一種細(xì)長軸類零件精密過盈配合的裝配方法

王月云，姚宏峰，朱從武，談 宇，王昊誠

（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225128）

現(xiàn)有的細(xì)長零件的過盈配合裝配一般有兩種方式：一種是直接壓裝法，另一種是熱脹冷縮法。其中熱脹冷縮法存在裝配成本高，裝配不便，工件需要冷卻影響后續(xù)加工等缺陷。同時熱脹冷縮法裝配對以配合尺寸較小的零件效果不明顯。所以較為常用的是直接壓裝法。采用直接壓裝法裝配時，將內(nèi)套件的一端與外套件的內(nèi)腔端口相對，然后采用壓力設(shè)備從內(nèi)套件另一端順裝配方向施加壓力，強(qiáng)行使內(nèi)套件被壓入外套件的內(nèi)腔中完成裝配。采用這種裝配方式，存在爬行現(xiàn)象，即內(nèi)套件壓入外套件內(nèi)腔的過程中存在時停時走或時慢時快的運(yùn)動現(xiàn)象。這樣，使得零件在長度方向的裝配尺寸精度得不到有效控制和保證，常常出現(xiàn)長度方向尺寸裝配過度的現(xiàn)象。

1 技術(shù)方案

為解決上述不足，本文提出一種細(xì)長軸類零件精密過盈配合的裝配方法，其特點(diǎn)在于：采用直接壓裝法，使用壓力設(shè)備將內(nèi)套件壓入外套件內(nèi)，同時在壓裝過程中，在與壓裝方向相垂直的方向采用撞擊裝置反復(fù)敲擊內(nèi)套件使其震動，直至裝配完成。

2 爬行現(xiàn)象原因

研究發(fā)現(xiàn)，采用直接壓裝法壓裝細(xì)長零件會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，其原因是在壓裝時，因零件之間為過盈配合，所以在擠壓時，兩個擠壓的表面會產(chǎn)生扭曲變形，當(dāng)變形積累到一定程度就必然會出現(xiàn)停頓，然后在長度方向會出現(xiàn)微小的拱起并產(chǎn)生應(yīng)力積累。隨著壓力設(shè)備不斷施加壓力，壓力積累到一定程度使得在內(nèi)套件前進(jìn)方向的分力大于摩擦阻力時，靜摩擦狀態(tài)轉(zhuǎn)化為動摩擦，積累的應(yīng)力突然釋放使內(nèi)套件跳躍式前行一段距離。如此周而復(fù)始形成爬行現(xiàn)象。

3 爬行現(xiàn)象解決方法

針對爬行現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，在本方法中，在壓裝方向相垂直的方向采用撞擊裝置反復(fù)敲擊內(nèi)套件使其振動，在內(nèi)套件出現(xiàn)停頓并產(chǎn)生微小拱起的瞬間，撞擊裝置形成的振動迫使拱起部分回復(fù)呈平直狀態(tài)，然后在前行方向產(chǎn)生一個分力，使得內(nèi)套件前行的合力大于摩擦阻力而繼續(xù)前行。這樣就有效消除了爬行現(xiàn)象，使得裝配更加順暢，可較好地保證細(xì)長零件在長度方向的裝配尺寸。另外，具體實(shí)施時，敲擊的頻率和力度大小是一個經(jīng)驗(yàn)值，不能過大使零件產(chǎn)生塑性變形，其適宜值大小對于不同材質(zhì)和型號的零件均有所不同，但具體實(shí)施時，可以根據(jù)不同的產(chǎn)品反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)的頻率和力度，然后進(jìn)行實(shí)施。

4 優(yōu)化

作為優(yōu)化，裝配過程中，內(nèi)套件下方設(shè)置有支撐裝置，支撐裝置與外套件相對固定設(shè)置，內(nèi)套件順裝配方向支撐在支撐裝置上，撞擊裝置的敲擊方向與支撐裝置相反（指從內(nèi)套件的上方敲擊）。這樣，支撐裝置單獨(dú)對內(nèi)套件形成支撐，內(nèi)套件和外套件位置相對固定，有利于裝配的進(jìn)行。同時，由于支撐裝置的存在，內(nèi)套件產(chǎn)生拱起的方向一般為背向支撐裝置的方向，故從此方向敲擊更加有利于消除拱起，進(jìn)而消除爬行現(xiàn)象。

本技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，從裝配長度方向上將裝配分為預(yù)壓裝和精壓裝兩步，預(yù)壓裝時使用壓力機(jī)設(shè)備采用直接壓裝法進(jìn)行壓裝，將內(nèi)套件壓入外套件內(nèi)，完成長度方向大部分尺寸的裝配，然后進(jìn)行精壓裝。精壓裝時在保持壓力設(shè)備對內(nèi)套件壓力的同時在壓裝方向相垂直的方向采用撞擊裝置反復(fù)敲擊內(nèi)套件使其振動，直至完成長度尺寸要求的裝配。

以上兩種方式壓力機(jī)設(shè)備為液壓缸，裝置為氣錘，兩種設(shè)備具有價格便宜、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施時也可以采用其他的壓力機(jī)設(shè)備和撞擊裝置。

5 方法對比

進(jìn)一步優(yōu)化后的方案和上述方案的區(qū)別在于將裝配分為了預(yù)壓裝和精壓裝兩工序，預(yù)壓裝工序中采用直接壓裝法完成長度方向大部分尺寸的裝配，僅僅在精壓裝中采用撞擊裝置進(jìn)行敲擊，完成剩余尺寸的裝配。這是因?yàn)?，采用撞擊裝置進(jìn)行敲擊，會產(chǎn)生附加的裝配成本，同時會增加工人操作控制的難度；另外，如果裝配長度全程采用撞擊裝置進(jìn)行敲擊，容易導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形或損壞，反而提高裝配難度而且容易導(dǎo)致裝配失敗。本優(yōu)化方案中，僅僅在裝配快完成時采用精壓裝，即使用敲擊裝置進(jìn)行敲擊，不僅可保證裝配在長度方向的尺寸精度要求，而且降低了裝配成本和工人控制難度，也保證了零件不會因敲擊而損壞，提高了裝配成功率。其中的大部分尺寸，是指采用直接壓裝法裝配至產(chǎn)生的爬行現(xiàn)象會導(dǎo)致長度方向裝配超標(biāo)之前停止，然后采用敲擊進(jìn)行精壓裝。其具體加工長度根據(jù)不同的零件和型號可以不同。具體實(shí)施時，可根據(jù)不同的產(chǎn)品反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出兩個工序最優(yōu)長度比例，然后按照此長度進(jìn)行實(shí)施。

裝配過程中，內(nèi)套件下方設(shè)置有支撐裝置，支撐裝置與外套件相對固定設(shè)置，內(nèi)套件順裝配方向支撐在支撐裝置上，撞擊裝置的敲擊方向與支撐裝置相反。從此方向敲擊更加有利于消除拱起，進(jìn)而消除爬行現(xiàn)象。

6 敲擊原理

本技術(shù)采用撞擊裝置敲擊時的作用原理示意圖如圖1所示。

圖1 敲擊原理圖

通過壓力設(shè)備產(chǎn)生的壓力F3使內(nèi)套前行，但摩擦阻力F0會時大時小，當(dāng)F0大于F3時就會導(dǎo)致內(nèi)套件停止前行進(jìn)而產(chǎn)生一個拱起變形，拱起方向與下方兩個支撐裝置方向相反。此時從拱起上方兩個支撐裝置中間的位置施加一個向下敲擊的沖量，該沖量相當(dāng)于一個瞬時作用的非常大的敲擊力F，F(xiàn)迫使弓形結(jié)構(gòu)回復(fù)并分解成為兩個相反方向的分力F1，其中向左的F1被壓力裝置抵消，向右的F1和F3形成更大的大于F0的合力，使內(nèi)套件繼續(xù)前行。實(shí)施時通過控制敲擊的頻率，在拱起剛剛形成時即給予敲擊而使其消除，從而消除爬行現(xiàn)象，使裝配得到有序控制，完成過盈配合的精確壓裝。

7 裝置結(jié)構(gòu)

本方法采用的裝置如圖2所示。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置包括一個基座，基座的一端固定兩個用于支撐內(nèi)套件的支撐裝置，支撐裝置可采用能夠限制內(nèi)套件周向方向運(yùn)動而不會限制軸向方向運(yùn)動的夾具，基座另一端固定安裝外套件，外套件和內(nèi)套件順裝配方向正對設(shè)置。在內(nèi)套件背離外套件的一端設(shè)置壓力設(shè)備對內(nèi)套件施壓進(jìn)行裝配。裝配過程中從支撐裝置的上方采用氣錘反復(fù)敲擊，消除爬行現(xiàn)象。另外，具體實(shí)施時，當(dāng)過盈量一定的情況下，氣錘敲擊的力越大則每次敲擊所完成的裝配行程越大，所以在裝配過程中，裝配快完成時，可以對裝配長度尺寸進(jìn)行實(shí)時檢測，根據(jù)檢測到的裝配尺寸剩余長度，逐漸控制提高敲擊頻率并降低敲擊力度，直至檢測到的裝配尺寸合格。這樣可以進(jìn)一步提高裝配精度控制。

8 結(jié)論

本文所述方法可有效消除爬行現(xiàn)象，提高細(xì)長零件在長度方向的裝配尺寸精度要求，使長度方向精度尺寸得到保證。經(jīng)具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用本方法在長度方向的壓裝精度可以控制在0.05mm以內(nèi)，同時本方法還具有實(shí)施便捷，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)。

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