimensioni del foro della scanalatura. Quando una broccia non è disponibile e la dimensione del lotto è piccola, questo processo può essere eseguito utilizzando una macchina per elettroerosione a filo. Il diametro esterno dell'albero principale funge da riferimento di bloccaggio e posizionamento, garantendo la coassialità del foro scanalato con il diametro esterno dell'albero principale. La spline brocciata (spline EDM a filo-) è mostrata nella Figura 9, dove la linea continua spessa rappresenta la superficie lavorata in questo processo.
Figura 9: Spline brocciata (Spline-EDM a filo)
A questo punto, il prodotto del gomito bilanciato a forma di Z- ha completato tutti i processi di lavorazione. I processi successivi includono il rilevamento dei difetti e il trattamento superficiale.
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Dispositivo per tornio dedicato
L'attrezzatura dedicata del tornio comprende componenti quali flangia, telaio, corpo di supporto, centro, contrappeso e bulloni di fissaggio [4, 5].
La flangia funge da componente di collegamento tra il tornio e l'attrezzatura. Generalmente viene utilizzata una flangia standard. Un'estremità si collega al mandrino del tornio CNC attraverso un foro conico e l'altra estremità si collega al telaio attraverso una sporgenza di posizionamento, garantendo che il centro di rotazione dell'attrezzatura del tornio sia allineato con il mandrino del tornio.
Il telaio, che funge da base dell'attrezzatura del tornio, presenta una scanalatura circolare allungata. Ad esso sono fissati un corpo di supporto e due contrappesi e questa distribuzione della massa a tre-punti garantisce una rotazione più fluida del pezzo durante la lavorazione, riducendo le vibrazioni e migliorando la precisione cilindrica esterna e la qualità della superficie del prodotto.
Il corpo di supporto, saldato al telaio, presenta inoltre una scanalatura circolare allungata di dimensioni corrispondenti a quelle della scanalatura del telaio. Questa scanalatura ha due scopi: ridurre il peso complessivo dell'attrezzatura del tornio e prevenire l'interferenza tra l'asse non-di lavorazione del gomito di bilanciamento a forma di Z-e l'attrezzatura del tornio. Diversi set di bulloni di fissaggio sono posizionati su entrambe le estremità della scanalatura per fissare l'asse non-lavorabile del gomito di bilanciamento a forma di Z-. Il design della scanalatura circolare allungata consente la lavorazione di gomiti bilanciati a forma di Z-di diverse dimensioni e modelli utilizzando questo dispositivo per tornio, ottenendo funzionalità multi-scopo.
Il centro e il fermo di posizionamento del corpo di supporto sono montati insieme e saldati al corpo di supporto. Durante la lavorazione, il centro e il centro della contropunta del tornio supportano rispettivamente le due estremità dell'asse di lavorazione del gomito di bilanciamento a forma di Z-, ottenendo una configurazione di bloccaggio centrale a doppio-. Per garantire che la superficie del cono di posizionamento del centro sia coassiale con il mandrino del tornio, la superficie del cono di posizionamento del centro deve essere lavorata con precisione-su un tornio dopo che l'attrezzatura del tornio è stata saldata insieme. Il contrappeso è costituito da più piastre di contrappeso a forma di ventaglio. Il numero di piastre di contrappeso può essere regolato per bilanciare la forza centrifuga generata durante la lavorazione di diversi modelli di gomiti di bilanciamento a Z-. I due contrappesi sono distribuiti uniformemente a 120 gradi rispetto al baricentro del supporto, garantendo così un migliore equilibrio dinamico durante la lavorazione del prodotto.
Per consentire la lavorazione di gomiti di bilanciamento a forma di Z- di diverse dimensioni, sono installati più set di bulloni di fissaggio su entrambi i lati della lunga scanalatura ovale del corpo di supporto. Le posizioni di bloccaggio dei bulloni di fissaggio sono mostrate nella Figura 10. La linea centrale di ciascun set di bulloni di fissaggio è più alta della distanza H tra il centro del cerchio esterno dell'asse non-lavorato del gomito di bilanciamento a forma di Z-. Questo metodo di bloccaggio garantisce che la forza di bloccaggio dei bulloni di fissaggio sul gomito di bilanciamento a forma di Z- sia opposta alla forza centrifuga, riducendo efficacemente la forza centrifuga generata quando il pezzo ruota. Gli stati di bloccaggio per la lavorazione di alberi piccoli e alberi grandi sono mostrati rispettivamente nelle Figure 11 e 12.
Figura 10. Diagramma schematico della posizione di bloccaggio del bullone di fissaggio
Figura 11. Stato di bloccaggio durante la lavorazione dell'albero piccolo
Figura 12. Stato di bloccaggio durante la lavorazione dell'albero grande
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Verifica dei risultati della lavorazione
Attualmente, questo processo di lavorazione del gomito bilanciato a forma di Z- e l'attrezzatura del tornio dedicata sono applicati alla linea di produzione da oltre un anno. Diversi modelli e grandi lotti di prodotti a gomito bilanciato a forma di Z- vengono lavorati utilizzando questo processo, garantendo una qualità del prodotto stabile e affidabile e un'efficienza di lavorazione notevolmente migliorata. Ciò verifica pienamente la fattibilità e l'efficacia del processo e dell'attrezzatura del tornio dedicata. Una fotografia di alcune fasi di lavorazione del gomito bilanciato a Z- è mostrata nella Figura 13.
a) Alesatura grossolana della faccia frontale e del foro interno
b) Tornitura grossolana dell'albero principale
c) Finire l'alesatura della faccia terminale e del foro interno
Figura 13: Foto reali del processo di lavorazione del gomito bilanciato a Z-
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Conclusione
Il processo di lavorazione e l'attrezzatura speciale del tornio per il gomito equilibrato a forma di Z-proposto in questo documento sono applicabili alla lavorazione di vari modelli di gomiti equilibrati a forma di Z-, indipendentemente dal materiale del prodotto o dal tipo di pezzo grezzo. Fornisce un processo completo e un approccio di bloccaggio per questo tipo di prodotto, risolvendo i problemi di elevata difficoltà di lavorazione, incapacità di bloccaggio, qualità del prodotto instabile e bassa efficienza di lavorazione causata dalla struttura eccentrica irregolare, grandi dimensioni, peso elevato e requisiti di alta precisione del gomito di bilanciamento a forma di Z-. La verifica sul campo dimostra che questo processo di lavorazione può garantire che i prodotti a gomito bilanciato a forma di Z- soddisfino i requisiti di precisione del progetto, riducano le difficoltà di lavorazione e migliorino la coerenza della qualità del prodotto e l'efficienza della lavorazione.
