脹縮法裝配全形規(guī)的研究*

周建民,李水利,焦翠萍

(1.中國兵器工業(yè)集團淮海工業(yè)集團有限公司,山西長治 046012;2.山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西長治 046012)

脹縮法裝配全形規(guī)的研究*

周建民1,李水利2,焦翠萍2

(1.中國兵器工業(yè)集團淮海工業(yè)集團有限公司,山西長治 046012;2.山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西長治 046012)

以某型號產(chǎn)品的全形規(guī)為例,剖析了全形規(guī)裝配中零件間形位精度指標(biāo)的要求。結(jié)合多年工具鉗工裝配的經(jīng)驗,論述了脹縮法在全形規(guī)裝配中的合理性,并運用理論計算、工藝創(chuàng)新及試驗驗證等方法,確定了裝配中加熱和冷卻溫度及裝配工藝。得出了在量規(guī)過盈配合裝配中采用脹縮法,即可保證重要零件尺寸形狀要求,又可控制裝配后零件間的同軸度要求。

全形規(guī);脹縮法;形位公差

0 引 言

導(dǎo)彈與炮筒的配合精度要求很高,炮筒內(nèi)表面的加工精度一定的情況下,另一方面則要求導(dǎo)彈外表面的尺寸,形位誤差很小。在對導(dǎo)彈提高加工精度的同時,研究彈道外表面尺寸形位誤差的測量也越來越重要。主要研究的是某彈道的專用量具全形規(guī)的裝配問題。

1 裝配中存在的技術(shù)難點

某導(dǎo)彈全形規(guī)的裝配圖如圖1所示。

圖1 全形規(guī)裝配圖

全形規(guī)零件制造精度與裝配后所要求的精度指標(biāo)比較接近,也就是說零件在裝配時所給予的裝配誤差允許值很小。如圖1所示,全形規(guī)結(jié)構(gòu)特點:外套

襯套均采用分體結(jié)構(gòu),兩個外套與多個襯套形成過盈配合,最大過盈量為0.054 mm。裝配完成后,各襯套的內(nèi)孔尺寸及形位公差要求較高:襯套Ⅴ、襯套Ⅵ、襯套Ⅶ的內(nèi)孔具有相同的錐度,裝配后三個內(nèi)圓錐形狀公差為0.04 mm,同軸度要求為0.04 mm;襯套Ⅳ的結(jié)構(gòu)如圖2所示,兩個內(nèi)圓錐的形狀公差分別為0. 02 mm、0.04 mm;所有襯套裝配后的同軸度要求為0.045 mm。

2 裝配方法的選擇

圓柱面過盈聯(lián)接時通常采用常溫壓入法,這種方法操作簡單。然而在全形規(guī)的裝配中卻遇到了難題:大過盈量采用機械方法壓入需要大型壓力機械配合,操作不便;襯套淬火處理,外套是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的20鋼,并且配合面較長,強行壓入會導(dǎo)致外套內(nèi)壁拉傷襯套變形且無法壓到位,極易造成零件損毀;壓入法在過盈裝配中很難保證內(nèi)外孔的同心度,不能滿足全形規(guī)裝配之后的各項要求。于是我們研究用溫差法進行裝配。起初嘗試用熱脹法將包容件加熱,其孔徑增大后與被包容件裝配。但實際上一個包容件與多個被包容件配合,在裝配不同被包容件過程中由熱傳導(dǎo)導(dǎo)致包容件前后產(chǎn)生溫差,使間隙配合逐漸變?yōu)檫^盈配合。單一的熱脹法只能保證前兩個襯套順利裝配,后面再安裝時由于外套的溫度降低,其孔徑變小,襯套已不能在常溫下順利安裝。因此我們在對包容件進行熱脹的同時對被包容件進行冷縮,即將熱脹法和冷縮法同時采用,進而增大配合間隙,使裝配得以順利進行。

3 裝配工藝的設(shè)計

脹縮法裝配全形規(guī),必須設(shè)計合理的裝配順序,確定理想的加熱冷卻溫度,制定嚴(yán)格的操作規(guī)范。針對上述問題設(shè)計全形規(guī)的裝配工藝方案如下。

3.1 裝前準(zhǔn)備

將上下體外套和各襯套放在平板上,用百分表打表確定襯套組合后與外套的高度尺寸;將七個襯套按圖紙要求進行預(yù)裝,以確定各襯套的裝配順序及襯套錐孔大小端,并做標(biāo)記。

3.2 裝配順序

圖1中,為了保證裝配后全形規(guī)的高精度要求及相對測量基準(zhǔn)的各長度尺寸,設(shè)計的裝配順序為:將下體外套1置于平板,首先裝配有窗口的襯套Ⅳ,其定位面為外套的臺階面;下體翻轉(zhuǎn),以襯套Ⅳ為安裝基準(zhǔn),按順序分別裝入襯套Ⅲ、襯套Ⅱ、襯套Ⅰ;再次將下體翻轉(zhuǎn);將上體外套裝在已裝配完的下體外套上,以襯套Ⅳ的上端面為裝配基準(zhǔn),將襯套Ⅴ、襯套Ⅵ、襯套Ⅶ按順序裝入上體外套內(nèi)孔中,裝配順序如圖3所示,圖2為襯套Ⅳ的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 襯套Ⅳ的結(jié)構(gòu)

圖3 裝配順序

3.3 脹縮溫度的確定[1]

外套熱脹變大,襯套冷縮變小,兩者間的配合由過盈變?yōu)殚g隙,當(dāng)變形后的配合為H8/g8時,可以避免配合面互相擦傷,并能保證襯套自由落體進入外套,此時的裝配間隙為0.066 mm。

式中:δymax是最大過盈量,取0.01 mm;Δ是裝配間隙,取0.066 mm;θ是裝配環(huán)境溫度,為25℃;αl1襯套的線脹系數(shù),查表為-8.5×10-6;d為配合的基本尺寸,為120 mm。

式中:αl2為外套的線脹系數(shù),查表為11×10-6。

內(nèi)外套恢復(fù)常溫后,外套外徑增大,襯套內(nèi)徑減小。產(chǎn)品裝配后對襯套內(nèi)徑的尺寸要求較高,故只計算襯套內(nèi)徑的減小量:

在理論計算的指導(dǎo)下,將襯套放在-40℃ ～50℃的冷凍箱中進行1.5～3 h的冷凍處理,襯套的外徑縮小0.14 mm左右;同時將外套放在70℃ ～-90℃的箱絲爐中進行加熱并保溫1 h,其內(nèi)徑增大0.15 mm左右。零件通過加熱冷卻后,順利完成了裝配,并待常溫下對襯套的內(nèi)徑測量,內(nèi)徑縮小0.005 mm,在公差范圍之內(nèi)。

4 產(chǎn)品的檢驗

待各零件溫度恢復(fù)至常溫后,軸向徑向尺寸會產(chǎn)生微小變形,必須進行終檢。但裝配后的全形規(guī)屬于深孔,常用的量具無法進入測量,所以利用校對規(guī)[2]進行檢驗。如圖4為校對規(guī)圖。

圖4 校對規(guī)

如圖4(a)所示,該規(guī)檢驗襯套Ⅴ、襯套Ⅵ、襯套Ⅶ內(nèi)孔的錐度,圓錐的形狀誤差,同軸度誤差;如圖4 (b)所示,該規(guī)檢驗襯套Ⅳ內(nèi)孔大錐的形狀誤差,長度尺寸;如圖4(c)所示,該規(guī)檢驗襯套Ⅳ內(nèi)孔小錐的形狀誤差,長度尺寸;如圖4(d)所示,該全形規(guī)檢驗各襯套的同軸度及長度尺寸。校對規(guī)檢驗時全形規(guī)與校對規(guī)接觸均勻無卡滯,則滿足錐度的形狀公差和位置公差;同時用刀口尺在襯套大端檢驗長度尺寸。圖5為全形規(guī)裝配完成后的最終產(chǎn)品圖。

圖5 產(chǎn)品圖

5 裝配中采取的措施

裝配后全形規(guī)中襯套的內(nèi)孔直徑長度尺寸誤差、形狀誤差及各襯套的同軸度誤差均要求較小。但采用脹縮法進行裝配后,襯套尺寸形位誤差受眾多因素影響很難控制。針對此問題在裝配過程中采取了下列一系列措施。

(1)裝配時多人協(xié)作,合理分工,減少裝配時間。各零件從冷凍或加熱箱中取出后,以最快速度準(zhǔn)確裝入,盡量縮小外套在裝配不同襯套過程中由熱傳導(dǎo)導(dǎo)致其前后溫差,降低配合間隙逐漸變?yōu)檫^盈帶來的難度。

(2)對于長度尺寸較短的襯套,裝配時要使其行程最短,以減小其溫度變化確保裝配順利;或使其與上面或下面的內(nèi)套連在一起冷凍,一起裝配。

(3)上、下體聯(lián)接時,一定要等下體中各件都具有過盈配合時再將其翻轉(zhuǎn)180°,開始裝配上體。

6 結(jié) 論

對全形規(guī)裝配的研究,成功探索出了一種新的裝配方法,使長圓柱面在一般條件下實現(xiàn)過盈、高精度的配合變的簡單易行。目前該方法已被廣泛應(yīng)用于某公司系列全形規(guī)產(chǎn)品的裝配中,解決了制約產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的瓶頸問題。

[1] 機械工程手冊編委會.機械工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2007.

Study on Assembly of the Holomorph Gauge with Expansion and Shrinkage Method

ZHOU Jian-min1,LI Shui-li2,JIAO Cui-ping2
(1.Huaihai Industrial Group Co.,Ltd,China Ordnance Industries Group,Changzhi Shanxi 046012,China; 2.Shanxi Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Changzhi Shanxi 046012,China)

In this article,setting holomorph gauge of a product as an example,the requirements to the accuracy index of form and position in parts are analyzed.Combining with years of tool fitter assembly experience of the authors,the rationality of expansion and shrinkage method in assembly is discussed,the heating and cooling temperature and assembly process of the assembly are determined by using theoretical calculation,technological innovation and test verification method.It is resulted that to apply the expansion and shrinkage method in the gauge interference fit assembly could not only guarantee the dimension and shape requirements of the important parts,but also control the coaxial degree requirements between parts after assembly.

holomorph gauge;expansion and shrinkage method;geometric tolerance

TH123

A

1007-4414(2015)05-0053-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.017

2015-08-02

周建民(1963-),男,山東即墨人,首席技師,研究方向:裝用量規(guī)設(shè)計。