автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Повышение результативности производства шаровых шарниров на основе регламентации комплекса требований к качеству изделий и материалов

ко

э

4851500

Михайловский Игорь Александрович

ПОВЫШЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ШАРОВЫХ ШАРНИРОВ НА ОСНОВЕ РЕГЛАМЕНТАЦИИ КОМПЛЕКСА ТРЕБОВАНИЙ К КАЧЕСТВУ ИЗДЕЛИЙ И МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции (металлургия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени доктора технических наук

- 7 И^1\2011

Магнитогорск - 2011

1 4 ИЮЛ 2011

4851500

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор

Гун Игорь Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Довженко Николай Николаевич доктор технических наук, профессор

Столбов Валерий Юрьевич доктор технических наук Юсупов Владимир Сабитович

Ведущая организация - Федеральное государственное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (г. Челябинск)

Защита состоится 27 сентября 2011 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.05 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан 23 июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Полякова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 Ср не менее величины, заданной потребителем, а также установление целей по качеству в ррш (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.

V

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 замочи;

1. Выбор и обоснование показателей качества шаровых шарниров для оценки результативности технологических процессов их производства.

2. Разработка модели определения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров.

3. Исследование и совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением для повышения результативности производства шаровых шарниров.

4. Гармонизация требований нормативно-технической документации на исходные материалы для производства комплектующих изделий шаровых шарниров с требованиями зарубежных стандартов.

5. Разработка и внедрение технических и технологических решений для повышения качества шаровых шарниров и результативности процессов их производства.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформирован и обоснован комплекс показателей качества шаровых шарниров, определяющих оценку результативности технологических процессов их производства.

2. Разработана методология определения результативности производства шаровых шарниров, учитывающая показатель выхода несоответст-

вующей продукции ррш по различным показателям качества изделий с учетом их весомости и позволяющая выявлять технологические операции, требующие приоритетного улучшения для повышения результативности.

3. 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.

4. Создана модель формирования микронеровностей неполной сферической поверхности головок шаровых пальцев при планетарной обкатке, позволяющая обеспечить требуемый уровень качества по характеристикам шероховатости.

5. 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.

6. Создана комплексная математическая модель для процесса запрессовки шарнира и определения его показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса».

Практическая ценность работы:

1. Составлен алгоритм проведения оценки результативности технологических процессов производства шаровых шарниров, позволяющий определять показатели качества данных изделий, по которым требуются первоочередные улучшения по воспроизводимости процессов.

2. На основе проведенных комбинированных испытаний шаровых шарниров определена связь между изменением технического состояния узлов в процессе их эксплуатации и при ускоренных стендовых испытаниях.

3. 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.

4. 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».

5. 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, 41X1, 42Х1М, отвечающего требованиям зарубежных потребителей автомобильных шаровых пальцев, полу-

чаемых 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.):

1. 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 шарниров2123-2904192-01-32%.

2. 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 41X1. 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 41X1 при производстве шаровых пальцев 2101-2904187-11, 2110-2904187 и 2123-2904064-01.

3. 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 (ГОТО). Принятая к промышленному использованию технология 11110 позволяет уменьшить значения высотных параметров шероховатости на поверхности головок шаровых пальцев на 8-10% и увеличить производительность процесса на 5-7%.

4. 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.

5. 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».

6. 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 Между-~ народной 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложены цель и задачи исследований, научное и практическое значение работы.

В первой главе проведен анализ показателей качества шаровых шарниров, являющихся сборочными узлами, изготавливаемыми с использованием металлических комплектующих изделий способами обработки металлов давлением. Освещены вопросы влияния технологических операций производства шаровых шарниров и их комплектующих на формирование показателей качества данных узлов. Рассмотрены вопросы управления качеством метизной продукции, в том числе автомобильных компонентов, представленные в литературных источниках. На основании изложенного материала сформулированы цель и задачи диссертационной работы

Производство узлов и компонентов для автомобилей является лидером в области внедрения новых методов управления качеством продукции и технологических процессов ее изготовления по отношению к другим отраслям промышленности. Подтверждением этому служит введение в действие в 1994г. потребительского стандарта качества QS 9000 (англ.: Quality System Requirements - требования к системе качества), разработанного в результате совместного анализа требований к поставщикам комплектующих изделий со стороны крупнейших американских автопроизводителей: Форд Мотор Ком-пани, Дженерал Моторс и Крайслер. QS 9000 базируется на требованиях стандарта ISO 9001, но также содержит дополнительные требования, обязательные для автомобильной промышленности.

Появление в 2002 г. стандарта ISO/TS 16949, разработанного с участием всех крупнейших американских и западноевропейских автомобильных компаний, закрепило применение специфических требований к производству компонентов уже на глобальном уровне. Обязательным является обеспечение соответствия определенных потребительских характеристик изделий заданным требованиям, обеспечение индекса воспроизводимости процесса изготовления Ср не менее требуемой величины, а также учет требований заказчиков к показателю ррт.

Производство шаровых шарниров, как изделий, предназначенных к использованию на автомобилях, автоматически попадает под действие стандарта ISO/TS 16949 или национальных нормативных документов, разработанных на его основе.

Вопросы управления качеством продукции, изготавливаемой промышленным способом, широко отражены в трудах зарубежных авторов: В. Де-минга, К. Исикавы, Ф. Кросби, Г. Тагути, А. Фейгенбаума, Дж. Харрингтона, а также в работах отечественных ученых: Ю.П. Адлера, Г.Г. Азгальдова, Б.И. Герасимова, А.В. Гличева, Г.С. Гуна, С.Д. Ильенковой, А.Е. Карлика,

В.В. Окрепилова, Г.Ш. Рубина и др. Непосредственно вопросам управления качеством автомобильных компонентов, в том числе шаровых шарниров и их комплектующих изделий, посвящены работы И.Г. Гуна, Д.М. Закирова, Д.С. Осипова, Г.Ш. Рубина и др.

Научные труды перечисленных выше авторов имеют важное теоретическое и практическое значение, однако малоизученными являются вопросы оценки технологических процессов производства шаровых шарниров в сборе и их комплектующих изделий с точки зрения стабильности получаемых значений показателей качества, их весомости для потребителей. Помимо этого малоизученными остаются вопросы влияния технологических процессов производства шаровых шарниров и их компонентов на показатели качества изделий.

В рамках исследования современного состояния вопросов формирования качества шаровых шарниров и их компонентов, а также уровня технических и технологических решений, применяемых при их производстве, был произведен анализ требований, предъявляемых к данным изделиям, явившийся отправной точкой настоящей работы (см. граф диссертации, представленный на рис. 1).

Проведен анализ технологических операций с применением способов обработки металлов давлением, широко использующихся в настоящее время при производстве шаровых шарниров и их основных комплектующих изделий - шаровых пальцев. Отмечено влияние операций поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев и формирования сборочных соединений шаровых шарниров на показатели качества изделий «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса», «момент сопротивления качанию шарового пальца», «момент сопротивления вращению шарового пальца», «циклическая долговечность шарового шарнира» и др.

Обоснована необходимость выбора показателей качества шаровых шарниров для оценки результативности технологических процессов их производства. Наряду с этим поставлены задачи по исследованию технологических процессов обработки металлов давлением с целью повышения качества выпускаемой продукции ирезультативности производства шаровых шарниров.

Требования современных потребителей автокомпонентов не ограничиваются эксплуатационными характеристиками данных изделий. Зачастую заказчики предъявляют особо оговоренные требования к материалам, используемым при производстве комплектующих деталей узлов. Расширение присутствия иностранных автомобильных компаний на территории России, а также возрастающий интерес к размещению на отечественных предприятиях широкого пакета заказов на производство автокомпонентов со стороны поставщиков 1-го уровня крупнейших мировых автопроизводителей обуславливает необходимость проведения мероприятий, направленных на обеспечение возможности изготовления в российских условиях исходных материалов

Рис. 1. Граф

диссертационной работы

для получения комплектующих изделий, удовлетворяющих требованиям зарубежных потребителей. Применительно к производству компонентов шаровых шарниров наиболее остро встает вопрос о создании нормативно-технической документации, регламентирующей требования к прокату из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей - исходному материалу для изготовления основного компонента шарниров - шаровых пальцев, максимально приближенные к требованиям иностранных стандартов.

Во второй главе разработана методология оценки и повышения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров, на основании проведенного анализа и экспериментальных исследований регламентирован перечень показателей качества данных узлов, определяющих оценку результативности их производства. В результате проведенной оценки производства шаровых шарниров для наиболее массовых отечественных автомобилей в условиях ЗАО НПО «БелМаг», основного изготовителя данных узлов для поставок на конвейер ОАО «АВТОВАЗ», определены технологические процессы, требующие исследования и совершенствования для повышения результативности производства.

Рассматривая широкий перечень требований, предъявляемых к качеству шаровых шарниров, следует отметить, что с точки зрения потребителей данной продукции они не являются равнозначными, то есть их влияние на выполнение изделиями своих функций оказывается различным. Данные различия необходимо учитывать при проведении оценки результативности технологических процессов производства шаровых шарниров, а также при определении мероприятий, направленных на ее повышение.

В связи с этим оценка результативности технологических процессов производства шаровых шарниров должна обеспечивать возможность сравнения различных вариантов изготовления узлов с учетом как обеспечиваемого с их использованием уровня выхода годной продукции по всем показателям ее качества, так и весомости данных показателей со стороны потребителей изделий.

Методологию оценки результативности технологического процесса производства шаровых шарниров с последующим ее повышением в общем виде можно представить в виде алгоритма, изображенного на рис. 2.

Результативность Я технологического процесса производства зависит как от значений показателей рртпп характеризующих выход несоответствующей продукции по каждому / -ому показателю качества изделий, так и от их весомостей и>; с точки зрения потребителей.

Рис. 2. Алгоритм определения и повышения результативности производства шаровых шарниров

Для оценки результативности технологического процесса производства изделий предложен показатель - взвешенная вероятность выхода несоответствующей продукции, представляющий собой произведение отно-

сительного выхода несоответствующих изделий {ррт{ -Ю'6) по /-тому показателю качества, на его весомость и>.:

= РРЩ •и',. -10"6. (1)

Для определения результативности Я технологического процесса производства изделий, обладающих определенным набором требуемых показателей качества, предложена зависимость:

*=-г-. га

1«.

г 1

где п -количество показателей результативности технологического процесса; - взвешенная вероятность выхода несоответствующей продукции по

показателю качества, определяемому /-ым показателем результативности технологического процесса (способностью обеспечивать требуемые значения I -го показателя качества изделия).

При этом показатель результативности /? технологического процесса может принимать значения в диапазоне [1...со). Крайние значения данного

п

диапазона соответствуют двум состояниям процесса: ^\ррЩ — /'Ю6

/=1

п

(Я=1); 0 (Л = оо).

/=I

Получаемые в результате проведения оценки значения взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции после проведения процедуры их взаимного сравнения определяют показатели качества изделий, требующие первоочередного улучшения для повышения оценки технологического процесса производства изделий. При их взаимном сравнении учитывается обратная зависимость результативности Я от суммы значений взвешенных вероятностей выхода несоответствующей продукции С}1.

Для определения результативности Я технологического процесса производства шаровых шарниров проведен анализ перечня показателей качества, предъявляемых потребителями к данным изделиям: 1) соблюдение требуемых геометрических размеров; 2) коррозионная стойкость; 3) усилие вы-рыва шарового пальца из корпуса; 4) усилие выдавливания шарового пальца из корпуса; 5) ударная прочность шарового шарнира; 6) ударная прочность

шарового пальца; 7) радиальное перемещение шарового пальца под нагрузкой; 8) осевое перемещение шарового пальца под нагрузкой; 9) момент сопротивления качанию шарового пальца; 10) момент сопротивления вращению шарового пальца; 11) циклическая долговечность шарового пальца; 12) герметичность узла; 13) циклическая долговечность шарового шарнира; 14) гарантийный срок (пробег) эксплуатации шарового шарнира.

В результате анализа установлено, что показатели качества «циклическая долговечность шарового шарнира» и «гарантийный срок (пробег) эксплуатации шарового шарнира» являются потенциально дублирующими друг друга, следовательно, не могут одновременно использоваться при проведении оценки результативности технологических процессов производства изделий. Для определения взаимосвязи между данными двумя показателями качества изделий разработана методика комбинированных испытаний шаровых шарниров передней подвески, включающая в себя одновременное проведение ускоренных стендовых и дорожных испытаний узлов с последующей комплексной обработкой результатов.

Разработан и изготовлен стенд для испытаний шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей, который, благодаря прогрессивной системе обеспечения имитационных движений и силовых воздействий, позволяет создавать условия проведения стендовых испытаний, максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации (рис.3). Для проверки способности стенда воспроизводить условия испытаний, т.е. совокупность воздействующих факторов и режимов функционирования шаровых шарниров, как исследуемого объекта при испытаниях, была разработана методика его аттестации.

Проведены комбинированные испытания шаровых шарниров 21012904192-03, предназначенных для применения в модуле передней подвески легковых автомобилей ВАЗ 2101-2107 и их модификаций. Результаты испытаний оценивались по параметру, характеризующему техническое состояние

шарового шарнира в процессе эксплуатации - осевого зазора ко з (осевое

перемещение шарового пальца под нагрузкой). Параметры ускоренных стендовых испытаний шаровых шарниров 2101-2904192-03 приведены в табл. 1.

Перед началом и в процессе испытаний через каждые 50 тыс. циклов производился замер осевого зазора. Периодически в ходе испытаний производилась подача на испытуемые шаровые шарниры водогрязевой смеси.

По результатам ускоренных стендовых испытаний зависимость величины осевого зазора к03 от количества циклов испытаний Nц шаровых шарниров была описана функцией: \3 =3,56-10^ Л^-2,1'10-4- Л^ +4,1-10"3- Ы2Ц-2,26-10"2- Ыц +4,52-Ю"2 (3)

с величиной достоверности аппроксимации Я2 = 0,9334.

Рис. 3. Стенд для испытаний шаровых шарниров: 1 - силовая рама; 2 - посадочные фланцы; 3 - испытываемые шаровые шарниры; 4 - поворотные опоры; 5 - качающаяся траверса; 6 - узел развязки

усилий; 7 - силовой привод продольного воздействия; 8 - силовой привод поперечного воздействия; 9 - привод поворота шарового пальца; 10 - привод качания траверсы; 11 - защитные чехлы шаровых пальцев; 12 - ванны

Дорожные испытания шаровых шарниров 2101-2904192-03 осуществлялись на заднеприводных моделях автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» при их эксплуатации на дорогах общего пользования. Продолжительность испытаний варьировалась в диапазоне 20-90 тыс. км пробега автотранспортных средств. Перед проведением дорожных испытаний и по их

завершению у каждого испытываемого изделия определялся параметр ко э .

По результатам дорожных испытаний зависимость величины осевого зазора 1ги 3 от пробега транспортных средств Ыкч, выраженного в км, была описана функцией:

¡г0 3 = 1,5-10"'9 Ы*м - 2,03-Ю-14- N1, + 8,9-Ю"10- N1, - 1,1-Ш'5- + 4,49-10"2 (4) с величиной достоверности аппроксимации В2 = 0,9814.

Таблица 1

Параметры стендовых испытаний верхних шаровых шарниров

передней подвески автомобилей ВАЗ 2101-2107 и их модификаций

№ п/п Наименование показателя, единицы измерения Значение показателя

1. Боковая нагрузка, Н ±2940*

2. Осевая нагрузка, Н +2940 0

3. Частота поворота шарового пальца, мин-' 10

4. Частота смены направления приложения боковой нагрузки, мин"1 10

5. Частота смены направления приложения осевой нагрузки, мин'1 10

6. Частота качания корпуса шарового пальца, мин"' 50

7. Угол поворота шарового пальца, град. 50

8. Угол наклона корпуса шарового пальца, град. 40

* Знак «-» соответствует осевой нагрузке растяжения, а «+» - осевой сжимающей нагрузке

В соответствии с методикой проведения комбинированных испытаний проведен комплексный анализ результатов ускоренных стендовых и дорожных испытаний, в результате которого определено соотношение между показателями качества шаровых шарниров 2101-2904192-03 «гарантийный срок (пробег) шарового шарнира» и «циклическая долговечность шарового шарнира», составившее 22,86 циклов на 1 км пробега.

В результате проведенного анализа и комбинированных испытаний сформирован комплекс показателей качества шаровых шарниров, определяющих оценку результативности технологических процессов их производства (см. рис. 4 и граф диссертационной работы, представленный на рис. 1).

Определены значения весомости единичных показателей оценки результативности технологических процессов производства шаровых шарниров 2108-2904185-01, 2110-2904192-01, 2123-2904192-03, предназначенных для использования в системах передней подвески наиболее массовых передне- и полноприводных отечественных автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ» (табл. 2).

С использованием разработанной методологии определены значения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров 2108-2904185-01, 2110-2904192-01, 2123-2904192-03 в условиях основного изготовителя для поставки на сборочный конвейер ОАО «АВТОВАЗ» -ЗАО НПО «БелМаг». Значения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров составили: для 2108-2904185-01 - 74,53; для 2110-2904192-01 - 189,84; для 2123-2904192-03 - 115,48.

Результативность технологического процесса производства шаровых шарниров я

Я &

8

*

В

9

§

И

|1 в* Ш

Я а

• I'

§ I 5 £

>> I

5 I

а. а В -

£ 3

а а

8 е & £

В е

§ а г и ® 2 й-а

1« II

к

г а

3 э ® 2 Е В

2 *

II

и г а

Ё

8 &

и

а я

г &

а в

II

3 О

ё §

а> в,

г.г 5 а

ррпц

ррт2

рртз

ррт4

ррт3

рртв

ррт/

ррт$

ррт?

£ртш

рртп

РРШ12

рртц

\У2

*У4

т

W6

^12

«13

Эксплуатационная технологичность

Безопасность

Эксплуатационная функциональность

Показатели качества шаровых шарниров, определяемые свойствами технолотическогопроцесса их производства

Рис. 4. Комплекс показателей качества шаровых шарниров, определяющих оценку результативности технологических процессов их производства (ррт1 - значение показателя ррт для /-го показателя качества шарового шарнира; IV, - весомость /-го показателя качества шарового шарнира)

Таблица 2

Результаты оценки весомостей показателей качества шаровых шарниров для ___передне- и полноприводных автомобилей_

№ п/п Показатель качества шарового шарнира Весомость показателя (vv.)

для шарниров переднеприводных автомобилей для шарниров полноприводных автомобилей

1. Присоединительные размеры 0,0681 0,0558

2. Коррозионная стойкость 0,0197 0,0223

3. Усилие вырыва шарового пальца из корпуса 0,1109 0,0712

4. Усилие выдавливания шарового пальца из корпуса 0,0526 0,1121

5. Ударная прочность шарового шарнира 0,0688 0,0737

6. Ударная прочность шарового пальца 0,0721 0,0801

7. Радиальное перемещение шарового пальца под нагрузкой 0,0494 0,0456

8. Осевое перемещение шарового пальца под нагрузкой 0,0509 0,0485

9. Момент сопротивления качанию шарового пальца 0,0968 0,0857

10. Момент сопротивления вращению шарового пальца 0,0884 0,0778

11. Циклическая долговечность шарового пальца 0,0902 0,1091

12. Герметичность 0,0531 0,0630

13. Циклическая долговечность шарового шарнира 0,1790 0,1551

Проведен анализ полученных показателей взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции для процесса производства рассматриваемых шаровых шарниров. Определено, что для процесса производства шаровых шарниров 2108-2904185-01 наибольшие значения взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции имеют место для показателей

качества «момент сопротивления качанию шарового пальца» ц^"'' = 8235,65; «момент сопротивления вращению шарового пальца» = 1854,72; «циклическая долговечность шарового шарнира» = 1449,54. Для процесса производства шаровых шарниров 2110-2904192-01 наибольшее значение

данного показателя соответствует показателям качества изделий «момент сопротивления качанию шарового пальца» — 1927,09; «циклическая

долговечность шарового шарнира» = 1143,81; «момент сопротивления

вращению шарового пальца» <7,^ =706,58. Установлено, что для производства шарниров 2123-2904192-03 наибольшие значения взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции характерны для показателей качества

«момент сопротивления качанию шарового пальца» д^'= 2407,91; «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса» дГ™'- 1610,88; «циклическая долговечность шарового шарнира» д^'= 1434,21; «момент сопротивления

вращению шарового пальца» д^3' = 939,12.

Определена необходимость совершенствования процесса чистовой обработки неполной сферической головки шарового пальца поверхностным пластическим деформированием для повышения уровня качества шаровых шарниров по показателям «момент сопротивления качанию шарового пальца», «момент сопротивления вращению шарового пальца», а также процесса формирования сборочного соединения шарниров, влияющего на показатель качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса».

Результатом представленных исследований явилось определение направлений совершенствования технологического процесса производства шаровых шарниров. Повышение результативности производства данных узлов предложено осуществить через исследование и совершенствование процессов формирования поверхности головок шаровых пальцев и сборочного соединения шарниров (см. граф диссертационной работы, представленный на рис. 1).

В третьей главе представлены результаты исследований процесса формирования поверхности неполных сферических головок шаровых пальцев при обработке планетарной обкаткой и технические решения, направленные на его совершенствование. Регламентированы требования к качеству поверхности головок шаровых пальцев, а также разработаны режимы обработки в зависимости от исходного состояния поверхности. Установлено увеличение результативности производства шаровых шарниров за счет повышения стабильности показателей качества «момент сопротивления вращению шарового пальца», «момент сопротивления качанию шарового пальца», «циклическая долговечность шарового шарнира».

Показатели качества шаровых шарниров «момент сопротивления вращению шарового пальца», «момент сопротивления качанию шарового пальца», «циклическая долговечность шарового шарнира» определяются состоянием поверхности неполной сферической головки шарового пальца, находящегося внутри корпуса изделия. При этом головка охватывается вклады-

шем, изготовленным из полимерного материала. С целью снижения износа вкладыша, а также для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик изделия к качеству обработки поверхности головки шарового пальца предъявляются повышенные требования (в зависимости от модели автомобиля параметр шероховатости Яа должен составлять от 0,20 до 0,45мкм). Формирование поверхности неполной сферической головки шарового пальца осуществляется поверхностным пластическим деформированием обкаткой телами качения за счет смятия микронеровностей, образующихся при операции точения, предназначенной для придания сфере шарового пальца требуемых геометрических размеров.

В результате проведенных исследований установлено, что распределение свойств микронеровностей по поверхности головки перед пластическим деформированием, является крайне неравномерным. Максимальные значения высотных параметров микронеровностей Яа и Я шах соответствуют экватору неполной сферической головки. При этом значения параметров шероховатости поверхности на экваторе в 2,0-3,5 раз больше значений соответствующих параметров на полюсе и у торцевого среза.

Исследования кинематики процесса выявили неравномерность обработки поверхности головки шарового пальца при традиционном способе планетарной обкатки. Для ее описания введен новый параметр - относительная кратность обработки к, представляющий собой отношение числа прохождений деформирующих тел через параллель на поверхности головки к произведению ее протяженности и синуса угла а пересечения осей вращения обкатного инструмента и шарового пальца при поверхностном пластическом деформировании планетарной обкаткой:

где (Отст - угловая скорость вращения обкатного инструмента, об./мин;

&шп - угловая скорость вращения обрабатываемого шарового пальца, об./мин;

N - количество деформирующих тел качения, установленных в обкатном инструменте;

п - количество оборотов шарового пальца вокруг своей оси в процессе обкатки;

.О- диаметр обкатываемой неполной сферической головки шарового пальца, мм;

X - расстояние от рассматриваемой параллели до экватора головки, мм;

СС - угол пересечения осей вращения обкатного инструмента и шарового пальца при планетарной обкатке, при чем

к =

со,

инст.

Ы-п

(5)

/£>/2 + И

а = агар.-, (6)

2-й

где к - расстояние между экватором головки и ее торцевым срезом, мм.

Распределение значений относительной кратности обработки на поверхности головки шарового пальца 2108-2904187-10 при традиционной планетарной обкатке (режим работы: N = 3; (Отст = 2110 об/мин; сош п = 8,53 об./мин; п = 2) представлено кривой 1 на рис 5. При традиционной планетарной обкатке минимум значений относительной кратности обработки наблюдается на экваторе головки при постепенном росте по мере приближения к торцевому срезу и полюсу головки, что ведет к необоснованно высокой кратности обработки периферийных участков поверхности головки шарового пальца.

к, мм"5

.......................................................................................45.........-

X, ММ

Рис 5. Распределение значений относительной кратности обработки по поверхности головки шарового пальца при обработке традиционной и планетарно-поворотной обкаткой: 1 - при планетарно-поворотной обкатке;

2 - при традиционной планетарной обкатке

Неравномерность обработки головки шарового пальца приводит к существенным различиям протекания процесса деформации микронеровностей на экваториальных и периферийных участках поверхности неполной сферы, что ведет к значительному разбросу значений высотных параметров шероховатости Яа и Кг .

С целью повышения равномерности распределения значений высотных параметров микронеровностей на поверхности головки шарового пальца за счет увеличения относительной кратности обработки экваториальных участков, на которых высотные параметры максимальны перед чистовой обкат-

кой разработан новый способ поверхностного пластического деформирования, получивший название «планетарно-поворотная обкатка» (ППО). Принципиальным отличием предложенного способа от традиционного способа планетарной обкатки является придание шаровому пальцу в процессе поверхностного пластического деформирования дополнительного поворотного движения (рис. 6), в результате которого происходит постепенное сужение зоны поверхности его головки, подвергающейся чистовой обработке (на рис. 6 зона обработки шириной У на заключительном этапе процесса показана штриховкой). За счет сокращения обрабатываемой поверхности происходит увеличение относительной кратности обработки наиболее трудно обкатываемых участков на 25-30%.

Установлено, что при ППО относительная кратность обработки участков поверхности головки шарового пальца определяется по зависимости:

лг ( ■ - ^

* ППО ~

п^Э2 -4л;2

Л

- +

/ сг

эта * ею(а-а>йл. •(/-/,

(7)

где / - время с момента начала осуществления дополнительного поворота шарового пальца до вывода рассматриваемого участка из зоны обработки, с;

0)дп - угловая скорость дополнительного поворота шарового пальца, об./мин;

t^ - время, в течение которого производится обработка прилегающих к торцевому срезу, а также околополюсных участков поверхности головки шарового пальца, с.

Распределение значений относительной кратности обработки на поверхности головки шарового пальца 2108-2904187-10 при ППО (режим обработки: N -Ъ\ сатш = 2110 об./мин; = Зс; (Од „ = 47с) представлено кривой 2 на рис. 5. При равенстве суммарного времени обработки, угловой скорости вращения обкатного инструмента 0)иист и количества деформирующих тел N при ППО имеет место увеличение значений относительной кратности обработки на площади, составляющей 58% от всей поверхности головки. При этом на экваторе оно составляет 26% от значения относительной кратности обработки при традиционной планетарной обкатке.

С целью определения рациональных режимов процесса обкатки головок шаровых пальцев и регламентации требований к выбору технологического оборудования для его осуществления разработана на базе вариационного метода математическая модель процесса смятия микронеровности на сферической поверхности при поверхностном пластическом деформировании.

Рис. 6. Схема планетарно-поворотной обкатки головок шаровых пальцев: 1 - шаровой палец; 2 - головка шарового пальца; 3 - шпиндель; 4 - обкатная

головка; 5 - деформирующие тела качения; ос - угол пересечен™ осей вращения обкатного инструмента и шарового пальца при планетарной обкатке;

(Одп - угловая скорость дополнительного поворота шарового пальца;

^>тах - максимальный угол дополнительного поворота шарового пальца

При этом исходное сечение микронеровности на основании полученных профилограмм поверхности представляется в виде разностороннего треугольника с основанием, зависящим от подачи режущего инструмента при черновой обработке, и высотой, определяющей высотный параметр шероховатости R max . Определено, что при деформировании микронеровности, в зависимости от величины смятия, возможны три схемы протекания данного процесса:

1) смятие с одновременным заполнением впадин по обе стороны микронеровности;

2) смятие с заполнением впадин с одной из сторон микронеровности;

3) смятие без заполнения впадин.

При рассмотрении микронеровности в ней выделяются жесткая и пластическая зоны, граница раздела между которыми представляет собой параболу:

h=h + ah ■

( x2 ^ 1- —

(8)

где X - расстояние от оси микронеровности,;

а - варьируемый параметр;

Ъ - протяженность ветви параболы;

h -глубина изменения свободной поверхности микронеровности.

В соответствии с вариационным методом были определены функции горизонтальных и вертикальных перемещений, установлены граничные условия протекания процесса деформации.

По результатам расчетов по предложенной математической модели были определены зависимости значений усилий со стороны деформирующего элемента от требуемой величины смятия при различных исходных высотах микронеровностей. В ходе проведенных исследований установлена линейная зависимость между значениями высотных параметров микронеровностей Ra и R max до и после обкатки, подтвердившая наличие периодического профиля на поверхности головки после черновой обработки и после планетарной обкатки.

Проведены экспериментальные исследования влияния технологических параметров поверхностного пластического деформирования планетарной обкаткой на высотные характеристики шероховатости поверхности головок шаровых пальцев. В качестве исследуемых параметров были выбраны

осевое усилие обкатки Р0, время обкатки t (относительная кратность обработки к) и состояние поверхности головки после черновой обработки (высотный параметр шероховатости Лтахо). Получены зависимости, описывающие влияние параметров технологического процесса планетарной обкатки на высотный параметр шероховатости R шах.

С использованием результатов, полученных в ходе проведения исследований процессов поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев, регламентированы требования к качеству поверхности головок шаровых пальцев и разработаны режимы их обработки в зависимости от исходного состояния обрабатываемой поверхности.

В зависимости от исходного качества поверхности головок шаровых пальцев были разработаны режимы планетарной и планетарно-поворотной обкатки сфер пальцев передней подвески 2101-2904187-10, 2108-2904187-10,

2101-2904187-11, 2110-2904187, 2123-2904064-01 (Ra0 < 2 мкм - группа «а»; Ra0 > 2 мкм - группа «б»):

1) при традиционной обкатке

шаровые пальцы 2101-2904187-10, 2101-2904187-11, 2123-2904064-01: группа «а»: Р = 480Н; /=15с; Сйшст = 2100 об./мин; 6)Ш П = 8,5 об./мин;

группа «б»: Р = 495 Н; / =23с; С0шит = 2100 об./мин; (ош п = 8,5 об./мин;

шаровые пальцы 2108-2904187-10, 2110-2904187:

группа «а»: Р = 425 Н; ?=15с; Ютст= 2100 об./мин; 0ИА= 8,5 об./мин;

группа «б»: Р = 490 Н; I =20с; сотст = 2100 об./мин; (Ош п = 8,5 об./мин;

2) при планетарно-поворотной обкатке

шаровые пальцы 2101-2904187-10, 2101-2904187-11, 2123-2904064-01: группа «а»: Р- 480 Н; / =12с; (0,тст = 2100 об./мин; сошп = 60 об./мин;

<УЙ„ = 5,0°/с;

группа «б»: Р= 495 Н; /=18с; <Ошст = 2100 об./мин; Сйшп = 60 об./мин;

®Аи. = 3,2°/с;

шаровые пальцы 2108-2904187-10, 2110-2904187:

фуппа «а»: Р = 425 Н; /=12с; <отст = 2100 об./мин; сош„= 60 об./мин; юдл = 5,0°/с;

группа «б»: Р= 490 Н; /=18с; (Отст = 2100 об./мин; 0)шм = 60 об./мин; ©а». = 3,8%.

Повышение равномерности чистовой обработки неполных сферических головок шаровых пальцев за счет рациональных режимов планетарной обкатки, наряду с созданием и внедрением нового способа планетарно-поворотной обкатки, позволило обеспечить повышение качества данных изделий, как компонентов шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей.

Снижение значений высотных показателей шероховатости поверхности на экваториальных участках головок шаровых пальцев на 8 - 10% за счет увеличения относительной кратности их обработки на 25 - 30% при внедрении способа планетарно-поворотной обкатки позволило повысить результативность процесса производства шаровых шарниров. Внедрение усовершенствованных режимов планетарной обкатки головок шаровых пальцев и нового способа планетарно-поворотной обкатки позволило снизить значения показателей «взвешенная вероятность выхода несоответствующей продукции» при производстве шаровых шарниров 2108-2904185-01, 2110-2904192-01, 2123-2904192-03 по показателям качества «момент сопротивления вращению шарового пальца», «момент сопротивления качанию шарового пальца», «циклическая долговечность шарового пальца» (табл. 3).

Таблица 3

Результаты совершенствования процессов чистовой обработки

неполных сферических головок шаровых пальцев шаровых шарниров

Шаровые шарниры Значения взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции по показателям качества шаровых шарниров до и после проведения усовершенствований

момент сопротивления качанию шарового пальца момент сопротивления вращению шарового пальца циклическая долговечность шарового шарнира

до после Д,% ДО после А, % ДО после А, %

21082904185-01 8236 6698 18,68 1855 ¡630 12,11 1450 1305 9,99

21102904192-01 1927 1558 19,13 707 603 14,64 1144 1056 7,65

21232904192-03 2408 1739 27,80 939 772 17,75 1434 1095 23,65

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований процесса формирования сборочных соединений шаровых шарниров запрессовкой. Регламентированы требования к геометрическим размерам корпусов шаровых шарниров, разработана математическая модель определения значений показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца» в зависимости от условий реализации процесса запрессовки. Предложен способ формирования сборочных соединений. Установлено повышение результативности производства шаровых шарниров за счет повышения стабильности показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца».

Стабильность получаемых значений показателей качества шаровых шарниров зависит как от уровня используемых комплектующих изделий при их производстве, так и от применяемых технологических процессов формирования их сборочных соединений.

Для поиска путей повышения качества шаровых шарниров был проведен анализ последствий потенциальных отказов процесса изготовления по методике БМЕА стандарта ИСО/ТУ 16949, показавший, что для формирования сборочного соединения шаровых шарниров 2110-2904192-01 и 21232904192-03, имеющих цельный корпус, целесообразно применять технологию запрессовки.

При разработке технологии запрессовки шарового шарнира 21102904192-01 были проведены экспериментальные исследования вариантов изготовления шаровых шарниров с применением корпусов и деформирующих пуансонов различной конфигурации. Качество получаемого соединения оценивалось по величине показателя перекрытия П (относительная величина контакта бурта корпуса с горизонтальной площадкой обоймы вкладыша), величине усилия выдавливания шарового пальца, требуемому минимальному

усилию запрессовки.

Установлено влияние исходного контура корпуса шарового шарнира и формы деформирующего инструмента на качество соединения, получаемого запрессовкой. Определено, что для достижения требуемого значения показателя качества шаровых шарниров переднеприводных автомобилей ВАЗ «усилие выдавливания шарового пальца» (не менее 24,53 кН) целесообразно применение бурта корпуса с наружной поверхностью, включающей конический и цилиндрический участки, а также пуансона с сопряженными рабочими конической и горизонтальной поверхностями.

На основании проведенных исследований разработана технология запрессовки для изготовления шаровых шарниров с цельным корпусом переднеприводных автомобилей, использование которой позволяет производить шарниры с высоким уровнем эксплуатационных характеристик и возможностью высокой воспроизводимости процесса.

Особенностью шаровых шарниров 2123-2904192-03, предназначенных для комплектации переднеприводных автомобилей СЬеуго1е1-К1УА, является высокое требуемое значение показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца» (не менее 49,05кН). Поиск эффективных условий процесса запрессовки шаровых шарниров 2123-2904192-03 с увеличенной прочностью на выдавливание потребовал проведения исследования напряженно-деформированного состояния бурта корпуса при формировании сборочного соединения узла. С этой целью разработана модель процесса запрессовки шарового шарнира 2123-2904192-01 с применением метода конечных элементов. Алгоритм расчета реализован в виде отдельного программного комплекса, включающего описание геометрии области и ее разбиение конечно-элементной сеткой, задание физико-механических свойств материала, описание инструмента и задание параметров его движения, задание граничных условий, реализацию расчетов по итерационной процедуре, обработку и просмотр результатов решения.

Моделирование процесса запрессовки проводилось в осесимметрич-ной постановке, что позволило рассматривать только правую по отношению к оси симметрии часть очага деформации (рис. 7). При этом материалы пуансона, плиты и обоймы были приняты абсолютно жесткими.

Полученное в результате запрессовки соединение исследовано на прочность при испытании на осевое выдавливание шарового пальца (рис. 8, 9), для чего определялось распределение напряжений в корпусе шарового шарнира при заданной нагрузке. Задача определения параметров напряженно-деформированного состояния при выдавливании решена как осесиммет-ричная контактная изотермическая задача упругости. Численное решение данной задачи было найдено с помощью метода конечных элементов. В результате моделирования получено, что наибольшие растягивающие напряжения и максимальная интенсивность напряжений возникают на внутренней боковой поверхности бурта корпуса ближе к точке перегиба, а расчетное

усилие выдавливания для сферы пальца диаметром 30мм составляет 63,61 кН.

Рис. 7. Схема процесса запрессовки корпуса шарового шарнира: Г], Г2 - границы исследуемого корпуса; П0 - область корпуса в начальный

момент запрессовки

Рис. 8. Схема процесса выдавливания шарового пальца: Рвыд - усилие, направленное на выдавливание шарового пальца из корпуса

шарнира

Произведен поиск эффективных условий проведения процесса запрессовки шарового шарнира. Параметрами оптимизации были выбраны геометрические размеры бурта корпуса - его толщина и размер внешнего утолщения. В качестве критериев были выбраны: величина перекрытия - отношение длины плотного контакта бурта корпуса после деформации с горизонтальным участком поверхности обоймы вкладыша к длине сечения горизонтального участка обоймы вкладыша (х,); износ инструмента при запрессовке (х2); прочность шарового шарнира при выдавливании шарового пальца из корпуса (X,).

Рис. 9. Постановка задачи выдавливания шарового пальца: £2], С12, - области, соответственно занимаемые корпусом шарового шарнира, обоймой вкладыша, вкладышем, шаровым пальцем; Г'! - граница, проходящая по поверхности приложения давления р от действия усилия, направленного на выдавливание шарового пальца; Г2 - граница рассматриваемой области шарового шарнира, проходящая по его оси симметрии, Г3 - граница фиксируемой поверхности корпуса; Г4 - внешняя граница корпуса; Г5 - поверхности, разделяющие шаровой палец и вкладыш, вкладыш и обойму вкладыша, обойму вкладыша и корпус

Определено, что величина х{ не должна быть меньше 0,5 - значения

перекрытия, обеспечивающего прочность и герметичность шарового шарнира 2123-2904192-03.

Критерий износа инструмента при запрессовке (х2) представлен как

ег„ — <Т„

(9)

где <7Й - предел прочности материала корпуса шарового пальца;

ег„ - максимальное нормальное давление на поверхности контакта бурта

корпуса с пуансоном.

Обусловлено, что в силу недопустимости разрушения соединения

должно выполняться условие 0< Х2 < 1,

Критерий прочности при выдавливании шарового пальца из корпуса (х3) был выражен как отношение полученного усилия выдавливания к минимально допустимому конструкторской документацией усилию Р ■ :

При этом не допускаются значения х3 <1.

Оптимальные параметры процесса запрессовки были определены с учетом ограничений типа равенств и неравенств, соответствующих условиям задачи запрессовки и задачи выдавливания, а также ограничений на параметры процесса с учетом весомости критериев качества изделия и процесса.

На основании проведенных исследований формирования сборочного соединения шарового шарнира предложен новый способ запрессовки узлов передней подвески легковых автомобилей. Внедрение данного способа в процесс производства шаровых шарниров 2123-2904192-03 позволило повысить стабильность получаемых значений показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца» и снизить значения взвешенной вероятности выхода несоответствующей продукции по данному показателю качества на 43,70%.

Пятая глава посвящена разработке нормативно-технической документации на производство горячекатаного проката из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей, гармонизированной с требованиями иностранных потребителей шаровых пальцев.

В условиях устойчивого роста числа сборочных предприятий ведущих мировых производителей на территории России, а также согласно постановлениям Правительства Российской Федерации, направленным на увеличение в собираемых на территории страны автомобилях доли комплектующих изделий отечественного производства, неизбежен постепенный переход отечественной автомобильной промышленности к принятию современных международных требований как к уровню качества автокомпонентов, так и к материалам, используемым при их изготовлении.

В данных условиях перед российскими предприятиями-производителями автокомпонентов и их смежниками встает задача разработки нормативной базы для освоения производства новых материалов, отвечающих требованиям иностранных заказчиков.

Невозможность использования отечественных марок стали при изготовлении из них шаровых пальцев для зарубежных заказчиков, либо для сборочных производств иностранных концернов, размещенных на территории Российской Федерации, существенно замедляет как выход продукции отечественного машиностроения на зарубежные рынки сбыта, так и локализацию производства компонентов для целого ряда сборочных производств автомобилей иностранных марок на территории России.

С целью решения данной проблемы необходимо на базе существующих требований к среднеуглеродистым хромсодержащим сталям, предъявляемым в Северной Америке и Европе, создать их максимально полные аналоги, руководствуясь действующими в настоящее время на территории Российской Федерации техническими нормами. При этом создание полных аналогов сталей по содержанию легирующих элементов явилось бы полумерой, поскольку ведущие мировые производители автокомпонентов регламентируют помимо заданного химического состава стали, ряд требований к свойствам и методам испытаний металлопроката.

Анализ требований к шаровым пальцам для зарубежных заказчиков показал потребность в разработке нормативно-технической документации на новые марки стали и прокат из них.

Разработка требований к металлопрокату проводилась по следующим направлениям:

- требования к исходному металлопрокату (химические свойства, механические свойства, микро- и макроструктура, обезуглероженный слой, точность геометрических размеров);

- требования к отожженному металлопрокату (механические свойства, микро- и макроструктура; обезуглероженный слой);

- требования к контролю и испытаниям металлопроката как исходного, так и отожженного (методики контроля и испытаний, совместимость российских и зарубежных методов).

Осуществлен сравнительный анализ требований отечественных стандартов с требованиями, предъявляемыми к исходному металлопрокату из среднеуглеродистых хромсодержащих марок стали в Северной Америке и Европе.

Отмечено, что требования к качеству поверхности металлопроката российских и зарубежных стандартов совпадают. В соответствии с требованиями иностранного заказчика сталь в отожженном состоянии подвергается испытаниям на холодную осадку на 2 диаметра горячекатаной заготовки. Согласно требованиям российских стандартов прокат стали должен выдержать испытания на осадку 1/3 от длины образца по ГОСТ 10702-78 (группа на осадку 66Т) без появления указанных в данном стандарте дефектов.

Загрязненность неметаллическими включениями для проката американского производства определяется по стандарту ASTM Е45, метод А, (максимальный балл - 3), что соответствует требованиям ГОСТ 1778-70 (3 баллу по каждому виду включений - сульфидам, оксидам, силикатам, нитридам).

Требования к глубине обезуглероженного слоя у американского стандарта SAE J419 и российского ГОСТ 1763-68 аналогичны - не более 0,5 мм на сторону металлопроката.

На основании результатов проведенных исследований были сформированы требования к трем среднеуглеродистым хромсодержащим маркам стали (40Х Селект, 41X1,42Х1М) на базе отечественных нормативных документов. Аналогами данных сталей на международном рынке являются стали 5140Н (США) и 41CrS4, 42CrMoS4 (Германия) соответственно. Были унифицированы как требования к химическому составу (см. табл. 4), так и требования к физико-механическим свойствам готового проката.

Были составлены технические соглашения между ЗАО НПО «Бел-Маг», ОАО «ОЭМК» и ОАО «БелЗАН» на производство и переработку металлопроката сталей 40Х Селект и 41X1, требования к которым гармонизированы с требованиями зарубежных потребителей. Шаровые пальцы, изготовленные для иностранных заказчиков из стали марок 40Х Селект и 41X1, успешно прошли испытания и получили одобрение со стороны потребителей. Помимо этого прокат из стали марки 41X1 способен полностью исключить использование дорогостоящей стали марки 38ХГНМ, широко применяемой в отечественной промышленности при производстве шаровых пальцев передней подвески.

С целью проверки соответствия качества шаровых пальцев, изготовленных из проката стали марки 41X1 и предназначенных для применения в шаровых шарнирах передней подвески автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм - АВТОВАЗ», были проведены испытания данных комплектующих изделий. Результаты испытаний показали, что шаровые пальцы передней подвески, изготовленные из разработанного нового вида проката стали 41X1, полностью удовлетворяют требованиям конструкторской документации и могут быть использованы в качестве комплектующих изделий шаровых шарниров, предназначенных для установки на легковые автомобили производства ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм - АВТОВАЗ».

Таблица 4

Химический состав сталей для изготовления шаровых пальцев

Марка стали Нормативные документы Массовая доля элементов, %

С Сг Мл № Мо Си Б Р

5140Н А5ТМ АЗ 04 0,370,44 0,601,10 0,601,00 0,150,35 <0,25 <0,06 <0,30 <0,04 <0,035

40Х Селект ТС 00187895118-2003 0,370,44 0,601,10 0,601,00 0,150,30 <0,25 <0,06 <0,35 <0,040 <0,035

41СгБ4 ЕШ0083-1 0,380,45 0,901,20 0,500,80 0,150,40 - - - 0,020,035 <0,035

41X1 ТС 00187895063-2008 0,380,45 0,901,20 0,600,90 <0,40 <0,30 - - 0,0200,040 <0,035

42СгМоБ4 ЕЫ10083-1 0,380,45 0,901,20 0,600,90 0,150,40 - 0,150,30 - 0,020,04 <0,035

42X1М ТС 00187895058-2005 0,380,45 0,901,20 0,600,90 <0,40 <0,30 0,150,30 - 0,020,04 <0,035

В шестой главе предложены и обоснованы технические решения по совершенствованию технологических процессов поверхностного деформирования головок шаровых пальцев, формирования сборочных соединений шаровых шарниров с цельнометаллическим корпусом. Рассмотрены вопросы улучшения потребительских свойств шаровых шарниров передней подвески в результате внедрения и использования предложенных в работе технических и технологических решений.

Разработаны режимы чистовой обработки поверхностным деформированием планетарной обкаткой неполных сферических головок шаровых пальцев диаметром 25 - 32,7 мм, обеспечивающие регламентируемый уровень качества поверхности (Яа< 0,20 мкм и Яа< 0,45 мкм, в зависимости от моделей шаровых шарниров). Разработан новый способ поверхностного пластического деформирования - планетарно-поворотная обкатка и варианты его реализации (патенты РФ №2162785, №2188115, №2201325), позволяющие обеспечить требуемый уровень качества данных компонентов шаровых шарниров при снижении затрат на их изготовление и повышении стабильности показателей качества комплектующих изделий (высотные параметры шероховатости) и узлов в сборе (моменты сопротивления вращению и качанию шарового пальца). Экономический эффект от их внедрения в условиях ЗАО НПО «БелМаг» (г. Магнитогорск) составил 260 тыс. руб. в год в ценах 2001 г.

Разработан способ (заявка на изобретение №2010132873) и режимы формирования сборочных соединений шаровых шарниров 2110-2904192-01, 2123-2904192-03, 21214-2904192, использующихся при производстве переднеприводных и полноприводных автомобилей на ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти) и ЗАО «Джи Эм - АВТОВАЗ» (г. Тольятти). Реализованные в условиях ЗАО НПО «БелМаг» (г. Магнитогорск) технологические процессы запрессовки шаровых шарниров позволили улучшить потребительские свойства данных изделий (в т.ч. значения показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса») и получить экономический эффект в размере 1,85 млн. руб. в год в ценах 2009 г.

Разработана и реализована конструкция испытательного стенда (патент РФ №2263889) для определения показателя качества шаровых шарниров «циклическая долговечность». Разработана и опробована методика проведения комбинированных испытаний шаровых шарниров, позволившая определить взаимосвязь показателей качества шаровых шарниров «циклическая долговечность» и «гарантийный срок (пробег) эксплуатации». Реализация данных разработок позволила ускорить осуществление опытно-конструкторских работ при создании новых видов продукции, а также упростить процедуру проведения периодических испытаний изделий. Годовой экономический эффект от внедрения предложенных решений составил 240 тыс. руб. в ценах 2010 г.

Разработаны требования на поставку горячекатаного проката из стали

марок 40Х Селект, 41X1, 42Х1М, представляющих собой полноценные аналоги среднеуглеродистых хромсодержащих сталей 5140Н, 41CrS4, 42CrMoS4, используемых при производстве шаровых пальцев легковых автомобилей в странах Западной Европы и Северной Америки. Реализация предложенных решений позволила разработать и внедрить технические соглашения между ЗАО НПО «БелМаг» (г. Магнитогорск), ОАО «ОЭМК» (г. Старый Оскол), ОАО «БелЗАН» (г. Белебей) на поставку горячекатаного проката из стали марок 40Х Селект, 41X1, 42X1М. Прокат был успешно использован при производстве шаровых пальцев 22259 и БМ537145-70/1 по заказу компании TRW Automotive для поставок на заводы в Канаде и Чехии для изготовления шарниров автомобилей марок «Додж» и «Ауди». Прокат из стали марки 41X1 (патент РФ №2368672) одобрен ОАО «АВТОВАЗ» и применяется в качестве исходного материала при производстве шаровых пальцев 2101-2904187-10, 2123-2904063-01 и 2110-2904187, используемых в качестве комплектующих изделий шаровых шарниров 2101-2904185-04, 21102904192-01, 2123-2904192-03 , 21214-2904192, поставляемых ЗАО НПО «БелМаг» (г. Магнитогорск) на сборочный конвейер данного предприятия. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 1,15 млн. руб. в ценах 2008 г.

Разработанные и внедренные решения позволили улучшить результативность технологических процессов производства шаровых шарниров за счет повышения уровня качества изделий и стабильности получаемых потребительских свойств продукции. Повышение результативности относительно базовых вариантов технологических процессов производства составило: для изготовления шаровых шарниров 2108-2904185-01 - 17%; для изготовления шаровых шарниров 2110-2904192-01 — 12%; для изготовления шаровых шарниров 2123-2904192-01 -32%.

Реализация представленных разработок позволила повысить качество комплектующих изделий шаровых шарниров и снизить себестоимость их производства. Предложенные технические решения по реализации технологий производства шаровых шарниров и их комплектующих изделий могут быть использованы при производстве подобных узлов в различных отраслях промышленности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В работе предложена методология определения результативности процессов производства шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей на базе оценки выхода несоответствующей продукции по различным показателям качества изделий, а также их значимости для потребителей. Предложен параметр «взвешенная вероятность выхода несоответствующей продукции», позволяющий определять приоритетные пути усовершенствования технологических процессов производства шаровых шарниров для наиболее полного удовлетворения требований потребителей продукции.

2. Сформирован перечень показателей качества шаровых шарниров, необходимый и достаточный для проведения оценки результативности технологических процессов их производства. Определены значения весомости каждого из показателей качества для потребителей данного вида продукции.

3. Разработана методика проведения комбинированных испытаний шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей с целью определения взаимосвязи между показателями качества изделий «гарантийный срок эксплуатации» и «циклическая долговечность». Создан стенд для проведения ускоренных испытаний шаровых шарниров при воздействии на них разнонаправленных циклических нагрузок.

4. Проведены комбинированные испытания шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей в условиях реальной эксплуатации на дорогах общего пользования и на разработанном испытательном стенде, аттестованном органом Росстандарта по специально созданной методике его аттестации. Результаты проведенных испытаний показали взаимосвязь между показателями качества шаровых шарниров «гарантийный срок эксплуатации» и «циклическая долговечность».

5. Определены закономерности формирования микротопографии поверхности неполных сферических головок шаровых пальцев при чистовой обработке поверхностным пластическим деформированием телами качения. С использованием вариационного метода разработана модель смятия микронеровности при планетарной обкатке, позволяющая определить рациональные параметры технологического процесса поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев и реализующего его оборудования.

6. Разработан новый способ поверхностного пластического деформирования неполных сферических поверхностей - планетарно-поворотная обкатка, позволяющий повысить равномерность распределения высотных параметров шероховатости поверхности головки шарового пальца за счет увеличения кратности обработки экваториальных участков головки на 25 - 30%, что повышает стабильность получения требуемых показателей качества шаровых шарниров «момент сопротивления вращению шарового пальца» и «момент сопротивления качанию шарового пальца». Разработаны два варианта реализации способа планетарно-поворотной обкатки: с ускорением вращения обкатного инструмента и с дискретным дополнительным поворотом обрабатываемой детали.

7. Разработаны технологические процессы запрессовки шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей с использованием цельнометаллических корпусов, позволяющие повысить долговечность изделий и стабильность получаемого показателя качества «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса». Предложенные процессы запрессовки позволяют сократить время формирования сборочного соединения шарового шарнира и снизить износ деформирующего инструмента.

8. На основе метода конечных элементов разработаны модели про-

цессов формирования сборочного соединения шарового шарнира запрессовкой, позволяющие определить энергосиловые параметры процесса в зависимости от геометрических размеров корпуса, а также значения показателя качества шарнира «усилие выдавливания шарового пальца из корпуса». Определена связь между исходной геометрией бурта корпуса шарового шарнира и значениями показателей качества готовых изделий.

9. С использованием предложенной методики проведена гармонизация требований российских и зарубежных стандартов к металлопрокату из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей для изготовления шаровых пальцев автомобилей холодной высадкой, разработаны марки стали 40Х Се-лект и 41X1. Осуществлены опытные плавки и производство круглого проката из стали указанных марок. Шаровые пальцы, изготовленные из данного металлопроката холодной объемной штамповкой, были одобрены зарубежными заказчиками. Прокат из стали марки 41X1 одобрен со стороны ОАО «ABTQBA3» в качестве исходного материала для производства шаровых пальцев передней подвески для шаровых шарниров, предназначенных для использования на автомобилях производства ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

монография:

1. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Квалиметрическая оценка и повышение результативности сквозной технологии и системы менеджмента качества шаровых пальцев. Монография. Магнитогорск: МГТУ,

2008. 147 с.

статьи в изданиях, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук»:

2. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. Совершенствование технологии изготовления шаровых пальцев автомобилей // Бюлл. Ин-та «Черметинформация». 2000. №11-12. С. 60-62.

3. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. Модель процесса смятия микронеровностей при чистовом обкатывании // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2001. №7. С. 27-30.

4. Гун И.Г., Михайловский И.А. Способ чистовой обработки неполных сферических поверхностей обкатыванием // Технология машиностроения. 2001. №4. С. 12-15.

5. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Методика проведения испытаний шаровых шарниров на циклическую долговечность // Вестник Оренбургского государственного университета. 2004. №5. С.19-23.

6. Калмыков Ю.В., Михайловский И.А., Сальников В.В. и др. Анализ существующих способов формирования соединения и основные требования к качеству при сборке шаровых шарниров передней подвески автомобилей // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2009. № 4. С. 47-50.

7. Михайловский И.А. Разработка и внедрение в производство новых мфоксталей для шаровых пальцев // Производство проката. 2010. №3. С. 17-21.

8. Михайловский И.А., Гун И.Г., Калмыков Ю.В. и др. Совершенствование деформирующего инструмента и исходного контура детали с целью повышения качества соединения, получаемого при сборке запрессовкой шаровых шарниров автомобилей // Сборка. 2010. №3. С. 17-20.

9. Михайловский И.А. Методология обеспечения качества изделий на основе регламентации комплекса требований к процессам их производства // Век качества. 2011. №2. С.49-51.

10. Сальников В.В., Михайловский И.А., Гун И.Г. Моделирование процесса разрушения шарового шарнира передней подвески автомобиля при осевом нагружении // Журнал ААИ. 2011. №2. С. 51-53.

11. Михайловский И.А. Практический опыт гармонизации требований к качеству металлопроката при производстве автокомпонентов для ведущих мировых автопроизводителей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета. 2011. №2. С. 30-33.

12. Михайловский И.А., Сальников В.В., Осипов Д.С., Гун И.Г. Совершенствование режимов планетарной обкатки головок шаровых пальцев на основе анализа микротопографии поверхности с целью повышения качества изделий // Вестник Череповецкого государственного университета. 2011. №1 (т.2). С.39-44.

13. Михайловский И.А., Гун И.Г., Калмыков Ю.В. Опыт внедрения в производство марок сталей 40Х Селект и 41X1 для изготовления заготовок шаровых пальцев // Черные металлы. 2011. №5. С. 70-72.

14. Михайловский И.А. Математическое моделирование сборки шарового шарнира передней подвески легкового автомобиля // Черные металлы. 2011. №5. С. 72-75.

15. Михайловский И.А., Сальников В.В. Обеспечение потребительских свойств автомобильных шаровых шарниров при формировании сборочного соединения обработкой давлением // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2011. №1. С. 53-60.

16. Сальников В.В., Михайловский И.А. Исследование процесса запрессовки шарового шарнира для получения сборочного соединения требуемого уровня качества // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. №5. С. 60-64.

17. Осипов Д.С., Михайловский И.А., Гун И.Г. Методика квалимет-рической оценки и анализа производственных процессов // Век качества. 2011. №3. С. 36-38.

статьи в других изданиях:

18. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. Рациональные кинематические режимы процесса обкатки роликами сферической поверхности шарового пальца // Обработка сплошных и слоистых материалов: Меж-вуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 1999. С. 95-99.

19. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. и др. Применение планетарной обкатки при чистовой обработке сферической поверхности шаровых пальцев // Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Вып. 5. Красноярск, 1999. С. 331-332.

20. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. и др. Упрочнение неполных сферических поверхностей планетарной обкаткой телами качения // Актуальные проблемы материаловедения: Материалы IV междунар. науч.-техн. конф. Новокузнецк: СибГИУ, 1999. С. 155-156.

21. ГунИ.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. и др. Шероховатость поверхности при планетарном обкатывании сферы цилиндрическими роликами // Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий: Материалы междунар. науч.-техн. конф. Волгоград, 1999. С. 198-199.

22. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. Разработка технологий производства деталей подвески автомобилей с использованием процессов ОМД // Металлофизика и деформирование перспективных материалов: Труды 1-й междунар. науч.-техн. конф. Самара, 1999. С. 32-34.

23. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. Изготовление пальцев шаровых шарниров с использованием комбинированной обработки // Прогрессивные технологии в машиностроении: Материалы 15-й междунар. науч.-техн. конф. Одесса, 2000. С. 67-68.

24. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. Модель процесса смятия микронеровностей при поверхностном пластическом деформировании // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Сб. науч. тр. Магнитогорск, 2000. С. 216-220.

25. Михайловский И.А., Гун И.Г. Совершенствование кинематики чистовой обкатки неполных сферических поверхностей шаровых пальцев // Теория и практика производства проката: Сб. науч. тр. Липецк, 2001. С. 213221.

26. Гун И.Г., Белов В.К., Михайловский И.А. и др. Исследование и совершенствование технологии обработки поверхностей неполных сферических головок шаровых пальцев // Метизное производство в XXI веке: Меж-вуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2001. С. 148-163.

27. Белов В.К., Гун И.Г., Михайловский И.А. и др. Исследование влияния факторов технологического процесса планетарной обкатки на микротопографию неполных сферических поверхностей головок шаровых пальцев // Метизное производство в XXI веке: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2001. С. 164-173.

28. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О .С. Новый способ обработки неполных сферических поверхностей обкатыванием // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Материалы 2-й Всероссийской науч.-техн. конф. Череповец: ЧГУ, 2001. С. 21-23.

29. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. Разработка и совершенствование технологических процессов штамповки корпусов шаровых шарниров автомобилей // Наука и производство: Сб. докл. 60-й науч.-техн. конф. МГТУ-ММК. Магнитогорск: МГТУ, 2001. С. 124-126.

30. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. Математическое моделирование процесса смятия микронеровности при планетарной обкатке головок шаровых пальцев // Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах. "ИНФОТЕХ- 2001": Материалы междунар. науч.-техн. конф. Череповец: ЧГУ, 2002. С. 87-89.

31. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. Новая технология и оборудование для планетарной обкатки шаровых пальцев автомобилей // Труды IV конгресса прокатчиков в двух томах. Том II. М., 2002. С. 164-165.

32. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Определение эксплуатационного ресурса шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей // Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий: Сб. науч. докл. IV междунар. конф. М: МГИУ, 2003. С. 50-53.

33. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Использование метода самооценки для реализации принципа TQM «Постоянное совершенствование деятельности организации» // Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий: Сб. науч. докл. IV междунар. конф. М: МГИУ, 2003. С. 328-331.

34. Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Анализ факторов производства, влияющих на эксплуатационный ресурс шаровых шарниров // Совершенствование технологий производства и конструкций автомобильных компонентов: Сб. науч. тр. М.: ИД «ААИ-ПРЕСС», 2003. С. 38-44.

35. Гун И.Г., Михайловский И.А. Анализ и совершенствование процесса планетарной обкатки головок шаровых пальцев // Совершенствование технологий производства и конструкций автомобильных компонентов: Сб. науч. тр. М.: ИД «ААИ-ПРЕСС», 2003. С. 119-123.

36. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Проведение испытаний шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей с целью определения эксплуатационного ресурса // Прогрессивные технологии в транспортных системах: Сб. докл. 6-й Всеросс. науч.-техн. конф. Оренбург: ОГУ, 2003. С. 75-78.

37. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Модель Европейской и Российской премий в области качества и влияние самооценки предприятия по ее критериям на совершенствование деятельности // Сб. докл. 62 науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 11-14.

38. Михайловский И.А., Лапчинский B.B. Разработка испытательного оборудования для моделирования эксплуатационных воздействий на шаровые шарниры легковых автомобилей // Сб. докл. 62 науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 23-26.

39. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Самооценка предприятия как метод постоянного совершенствования деятельности // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства. Сб. науч. тр. IV междунар. научн.-техн. конф. Череповец: ЧГТУ, 2003. С. 17-22.

40. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Разработка установки для испытания шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2003. №3. С. 62-65

41. Михайловский И.А., Долженков A.C., Гун И.Г. Разработка нормативно-технической документации и технологии подготовки горячекатаного проката под высадку заготовок шаровых пальцев для автомобилей иностранного производства // Молодежь. Наука. Будущее. Вып. 2. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 26-29.

42. Михайловский И.А., Козлова Л.В., Гун И.Г. Определение ресурса шаровых шарниров в лабораторных условиях // Молодежь. Наука. Будущее. Вып. 2. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 49-52.

43. Михайловский И.А., Осипов Д.С., Сальников В.В. Определение требований и разработка математической модели и методики оценки результативности СМК предприятия // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2004. №4. С. 29-38.

44. Михайловский И.А., Гун И.Г., Лапчинский В.В. Методика проведения и обработка результатов объединенных испытаний верхних шаровых пальцев передней подвески автомобилей ВАЗ 2101-2107 // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2004. №4. С. 43-50.

45. Михайловский И.А., Долженков A.C. Анализ требований к маркам сталей для холодной высадки заготовок шаровых пальцев автомобилей иностранного производства // Материалы 63-й науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 38-41.

46. Осипов Д.С., Михайловский И.А., Куцепендик В.И. Перспективное планирование качества продукции // Материалы 63-й науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 41-47.

47. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Ресурсные испытания шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей // Материалы 63-й науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 51-55.

48. Гун И.Г., Михайловский И.А., Лапчинский В.В. Стендовые испытания верхних шаровых пальцев передней подвески автомобилей ВАЗ 21012107 // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 180-184.

49. Михайловский И.А., Осипов Д.С., Долженков A.C. Квалиметриче-ская оценка результативности сквозных технологий производства шаровых

пальцев для шарниров зарубежных автомобилей // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 194-202.

50. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. и др. Комплексная оценка результативности сквозных технологий производства с использованием логики антонимов на примере шаровых пальцев // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2005. № 1. С. 67-71.

51. Гун И.Г., Михайловский И.А., Долженков A.C. Применение детектора дефектов при оценке качества штампованных стержневых металлоизделий // Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов: Труды междунар. науч.-техн. конф. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2005. С. 240-243.

52. Михайловский И.А., Артюхин В.И. Освоение производства и испытания шаровых пальцев передней подвески легковых автомобилей из стали 41X1 // Материалы 65-й науч.-техн. конф. МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, 2007. С. 46-49.

53. Михайловский И.А., Калмыков Ю.В. Математическое моделирование процесса формирования сборочного соединения шарового шарнира передней подвески легкового автомобиля запрессовкой // Современные проблемы методологии и инновационной деятельности: Материалы Всеросс. науч.-практич. конф. ученых, аспирантов, специалистов и студентов. Новокузнецк: филиал ГУ КузТУ в г. Новокузнецке, 2010. Т. 1. С. 154-159.

54. Калмыков Ю.В., Михайловский И.А. Параметры оптимизации процесса изготовления шаровых шарниров методом запрессовки // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Материалы 68-й межрегиональн. науч.-техн. конф.: Сб. докл. Т. 1. Магнитогорск: МГТУ, 2010. С. 76-80.

55. Михайловский И.А. Разработка математической модели процесса сборки шарового шарнира автомобиля запрессовкой // Труды VIII конгресса прокатчиков в двух томах. Том I. Магнитогорск, 2010. С. 419-424.

56. Гун И.Г., Михайловский И.А. Управление качеством изделий на основе регламентации комплекса требований к процессам их производства // Управление большими системами. Материалы VIII Всероссийской школы-конференции молодых ученых. Магнитогорск: МГТУ, 2011. С. 18-21.

патенты РФ и свидетельства на полезные модели:

57. Гун И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. Способ обработки неполной сферической головки шарового пальца поверхностным деформированием: Патент РФ №2162785,- Бюл. №4. 10.02.2001.

58. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. Головка для чистовой обработки неполных сферических поверхностей: Свидетельство на полезную модель №18248. - Бюл. №16. 10.06.2001.

59. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. и др. Способ обработки неполной сферической головки шарового пальца: Патент РФ

№2188115. - Бюл. №24. 27.08.2002.

60. Гун И.Г., Михайловский И.А., Железков О.С. и др. Способ обработки неполной сферической поверхности головки шарового пальца: Патент РФ №2201325. - Бюл. №9. 27.03.2003.

61. Михайловский И.А., Гун И.Г., Ясаков Ю.М. и др. Стенд для испытаний шаровых шарниров: Патент РФ №2263889. - БИ и ПМ. №31. 10.11.2005.

62. Артюхин В.И., Гун И.Г., Михайловский И.А. и др. Сортовой прокат для производства шаровых пальцев: Патент РФ №2368672. - БИ и ПМ. №27. 27.09.2009.

Подписано в печать 16.06.2011. Формат 60x84 1/16.

Плоская печать. Усл.печ.л. 2,0. Тираж 100 экз.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

Бумага тип.№ 1. Заказ 481.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ШАРОВЫХ ШАРНИРОВ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ. ОСОБЕННОСТИ И ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Стандарты в области управления качеством при производстве автокомпонентов.

1.2. Современные тенденции развития менеджмента качества.

1.3. Функции шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей.

1.4. Показатели качества шаровых шарниров.

1.4.1. Эксплуатационная технологичность.

1.4.2. Безопасность.

1.4.3. Эксплуатационная функциональность.

1.5. Технологические процессы обработки металлов давлением, формирующие основные показатели качества шаровых шарниров.

1.5.1. Планетарная обкатка.

1.5.2. Формирование сборочного соединения шарнира закаткой.

1.5.3. Запрессовка шаровых шарниров.

1.6. Требования современных потребителей металлических автомобильных компонентов к их исходным материалам.

1.7. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ И ПОВЫШЕНИЯ

РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ШАРОВЫХ ШАРНИРОВ.

2.1. Методика квалиметрической оценки результативости технологических процессов производства шаровых шарниров.

2.2. Номенклатура показателей качества шаровых шарниров и свойств технологических процессов их производства.

2.3. Экспериментальное определение взаимосвязи между показателями качества шаровых шарниров «циклическая долговечность» и «гарантийный срок эксплуатации».

2.3.1. Методика проведения комплексных испытаний шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей.

2.3.2. Методика проведения дорожных испытаний шаровых шарниров.

2.3.3. Методика проведения ускоренных стендовых испытаний шаровых шарниров.

2.3.4. Разработка установки для испытаний шаровых шарниров легковых автомобилей на циклическую долговечность.

2.3.5. Методика аттестации испытательного оборудования для определения циклической долговечности шаровых шарниров.

2.3.6. Проведение комплексных испытаний шаровых шарниров.

2.3.7. Обобщенный анализ результатов стендовых и дорожных испытаний.

2.4. Регламентация комплекса показателей качества шаровых шарниров для оценки результативности технологических процессов их производства.

2.5. Определение весомостей показателей оценки результативности технологических процессов.

2.6. Нахождение базовых значений единичных показателей оценки результативности технологических процессов производства шаровых шарниров.

2.7. Расчет результативности базовых технологических процессов.

2.8. Определение путей повышения результативности процессов.

2.9. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАНЕТАРНОЙ

ОБКАТКИ ГОЛОВОК ШАРОВЫХ ПАЛЬЦЕВ.

3.1. Проблемы обработки неполных сферических головок шаровых пальцев.

3.1.1. Причины различия параметров шероховатости на участках поверхности головок.

3.1.2. Экспериментальные исследования исходной поверхности головок перед обкаткой.

3.1.3. Анализ кинематики планетарной обкатки.

3.2. Разработка способа планетарной обкатки головки шарового пальца с дополнительным поворотом изделия.

3.2.1. Кинематика процесса планетарно-поворотной обкатки.

3.2.2. Анализ равномерности обработки поверхности головки шарового пальца при планетарно-поворотной обкатке.

3.3. Моделирование процесса смятия микронеровностей при обкатке.

3.4. Экспериментальное исследование процесса формирования микрорельефа поверхности головки шарового пальца при планетарной обкатке.

3.5. Повышение стабильности процессов чистовой обработки головок шаровых пальцев.

3.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ФОРМИРОВАНИЯ СБОРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ШАРНИРОВ ЗАПРЕССОВКОЙ.

4.1. Создание технологии запрессовки для производства шаровых шарниров переднеприводных автомобилей.

4.2. Исследование процесса формирования запрессовкой сборочного соединения шарниров полноприводных легковых автомобилей.

4.2.1. Технологические проблемы при реализации процесса запрессовки.

4.2.2. Алгоритм моделирования процесса формирования сборочного соединения.

4.2.3. Математическое моделирование процесса запрессовки корпуса шарового шарнира.

4.2.4. Аналитические исследования процесса выдавливания шарового пальца из корпуса шарнира.

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.

4.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ

ДОКУМЕНТАЦИИ НА ГОРЯЧЕКАТАНЫЙ ПРОКАТ ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ШАРОВЫХ ПАЛЬЦЕВ НА ОСНОВЕ ТРЕБОВАНИЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

5.1. Среднеуглеродистые хромсодержащие стали, применяемые в мировом автомобилестроении при производстве шаровых пальцев.

5.2. Основные легирующие элементы, входящие в состав сталей для производства шаровых пальцев.

5.3. Анализ требований зарубежных потребителей к прокату из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей.

5.4. Создание методики проведения гармонизации требований российских и зарубежных стандартов к свойствам проката из среднеуглеродистых хромсодержащих сталей.

5.5. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 40Х Селект.

5.6. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 41X1.

5.6.1. Определение требований к химическому составу и свойствам проката стали 41X1.

5.6.2. Формирование требований к прокату при подготовке процесса его производства и переработки.

5.6.3. Результаты испытаний шаровых пальцев, изготовленных из проката стали марки 41X1.

5.7. Разработка нормативно-технической документации на горячекатаный прокат стали 42Х1М.

5.8. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Реализация мероприятий по совершенствованию процесса чистовой обработки головок шаровых пальцев обкаткой.

6.2. Промышленная реализация технологий формирования сборочного соединения шаровых шарниров запрессовкой.

6.3. Внедрение испытательного оборудования и методики оценки состояния шаровых шарниров передней подвески.

6.4. Промышленное использование проката из сталей марок 40Х Селект, 42Х1М, 41X1 при производстве шаровых пальцев.

6.5. Повышение результативности технологических процессов производства шаровых шарниров.

6.6. Выводы по главе.

С момента вступления в силу 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 Ср не менее величины, заданной потребителем, а также установление целей по качеству в ррт (англ.: parts per million — количество несоответствующих изделий на миллион произведенных).

Проблема отсутствия для целого ряда изделий металлоизделий методик оценки технологических процессов их производства с точки зрения требований стандарта ИСО/ТУ 16949, предъявляемых к автокомпонентам, может негативно сказаться на конкурентоспособности металлургических и металлоперерабатывающих предприятий. Особенно актуальной данная проблема становится в настоящее время, когда на территории России расширяется присутствие иностранных автомобилестроительных компаний.

За менее чем десять лет, прошедших с момента открытия в г. Всево-ложске (Ленинградская обл.) первого в России завода по производству автомобилей иностранных марок, в стране появилось около 15 подобных предприятий. Требования к локализации производства автокомпонентов на территории Российской Федерации ярко высвечивают потребность в освоении выпуска и переработки их исходных материалов, отвечающих требованиям зарубежных стандартов и иностранных автопроизводителей. Среди данных материалов, потребность в освоении в условиях отечественных предприятий велика, среднеуглеродистые хромсодержащие стали, используемые при производстве наиболее ответственных компонентов шаровых шарниров передней подвески и рулевого управления автомобилей — шаровых пальцев. Без освоения производства данных сталей на базе действующих в России нормативно-технических документов, при этом отвечающих требованиям иностранных заказчиков, говорить о локализации в стране производства шаровых шарниров и их компонентов, а также о выходе отечественных предприятий-изготовителей данных изделий на.внешние рынки сбыта затруднительно

Шаровые шарниры передней подвески являются одними из наиболее ответственных узлов автомобиля, качество которых практически полностью определяется уровнем металлоперерабатывающих процессов. Большинство показателей качества данных изделий определяется 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 их 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, позволяющая регламентировать параметры 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 повысить результативность процессов их производства.

Таким образом, создание методологии определения и повышения.ре-зультативности производства шаровых шарниров на основе регламентации комплекса требований к качеству материалов и изделий является актуальной научно-технической проблемой.

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:

1. Выбор показателей качества шаровых шарниров для оценки результативности технологических процессов их производства.

2. Разработка модели определения результативности технологических процессов производства шаровых шарниров.

3. Исследование и совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением для повышения результативности производства шаровых шарниров.

4. Гармонизация требований нормативно-технической документации на исходные материалы для производства комплектующих изделий шаровых шарниров с требованиями зарубежных стандартов.

5. Разработка и внедрение технических и технологических решений для повышения качества шаровых шарниров и результативности процессов их производства.

1. Управление качеством шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей. Особенности и проблемы