Технологическое обеспечение собираемости узлов запирания стрелкового оружия

В настоящее время, в условиях рыночных отношений предприятия вынуждены особое внимание уделять вопросу ценообразования с целью обеспечения конкурентоспособности изделий. Для этого необходимо при обеспечении высокого качества изделия существенно снизить его себестоимость.

В процессе сборочных работ формируются показатели качества и проявляются все погрешности, возникающие, как на предшествующих ей стадиях производства, так и непосредственно при объединении деталей. Трудоемкость сборочных процессов колеблется в широких пределах, в единичном и мелкосерийном производстве она достигает 60−70%% от общей трудоемкости изготовления, при этом большое число сборочных операций выполняется вручную. Достижение необходимой точности машины — одного из показателей качества, вызывает наибольшие трудности и затраты в процессе ее создания. Точность машины является функцией точности составляющих частей — деталей, узлов, групп, и характеризуется величиной отклонения полученных в результате сборки точностных и эксплуатационных характеристик от заданных.

Это возможно сделать за счет снижения затрат на производство уже разработанных и пользующихся повышенным спросом, но недоступных из-за дороговизны широкому кругу потребителей, изделий.

Для запуска в производство изделий, необходимо провести техническую подготовку (переоснащение существующего производства), основной частью которой является технологическая подготовка производства. Технологическая подготовка производства включает в себя обеспечение технологичности конструкции изделия и проектирование технологии их изготовления, при этом выполняется проектирование технологических процессов изготовления деталей и сборки узлов и изделия в целом.

Основная задача сборочной операции — получение необходимых заданных величин выходных параметров изделия, за счет обеспечения точности замыкающих звеньев.

По способу получения заданных величин замыкающего звена различают следующие типы сборки: сплошная сборка, сборка с предварительной отбраковкой комплектующих, с групповой взаимозаменяемостью, по действительным размерам /30, 6, 8, 10/.

Сплошная сборка осуществляется путем присоединения компонентов изделия друг к другу без какого-либо их предварительного контроля перед сборкой, если качество изделия не меняется, или меняется незначительно, при замене любого элемента изделия на однотипный, то такая сборка называется сборкой с полной взаимозаменяемостью. Если на сборке допускается определенный процент брака, то такая сборка называется сборкой с неполной взаимозаменяемостью. При этом повышение качества изделий происходит за счет повышения точности механической обработки и соответствующего контроля.

Сборка с предварительной отбраковкой предусматривает предварительный контроль и сортировку компонентов сборочных комплектов на годные и негодные. На сборку идут комплекты, признанные годными, что значительно снижает уровень брака. Метод применяется в случае, если соединение не подлежит разборке, и брак неисправим. Забракованные детали составляют незавершенное производство и могут быть доработаны, использованы при комплектовании другой партии изделий или применяться как запасные части при ремонте изделий после их доработки.

Сборка с групповой взаимозаменяемостью базируется на предварительной сортировке компонентов сборочных комплектов на необходимое число селективных групп. Комплекты перед сборкой комплектуются по так называемым правилам комплектования, а затем сборка осуществляется по принципам сплошной сборки /26, 48/, при комплектовании возможна доработка дета-л е й.

Сборка по действительным размерам подразумевает комплектование деталей по результатам измерений истинных значений параметров компонентов, таким образом, реализуется индивидуальный подбор деталей в сборочный комплект. При этом компенсация погрешностей одной детали происходит за счет погрешностей другой.

При совершенствовании технологии изготовления изделия, прежде всего, необходимо рационально выбрать сборочный процесс, так как именно сборка определяет эксплуатационные характеристики изделий. Оптимизация сборочных процессов возможна только в том случае, когда процессы сборки (применяемые методы и способы сборки) формализованы и получено их математическое описание.

Для каждого из типов сборки разрабатываются свои математические модели, которые сводятся к расчету допусков на составляющие размерную цепь звенья. Последние должны обеспечить требуемую точность замыкающего звена, тем самым, обеспечивая годность изделия /21, 25, 27, 5 1, 72/.

Эти методы достаточно полно разработаны для линейных размерных цепей с постоянными передаточными отношениями. В имеющейся нормативной литературе размерные цепи решаются независимо друг от друга. При этом не учитывается, что в некоторых соединениях, в которых детали объединяются по 6 условным базовым точкам, расположение базовых точек неизвестно (неопределенность базирования) /58, 71/. Решение задач в условиях неопределенности базирования позволяет, не только рационально выбрать последовательность сборки и назначить точность изготовления сборочных устройств, но и обосновать требования к точности механической обработки деталей, поступающих на сборку.

При проектировании машин стремятся максимально использовать принципы взаимозаменяемости, однако существует ряд производств, где для достижения высокой точности сборки приходится по экономическим соображениям отходить от принципов взаимозаменяемости и использовать методы компенсации, т. е. регулировку и пригонку, что особенно характерно для производства оружия.

Это, как правило, происходит там, где осуществляется-сборка многозвенных механизмов, имеющих высокую заданную точность замыкающего звена. Трудоемкость сборки с использованием методов компенсации погрешности замыкающего звена довольно высока. Кроме того такие методы вызывают необходимость в процессе сборки дополнительно обрабатывать детали и узлы, компенсируя при этом неточности механической обработки.

Такие сборочные процессы таят в себе самые крупные потенциальные резервы для сокращения ручного труда, снижения трудоемкости и себестоимости машин и механизмов, роста производительности труда, существенного повышения эффективности производства и качества выпускаемой продукции.

Сборка стрелкового и автоматического оружия имеет ряд характерных особенностей. Они обусловлены тем, что в конструкциях автоматических машин подавляющее большинство ответственных деталей имеет многофункциональное назначение, а это, в свою очередь, приводит к образованию функционально-связанных размерных цепей, характеризуемых относительно высокой точностью размеров замыкающих звеньев.

Объектом исследования данной диссертационной работы являются узлы запирания стрелкового оружия.

Исследуемые механизмы работают в условиях циклического импульсного нагружения и при их эксплуатации наблюдаются значительные контактные деформации поверхностей объединяемых деталей, в конечном итоге приводящие к потере точности, первоначально достигнутой при сборке, а износ в подвижных соединениях кроме потери точности может привести к нарушению работоспособности изделия и заклиниванию.

Специфичность конструкции и особенности работы узлов и механизмов стрелкового оружия требует более глубокого изучения закономерностей взаимодействия деталей в условиях импульсного нагружения и циклических перемещений.

Большое число исследований /16, 54, 65, 68/ посвящено изучению контактных процессов, возникающих на стыке реальных поверхностей, однако ряд проблем, особенно проблемы собираемости, еще не решен, или требует дальнейшей проработки с целью доведения теоретических результатов до практических инженерных методик.

Работы И. А. Коганова, H.H. Шемарина, А. И. Гейликман, А. П. Никифорова, В. Г. Чермошенцева, Е. А. Воскресенского, А. Ю. Мигая, H.A. Терехина, H.H. Поповой, О. Ю. Ионова, О.С.

Кашмина выполненные на кафедре «Технология машиностроения» ТулГУ, решают большинство задач, связанных с сокращением ручных пригоночных работ, снижением трудоемкости и себестоимости сборки машин и механизмов, ростом производительности труда, существенным повышением эффективности производства и качества выпускаемой продукции.

Данная диссертационная работа является продолжением работ ведущихся на кафедре «Технология машиностроения» ТулГУ.

В настоящей диссертации решается задача разработки математической модели для управления качеством сборочного процесса, с целью обоснования необходимой точности изготовления составляющих деталей, в зависимости от типа производства и способа достижения точности, и снижения объема ручных пригоночных работ при сборке узлов и механизмов стрелкового оружия, у которых техническими условиями заданы две выходные характеристики: собираемость (обеспечение величины замыкающего звена отдельных размерных цепей) и обеспечение нормального запирания (обеспечение величины замыкающего звена всех связанных размерных цепей).

Объектами исследования являются узлы запирания стрелкового оружия.

Целью работы является снижение трудоемкости сборки узлов запирания стрелкового оружия при гарантированном обеспечении заданного конструктором качества сопряжения деталей в узле и разработка рекомендаций и технологических приемов для повышения точности сборки узлов запирания стрелкового на основе использования геометрических моделей изделия.

Для достижения этой цели в работе рассматривались следующие задачи.

1. Проведение размерно-функционального анализа узла запирания карабина МЦ-125.

2. Разработка метода машинно-графического моделирования процесса формирования зазоров и натягов в собираемом узле.

3. Разработка рекомендаций и обоснование технологических и метрологических приемов для повышения точности сборки на основе использования геометрической модели изделия.

Направление исследований по теме диссертации является частью работ проводимых в ТулГУ, связано с работой по гранту РФФИ № 96−15−98−241 (№ 6604 ГРФ) ' Прогрессивные технологические процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий", а также является частью НИР по теме «Построение математической модели взаимодействия параметров соединений и деталей с выходными параметрами изделия, на примере обеспечения качества узла запирания канала ствола стрелкового оружия.» проводимой в Тул-ГУ, код темы по ГАСНТИ 55.13.15.

Работа содержит четыре главы и приложения.

В первой главе рассмотрены устройство и принцип работы карабина МЦ-125, особенности конструкции узлов запирания спортивно-охотничьего оружия. Определены задачи решаемые при сборке и рассмотрены методы компенсации погрешностей размеров и формы деталей узлов запирания стрелкового оружия. Рассмотрены способы сборки узлов запирания, контактные процессы происходящие в процессе работы и их влияние на точность узлов запирания. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе построены схемы для проведения размерного анализа собираемости и обеспечения нормального запирания. Произведен расчет размерных цепей методом максимума минимума, и анализ собираемости узла запирания карабина МЦ

125. По результатам проведенного размерного анализа узла запирания карабина сделаны выводы.

Третья глава посвящена особенностям моделирования собираемости и выходных характеристик изделий. Показаны лимитирующие сечения — сечения оказывающие максимальное влияние на собираемость — изделия и параметры их характеризующие, которые являются исходными данными для построения математической и геометрической моделей лимитирующих сечений. Отмечено, что каждое из сечений представляет собой набор дискретных элементов: отрезков прямых и дуг окружностей. Рассмотрено пересечение двух профилей и задача о проверке пересечения каждого дискретного элемента одного сечения с каждым элементом другого. Приведены итоги моделирования при различных начальных условиях.

В четвертой главе даны рекомендации по изменению размеров деталей и рассмотрены технологические и метрологические мероприятия для. обеспечения собираемости и уменьшения пригоночных работ.

В приложениях приведены необходимые расчеты и результаты проведения моделирования на ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

В работе был рассмотрен узел запирания карабина МЦ-125 выпускаемого на государственном унитарном предприятии КБП филиал ЦКИБ СОО. Проведен размерный анализ собираемости и даны оценки возможности обеспечения заданных конструктором параметров.

Анализ показал недостаточную конструкторско-технологическую проработку данного узла, поэтому было предложено провести моделирование взаимодействия деталей узла между собой с целью выявления параметров влияющих на взаимное положение деталей в узле.

В ходе работы была разработана математическая модель узла запирания, на основе которой проведено графическое моделирование взаимодействия деталей в критических сечениях (сечениях, в которых наиболее вероятно возникновение точек контакта).

Моделирование показало, что нормальное функционирование узла запирания при изготовлении его по конструкторским размерам не возможно без дополнительных доработок в процессе сборки. Таким образом, пришли к выводу о необходимости изменения некоторых конструкторских размеров.

Кроме предложения об изменении размеров были внесены предложения о разработке технологических и метрологических приемом для обеспечения собираемости с минимальными пригоночными работами.

Полученные результаты можно перенести на целый ряд изделий имеющих похожие узлы запирания МЦ -14, МЦ -20−07, МЦ -112, МЦ -126, МЦ -127 и прочего автоматического оружия.

При подведении итога проделанной работе были сделаны следующие общие выводы.

1. Большинство соединений, используемых в узлах запирания стрелкового оружия, несут в себе неопределенность базирования, которая приводит к тому, что точностные характеристики соединения не соответствуют требуемым и не позволяет производить сборки изделий без доработки, так как конструктор не может определить однозначного положения деталей в соединениях.

2. Использование геометрических моделей соединений позволяет учесть взаимодействие параметров деталей между собой в момент окончания сборки, с учетом возможной доработки. Наличие припусков дает дополнительное компенсационное звено, посредством доработки которого достигается обеспечения требуемых выходных характеристик изделия.

3. Предложены технологические приемы, уменьшающие долю пригоночных работ: применение укороченной размерной цепи при подрезке стволаобоснованная замена резьбового соединения ствола с коробкой на прессовое, позволят значительно снизить время, затрачиваемое на сборку.

4. Использование при проектировании узла приемов моделирования геометрии изделия позволяет учитывать особенности взаимодействия деталей, тем самым определяя вид сборки. Соответственно, можно более точно определить значение выходной характеристики изделия, определить степень воздействия и характер технологических параметров управления, провести сравнительный анализ возможных реализаций технологических процессов сборки и обосновать наиболее оптимальный вариант;

5. Использование алгоритма парного контакта позволяет моделировать технологию узловой сборки в процессе которой возможна реализация различных способов достижения точности замыкающего размера для каждого узла в отдельности.

В заключении хочется выразить благодарность всем кто помогал мне в работе над диссертацией:

— моему научному руководителю — Ямникову Александру Сергеевичу — за планомерное и «мягкое» руководство;

— моему научному консультанту — Илюхину Александру Юрьевичу — за генерацию основной идеи работы, за насыщенные и очень полезные консультации по вопросам возникающим в ходе работы и неоценимую помощь при разработке программ для моделирования;

— всем сотрудникам кафедры за моральную поддержку и ценные советы, которые помогали в моей работе;

— Новикову Александру Ивановичуза предоставленные про-грамные модули генерации исходных данных по различным законам и статистической обработки полученных результатов;

— моей семье: отцу — Терехину Николаю Афанасьевичу — за оказанную помощь при выборе объекта исследования и проведении размерного анализа, матери — Терехиной Ларисе Васильевнеза критику процесса выполнения работы, и, отдельное спасибо, любимой жене — Терехиной Светлане Ивановне — за моральную поддержку, веру в мои силы и долготерпение.