автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение собираемости узлов запирания стрелкового оружия

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОБИРАЕМОСТИ УЗЛОВ ЗАПИРАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 ОД

1 Ш 1333

На правах рукописи

ТЕРЕХИН Сергей 11иколаевич

Тула 1998

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Тульского государственного университета

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор A.C. Ямников

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент А.Ю. Илюхин

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор В.Л. Баранов, кандидат технических наук С.Г. Гамов

Ведущее предприятие - Государственное унитарное предприятие «Конструкторское бюро приборостроения» филиал центральное конструкторское исследовательское бюро спортивно-охотничьего оружия.

Защита состоится декабря 1В98 г. в часов в 9 учебном корпусе, ауд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01. Тульского государственного университета (300600 г.Тула, пр. Ленина, 92)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Тульского . государственного университета. Автореферат разослан

ноября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук

Е. И. Федин

'з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ацтуальцорть темы. В настоящее время,. в условиях рыночных отношений предприятия вынуждены особое внимание уделять вопросу ценообразования с целью обеспечения конкурентоспособности изделий.

Однако образцы изделий высококлассного спортивно-охотничьего оружия, рассматриваемые в диссертации, всегда изготавливались Малой серией и отличались дороговизной, причем высокая. себестоимость складывалась на нескольких этапах:

- большие затраты при проектировании образцов;

. - большие затраты на этапе механической обработки из-за большого числа ручных доработок, являющихся следствием низкой технологической проработки и недостаточной подготовки производства из-за Малого объема выпуска;

- большие затраты на сборочных операциях из-за большого числа ручных пригоночных работ. •

Для-повышения конкурентоспособности такого оружия необходимо при . обеспечении высокого качества изделий существенно снизить его себестоимость. Это возм9>кно сделать за счет снижения затрат на производство ужо разработанных и пользующихся повышенным спросом, но недоступных из-за дороговизны широкому кругу потребителей, изделий.

В связи со сказанным возникает необходимость провести конструкторско-технологическую отработку изделий с целью разработки технологической документации и подготовки производства для налаживания, серийного выпуска изделий в условиях. ■ существующего производства без существенных . капитальных вложений. При этом выполнить все работы необходимо в кратчайшие сроки, для чего необходимо повысить, эффективность инженерного труда. В настоящее время на детальную проработку оного изделия затрачивается более 50 человеке - месяцев инженерного труда, что занимает около попугода напряженной работы технологического отдела среднего предприятия, что является достаточно большим сроком, так как нишу рынка могут занять изделия других заводов и стран производителей.

Таким образом встает вопрос о разработке методов, способов й приемов для быстрой и Эффективной конструкторскО-технологической отработки изделий. Для чего необходимо разработать САПР, позволяющие выбрать оптимальный вариант конструкции и способа производства изделий, для достижения конкурентоспособности в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. ...

Прй. проектировании машин стремятся максимально использовать принцип взаимозаменяемости. Однако при произве детве оружия для

достижения заданной точности выходных параметров приходится отступать от принципов взаимозаменяемости по экономическим соображениям и использовать методы компенсации.

Сборка стрелкового оружия имеет ряд характерных особеностей. Они обусловлены наличием в узлах и механизмах деталей имеющих несколько функциональных назначений, что приводит к образованию функционально-связанных размерных Цепей с высокой точностью размеров.

Разработка 'математических моделей дпй производства расчетов функционально-связанных размерных цепей с высокой точностью размеров позволяют снизить затраты на проектирование, изготовление и эксплуатацию разрабатываемых изделий, повысить производительность труда конструкторов и технологов.

При совершенствовании технологии изготовления сложных изделий, прежде всего целесообразно оптимизировать сборочный процесс. Для этого необходимо определить пространственную взаимосвязь элементов изделия, которая зависит не только от конструкции изделия и точности механической обработки отдельных деталей, но и от последовательности сборки и точности сборочных устройств.. Оптимизация сборочных процессов возможна только в том случае, когда процессы сборки (применяемые методы и способы сборки) формализованы и получено их математическое описание.

По способу обеспечения заданных величин замыкающего звена различают следующие типы сборки: с.борка с полной и неполной взаимозаменяемостью, сборка . с предварительной отбраковкой комплектующих, с групповой взаимозаменяемостью, сборка по действительным размерам и т.д. Для каждого из типов сборки разрабатываются свои математические модели, которые сводятся к расчету допусков на звенья составляющие размерную цепь (РЦ). Они должны обеспечить требуемую точность замыкающего звена, определяемую из условия функционирования изделия, тем самым обеспечивая его годность.

Эти методы достаточно полно разработаны для линейных, независимых РЦ с постоянными передаточными отношениями, которым соответствует базирование по 6 строго' определенным точкам, а в расчете рассматривают контакт в одной точке.. Однако из-за погрешностей формы и положения возможно смещение контакта с теоретического на одно-два непредусмотренных положений. Кроме того встречаются соединения, обладающие избыточностью базирования, в которых не соблюдается правило шести базовых точек хотя реально при закреплении их 6, но их положение зависит от размеров сопрягаемых поверхностей. Наличие избыточности приводит также к появлению переменных передаточных отношений. В этом .случае широко известные методы решения РЦ не дают требуемой точности.

б

Решзние таких РЦ возможно с использованием метода статистического моделирования. Кроме того использование данного метода позволяет учесть технологические воздействия других точек контакта, не участвующих в рассматриваемой размерной цепи, но оказывающих влияние на значение передаточного отношения звеньев линейной размерной цепи.

и ель работь! снижение трудоемкости сборни узлов запирания стрелкоиого оружия при гарантированной обеспечении заданного конструктором качества сопряжения деталей в узла и разработка рекомендаций и технологических приемов для повышения точности сборки узлов запирания стрелкового нч основе использования геометрических моделей изделия. •

Для достижения этой цели в работе рассматривались следующие задачи.

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

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

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

1) результаты анализа собираемости узла 'запирания карабина МЦ-125;

2) меюдолотческий подход к прогнозированию выходных характеристик узла запирания оружия на основе геометрического меделирезания параметров сопрягаемых деталей;

3) предложения об изменении конструкции; размеров- и. допусков собираемых деталей;

4) предложения по обоснованному повышению точности механической обработки собираемых д«з галей, в том' числе ло использованию настроечного калибра для обработки пазл боевых угюроз под-углом 45°;

5) предноженйе обрабатывать в начала и конце партии «доталь-свидэтвль», для контроля параметров паза;

. 6) предложения по разработка средств нёрязрушающего контроля на основе использования комплексных и специальных калибрса.

Научная новизна 'заключается: в теоретической разработке нового метода, основанного на машинно-графическом моделировании, определения натягов и зазоров в соединениях узлов запирания стрелкового оружия, в том числе с неопределенным базированием, позволяющего обоснованно назначать допуски на механическую обработку и припуски под пригонку на основе моделирования взаимодействия деталей в процессе сборки и в обосновании технологических и метрологических приемов для улучшения качества сборки.

Практическая значимость работы:

- в назначении обоснованных размеров и допусков деталей узлов запирания для обеспечения собираемости с минимальными доработками;

- в разработке метода определения натягов и зазоров в соединениях узлов.запирания стрелкового оружия, позволяющего обоснованно назначать допуски на механическую обработку и припуски под пригонку на основе моделирования взаимодзйстьия деталей в процессе сборки;

- в разработке комплекса технологических и метрологических мероприятий направленных на минимизацию пригоночных работ.

Г Л ст о д ы и с с л с д о а з н я л. Работа представляет собой комплекс теоретических исспздссаний и моделирования на ЭВМ. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории базирования, теории размерных цепей, статистического моделирования и статистической обработки данных и подтверждены экспериментами.

Практическая р.?ппизг,ц=<г;. Результаты работы I1 ш«де методики г.ропкшроражш результатов сборочного процесса, алгоритмов и пзхзтг. прикладных программ предложены к внедрению о ГУП КБП фг.пкзл ЦКИБСОО

Аиро^г.ц'.'р, район.!. ОсногНые, положения и ■ результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ТулГУ 1990, 1997 и 1098гг.

Публикации По результатам проведенных исследований опубликовано 4 работы.

Структура и-рбьем р:'бпт! <, Диссертация состоит из введения, четырем («аз, общих нпьодов списка литературы и приложений Работа изложена на

страниц«: машинописною текст, иллюстрированною рисунками, содц-.:..нг /£~шб1мц и список лшературы из 72 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы Гю проведению исследований в области совершенствования способов конструкторско-технологической отработки изделий с целью сокращения времени внедрения в производство, снижению трудоемкости производства и повышению конкурентоспособности.

В первой главе рассмотрены устройство и принцип работы карабина МЦ-125 рис.1, рассмотрены особенности конструкции узлов запирания спортивно-охотничьего оружия (рис 2). Отмечено, что входящие а узел запирания детали,, несмотря на различное конструктивное исполнение изделий, имеют однообразные функции. Ствол поэ.2 при сборке с коробкой поз.1 базируется по цилиндрическим поверхностям .- и обеспечивает жесткость соединения. Фиксация его в осевом направлении происходит упором в торец с определенным усилием затяжки по резьбе. Затвор, выполненный как сборочное соединение непосредственно затвора лоз.4 и затворной рамы поэ.5, имеет одну или две пары боевых упороэ. Базируясь в коробка по их торцовым поверхностям и патрону поз.З, он поглощает основную часть знэргии выстрела.'

Рис.1. Схема угла запирания и ударно-спускового механизма карабина МЦ-125

1 -беек, 2 - гатеор) 3 - затворная рама, 4 - сурок. 5 - боеэзя пружина, 6 - разобщитель, 7 - ЕТСЕрзтнзя пружина, 8 - скоба удЕрно-спусковоСо Механизма, 9 - спусковой крючок, 10 -предохранитель, 11 - перехвать'.ЕЗтель, 12-мэгззин, 13-шток

Опрёдапены задачи решаемы» при сборке и рассмотрены методы 'компенсации погрешностей раэмероз и формы деталей узлов запирания стрелкового оружия,- При этом отмечэно, что в узлах и механизмах стрелкового оружия имезтся функциональная связь деталей сбс очных соединений.. Приводящая к возникновению многозвенных связанных размерных цепей с

высокой точностью замыкающих звеньев. Это так же приводит к невозможности широкого применения методов неполной и групповой взаимозаменяемости. Применение метода регулировки, как метода компенсации погрешностей, размеров, возможно лишь в отдельных соединениях. Применение неподвижных и регулируемых компенсаторов позволяет получить заданную точность замыкающего звена, однако введение компенсаторов снижает жесткость конструкций, что для тяжелонагруженных узлов стрелкового оружия неприемлемо. Очевидно, что для компенсации погрешностей формы и точности, обусловленных контактными процессами, компенсаторы имеют сложное конструктивное исполнение, это обстоятельств^ так же ограничивает применение метода регулировки для достижения. заданных выходных параметров узлов запирания стрелкового оружия. Наиболее приемлемым для достижения необходимого качества сборки И распространенным в этой отрасли производства является метод пригонки.

Рассмотрены способы сборки узлов запирания, контактные процессы происходящие в процессе ррботы и их влияние на точность узлов запирания. При этом была рассмотрена размерная цепь для .определения допуска замыкающего звена. При проведении размерного анализа была учтена величина контактной деформации С1 рис.2г возникающей на стыке ствол-коробка. Численчое значение которой определялось по формуле:

с, = н„

Ami - a-HBcl • Bc!

I/ Vcl

•Ктс|-(1в1 (1)

где H^i - максимальная высота микронеровностей стыка, А«, • контурная площадь стыка,

Nci - равномерно распределенная нормальная нагрузка, определяемая исходя из осевого усилия, развиваемого в "резьбе при затяжке,

а - коэффициент, учитывающий упругую осадку выступов, (0,8<as1),

НВС, - твердость материала,

Vc1;Bcl - коэффициенты опорной кривой поверхности,

Kici - коэффициент, учитывающий, сближение при скольжении,

ц10, - коэффициент, учитывающий макроотклонения формы стыка.

При этом было показаhq, что ТА, и TCi определены аналитически и составляют ТС1=0,01б мм, ТА*=0,082мм, 9 по техническим условиям на сборку Т8=0,1, тр румма допусков звеньев ТГ, + TEi + ТБ( +TBt = 0,0002 мм, что экономически приемлемыми способами обработки достигнуть невозможно. Единственным способом достижения заданной величины зеркального , зазора е в действующем производстве является пригонка. Деталью-компенсатором служит затвор.

Анализ состояния вопросу позволил сделать следующие выводы:

1. Узлы запирания с точки зрения сборки не технологичны. Кроме того, невозможно достаточна точно представить размеры ззвньев размерной цепи для расчета собираемости изделия из-за пластической деформации отдельных элементов и стыков. Тем более невозможно определить размеры звеньев цепи после сдаточных испытаний, так как определенный отпечаток на изменения размеров звеньев цепи при испытаниях накладывают самые разнообразные факторы. Поэтому специфичность конструкции и особенности работы узлов запирания стрелкового оружия требует более глубокого изучения.

2. Для обоснованного назначения выходных характеристик сборочных соединений необходимо учитывать геометрические характеристики и физико-механическое состояние поверхностного слоя контактирующих 'деталей, а также рассмотреть реальное состояние контактирующих поверхностей, которое позволяет сделать их количественную оценку и получить возможность точного прогнозирования результатов сборки.

3. Можно моделировать процесс изменения величины замыкающего звена, в зависимости от исходного состояния контактирующих поверхностей сопрягаемых дотаяей, а течение всего периода работы соединения. Полученные данные позволяют провести обоснованное назначение норм точности и характеристик состояния поверхностного слоя сопрягаемых деталей, а также определить технологические способы обеспечения этих норм. На основании всего этого появляется возможность провести математическое

моделирование с целью обеспечения управления сборочным процессом.

На основании этих выводов были сформулированы задачи работы:

- провести размерный анализ основных размерных цепей узла запирания карабина МЦ-125, о целью выявления возможности обеспечения собираемости,- разработать метод оценки собираемости узла'запирания изделий .типа

МЦ-125 и метод оценки параметров выходного звана, то есть возможность обеспечения запирания, ,

- разработать технологические предложения и приемы для обеспечения качества изделий Лри одновременном сокращении трудоемкости сборочных работ.

Во второй главе построены схемы для проведения размерного анализа собираемости (пример схемы рис.'З) и обеспечения нормального запирания рис.4.

Произведен расчет размерных цепей методом максимума -минимума, и анализ собираемости узла • запирания карабина МЦ-125. В результате проведенного размерного анализа узла запирания карабина были сделаны следующие выводы:

1. Необходима доработка конструкторской документации с целью корректировки несоответствующих выполнению технических и эксплуатационных характеристик изделия размеров звеньев размерных цепей, выявленных в результате анализа расчета, длй обеспечения собираемости и нормального функционирования изделия.

2. Целесообразно при проведении корректировки размеров звеньев размерной цепи, применять корректировку к размерам тех звеньев, которые оказывают максимапьное влияние на величину размера замыкающего звена и имеют возможность доработки без разработки специальных технологических мероприятий.

3. Следует учитывать влияние корректируемых размеров составляющих звеньев размерной цепи на размеры замыкающих звеньев параллельно-связанных размерных цепей.

4. Для назначения оптимальных размеров и допусков составляющих звеньев размерных цепей целесообразно при проведении анализа применение ЭВМ, с целью проведения математического моделирования выходных параметров издепия при использовании параметрической модели изделия.

Третья посвящена особенностям моделирования собираемости и выходных характеристик изделий, были выделены и описаны этапы моделиррванря. ' ' „

При использовании методов моделирования требуется оперировать действительными значениями параметров. Однако, в прццассе проектирования изделия конструктор не обладает такой информацией и по этрй причине становится проблематичным использование построенной математической модели издели^. Однако, при изготовлении изделия, параметры поверхностей той или иной детали будут иметь законы распределения в зависимости от последней операции механической обработки. В противном случае разработчик сам может определить закон распределения, тем самым принуждая технолога учитывать особенности проектируемого изделия при изготовлении.

В общем случае порядок моделирования будет следующим:

- моделирование исходных данных изделия;

- моделирование параметров технологического процессу;

- моделирование выходных характеристик сборочной операции

При моделировании исходных данных важным моментом является требование - получить. исходные данные, подчиняющиеся определенным законам. Выбор ко.нкрегной функции плотности зависит от типа генерируемого параметра и способа получения поверхности, описываемой данным параметром. '

Функции плотности р высокой степенью точности описывают полигон распределения параметра однако не позволяют получить конкретные значения параметра. По этой причина моделирование исходных данных, на начальном этапе, можно'условно разделить на Два ч§оти:

1. Генерация полигона распредзления параметра и получение его в виде гистограммы.

2. Генерирование, числовых значений потенератору случайных чисел в границах интервалов, где границы интервалов определяются по различным зависимостям:

АГЧА,,+А4-о-1> _ ...

-м = иг 1 '

Ад = (А,.»,~А„ш,)/ы'

где: правая граница ¡-го размерного интервала; д ™ г левая граница 1-го размерного интервала; N - количество групп.

Полученные таким чбразом данные, создают первоначальный набор значений, параметра. Для оценки соответствия полученных значений закону распределения требуется выполнить корреляционный анализ. Необходимость такого анализа объясняется тем, что на всех этапах моделирования происходит преобразование значений и как следствие получается расхождение между действительными значениями и теоретически точными. Для приближения порядка расположения значений параметра к случайной последовательности необходимо его преобразование, что осуществляется процессом случайной перестановки значений. Полученная таким образом совокупность значений в дальнейшем может, использоваться при проведении моделирования.

Были выделены лимитирующие сечения - сечения оказывающие максимальное влияние на собираемость - изделия рис.5, и даны параметры их характеризующие, которые являются исходными данными для построения математической и геометрической моделей лимитирующих сечений. Отмечено, что каждое из сечений представляет собой набор дискретных элементов: отрезков прямых и дуг окружностей.

-I -I

Л 17 '

А-А

при закрытой канале с-вола

Рис.5 Лимитирующие сечения.

Рассмотрено пересечение двух- профилей з точках Е и Р (рис.6). Показано, что в- соединении есть натяги ¡, однако эти натяги могут носить односторонний характер, если в соединении предусмотрено замыкание и по другой стороне (или поверхности), по которой может быть зазср Б, который необходимо при анализе входимости (собираемости) устранить.*

Рис.7 Схемы пересечений д/.скрогных о'лоадснтса соч^иий: а) отрезкоь даух прямых; б) отрезка прямой и дуги окружности, в) дуг даух окружностей.

Рассмотрена задача о проверке пересечения каждого дискретного элемента одного сечения с каждым элементом другого. Для чего необходимо решить задачи пересечения отрезков двух прямых рис.7а, отрезка прямой и дуги окружности рис.7б, дуг двух окружностей рис.7в.. Показано,Счто в первом случае пересечение имеет место если точка Е принадлежит отрезкам АВ и CD одновременно, во втором пересечение имеет место если точка Е принадлежит отрезку CD и, одновременно, угол точки Е в системе координат окружности принадлежит сектору ограниченному углами ¡p¿ и <рв. s третьем случае пересечение имеет место если точка Е принадлежит сектору ограниченному углами ч>а и (рз и сектору ограниченному углами <рс и сро одновременно.

Последовательно!» определение возможности пересечения каждого дискретного элемента'одного сечения с каждым элементом другого позволяет сделать ёьшод о собираемости изделия.

Приведены • результаты моделирования для трех случаеа: по номинальным значениям размеров, из условия расчета на максимум-минимум и для 20 реализаций размеров нормально распределенных а пределах допуска.

В результате моделирования узла запирания выявлено, что: ¡)при изютовлонии изделия по конструкторским размерам 25...30 % изделий из собираются пз-зл наличия нлтигоя по цилиндрическим и 5...10 % из-за наличия нптягоо по плоским поверхностям, поэтому цг;юсоо5?-чзио изменить некоторые рзгмгры;

2) изменение углов расположения пазов з народив и осевых еыступов затвора а пределах допуска приводит к несобяраомости 5...19 % изделий, а при уазличении или изменении угла в пргдепах 1-1,5 градусов собираамооть практически невозможна, что подмзргдоется данными полученными на сборке. Учитывая, что з действующем промзподстсе но предусмотрен контроль за данными параметрами, целесообразно предусмотреть разработку тохнологичэскях приемоз ососпочет«! пдзниы.*: рыходных парзнетров -и средств неразрушающе^о г.онтрслл;

3) изменение допусков на 25 ..30 % позсолит сократить ручные пригоночные работы в 3-5 раз, а ь некоторых случаях (до 40 %) возможно достижение основных (за исключат.;»* обоспо-ткил плтен контакта) выходных парамефов собираемого изделия без пригонки.

ЙЛШ££1315Й.£Л5в« приведена рзкомендации по измонения номинальных размеров и допусков некоторых размеров с целью обеспечения нормального функционирования и обеспечения собираемости изделия, рассмотрены технологические и мифологические -мероприятия напраг* ленные на

обеспечение усро$цй србдоаемости изделия без дополнительной доработку изделия. 0 частности предложено: . .

- попользовать при настройке долбления паза в коробке под углом 45° настроечный калибр и обрабатывать в начале и конце партии деталей деталь -свидетель, для возможности контроля точности обработки;

- использовать для контроля расположения пазов боваых упоров в коробка комплексный калибр;

- использовать калибр для контроля взаимного положения выступов коробки, по которым перемещается затворная рама;

- отказаться от выполнения перемычки в задней части коробки, для возможности обеспечения контроля механической обработки коробки, который при нынешней конструкции коробки не возможен;

- для обеспечения точности размеров затворной рамы применять шлифование заправленным кругом цилиндрической поверхности, при этом вывешивать раму затворную на оправке в центрах; использовать шлифование для обеспечения точности пазоз под направляющие;

- заменить набор точно изготовленных калибров-шашек" одним развинчивающимся калибром, позволяющим определить действительный р^глер гагора между торцом ствола и торцом затвора,

- применить в качестве технологическою компенсатора при обеспечении зазоров по боевым упорам и между торцом ствола и торцом затвора метод запрессовки ствола в коробку до упора по проходному калибру-шашке, вместо ввинчивания по резьбе (с обеспечение дополнительною нгиша) и последующей припиловкой боевых упоров и подрезкой торца ствола

Были сделаны выводы, что полученные результаты можно перенести на целый ряд изделий имеющих похожие узлы запирания МЦ -14, МЦ -112, МЦ -107, МЦ -126, М1 ¡-127 и прочего овгомашчаского оружия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Большинство соединений, используемых в узпах запирания стрелкового оружия, несут в сибо неопределенность базирования, которая приводит к тому, что точностные характеристики соединения не соответствуют требуемым и не позволяет производи|Ь сборки изданий бэз доработки, гак как конструктор не может определить однозначного положения Д'-чапой о соединениях

2. Использование (еомагричоских моделей соединений нозеоляат учесть вэаимодййптвяо параметров деталей между собой а кюмонг окончания сборки, с учетом возможной доработки. Наличие припусков дйат допопиитепьноэ компенсационное звено, посредсшом доработки которого досшгшмея ойкспмоиия требуемы* оыходных характеристик изделий

3. Поэтому предложены технологические приемы уменьшающие долю пригонбчных работ: применение укороченной размерной цепи при подрезке стволам обоснованная замена резьбового соединения ствола с коробкой на прессовое.

4. Использование при проектировании узла приемов моделирования геометрии изделия позволяет учитывать особенности взаимодействия деталей, тем самым определяя вид сборки. Соответственно, можно более точно определить значение выходной характеристики изделия, определить степень воздействия и характер тс дологических параметров управления, провести сравнительный анализ воз№'-*.ных реализаций технологических процессов сборки и обосновать наиболее оптимальный вариант;

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

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. А.Ю.Мигай, С.Н.Терехин Моделирование сборочного процесса а условиях мелкосерийного и серийного производства //Технология мех. обработки и сборки. Тула, ТГТУ, 1993. -С. 120-126

у2. А.Ю.Илюхин, А.И.Новиков, С.Н.Терехин Особенности расчета размерных цепей изделий с избыточными связями в соединениях.//Труды конгресса "Конструкторско-технологическая информатика" М.: 22-24 мая 1996г.-С.65-66

3. Н.Н.Шемарин, Н.А.Терехин, С.Н.Терехин Способы ликвидации ручных' пригоночных работ при сборке узлов запирания. //Известия ТулГУ, серия машиностроение, вып. 1. 1997. -С.14-17 '

4. С.Н.Терехин, Н.А.Терехин Характеристика и пути совершенствования существующих компенсационных способов достижения точности выходных характеристик.// Известия ТулГУ, серия машиностроение, вып. 3. 1998. -С.68-72

«

Подписав»• пенять У■ . Формат бумаг* 6СхЕ4 1/16. Бумага типографски Jft 1

Офсетная стать. Усл. печ. л. . Усл. кр.-отт. .Уч. изд. л.

Тираж ма. 3»к«1

Тульский государственный университет. 30060С, г. Тула, пр. Левина, 9Î. Редакцконио- издательский цевтр Тульского государственного университета. 300600, г. Тула, ул. Еоодшп, IS1

Л/л ^ ¿>4

г 'С,-*

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ТЕРЕХИН Сергей Николаевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОБИРАЕМОСТИ УЗЛОВ ЗАПИРАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор A.C. Ямников Научный консультант - кандидат технических наук, доцент А.Ю. Илюхин

У

s

у s

i,

Тула 1998

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................5

1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ ЗАПИРАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ..........................................................................13

1.1 Устройство принцип работы и сборка карабина МЦ-125.................13

1.2. Задачи, решаемые при осуществлении сборки.....................................24

1.3 Методы компенсации погрешностей размеров и формы деталей узлов

запирания стрелкового оружия............................................................28

1.4 Контактные процессы, происходящие при функционировании

стрелкового оружия...............................................................................30

1.5 Способы сборки узлов запирания............................................................35

1.6 Влияние контактных деформаций на точность узлов запирания.....40

1. 7 Выводы......................................................................................................44

1.8 Цель и задачи исследований.....................................................................45

2. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ СОБИРАЕМОСТИ УЗЛА ЗАПИРАНИЯ КАРАБИНА МЦ125.......................................................................................46

2.1 Размерный анализ собираемости рамы затворной и коробки...........46

2.2 Анализ полученных результатов расчета собираемости рамы

затворной и коробки..............................................................................51

2.3 Размерный анализ собираемости затвора и коробки..........................53

2.4 Анализ полученных результатов расчета зазоров между затворолг и

коробкой...................................................................................................60

2.5 Расчет собираемости ведущего выступа с копирным пазом рамы

затворной.................................................................................................63

2.6 Анализ полученных результатов расчета собираемости ведущего

выступа с копирным пазом рамы затворной.....................................68

2. 7 Расчет собираемости вкладыша с затвором и рамой затворной.....69

2.8 Анализ полученных результатов расчета собираемости вкладыша с

затвором и рамой затворной................................................................74

2.9 Расчет входимости зуба затвора в коробку.........................................75

2.10 Анализ полученных результатов расчета входимости зуба затвора в коробку.....................................................................................................78

2.11 Выводы по результатам размерного анализа собираемости узла запирания карабина МЦ-125.................................................................79

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛОВ ЗАПИРАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ...............................................81

3.1. Этапы моделирования выходных параметров сборных изделий с

избыточными связями в соединениях...................................................83

3.2 Построение математической модели собираемости узла запирания карабина МЦ-125....................................................................................87

3.2.1 Моделирование исходных данных изделия...............................91

3.2.2 Моделирование параметров технологического процесса сборочной операции.....................................................................95

3.2 Моделирование выходных характеристик сборочной операции......106

3.3 Выводы.....................................................................................................115

4. РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ, СДЕЛАННЫЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА И ГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СОБИРАЕМОСТИ УЗЛА ЗАПИРАНИЯ КАРАБИНА МЦ125...........................................................116

4.1 Рекомендации по изменению размеров для обеспечения собираемости

узла запирания карабина МЦ-125.......................................................116

4.1.1 Рекомендации по изменению размеров в паре рама затворная -коробка для обеспечения собираемости..................................116

4.1.2 Рекомендации по изменению размеров в паре затвор - коробка

для обеспечения собираемости.................................................119

4.1.3 Рекомендации по изменению размеров для обеспечения входимости зуба затвора в коробку..........................................122

4.1.4 Рекомендации по изменению размеров для обеспечения собираемости вкладыша с затвором и рамой затворной.......123

4.2 Технологические и метрологические мероприятия............................125

4.3 Выводы.....................................................................................................129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................131

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................134

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

Для запуска в производство изделий, необходимо провести техническую подготовку (переоснащение существующего производства), основной частью которой является технологическая подготовка производства. Технологическая подготовка производства включает в себя обеспечение технологичности конструкции

изделия и проектирование технологии их изготовления, при этом выполняется проектирование технологических процессов изготовления деталей и сборки узлов и изделия в целом.

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

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

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

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

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

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

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

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

Эти методы достаточно полно разработаны для линейных размерных цепей с постоянными передаточными отношениями. В имеющейся нормативной литературе размерные цепи решаются независимо друг от друга. При этом не учитывается, что в неко-

торых соединениях, в которых детали объединяются по 6 условным базовым точкам, расположение базовых точек неизвестно (неопределенность базирования) /58, 71/. Решение задач в условиях неопределенности базирования позволяет, не только рационально выбрать последовательность сборки и назначить точность изготовления сборочных устройств, но и обосновать требования к точности механической обработки деталей, поступающих на сборку.

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

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

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

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

Объектом исследования данной диссертационной работы являются узлы запирания стрелкового оружия.

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

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

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

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

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

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

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

Объектами исследования являются узлы запирания стрелкового оружия.

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

Для достижения этой цели в работе рассматривались следующие задачи.

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

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

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

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

Работа содержит четыре главы и приложения.

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

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

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

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

В четвертой главе даны рекомендации по изменению размеров деталей и рассмотрены технологические и метрологические мероприя�