автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение взаимозаменяемости узлов запирания охотничьих ружей

На правах рукописи БАБАНИН НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ УЗЛОВ ЗАПИРАНИЯ ОХОТНИЧЬИХ РУЖЕЙ

Специальность 05.02.08, - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2006

Работа выполнена на ОАО «Тульский оружейный завод» и кафедре «Техноло гия машиностроения» в Тульском государственном университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, Пушкин Николай Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Протасьев Виктор Борисович; кандидат технических наук, Гамов Станислав Георгиевич

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие

«Конструкторское бюро приборостроения» - филиал Центральное конструкторское бюро спортивно-охотничьего оружия

Защита состоится " ХЬ " декабря 2006 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, корпус 9 -101.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим отправлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан ноября 2006г.

О

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б.Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.'

Определяющими показателями качества собранного изделия являются стабильность и соответствие заданным нормам его выходных характеристик, достигнутое при минимальных производственных затратах. Эти же показатели в совокупности с рядом эксплуатационных характеристик в основном обуславливают конкурентоспособность изделия. Переход отечественной промышленности в рыночное хозяйство ставит на одно из первых мест задачу по обеспечению конкурентоспособности выпускаемых изделий, как на внутреннем, так и на внешнем рынке. Определяет конкурентоспособность изделия его высокое качество и высокие эксплуатационные характеристики, соответствующие запросам рынка. В настоящее время вопрос освоения международных рынков сбыта особенно остро стоит в производстве охотничьих ружей. Основным негативным фактором отечественного оружейного производства является наличие пригоночных операций, что снижает качество изделий и увеличивает трудоемкость их изготовления. Нестабильность выходных характеристик ружья является причиною поломок отдельных узлов изделия. Ремонт пришедших в негодность узлов требует выполнение пригоночных работ, которые должны выполняться рабочими высокой квалификации в условиях заводского производства. Это ухудшает эксплуатационные характеристики ружей и снижает их конкурентоспособность.

Исправить положение дел в отечественном оружейном производстве можно только при максимальном использовании при сборке изделий принципов взаимозаменяемости, уменьшении объема пригоночных работ.

Наиболее сложным и в тоже время наиболее ответственным узлом стрелкового оружия является узел запирания. От его надежного функционирования во многом зависит работоспособность всего изделия. Узел запирания является типовым узлом стрелкового оружия, в котором наиболее полно проявляется вся специфика данного класса изделий. Объектом исследований данной диссертационной работы выбраны узлы запирания стрелкового оружия. Задача повышения качества сборки узлов запирания, достижение их взаимозаменяемости является актуальной для отечественного оружейного производства.

Цель и задачи работы -

Целью настоящей диссертации является обеспечение качественных показателей узлов запирания стрелкового оружия с одновременным снижением трудоемкости сборки на основе устранения ручных пригоночных работ и более широкого использования принципов взаимозаменяемости.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

'Автор выражает благодарность к.т.н., доценту кафедры технологии машиностроения Мигаю А.Ю. за научные консультации при выполнении теоретических разделов работы

1. Провести размерно - технологического анализ узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М и выявить причины наличия ручных пригоночных работ.

2. Разработать математическую модель формирования погрешностей выходных параметров узла запирания.

3. Разработать методику размерной отработки узла запирания на взаимозаменяемость и нормальное функционирование.

4. Обосновать на базе научных исследований новые и усовершенствовать известные методы и приемы сборки изделий, разработать технические средства их обеспечения.

Методы исследования,

В работе использовались положения теории вероятностей и математической статистики, численные методы. Численное и графическое моделирование выполнялось с использованием современного программного обеспечения и вычислительной техники. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура.

Автор защищает:

1. Результаты размерно — технологического анализа узла запирания самозарядного ружья ТОЗ-87М, на основании которых разработаны передаточные функции, связывающие выходные параметры изделия с погрешностями его конструктивных элементов, являющиеся в свою очередь основой для построения математической модели;

2. Базовые модели отработки узлов и механизмов охотничьего оружия на взаимозаменяемость и нормальное функционирование;

3. Математическую модель формирования погрешностей выходных параметров узла запнрания ружья;

4. Методику определения величины зазора между сопрягаемыми поверхностями коробки и ствола (конструктивных элементов узла запирания), который обеспечивает возможность компенсации погрешности расположения склеиваемых деталей при обеспечении прочности соединения;

5. Результаты статистического исследования значений погрешностей расположения исполнительных поверхностей конструктивных элементов узла запнрания, возникающих в процессе сборки изделия;

6. Принцип построения технологического процесса сборки узла запирания (13 двух сборочных единиц. Прием соединения ствола с коробкой по клеевому слою с выверкой их взаимного расположения. Технологическую оснастку, реализующую разработанные процессы.

Научная новизна.

Установлена взаимосвязь между выходными параметрами узла запирания ружья и его конструктивными элементами, создана математическая модель формирования погрешностей выходных параметров узла запирания, позволяющая отрабатывать их на взаимозаменяемость и нормальное функционирование.

Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью использования теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы.

1. Разработанное методическое и программное обеспечение для решения задач по отработки узлов и механизмов охотничьих ружей на взаимозаменяемость и нормальное функционирование снижает трудоемкость проектных расчетов,

2. Предложенные технологические решения обеспечивают устранение ручной пригонки и снижают трудоемкость сборки узлов запирания охотничьих ружей при гарантированном обеспечении требуемого качества.

Реализация работы.

1. Пакет прикладных программ для ЭВМ используется для отработки узлов запирания охотничьих ружей семейства ТОЗ-87 на взаимозаменяемость и нормальное функционирование.

2. Разработанные новые технологические процессы механической обработки сопрягаемых поверхностей ствола и коробки и прием их соединения по клеевому слою внедрены в опытном производстве на ОАО «Тульский оружейный завод» со значительным экономическим эффектом, полученным за счет исключения ручных пригоночных работ, снижения трудоемкости и повышения качества узла запирания.

3. Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе при чтении специальной части курса «Основы технологии машиностроения».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международном научно-техническом семинаре (г, Брянск, 2001г.); международной технологической конференции, посвященной памяти выдающихся ученных Ко-ганова И.А. и Лашнева С.И. (г, Тула, 2002г.); на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1999-2006 г.г.).

Публикации.

Материалы проведенных исследований отражены в 12 печатных работах из них одно авторское свидетельство и два патента общим объемом 1,9 п.л., из них авторских 1 п.л., в т.ч. 4 работы в рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов, списка литературы из 85 наименований, приложения и включает 178 страниц машинописного текста, 84 рисунка, 22 таблицы. Общий объем работы 189 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По ввел'иин обоснована актуальность рассматриваемой в диссертации проблемы, ее научная новизна и практическая ценность. Приведены основные положения, выносимые на защиту, представлено краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе диссертации рассмотрено современное состояние вопроса теоретических исследований и прикладных работ в области снижения трудоемкости процессов сборки стрелкового оружия. Рассмотрена конструкция и типовые узлы стрелкового оружия, приведены технические требования на их сборку. Приведен анализ конструкций ружья ТОЗ-87М и узлов запирания стрелового оружия. Определены основные причин наличия пригоночных работ при их сборке. Показаны особенности конструкции узла запирания ружья ТОЗ-87М, приведены технические требования на его сборку. Рассмотрены задачи, решаемые при сборке изделий и способы компенсации погрешностей. Сформулированы цель и задачи работы.

Конструкция ружья ТОЗ-87М, схема которого представлена на рис.1, отвечает современным мировым требованиям. Однако обеспечение предписанных глхчических требований, в частности к узлу запирания (наличие зазора между «зеркааом» зйтвора к торцам проходной ташки, устанавливаемой в патронника ствола 0,2* "!5ми; пртегание торцовых поверхностей богсого упора и паза хвостовика ствола не менее 7534 номинальной площади контакта; возвратно-поступательное перемещение затворной рамы без заедания и заклинивания, как в ручном, так и в автоматическом режиме) при сборке ружья сопровождается большим объемом пригоночных работ. Это повышает трудоемкость сборки изделия, снижает эксплуатационные характеристики, его ремонтопригодность и, как следствие, снижает конкурентоспособность, как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Значительный объем пригоночных работ при сборке ружей можно объяснить сложностью конструкций деталей и их сопряжений, вызванной стремлением к обеспечению компактности изделий и условиями их функционирования; переносом исторически сложившихся традиционных решений по обеспечению точности на конструкции современного стрелкового оружия; отсутствием достоверных инженерных методик отработки типовых узлов стрелкового оружия на взаимозаменяемость.

Вопросам повышения качественных показателей при изготовлении изделий машиностроения, при минимальных производственных, затратах на сборку, является задачей любого производства, Решению этой задачи посьягйли свои работы видные ученые: Валэкшин B.C., Бонч-Осмоловский М.А., Дальский A.M., Коганов И.А., Корсаков B.C., Колесов И.М„ Новиков М.П., и др. Целенаправленные работы в области отработки технологии сборки стрелкового оружия на протяжении многих лет ведутся Тульским оружейным заводом со-

вместно с кафедрой технологии машиностроения Тульского государственного университета.

Рис. I. Конструктивная схема ружья ТОЗ-87И 1-ствол с коробкой; 2-затвор; 3-упор боевой; 4-ра.иа затворная; 5-курох; б-хлин; 7- штифт; 8-винт:9-крючок спусковой; 10-разобщитель;

I ¡-подаватель; !2-тру6ка магазинная; 13-поршенъ; 14-камера газовая: ¡5-цееье; 16 - колпачок цевья.

Опираясь на опыт предыдущих работ показано, что повысить качество изделия и его конкурентоспособность можно только за счет широкого внедрения принципов взаимозаменяемости. Однако следует отметить, что сложность задачи по достижению полной взаимозаменяемости деталей всего изделия требует специальных подходов ее решения. Представляется рациональным разбить решение задачи по обеспечению взаимозаменяемости изделия на два этапа. На первом этапе добиться взаимозаменяемости отдельных узлов в изделии, а на втором этапе - всего изделия. Взаимозаменяемость узлов даст возможность организовать сборку изделия следующим образом. Сборка отдельных узлов ружья (узловая сборка) ведется параллельно, при этом достижение точности выходных параметров может осуществляться с применением компенсационных работ. Сборка всего изделия (общая сборка) осуществляется из готовых узлов, при достижении всех выходных характеристик изделия методом полной взаимозаменяемости. Решение вопроса взаимозаменяемости узлов позволяет ремонт изделия производить заменой пришедшего в негодность узла. Задача ремонта резко упрощается и его можно производить в местных ремонтных мастерских. Это существенно повысит эксплуатационные характеристики ружья и его конкурентоспособность.

Во втором разделе приведен размерно-технологический анализ узла запирания ружья ТОЗ-87М. Выявлены причины и закономерности формирования погрешностей выходных параметров соединения ствол-коробка и коробка - затвор - затворная рама. Произведено разделения узла запирания на самостоятельные сборочные единицы. Назначены технические требования на сборку и отладку сборочных единиц, выполнение которых обеспечивает их взаимозаменяемость в изделии. Обоснован и предложен прием соединения ствола с коробкой по клеевому слою, как прием компенсации взаимного расположения деталей.

Размерные цепи, построенные для различных положений узла запирания ружья ТОЗ-87М, являются функционально связанными. Только одновременное, совместное их решение позволяет обеспечить нормальное функциоьтрование механизма, которое определяется движением затворной рамы по направляющим коробки без заклинивания и выполнением условий запирания патрона.

Для примера на рис 2 представлены схемы к расчету относительных перекосов деталей узла запирания.

Рис.2. Схемы к расчету смещения; оси канала ствола относительно плоскости стшетрии коробки вызванного погрешностью положения вкладыша (а); оси отверстия затвора из-за перекоса затворкой рамы на направляющих коробки вследствие погрешности их изготовления (б)

Формулы (1) и (2) определяют величины смещений ггч и тз оси коробки и оси затвора относительно оси канала ствола.

т2^(Н1СР+Е5НКР)-(Нвк+Е1Н^ . (1)

т}- (ТВ+ТС)^-^; (2)

Ы

Размерный анализ узла запирания показал, что при сохранении принятых в производстве размерных связей достижение взаимозаменяемости возможно при средней точности размеров 0,01...0,005мм. Данная точность механической обработки пока недоступна для условий производства Тульского оружейного завода, и достигнуть точности выходных параметров методом полной взаимозаменяемости практически не представляется возможным.

На основании проведенного размерного анализа было сделано предположение, которое подтверждено экспериментальными исследованиями, что сбои в работе узла запирания происходят из-за несовпадения в изделии осей канала ствола и затвора, которое вызвано погрешностями расположения направляющих коробки относительно оси канала ствола. В результате при вхождении патрона в патронник ствола происходит перекос затворной рамы и как следствие ее заклинивание в направляющих коробки и стволе. Основываясь на этом предположении, была разработана схема размерных взаимосвязей, определяющих

величину смещения т оси затвора относительного оси канала ствола вследствие погрешностей изготовления коробки, затворной рамы и затвора и составлена передаточная функция узла запирания ружья ТОЗ-87М.

Предложено для механизма запирания использовать вариант узловой взаимозаменяемости. С этой целью осуществлено расчленение конструкции узла запирания на две сборочные единицы: «ствол и коробка» и «затвор и затворная рама» с назначением соответствующих технических требований. Технические требования на сборку вышеуказанных сборочных единиц были сформулированы на основании выполненных в работе аналитических расчетов и проведенных экспериментов.

Было доказано, что выполнение технических требований предписанных к сборочным единицам позволит обеспечить сборку узла запирания из вышеперечисленных сборочных единиц методом полной взаимозаменяемости.

В третьем разделе дан анализ методов определения погрешностей выходных параметров механизмов с переменным передаточным отношением. Приведены основные принципы построения математической модели погрешности выходного параметра механизма с переменным передаточным отношением. На базе математических моделей выходных параметров разработана методика проектного назначения допусков конструктивных элементов узла запирания. Приведен пример отработки узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М на взаимозаменяемость. Разработана методика определения оптимальной величины зазора между сопрягаемыми поверхностями ствола и коробки, позволяющей обеспечить точное расположение исполнительных поверхностей деталей и требуемую прочность соединения.

Сборка должна быть управляемым технологическим этапом процесса изготовления изделий. Для этого необходимы аналитические описания связи выходного параметра механизма с параметрами его конструктивных элементов. Описание таких связей в виде математических моделей позволят найти оптимальное технологическое решение для различных объектов сборки, что важно для управления формированием выходных параметров сложных устройств, к которым можно отнести узлы запирания стрелкового оружия. С помощью математических моделей осуществляется расчет допусков на составляющие звенья размерной цепи, при этом назначенные допуски должны обеспечить требуемую точность замыкающего звена в соответствии выбранным методом достижения точности. В связи с этим критерием решения задачи назначения допусков должна являться возможность обеспечения точности изделия методом наиболее рациональным для конкретных производственных условий.

В разделе проведен подробный анализ различных методов определения погрешностей выходных параметров механизмов, на основании которого, для определения передаточных отношений между погрешностью размера конструктивного элемента и погрешностью замыкающего звена принят метод частичных приращений. На базе данного метода определения погрешностей вы-

ходных параметров с переменным передаточным отношением строится математическая модель вида:

= (3)

1*1

где ¿у ■= Д Я / Ат, - передаточное отношение /-го конструктивного элемента.

Уравнение (3) описывает в линейной форме связь между погрешностями конструктивных элементов механизма и выходной погрешностью. Использование данного уравнения возможно в том случае, если погрешность, допущенная, при вычислениях, обусловленная приближенностью коэффициента £, не будет превышать допустимый предел. Для этого необходимо определять погрешность приближения каждого передаточного отношения, входящего в уравнения (3).

Для гарантированного уровня точности расчетов по линейной модели используется прием определения допустимых границ изменения параметров конструктивных элементов, в пределах которых возможно использование модели.

Отклонение замыкающего звена от промежуточного отклонения / -того размера можно представить в виде:

ДР*,, - + Лт1;...тп)~ /(т,;тг;...т1;..,т„). (4)

Приближенная величина отклонения замыкающего звена от промежуточного отклонения / -того размера:

¿'Р*,, = (5)

Погрешность приближения:

Л = | ЛР^-ЛТ^ ¡. (6)

Допустимый уровень приближения расчета оценивается по величине погрешности приближения Ошибка признается допустимой, если ее отношение к точно вычисленному значению погрешности выходного параметра не превышает принятого по конкретным условиям уровня, т.е.

100-¡Ь&Н,. (7)

Уровень погрешности приближения Н устанавливается по критерию точности узла. Достаточную точность технических расчетов обеспечивает 5%-ный уровень допустимой величины по1решности расчетов частичного отклонения замыкающего звена размерной цепи.

Соблюдение подобного условия обеспечивает достижение требуемой точности расчета отклонения замыкающего звена при использовании линеаризированного уравнения размерной цепи.

В случае, когда принятое передаточное отношение I -того звена не обеспечивает уровень допустимой величины погрешности расчета частичного отклонения замыкающего звена, т.е. условие (7) не выполняется, то необходимо скорректировать передаточное отношение по осредненной величине отклоне-

и

ния. Для этого полный интервал предельного отклонения Лmi разбивается на

Am,

две части и при отклонении, равном определяется осредненное переда-

точное отношение i -того звена, которое затем проверяется на уровень допустимой погрешности расчета для обеих частей полного интервала отклонения, т.е. по вышеприведенным формулам определяется выполнение условия (7). В случае неудовлетворения условия (7), каждая часть полного интервала отклонения разбивается еще на две части, для которых определяются передаточные отношения.

Разбивка полного интервала отклонения i -того звена производится до тех пор, пока передаточные отношения исследуемых частей будут удовлетворять допустимому уровню значимости погрешности приближения. Учитывая вышесказанное, величина отклонения замыкающего эвена размерной цепи Ат^ от

предельного отклонения г -того размера определяется как сумма частных отклонений от отдельных частей полного интервала предельного отклонения

An*,, (8)

где kt- количество частей, на которые разбивается полный интервал отклонения I -того звена.

При этом в наиболее общем случае линейное уравнение, описывающее взаимосвязь между погрешностями размеров конструктивных элементов и погрешностью замыкающего звена имеет вид:

+ 1X4jm,. (9) Аналитические формулы, используемые в методе частичных приращений, требуют большого объема вычислительных операций, поэтому для решения поставленной задачи была разработана расчетная схема (рис.3) и программа, реализованная с помощью таблиц Microsoft Excel 2000. Программа позволяет как в диалоговом, так и в автоматическом режиме определять максимально допустимые отклонения на конструктивные параметры изделия, соблюдение которых обеспечивает требуемую точность выходных параметров механизма. Предложенная схема расчета позволяет на стадии проектирования узла решать следующие задачи:

а) выявить степень и характер влияния отклонения каждого размера механизма на погрешность выходного параметра;

б) произвести отработку изделия на взаимозаменяемость, а в случае невозможности использования принципов взаимозаменяемости обосновать наиболее приемлемый для конкретных производственных условий метод достижения точности.

Реализация методики отработки изделия на функционирование и взаимозаменяемость на базе использования аналитической формы метода частичных приращений и методика определения передаточных отношений, гарантирующих принятый уровень точности расчетных результатов, предложены в на-

стоящей диссертационной работе на примере анализа узла запирания ружья ТОЗ-87М.

Основой для разработки математической модели является передаточная функция, которая определяет взаимосвязь между выходным параметром механизма и размерами его конструктивных элементов. Первым шагом в составлении передаточных уравнений должно быть представление всех выходных параметров в отклонениях линейных и угловых размеров. Перевод относительной площади контакта сопрягаемых поверхностей проверяемой по копоти не вызывает затруднений.

Перевод требования о движении затворной рамы по направляющим коробки без заклинивания потребовал проведения размерного анализа узла и выполнения экспериментальных исследований. Движение затворной рамы по направляющим коробки без заклинивания может быть обеспечено только при наличии гарантированных зазоров между всеми сопрягаемыми поверхностями перемещающихся относительно друг друга деталей за исключением, естественно, рабочих поверхностей направляющих затворной рамы и коробки. Причем величина зазоров должна быть такой, чтобы не приводить к большим перекосам затворной рамы и, как следствие, к заклиниванию. В узле запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М смещение и перекос затворной рамы с затвором относительно оси канала ствола является основной причиной заклинивания механизма вследствие тугого вхождения или не вхождения выступа и цилиндрического пояска затвора в ответные поверхности ствола (см. рис.3).

коробка

, ав^

Рис. 3. Схемы возможного перекоса элементов узла запирания, приводящая к заклиниванию

затворной рамы

На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований удалось обосновать допустимую величину возможного смещения т оси отверстия затвора относительно оси канала ствола. Эта величина бала принята выходным параметром точности по обеспечению нормального функционирования механизма. Необходимо отметить, что расположение исполнительных поверхностей ствола и коробки задано относительно оси канала ствола.

Аналогично расположение исполнительных поверхностей затвора и затворной рамы и боевого упора задано относительно оси отверстия затвора.

Рис.4. Схема формирования погрешности взаимного расположен ия деталей механизма (в «иду маяости дуговых смещений т4 и т; они представлены заменяющими их хордами) а - расчетная схема; 6 - геометрическая модель Смещение т представляет собой геометрическую сумму частных смещений оси отверстия затвора относительно оси канала ствола.

Передаточная функция, описывающая формирование погрешности расположения деталей узла запирания, имеет вид:

т = т^ояа + (г»1 + м£$1па + (пи + т^'та, (5)

где ли/- смещение центра дуги крышки; т2- смешение оси канала ствола;

тз- смещение оси затвора при его без зазорном соединении с рамой; тг смещения оси отверстия рамы вследствие погрешности ее направляющих пазов;

ту смещение оси отверстия рамы вследствие погрешности направляющих коробки;

т&- поперечное смещение оси затворной рамы; а и р - углы, определяющие направления смещений.

(Х^гсщ-",>«»*-т, р=90°-(т+а). Из рис. 4а

Ж, +/М1)51ПГ

2 л А

В четвертом разделе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований процесса формирования погрешностей расположения исполнительных поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола, исследования компенсирующих и прочностных характеристик клеевого соединения ствола с коробкой.

По действующему технологическому процессу сборки соединение ствола с коробкой осуществляется по прессовой посадке. В результате погрешностей изготовления комплектующих деталей и эффектом неравномерной пластической деформации поверхностных слоев сопрягаемых поверхностей при запрессовке возникает погрешность положения направляющих коробки относительно оси какала ствола. Чрезмерная погрешность расположения приводит к заеданию, а в некоторых случаях к заклиниванию затвора и затворной рамы в коробке узла запирания.

Экспериментальными исследованиями процесса формирования погрешностей при объединении ствола и коробки по заводской технологии решались две основные задачи:

- количественная оценка возникающих в производственных условиях погрешностей фактического положения рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола;

- установление допустимой величины погрешностей расположения рабочих поверхностей направляющих коробки относительно канала ствола, которые обеспечивают работу узла запирания без заклинивания.

Погрешности расположения направляющих рассматривали в двух перпендикулярных плоскостях — вертикальной и горизонтальной, связанных с рабочим положением ружья. Схемы измерения фактического положения направляющих коробки представлены на рис.5 и на рис.б.

Рис.З. Схема измерения перекоса ствола и крышки в вертикальной плоскости

А -А О

Рис.6. Схема измерения перекоса ствола и крышки в горизонтальной плоскости

На рис.7, и 8 представлены кривые разброса значений перекоса и смещения направляющих коробки относительно оси канала ствола в вертикальном и горизонтальном направлениях. Следует отметить, что все двадцать исследуемых изделий собранных по заводской технологии не отвечали требованиям по точности, т.е. наблюдалось 100% заклинивание затворной рамы в узле.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по погрешностям расположения оси канала ствола и направляющих коробки в вертикальной и горизонтальной плоскостях показали, что величина рассеяния параметров, определяющих перекос и смещение рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола после сборки без проведения компенсационных достигает следующих значений:

& 11 ВА = л лш » & 11 ВВ ~ 4 ЛШ

б> С М = 2 ,35 лш ; ф С М 2 = 3 ,10 мм ; а П 'г = 3 ,41 мм .

Вышеприведенные значения близки по величине со значениями анало-

гичных параметров полученных аналитическим методом (разница не превыша-

ет 15%). В связи с этим данные значения могут служить основанием назначения допустимых отклонений на выходные параметры сборочной единицы «ствол с коробкой».

.С целью установление зависимости эффекта заклинивания затвора с затворной рамы от величины перекоса направляющих коробки относительно оси канала ствола были проведены следующие экспериментальные исследования. Были подобраны узлы «ствол с коробкой», которые имели различную величину относительного перекоса. В коробку устанавливался затвор с затворной рамой и производилась перезарядка ружья. Таким образом, выяснялось при кахих значения величины перекоса ствола с коробкой начнет проявлять себя эффект заклинивания. Установлено, что эффект заклинивания затворной рамы начинает проявляться уже при величине перекоса в вертикальной плоскости равном ± 0,4мм и в горизонтальной плоскости более ± 0,3мм,

Рис, 7. Кривые перекоса и смещения напра&гяющих коробки относительно оси канала ствола й вертикальном направлении

Рис.8. Кривые перекоса и смещения напрамяющих коробки относительно оси канала ствола в горизонтальном направлении

Экспериментальные исследования убедительно подтвердили достоверность аналитических расчетов и позволили уточнить требования к величине допустимого относительного перекоса направляющих коробки и оси .канала ствола ружья, который обеспечивает движение затворной рамы без заклинивания.

Проведенный нами анализ марок клеев показал, что для склеивания необходимо использовать синтетический клей марки ВК9 на эпоксидной основе либо композиционный клей. Указанные клеи предназначены для склеивания корпусных деталей. Они имеют эксплуатационные характеристики, которые вполне удовлетворяют предназначенным к сборке ствола с коробкой требованиям.

Экспериментальные исследования производились следующим образом. Образцы были разбиты на шесть групп с учетом величины зазора. В каждой группе имелось по два образца. Рабочие поверхности деталей, по которым проводилось склеивание, обрабатывались концевой фрезой на фрезерном станке с ЧПУ модели МС032. При обработке обеспечивалась шероховатость поверхности по Яа 6,3 мкм, что соответствует качеству поверхностей ствола и коробки. Затем они обезжиривались ацетоном и сушились. Приготовление клеев велось с помощью электронных весов для определения весовых частей отдельных компонентов. Клей наносился на обе склеиваемые поверхности кисточкой, затем образцы соединялись и ставились на просушку. Соединение образцов производилось по двум схемам — с обеспечением равномерного по периметру зазора и с обеспечением неравномерного по периметру зазора. Во - втором случае образцы при соединении специально перекашивались до касания сопрягаемых поверхностей.

Было определено, что оптимальный гарантированный зазор между склеиваемыми поверхностями, который обеспечивает выполнение предписанных техническими требованиями прочностных свойств соединения, должен составлять не более 0,3мм. Данная величина зазора вполне удовлетворяет требованию к минимальной величине зазора, обеспечивающего возможность компенсации погрешностей положения ствола и коробки.

Установлено, что объединение коробки со стволом по клеевому слою дает прочное соединение, отвечающее техническим требованиям на изделие, и позволяет компенсировать погрешности расположения направляющих коробки относительно оси канала ствола,

В пятом разделе приведены результаты опытно-промышленного внедрения технологий механической обработки ствола, коробки и других деталей узла запирания, представлена технология нового способа соединения ствола с коробкой по клеевому слою. Дано описание технологического и метрологического обеспечения сборки узла запирания.

По результатам настоящих исследований был разработан новый технологический процесс сборки узла запирания полностью исключающий ручные пригоночные работы. По предложенной технологии узел запирания состоит из двух сборочных единиц - "ствола с коробкой" и "затвора с затворной

рамой", которые собираются параллельно и затем объединяются, при этом точность выходных параметров узла запирания достигается методом полной взаимозаменяемости.

Разработанный прием соединения ствола с коробкой по клеевому слою требует специальной подготовки сопрягаемых поверхностей ствола и коробки.

0 Э4'1«

Йгб.Э

0 аз.»,„

1 J 1 я л

а, б.

Рис. 9. Схемы сопрягаемых элементов ствола (а) и коробки (б)

Необходимо, чтобы контур сопрягаемой поверхности коробки являлся бы эквидистантой к контуру сопрягаемой поверхности ствола и располагался бы на расстоянии равном требуемому зазору. Шероховатость поверхностей должна соответствовать Кг 6,3. На рис.9 представлены схематичные изображения сопрягаемых частей коробки и ствола. Линиями большей толщины показаны контуры обрабатываемых поверхностей деталей.

Реализация разработанной технологии требует использования специальной технологической оснастки. На рис. 10 представлена схема сборочного приспособления. Ствол 7 устанавливают на приспособление и крепят двумя прихватами б и 8. В ствол устанавливают ось 3, которая центральной частью базируется по патроннику. Крепление оси осуществляется гайкой 10. Левая часть оси служит направляющей, на ней размещается калибр 2, С целью обеспечения точной ориентации калибра относительно ствола в конструкции приспособления предусмотрены шпонки 4 и 5. Коробку соединяют со стволом после нанесения слоя клея на их сопрягаемые поверхности.

При установке коробки на ствол ее выставляют по калибру, чем обеспечивается требуемая точность расположения направляющих коробки относительно оси канала ствола. Возможность регулировки положения коробки относительно ствола обеспечивает наличие зазора между их сопрягаемыми поверхностями. По разработанной технологии была собрана опытная партия сборочных единиц коробка со стволом в количестве 20 штук. Сборочные единицы были проверены на точность расположения рабочих поверхностей направляющих коробки относительно канала ствола и показали хорошие результаты.

Рис.10, Схема приспособления для склеивания ствола с коробкой } - коробка; 2 ■ калибр; 3 - ось; 4 - шпонка; 5 - сухарик; б - прихват; 7 - ствол;

8 - прихват; 9* шайба; Ю- гайка; 11 - корпус приспособления

Все опытные образцы прошлн испытания, предусмотренные для проверки работы и надежности узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М, что подтверждено актом испытаний.

В итоге совокупность разработанных приемов позволяет обеспечить полную взаимозаменяемость сборочных единиц узла запирания.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в настоящей работе, позволяют сделать вывод о реальной возможности исключения пригоночных работ при сборке охотничьих ружей. Основные положения диссертации с равным успехом могут быть использованы в аналогичных задачах машиностроительного производства, следовательно, можно считать, что имеются предпосылки решения актуальной задачи для всего машиностроения — повышение производительности сборочных и ремонтных операций за счет ликвидации пригоночных работ.

При подведении итогов работы сделаны следующие выводы:

К Размерно — технологический анализ показал, что недостаточная конструк-торско-технологическая проработка узла запирания, сложность конструктивных элементов, традиции оружейного производства по назначению выходных параметров изделия в неявном виде являются причинами узаконивающие ручные пригоночные работы.

2, Статистические исследования показали, что основной причиной приводящей К нарушению работоспособности узла запирания (заклинивание затворной рамы) является перекос рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола. Существенную роль в этом играет перекос ствола при его запрессовке в коробку.

3. Использование математической модели формирования выходных параметров узла запирания стрелкового оружия позволяет с достаточной точностью оценивать по функциональным и технологическим критериям допуски параметров его конструктивных элементов, производить отработку изделия на взаимозаменяемость и нормальное функционирование. Представ-

ление модели в линейном виде обеспечивает наглядность и высокое удобство проведения расчетов.

4. Разработанный принцип построения технологического процесса сборки узла запирания из двух сборочных единиц, позволяет обеспечить взаимоза-

■ меняемостъ сборочных единиц в узле.

5. Экспериментально доказана возможность использования способа соединения ствола с коробкой методом склеивания, подобрана марка клея, геометрические и технологические параметры сопрягаемых поверхностей, разработаны технологические режимы склеивания.

6. Разработанный способ соединения ствола с коробкой по клеевому слою позволяет, за счет выверки взаимного положения деталей, обеспечить высокую точность расположения исполнительных поверхностей и исключить из процесса сборки трудоемкие ручные пригоночные работы.

7. Проведенные опытно-промышленные испытания и внедрение результатов работы подтвердили возможность выполнения технических требований при использовании разработанных способов и приемов и снижения трудоемкости сборки и отладки узла запирания с 9, 861 н/час до 5,25 н/час, при гарантированном обеспечении заданного качества изделия,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. А.с. 1064121 СССР, МКИ3 Б41С 5/02, Р41С 25/08. Самозарядное ружье / Бабанин Н.В. -1982.

2. Пат. 1543948 РФ. Запирающий механизм ружья со скользящим затвором /Н.В. Бабанин, А.Н. Фролов, №4412629/23. Заявлено 22.04.88; Опубл. бюл. изобр. №32.- 1995.

3. Пат. 2229078 РФ. Газовый регулятор скорости отката затвора оружия /Н.В. Бабанин, Н.М. Пушкин, №2002131139. Заявлено 20.11.2002; Опубл. бюл. изобр. №14.- 2004.

4. Бабанин Н.В. Исследование процесса соединения ствола с коробкой стрелкового оружия по клеевому слоюУ/Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.246-249.

5. Бабанин Н.В., Баевский Т.В., Ионов О.Ю. Электроэрозионная обработка деталей сложных рычажных механизмов. //Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6.2001, с.218-223.

6. Бабанин Н.В., Мигай А.Ю., Мигай Т.А. Основные принципы отработки узлов стрелкового оружия на взаимозаменяемость при помощи ЭВМ. //Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.116-120,

7. Бабанин Н.В., Морозов С.Ю., Ионов О.Ю. Некоторые аспекты внедрения в серийное производство корпусов ударно-спусковых механизмов ружья ТОЗ-87.//Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001, с.213-218

8. Мигай А.Ю., Бабанин Н.В. Возможности обеспечения взаимозаменяемости при сборке узлов запирания. Тезисы докладов международного научно-технического семинара. Брянск, 2001, с. 92 — 93.

9. Мигай АЛО., Мигай Т.А., Бабанин Н,В. Математическая модель погрешности выходного параметра механизма с переменным передаточным отношением как составляющий элемент проектирования изделия. Сборка в машиностроении и приборостроении. Тезисы докладов международного научно-технического семинара. Брянск, 2001, с. 89-91.

10. Бабанин Н.В., Мигай А.Ю., Воскресенский Е.А. Размерный анализ узла запирания ружья ТОЗ-87М на собираемость и функционирование. Технологические системы в машиностроении. Труды международной технологической конференции, посвященной памяти выдающихся ученных Коганова И. А. и Лашнева С.И. Тула, ТулГУ, 2002, с.31-36.

11. Пушкин Н.М., Бабанин Н.В„ Мигай А.Ю. Технологическое обеспечение взаимозаменяемости узлов охотничьих ружей./ЛСачество и жизнь.Ха2. Академия проблем качества. - Тула, 2003, с.97-100.

12. Международная научно-техническая электронная интернет-конференция "Технология машиностроения 2006" [Электронный ресурс]: труды электронных интернет-конференций по технологии машинострое-ния/ Тульский гос. ун-т. - Электр, журн, - Тула: ТулГУ, 200_. - Режим доступа:

http://www.nauka.tula.ru, свободный. - Загл. с экрана. - N гос. регистрации 0220409933. Пути решения точностных задач сборки узлов запирания / Бабанин Н.В. // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция "Технология машиностроения 2006" [Электронный ресурс]. - 2006. - Вып. 3.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от ] 2.02.97. Подписано в печать Л? Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная, Усл-печ.л, Уч. -изд. л.

Тираж ~(00 экз. Заказ

Тульский государственный университет, 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

Отпечатано в редакционно-шдательском центре Тульского государственного университета, 300600, г. Тула, ул. Болдина, 15).

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К УЗЛАМ ЗАПИРАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.1. Охотничье одноствольное самозарядное ружье с неподвижным стволом ТОЗ-87М

1.2. Узлы и механизмы ружья ТОЗ-87М. Узловая сборка ружья

1.3. Узлы запирания стрелкового оружия

1.4. Типовые конструкции и способы сборки ствола с коробкой

1.5. Анализ технических требований, предъявляемых к механизмам стрелкового оружия

1.6. Пути решения точностных задач сборки узлов запирания стрелкового оружия

1.6.1. Методы достижения точности изделий

1.6.2. Способы компенсации погрешностей при сборке узлов запирания. Возможности обеспечения точности сборки методом полной взаимозаменяемости

1.7. Выводы

1.8. Цель и задачи работы

2. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ УЗЛА ЗАПИРАНИЯ РУЖЬЯ ТОЗ-87М НА СОБИРАЕМОСТЬ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

2.1. Размерный анализ на обеспечение хода затворной рамы в коробке без заклинивания

2.1.1. Расчет смещения центра дуги коробки, базирующей ствол, вследствие погрешностей ее изготовления

2.1.2. Расчет смещения оси канала ствола относительно плоскости симметрии коробки, вызванного погрешностью положения вкладыша

2.1.3. Расчет максимального смещения оси затвора относительно рамы вследствие их взаимного перекоса

2.1.4. Расчет смещения оси отверстия из-за перекоса затворной рамы на направляющих коробки вследствие погрешности изготовления направляющих пазов затворной рамы

2.1.5. Расчет смещения оси отверстия 01 ОН 11 из-за перекоса затворной рамы на направляющих коробки вследствие погрешности их изготовления

2.1.6. Расчет поперечного смещения оси отверстия затворной рамы с затвором относительно направляющих коробки вследствие погрешности изготовления последних

2.1.7. Расчет перекоса оси канала ствола относительно коробки, возникающего при их запрессовке

2.1.8. Анализ возможности заклинивания переднего выступа затворной рамы в его соединении с вкладышем передним коробки

2.1.9. Расчет величины зазора между затвором и отражателем

2.1.10. Расчет величины зазора между вкладышем верхним коробки и затвором

2.1.11. Анализ результатов размерных расчетов узла запирания на обеспечение хода затворной рамы в коробке без заклинивания

2.2. Обеспечение осевого положения «зеркала» затвора относительно патронника ствола и нормируемой площади контакта поверхностей боевого упора и окна

2.3. Разделение узла запирания на сборочные единицы

2.4. Выводы

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ УЗЛА ЗАПИРАНИЯ

3.1. Обзор методов определения погрешностей выходных параметров механизмов с переменным передаточным отношением

3.2. Выбор базового метода исследования точности для построения математической модели погрешности выходного параметра узлов запирания стрелкового автоматического орулсия

3.3. Алгоритм расчета максимально допустимых отклонений на размеры конструктивных элементов механизма

3.4. Составление передаточных функций погрешностей выходных параметров узла запирания ружья ТОЗ-87М

3.4.1. Составление передаточной функции погрешности положения оси затвора относительно оси канала ствола ружья ТОЗ-87М

3.4.2. Составление передаточной функции погрешности положения рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола

3.4.3. Составление передаточной функции погрешности положения затвора

3.4.4. Разработка зависимостей по определению требуемого для компенсации погрешностей зазора мелсду сопрягаемыми поверхностями ствола и коробки

3.5. Использование положений методики при отработке узла запирания ружья ТОЗ-87Мна взаимозаменяемость и нормальное функционирование

3.6. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ УЗЛА

4.1. Исследование процесса формирования погрешностей при объединении ствола и коробки по заводской технологии

4.1.1. Определение возможного разброса значений параметров, определяющих расположение направляющих относительно оси канала ствола после предварительной сборки ствола с коробкой

4.1.2. Определение возможного разброса значений параметров, определяющих расположение направляющих относительно оси канала ствола после выверки коробки относительно ствола и проведения компенсационных работ

4.2. Исследование процесса формирования погрешностей при объединении затвора и коробки

4.3. Исследование процесса соединения ствола с коробкой по клеевому

4.4 .Выводы

5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ УЗЛА ЗАПИРАНИЯ РУЖЬЯ ТОЗ-87М. КЛЕЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ СТВОЛА С

КОРОБКОЙ

5.1. Обеспечение условия запирания патрона в патроннике

5.1.1. Обработка окна в хвостовике ствола

5.1.1.1. Обработка окна в хвостовике ствола методом координатного протягивания

5.1.1.2. Обработка окна в хвостовике ствола методом электроэрозионной обработки проволочкой

5.1.2. Обеспечение требуемого положения боевого упора в затворной

5.2. Подготовка коробки и ствола к соединению

5.2.1. Механическая обработка коробки

5.2.2. Обработка сопрягаемых поверхностей ствола

5.3. Технология склеивания ствола с коробкой

5.4. Исследование точности положения рабочих поверхностей коробки после операции склеивания 164 5.6. Выводы 167 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 168 СПИ СОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 170 ПРИЛОЖЕНИЯ

Трудоемкость узловой и общей сборки изделий в отечественном машиностроении и зарубежных странах достигает 30.40% всей трудоемкости изготовления машин. В массовом и крупносерийном производствах эта доля меньше, а в единичном и мелкосерийном, где выполняется большой объем пригоночных работ, трудоемкость сборки достигает нередко 45.55% и более. При этом следует отметить, что в последние 10-15 лет существует четкая тенденция относительного увеличения трудозатрат на сборку.

Причиной этого явления следует считать усложнение конструкций машин и ужесточение норм точности их выходных параметров, опережающих рост точностных возможностей нового станочного оборудования. Совершенствование действующих технологических процессов сборки не отвечает темпам роста требований к ним, что влечет за собой необходимость применения дополнительных компенсационных работ. Увеличение объема компенсационныых работ, в том числе пригоночных работ, повышает себестоимость сборочных операций.

Определяющими показателями качества собранного изделия являются стабильность и соответствие заданным нормам его выходных характеристик, достигнутое при минимальных производственных затратах. Эти же показатели в совокупности с рядом эксплуатационных характеристик в основном обуславливают конкурентоспособность изделия.

Переход отечественной промышленности в рыночное хозяйство ставит на одно из первых мест задачу по обеспечению конкурентоспособности выпускаемых изделий, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Определяет конкурентоспособность изделия его высокое качество и высокие эксплуатационные характеристики, соответствующие запросам рынка.

Обеспечение этих показателей, при минимальных производственных затратах на сборку изделия, является задачей любого производства. Решению этой задачи посвятили свои работы видные ученые: Балакшин В.С./16/, Бонч-Осмоловский М.А./12/, Дальский A.M. /19/, Коганов И.А. /30, 31/, Корсаков В.С./35, 36, 63/, Колесов И.М./ 32, 33, 73/, Новиков М.П./48/ и др.

В настоящее время вопрос освоения международных рынков сбыта особенно остро стоит в производстве охотничьих ружей. Основным негативным фактором отечественного оружейного производства является наличие пригоночных операций.

Оружейное производство - первое производство машин, в котором широко использовались принципы взаимозаменяемости /46, 75, 76/. В начальный период становления оружейного производства достижение взаимозаменяемости основывалось на ручной слесарной пригонке деталей по эталонам (лекалам). Конструкции охотничьих ружей, сложившиеся в то время, предусматривали возможность достижения точности только ручной пригонкой. Таким образом, одной из причин наличия пригоночных работ при сборке стрелкового оружия является перенос исторически сложившихся в оружейном производстве традиционных решений по обеспечению точности на новые конструкции изделий.

Другая причина наличия пригоночных работ при сборке данных изделий объясняется, с одной стороны, сложностью конструкторских решений, обусловленной требованиями функциональной пригодности узлов, особенно работающих в автоматическом режиме, с другой стороны, ограниченной возможностью существующих технологических процессов по обеспечению высокой точности изготовления деталей.

Наличие пригоночных работ при сборке охотничьих ружей увеличивает трудоемкость их изготовления, снижает качество изделий. Нестабильность выходных характеристик ружья является причиною поломок отдельных узлов изделия. Ремонт пришедших в негодность узлов требует выполнение пригоночных работ, которые должны выполняться рабочими высокой квалификации в условиях заводского производства. Это ухудшает эксплуатационные характеристики ружей и снижает их конкурентоспособность.

Исправить положение дел в отечественном ружейном производстве можно только при максимальном использовании при сборке изделий принципов взаимозаменяемости, уменьшении объема пригоночных работ.

В свою очередь использование принципов взаимозаменяемости возможно только на основе глубокой технологической подготовки производства, которая должна включать в себя отработку изделия на технологичность конструкции и разработку современных технологий их изготовления. Отработка изделий на технологичность на стадии их проектирования, в частности, назначение на размеры конструктивных элементов изделия допусков, оптимальных как по функциональным, так и по производственным критериям является основным шагом в повышении эффективности сборки и снижения ее себестоимости.

Однако нельзя не отметить, что сборка стрелкового оружия, особенно работающего в автоматическом режиме, имеет свою характерную специфику. Она обусловлена тем, что, стремясь к компактности механизмов и снижению массы всего изделия, его детали наделяются, как правило, многофункциональным назначением. Это в свою очередь приводит к существенному усложнению конструкции, образованию сложных функционально-связанных размерных цепей, характеризуемых высокой точностью размеров замыкающих звеньев. Обеспечение точности выходных параметров таких механизмов достигается пригоночными операциями.

Такое положение дел в значительной мере объясняется сложностью проведения размерной отработки изделия на взаимозаменяемость, отсутствием теоретических моделей формирования структуры выходных параметров или их погрешностей. При отсутствии таких моделей невозможно вмешательство в процесс формирования выходного параметра с целью управления этим процессом и достижения заданного уровня точности сборки.

Необходимость проведения исследований в этом направлении очевидна. Разработка модели формирования структуры выходных параметров позволит вскрыть возможности повышения точности сборочных процессов, выявить наиболее рациональный метод достижения точности для условий конкретного производства, наиболее широко использовать принципы взаимозаменяемости.

Наиболее сложным и в тоже время наиболее ответственным узлом стрелкового оружия является узел запирания. От его надежного функционирования во многом зависит работоспособность всего изделия. Узел запирания является типовым узлом стрелкового оружия, в котором наиболее полно проявляется вся специфика данного класса изделий. Объектом исследований данной диссертационной работы выбраны узлы запирания стрелкового оружия.

Целью настоящей диссертации является обеспечение качественных показателей узлов стрелкового оружия с одновременным снижением трудоемкости сборки изделия на основе устранения ручных пригоночных работ и более широкого использования принципов взаимозаменяемости.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Проведение размерного анализа узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М и выявление причин наличия ручных пригоночных работ.

2. Разработка модели формирования погрешностей выходных параметров узла запирания.

3. Разработка методики размерной отработки изделий на взаимозаменяемость.

4. Обоснование на базе научных исследований новых и совершенствование известных методов и приемов сборки изделий, разработка технических средств их обеспечения.

Направление исследований по теме диссертации являются частью работ проводимых совместно ТулГУ и ОАО «Тульский оружейный завод», целью которых является достижение взаимозаменяемости основных сборочных комплектов ружья ТОЗ-87М и ее модификаций.

Диссертация выполнялась в целях повышения качества и конкурентоспособности ружей модели ТОЗ-87М.

Работа содержит пять глав и приложения.

В первой главе диссертации рассмотрены конструкция ружья ТОЗ-87М и типовые узлы стрелкового оружия, приведены технические требования на их сборку. Приведен анализ конструкций узлов запирания стрелкового оружия и причин наличия пригоночных работ при их сборке. Показаны особенности конструкции узла запирания ружья ТОЗ-87М, приведены технические требования на его сборку. Рассмотрены задачи, решаемые при сборке изделий и способы компенсации погрешностей. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе приведен размерно-технологический анализ узла запирания ружья ТОЗ-87М. Выявлены причины и закономерности формирования погрешностей выходных параметров соединения ствол-коробка и коробка - затвор - затворная рама. Произведено разделения узла запирания на самостоятельные сборочные единицы. Назначены технические требования на сборку и отладку сборочных единиц, выполнение которых обеспечивает их взаимозаменяемость в изделии. Обоснован и предложен прием соединения ствола с коробкой по клеевому слою, как прием компенсации взаимного расположения деталей.

В третьей главе дан анализ методов определения погрешностей выходных параметров механизмов с переменным передаточным отношением. Приведены основные принципы построения математической модели погрешности выходного параметра механизма с переменным передаточным отношением. На базе математических моделей выходных параметров разработана методика проектного назначения допусков конструктивных элементов узла запирания. Приведен пример отработки узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М на взаимозаменяемость. Разработана методика определения оптимальной величины зазора между сопрягаемыми поверхностями ствола и коробки, позволяющей обеспечить точное расположение исполнительных поверхностей деталей и требуемую прочность соединения.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований процесса формирования погрешностей расположения исполнительных поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола, исследования компенсирующих и прочностных характеристик клеевого соединения ствола с коробкой.

В пятой главе приведены результаты опытно-промышленного внедрения технологий механической обработки ствола, коробки и других деталей узла запирания, представлена технология нового способа соединения ствола с коробкой по клеевому слою. Дано описание технологического и метрологического обеспечения сборки узла запирания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в настоящей работе, позволяют сделать вывод о реальной возможности исключения пригоночных работ при сборке охотничьих ружей. Основные положения диссертации с равным успехом могут быть использованы в аналогичных задачах машиностроительного производства, следовательно, можно считать, что имеются предпосылки решения актуальной задачи для всего машиностроения - повышение производительности сборочных и ремонтных операций за счет ликвидации пригоночных работ.

При подведении итогов работы сделаны следующие выводы:

1. Размерно - технологический анализ показал, что недостаточная конст-рукторско-технологическая проработка узла запирания, сложность конструктивных элементов, традиции оружейного производства по назначению выходных параметров изделия в неявном виде являются причинами узаконивающие ручные пригоночные работы.

2. Статистические исследования показали, что основной причиной приводящей к нарушению работоспособности узла запирания (заклинивание затворной рамы) является перекос рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола. Существенную роль в этом играет перекос ствола при его запрессовке в коробку.

3. Использование математической модели формирования выходных параметров узла запирания стрелкового оружия позволяет с достаточной точностью оценивать по функциональным и технологическим критериям допуски параметров его конструктивных элементов, производить отработку изделия на взаимозаменяемость и нормальное функционирование. Представление модели в линейном виде обеспечивает наглядность и высокое удобство проведения расчетов.

4. Разработанный принцип построения технологического процесса сборки узла запирания из двух сборочных единиц, позволяет обеспечить взаимозаменяемость сборочных единиц в узле.

5. Экспериментально доказана возможность использования способа соединения ствола с коробкой методом склеивания, подобрана марка клея, геометрические и технологические параметры сопрягаемых поверхностей, разработаны технологические режимы склеивания.

6. Разработанный способ соединения ствола с коробкой по клеевому слою позволяет, за счет выверки взаимного положения деталей, обеспечить высокую точность расположения исполнительных поверхностей и исключить из процесса сборки трудоемкие ручные пригоночные работы.

7. Проведенные опытно-промышленные испытания и внедрение результатов работы подтвердили возможность выполнения технических требований при использовании разработанных способов и приемов и снижения трудоемкости сборки и отладки узла запирания с 9, 861 н/час до 5,25 н/час, при гарантированном обеспечении заданного качества изделия.

1. Алферов В.В. Конструкция и расчет автоматического оружия. -М.: Машиностроение, 1977.-248с.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: Наука, 1967.720с.

3. А.с. 1064121 СССР, МКИ3 F41C 5/02, F41C 25/08. Самозарядное ружье / Бабанин Н.В. -1982.

4. Пат. 1543948 РФ. Запирающий механизм ружья со скользящим затвором /Н.В. Бабанин, А.Н. Фролов, №4412629/23. Заявлено 22.04.88; Опубл. бюл. изобр. №32.- 1995.

5. Пат. 2229078 РФ. Газовый регулятор скорости отката затвора оружия /Н.В. Бабанин, Н.В Пушкин, №2002131139/02. Заявлено 20.11.2002; Опубл. бюл. изобр. №14.- 2004.

6. Решение о выдаче патента на изобретение. Запирающий механизм ружья со скользящим затвором / Н.М. Пушкин, Н.В. Бабанин, №2005122459/02. Заявлено 18.07.2005. Выдано 04.08.2006.

7. Бабанин Н.В. Исследование процесса соединения ствола с коробкой стрелкового оружия по клеевому слою.//Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.246-249.

8. Бабанин Н.В., Баевский Т.В., Ионов О.Ю. Электроэрозионная обработка деталей сложных рычажных механизмов. //Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.218-223.

9. Бабанин Н.В., Мигай А.Ю., Мигай Т.А. Основные принципы отработки узлов стрелкового оружия на взаимозаменяемость при помощи ЭВМ. //Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.116-120.

10. Бабанин Н.В., Морозов С.Ю., Ионов О.Ю. Некоторые аспекты внедрения в серийное производство корпусов ударно-спусковых механизмов ружья ТОЗ-87.//Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 6. 2001. с.213-218.

11. Бонч-Осмоловский М.А., Селективная сборка. М.: Машиностроение, 1974. - 143 с.

12. Бородачев Н.А. Обоснование методики расчета допусков и ошибок кинематических цепей. В двух частях. М.: Изд-во АН СССР, 4.1, 1943. -86 е.; ч.2, 1946.-252 с.

13. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М.: Гостехиздат, 1946.352с.

14. Бруевич Н.Г., Белннин П.Н., Челшцев Б.Е., Гонсалес-Сабатер А. Математическая теория технологии сборки. Доклады АН СССР, 1979, т.246, №6, с.1310-1313.

15. Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении/ Балакшин Б.С., Волосов С.С., Дунин-Барковский И.В. и др. М.: Машиностроение, 1972.-616 с.

16. ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 636-77) Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения.

17. Дальский A.M., Кулешова З.Г. Сборка высокоточных соединений. М.: Машиностроение, 1988. - 304 с.

18. Демкин Н.Б. Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.

19. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. / В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. 6-е изд., перераб и доп. - JL: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1983. 4.2. 448 с.

20. Дунаев П.Ф., Леликов О.П., Варламова Л.П. Допуски и посадки. М.: Высшая школа, 1984. 112 с.

21. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

22. Жабин А.И., Мртынов А.П. Сборка изделий в единичном и мелкосерийном производстве. М.: Машиностроение, 1983. - 184 с.

23. Зыков А.А. Графоаналитический расчет посадок. Стандартизация, 1960, №7, с.7-9.

24. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

25. Илюхин АЛО. Технология автоматизированной сборки резьбовых соединений тонкостенных корпусов спец изделий. Дисс. . канд. техн. наук.-Тула, 1989.-219с.

26. Калашников.Н.А. Точность в машиностроении и ее законы. М.: Машгиз, 1950,- 148 с.

27. Кашмин О.С. Технологическая компенсация размеров деталей при сборке узлов запирания стрелкового оружия. Дисс. . канд. техн. наук. -Тула, 1997. 167с.

28. Коганов И.А. Опимизация подбора деталей, сопригаемых при сборке по большому количеству поверхностей. В кн.: Прогрессивная технология машиностроения, вып. 3. Тула, ТПИ, 1968, с. 17-19.

29. Колесов И.М. Исследование связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей-деталей машин. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -; М.: 1967. - 274 с.

30. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроит. спец. вузов. 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1999. -591 с.

31. Короткое В.П., Тайц Б.А. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1978. -352 с.

32. Корсаков B.C., Замятин В.К. Сборка изделий машиностроения, т.1. М.: Машиностроение, 1983. - 480 с.

33. Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов. -Л. Машиностроение, 1973. 696 с.

34. Ляндон Ю.Н. Функциональная взаимозаменяемость в машиностроении. М.: Машиностроение. - 448 с.

35. Мигай А.Ю. Механизация пригоночных работ при сборке автоматических машин: Дисс. .канд. техн. наук Тула, 1984,- 262с.

36. Мигай А.Ю., Мигай Т.А. Условия обеспечения точного взаимного положения корпусных деталей, соединенных двумя штифтами //Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 5. 2000. с.52-57.

37. Мигай А.Ю., Бабанин Н.В. Возможности обеспечения взаимозаменяемости при сборке узлов запирания. Тезисы докладов международного научно-технического семинара. Брянск, 2001, с. 92-93.

38. MP 107-84. Цепи размерные. Основы метода оптимизированного подбора деталей в сборочные комплекты. М.: ВНИИНМАШ, 1984. - 41с.

39. MP 108-84. Цепи размерные. Методы расчета при переменных передаточных отношениях и непостоянстве положения точек контакта. М.: ВНИИНМАШ, 1984.-19с.

40. МР36-82. Цепи размерные. Расчет допусков с учетом условий контакта сопрягаемых деталей. М.: ВНИИНМАШ, 1982. - 61с.

41. Мышковский Е.В. Зарождение взаимозаменяемости на Тульском оружейном заводе в XVIII веке. В кн.: История машиностроения, т. 45. -М.: Изд-во АН СССР, 1962, с. 155 - 173.

42. Мягков В.Д., Палей М.А. и др. Допуски и посадки. Справочник. Часть 2. JI.: Машиностроение, 1983. - 448 с.

43. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. -М.: Машиностроение, 1980. 592 с.

44. Никифоров А.П. Основы достижения точности при сборке изделий с нормированным контактом сопрягаемых деталей (на примере замкового соединения): Дисс. .канд. техн. наук Тула, 1980,- 312с.

45. Осетров В.Г., Федоров В.Ф. Размерные связи в машинах с учетом контактных деформаций. В кн.: Совершенствование технологических процессов в машиностроении. Ижевск, 1977, № 2, с.8 - 13.

46. Основы теории селективной сборки / В.Я. Катковник, А.И. Савченко. -JI.: Политехника, 1991.- 303 с.

47. Попова Н.Н. Выбор и обоснование компенсационных способов достижения точности при сборке автоматических машин: Дисс. .канд. техн. наук-Тула, 1990.- 186 с.

48. Пушкин Н.М. Рациональная технологическая схема изготовления малогабаритных корпусных сложнопрофильных деталей с системой точно расположенных координатных отверстий // Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 5. 2000. с.117-122.

49. Пушкин Н.М., Бабанин Н.В., Мигай А.Ю. Технологическое обеспечение взаимозаменяемости узлов охотничьих ружей.//Качество и жизнь.№2. Академия проблем качества. Тула, 2003, с.97-100.

50. Решетов Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.1. М.: Машиностроение, 1972. - 664 с.

51. РМО 1945-69. Методика размерной отработки изделий на функциональную взаимозаменяемость. Часть I. 1971.

52. РМО 1945-69. Методика размерной отработки изделий на взаимозаменяемость и нормальное функционирование с использованием ЭВМ. -М.: Изд-во стандартов, 1985.- 24с.

53. РТМ 3-943-76. Допуски размерных цепей. Методы анализа и расчета с помощью ЗВМ. Введен 01.07.77.

54. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках Киев: 1982 - 1972с.

55. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. - 192 с.

56. Сборка и монтаж изделий машиностроения: Справочник в 2-х т. /Ред. Совет: B.C. Корсаков (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1983. Т.1. Сборка изделий машиностроения / Под. Ред. B.C. Корсакова, B.C. Замятина, 1983.-.480 с.

57. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики (для технических приложений).- М.: Наука, 1965.- 512 с.

58. Солонин И.С., Солонин С.И. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. М.: Машиностроение, 1980. - 110 с.

59. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972. - 216 с.

60. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. -184с.

61. Суслов А.Г. Теоретическое определение контактного сближения сопрягаемых поверхностей //Механика и физика контактного взаимодействия. Калинин, 1980.-с. 18-30.

62. Суслов А.Г. Теоретическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. -208с.

63. Терехин Н.А. Назначение и обеспечение норм точности выходных параметров автоматических машин с учетом контактной податливости стыковых соединений: Дисс. .канд. техн. наук Тула, 1986.- 288с.

64. Терехин С.Н. Технологическое обеспечение собираемости узлов запирания стрелкового оружия: Дисс. .канд. техн. наук Тула, 1998.- 284с.

65. Технологичность конструкций изделий. Справочник / Под ред. Ю.Д. Адамирова. М.: Машиностроение, 1985. 368 с.

66. Технология машиностроения (специальная часть): Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.А. Гусев, Е.Р. Ковальчук, И.М. Колесов и др. М.: Машиностроение, 1986. 480 с.

67. Федоров Б.Ф., Осетров В.Г. Точность замыкающих звеньев машин, собранных с пластмассовым компенсатором. В кн.: Научно-технический прогресс в технологии, механизации и автоматизации сборочных работ в машиностроении. М., 1976, с. 123.

68. Федоров В.Г. Проблема допуска. Остирование построительных рабочих чертежей стрелкового оружия и пулеметов. Вып. I. М.: Изд-во артиллерийского управления ГККА, 1932.-61 с.

69. Федоров В.Г. Оружейное дело на грани двух эпох (работы оружейника 1900 1935 гг.) - М.; Изд-во Академии им. Ф.Э. Дзержинского 1939. 164 с.

70. Фридлендер И.Г. Расчеты точности машин при проектировании. -Киев, Донецк. Вища школа, 1980. 314 с.

71. Храбров А.С. Аналитическая обработка результатов эксперимента по определению условий соединения деталей. В кн.: Автоматизация сборочных процессов машиностроения. Труды 6-го Совещания по автоматизации процессов машиностроения. 1979, с. 79-82.

72. Цепи размерные. Основные понятия, методы расчета линейных и угловых цепей: Методические указания РД 50-635-87 / И.М. Колесов, Е.И. Луцков, А.И. Кубарев и др. М.: Изд-во стандартов, 1987. 42с.

73. Черневский Л.В. Технологическое обеспечение точности сборки прецизионных изделий. И.: Машиностроение, 1984. - 176 с.

74. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1975. - 183 с.

75. Шемарин Н.Н. Теоретические основы компенсационных принципов повышения эффективности сборки автоматических машин: Дисс. .докт. техн. наук Тула, 1985.- 423с.

76. Шемарин Н.Н., Терехин Н.А., Никифоров А.П. Технологичность конструкции кулачков муфт с нормированным контактом деталей.- В кн. : Автоматические манипуляторы и металлообрабатывающее оборудование с программным управлением. Тула, ТПИ, 1984, с.128-135.

77. Якушев А.И., Воронцов J1.H., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения Учебник для вузов. Изд.б-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 352с.

78. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984. 256с.

79. Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» Электронный ресурс.: труды электронных интернет-конференций по технологии машинострое-ния/