Untuk memenuhi permintaan untuk-kecekapan tinggi,-pemesinan berketepatan tinggi bagi profil gear cacing C-EPS, kajian ini secara sistematik menyiasat aspek teknikal utama-seperti pemilihan proses, pengoptimuman pengilangan dan kawalan pengisaran-untuk menentukan skema pemprosesan yang optimum. Penambahbaikan dicadangkan merentas beberapa bidang: pemilihan peralatan, kaedah pegangan kerja, parameter alat pemotong, sistem penyejukan dan parameter proses. Penyelesaian khusus termasuk meningkatkan ketegaran-mesin pusingan CNC berketepatan tinggi, mengoptimumkan kecekapan melalui pengapit hidraulik dan pemuatan/pemunggahan automatik, mereka bentuk parameter untuk-alat karbida bersalut halus dan mengawal-udara bertekanan tinggi-proses penyejukan dan pengisaran profil. Proses yang dioptimumkan memastikan ketepatan gred IT7 yang stabil untuk profil cacing, meningkatkan kualiti permukaan dan kecekapan pemesinan dengan ketara, serta mengurangkan kos pengeluaran dengan ketara.
1
pengenalan
Sistem stereng kuasa elektrik -jenis lajur (C-EPS) digunakan secara meluas dalam kenderaan penumpang dari Kelas A0 hingga Kelas B kerana strukturnya yang padat dan kos yang boleh diurus. Cacing involute (lihat Rajah 1) berfungsi sebagai tork teras-komponen penghantaran C-EPS; jika ralat profil gigi melebihi 0.01 mm, isu seperti kelewatan stereng atau bunyi yang tidak normal mungkin akan berlaku [1]. Akibatnya, proses pemesinan menuntut ketepatan gred IT7 yang ketat sambil juga memenuhi keperluan kecekapan pengeluaran besar-besaran.
Imej
Rajah 1: Cacing involute
Proses pemesinan cacing semasa menghadapi tiga cabaran utama: ① Proses memusing dan mengisar tradisional mengalami kecekapan yang rendah, dengan-output anjakan tunggal jatuh di bawah 500 unit. ② Proses hobbing dan rolling menghasilkan konsistensi profil yang lemah; ketepatan sangat bergantung pada ketepatan hob, dan turun naik ralat mencapai ±0.02 mm apabila alat dipakai. ③ Proses pengilangan konvensional gagal memenuhi keperluan kualiti permukaan, mengakibatkan nilai kekasaran permukaan (Ra) sebanyak 1.6 μm atau lebih tinggi. Membangunkan teknologi pemesinan cacing C-EPS yang mengimbangi ketepatan tinggi dengan kecekapan tinggi adalah kepentingan praktikal yang ketara untuk meningkatkan daya saing pasaran produk C-EPS.
2
Keadaan Penyelidikan Semasa (Domestik dan Antarabangsa)
Di peringkat antarabangsa, usaha untuk meningkatkan ketepatan pemesinan cacing selalunya bergantung pada-peralatan canggih-seperti mesin pengisar cacing CNC yang dibangunkan oleh syarikat Jerman KAPP. Dengan menggunakan teknologi pampasan ralat terma, peralatan ini mengawal ralat heliks kumulatif dalam lingkungan 0.005 mm; namun, kos seunit melebihi 8 juta RMB, mewujudkan halangan yang sangat tinggi untuk masuk. Penyelidikan domestik tertumpu terutamanya pada pengoptimuman proses; manakala sesetengah pembuat kereta menggunakan proses penggelek-tambah-hobbing untuk pengeluaran besar-besaran cacing, ketepatan pemesinan hanya mencapai gred IT8, gagal memenuhi keperluan untuk model kenderaan-tinggi.
Penyelidikan sedia ada masih belum mewujudkan penyelesaian pemesinan bersepadu yang menggabungkan-kasaran kecekapan tinggi dengan-kemasan berketepatan tinggi. Berdasarkan gabungan proses pusingan dan pengisaran bentuk, kertas kerja ini membina sistem pengoptimuman komprehensif-merangkumi peralatan, alat pemotong dan parameter proses-untuk merapatkan jurang dalam-kecekapan tinggi, teknologi pemesinan berketepatan tinggi-tinggi untuk cecacing C-EPS.
3
Pemilihan Proses Pemesinan Profil Gigi Cacing
3.1 Perbandingan Skim Proses
Perbandingan kuantitatif telah dijalankan di antara tiga proses arus perdana untuk pemesinan profil gigi cacing: memusing tambah mengisar, hobbing ditambah bergolek, dan pengilangan (putaran) ditambah pengisaran. Perbandingan menilai penunjuk teras-seperti kekasaran permukaan, gred ketepatan dan ketekalan profil gigi-serta metrik pengeluaran seperti kecekapan pemesinan dan masa pertukaran. Jadual 1 membandingkan penunjuk teras bagi proses yang berbeza, manakala Jadual 2 membandingkan kecekapannya.
Jadual 1 Perbandingan Penunjuk Teras untuk Proses Berbeza
[Imej]
Nota: Data diperoleh daripada ukuran sebenar pada barisan pengeluaran pembuat kereta; saiz sampel n=500.
Jadual 2 Perbandingan Kecekapan untuk Proses Berbeza
[Imej]
Nota: Output anjakan-tunggal adalah berdasarkan ukuran cacing φ30mm × 120mm; peralatan mempunyai satu-konfigurasi gelendong.
3.2 Penentuan Proses Optimum
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1 dan 2, proses pengisaran-tambah-pengilangan (putaran untuk pengasaran/separuh-diikuti dengan pengisaran kemasan) dengan ketara mengatasi prestasi skim lain dalam kedua-dua penunjuk pemesinan teras dan kecekapan pengeluaran. Tambahan pula, ia menghapuskan keperluan untuk proses mesin hobbing khusus, mengurangkan kos pemesinan sebanyak kira-kira 40%. Akibatnya, kertas kerja ini memfokuskan pada proses ini untuk-penyelidikan yang lebih mendalam.
4
Pengoptimuman Pengilangan Cacing
Pengilangan berfungsi sebagai peringkat kasar dan separuh-penamat untuk cacing; ketepatan pemesinan dan kecekapannya secara langsung menentukan kualiti rujukan dan masa kitaran pengeluaran untuk proses pengisaran kemasan seterusnya. Kajian ini menjalankan reka bentuk pengoptimuman merentas lima aspek: pemilihan peralatan, kaedah pegangan kerja, parameter alat pemotong, sistem penyejukan dan parameter proses. 4.1 Pemilihan Peralatan dan Peningkatan Kekakuan
(1) Pemilihan-Mesin Pusaran CNC Ketepatan Tinggi: Untuk memenuhi keperluan ketepatan IT7, mesin pusingan CNC yang dilengkapi dengan-sistem suapan dan gelendong berketepatan tinggi telah dipilih. Spesifikasi teknikal utama adalah seperti berikut:
1) Sistem suapan: Resolusi Kurang daripada atau sama dengan 0.0001 mm; penuh-ketepatan kedudukan lejang ±0.002 mm.
2) Sistem gelendong: Larian jejari Kurang daripada atau sama dengan 0.001 mm; pelarian paksi Kurang daripada atau sama dengan 0.0005 mm; kestabilan kelajuan putaran ±5 r/min.
Data eksperimen menunjukkan bahawa apabila ketepatan kedudukan alat mesin bertambah baik daripada ±0.01 mm kepada ±0.002 mm, ralat kumulatif heliks cacing berkurangan daripada 0.025 mm kepada 0.008 mm, mewakili peningkatan langsung dalam ketepatan pemesinan sebanyak dua gred.
(2) Strategi Peningkatan Kekakuan Alat Mesin: Kekakuan alat mesin yang tidak mencukupi cenderung untuk mendorong getaran pemotongan, menyebabkan peningkatan lebih 30% dalam kesilapan kesan gigi cacing. Kekakuan alat mesin boleh dipertingkatkan melalui dua langkah berikut:
1) Penambat Asas: Tapak alat mesin dengan ketebalan Lebih daripada atau sama dengan 500 mm dituang menggunakan konkrit C30 dan disambungkan tegar ke lantai melalui bolt pengembangan M30; kerataan tapak dikekalkan dalam 0.02 mm/m.
2) Pengoptimuman Struktur: Mekanisme pengunci jenis baji{1}}digunakan pada sambungan antara rehat alat dan katil mesin, meningkatkan kawasan sentuhan sebanyak 40% dan meningkatkan kekukuhan statik alat mesin kepada 250 N/μm.
4.2 Pengoptimuman Kaedah Pengapit dan Pemuatan/Pemunggahan
(1) Kawalan Ketepatan Pengapit Hidraulik: Pengapitan manual tradisional mengakibatkan ralat kedudukan paksi sehingga ±0.1 mm, menyebabkan turun naik yang ketara dalam ketepatan kedudukan paksi profil gigi cacing. Dengan menggunakan chuck pemusatan diri-sendiri hidraulik dengan daya pengapit 5–8 kN-bersama dengan-datum kedudukan muka hujung dan gelang tujah paksi-ralat kedudukan pengapit dikawal dalam ±0.03 mm. Ini meningkatkan ketepatan kedudukan paksi cacing tiga kali ganda, menyediakan datum pemesinan yang stabil untuk proses pengisaran{11}}penyusutan berikutnya. (2) Peningkatan kecekapan melalui pemuatan dan pemunggahan automatik: Robot kekuda telah diguna pakai untuk menggantikan buruh manual untuk pemuatan dan pemunggahan automatik aci cacing [2]. Masa pengapit telah dikurangkan daripada 20 s/piece kepada 5 s/piece, penggunaan peralatan meningkat daripada 65% kepada 90% dan satu-output syif meningkat lebih 300 keping.
4.3 Reka Bentuk Parameter Alat Pemotong dan Kawalan Haus
Keluli aloi-berkualiti tinggi telah dipilih sebagai bahan mentah untuk aci cacing C-EPS, mencapai kekerasan 28–32 HRC selepas pelindapkejutan dan pembajaan [3]. Berdasarkan ciri bahan, proses reka bentuk menangani pemilihan bahan alat, pengoptimuman parameter geometri, dan kawalan haus semasa pemasangan.
(1) Pemilihan bahan alat: Perbandingan prestasi pemotongan-keluli berkelajuan tinggi (W18Cr4V), karbida bersimen standard (WC-Co) dan karbida bersalut berbutir-ultrahalus (siri YBG) [4] ditunjukkan dalam Jadual 3. YBG ultrahalus-karbida bersalut berbutir akhirnya dipilih sebagai karbida bersalut bijirin.
Jadual 3 Perbandingan prestasi pemotongan untuk bahan alatan yang berbeza
[Imej]
Nota: Keadaan pemotongan ialah kadar suapan 0.15 mm/r dan kedalaman pemotongan 1.2 mm.
Alat ini menampilkan substrat WC-Co dengan tambahan Niobium (Nb) dan salutan TiAlN nano-tebal 3–5 μm. Kekerasan salutan mencapai 3200 HV, dan kekerasan panas kekal stabil sehingga 800 darjah, memenuhi keperluan proses untuk pemotongan-tinggi.
(2) Pengoptimuman parameter geometri alat: Berdasarkan ciri profil gigi involute aci cacing,
parameter geometri khusus telah direka bentuk untuk pemotong pengilangan kasar (pemotong bentuk jenis ZA-) dan pemotong pengilangan kemasan (pemotong bentuk jenis ZI-) (lihat Jadual 4), mengimbangi daya pemotongan, kekuatan canggih dan kualiti permukaan mesin.
Jadual 4 Reka bentuk parameter geometri alat khusus
[Imej]
(3) Pemasangan alatan dan pemantauan haus: Pemasangan alatan dan pemantauan haus mesti mematuhi keperluan teknikal berikut. 1) Konfigurasi kepala pemotong: Kepala pemotong ketepatan dengan gred keseimbangan dinamik G2.5 digunakan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, kepala pemotong menampilkan enam kedudukan pelekap yang disusun berselang-seli antara tiga-pemotong penggilingan kasar dan tiga pemotong penggilingan-penamat. Pemotong-kasar memanjang 0.12–0.20 mm lebih jauh daripada{11}}pemotong pengilangan penamat, membolehkan kedua-dua pemesinan kasar dan-separa siap disiapkan dalam satu laluan.
Imej
Rajah 2: Skema pemasangan kepala pemotong
2) Padanan sudut heliks: Kepala pemotong dicondongkan dan diputar untuk menjajarkan sudut heliks pemotong dengan sudut plumbum cacing ( ). Formula untuk mengira sudut plumbum ialah:
tan=Pz / (πd1) (1)
Di manakah sudut plumbum ( darjah ), Pz ialah plumbum paksi (mm), dan d ialah diameter bulatan padang (mm).
3) Pemantauan pakai: Instrumen pemeriksaan cacing digunakan untuk memantau ralat profil gigi dalam masa-sebenar. Pemotong diganti dengan segera apabila haus mencapai 0.005 mm; sisipan boleh digunakan semula tiga atau empat kali selepas mengisar semula.
4.4 Pengoptimuman sistem penyejukan dan parameter proses
(1)-Udara tekanan tinggi-reka bentuk penyejukan kabus: Kelajuan pemotongan untuk pengilangan berputar mencapai 260–360 m/min, dengan suhu dalam zon pemotongan meningkat kepada 600–800 darjah . Sistem penyejukan kabus-udara tekanan tinggi-tinggi [5] yang beroperasi pada 0.80–1.38 MPa digunakan. Medium penyejukan terdiri daripada campuran 5% emulsi tekanan-ekstrem dan udara termampat, dihantar melalui empat muncung berbentuk kipas-simetri (diameter 1.5 mm) untuk menyiram terus zon pemotongan. Sistem ini meningkatkan kecekapan penyejukan sebanyak 60% berbanding penyejukan banjir tradisional dan mengurangkan kadar sisa cip kepada di bawah 0.5%.
(2) Pengoptimuman parameter pengilangan: Kaedah ujian ortogon digunakan untuk menentukan gabungan optimum parameter proses untuk pengilangan cacing, mengimbangi kecekapan pemesinan dengan kualiti pemesinan. 1) Kedalaman pemotongan: Jumlah kedalaman pemotongan untuk pengilangan gear dikira berdasarkan ketinggian gigi penuh, *h*:
*h*=[(d1 + 2mx) - (d1 - 2.4mx)] / 2 (2)
Di mana *h* ialah ketinggian gigi penuh (mm), mewakili jumlah kedalaman potongan; *d1* ialah diameter bulatan padang gear (mm); *m* ialah modul paksi (mm); faktor 2 dalam "2m" sepadan dengan pekali tambahan (adendum standard ialah 1*m*, jadi kedua-dua belah berjumlah 2*m**x*); dan 2.4 ialah pekali berkaitan dedendum-(dedendum standard ialah 1.2*m*, jadi kedua-dua belah berjumlah 2.4*m*).
2) Kadar suapan: Kadar suapan ialah 0.13–0.20 mm/r, dilaraskan secara dinamik berdasarkan kekerasan bahan.
3) Kelajuan putaran: Kelajuan gelendong bahan kerja ialah 12–18 r/min, dan kelajuan kepala pemotong ialah 6000–8000 r/min (kelajuan linear pemotongan 300–400 m/min).
4) Elaun penamat pengisaran: Elaun ialah 0.5–0.7 mm, mengimbangi kecekapan pengisaran dengan ketepatan pemesinan akhir.
Menggunakan parameter di atas, masa kitaran pengeluaran untuk mesin pusingan tunggal mencapai 90-105 keping/j; kekasaran permukaan (Ra) cacing selepas pengilangan ialah 0.8–1.2 μm, dan ralat profil gigi ialah ±0.004 mm [6].
5
Kawalan pengisaran profil gigi cacing
Pengisaran ialah proses penamat untuk cacing C-EPS dan secara langsung menentukan ketepatan pemesinan akhir. Kajian ini melaksanakan kawalan proses mengenai peralatan pengisaran/pemilihan roda pengisar dan parameter pengisaran/kawalan penyejukan untuk memastikan ketepatan cacing secara konsisten memenuhi gred IT7.
5.1 Pemilihan peralatan pengisar dan roda pengisar
Mesin pengisar cacing CNC dengan fungsi penjajaran -gigi automatik dipilih; ketepatan kedudukan mesin ialah ±0.001 mm. Kaedah pengisaran bentuk [7] digunakan, menggunakan mesin rias CNC untuk membalut roda pengisar ke dalam bentuk involute yang sepadan dengan cacing, dengan itu memastikan konsistensi dalam pemesinan profil gigi. Roda pengisar alumina (WA) bersatu putih dipilih, menampilkan kekerasan H5, saiz grit F80 dan ikatan resin (menawarkan rintangan hentaman yang sangat baik); diameter roda ialah 405 mm, dan kelajuan linear operasi ialah 45 m/s. Roda alumina bercantum putih mempunyai sifat mengasah sendiri-yang baik dan meminimumkan penjanaan haba pengisaran dengan berkesan-menghasilkan kurang haba daripada roda silikon karbida-sehingga menghalang lecuran pengisaran pada bahan kerja.
5.2 Parameter Pengisaran dan Kawalan Penyejukan
(1) Parameter proses pengisaran: Berdasarkan datum rujukan yang ditetapkan selepas pengilangan cacing dan keperluan ketepatan akhir, parameter pengisaran optimum ditentukan seperti berikut:
1) Kelajuan putaran: Kelajuan gelendong bahan kerja ialah 5–8 r/min; kelajuan roda pengisaran ialah 1800–2000 r/min (kelajuan linear roda ialah 2289–2543 m/min).
2) Kadar suapan: Kadar suapan pengisaran kasar ialah 180–200 mm/min; kadar suapan pengisaran selesai ialah 50–80 mm/min.
3) Kitaran pembalut roda: Roda pengisar dibalut selepas setiap 5–8 cacing untuk memastikan ketepatan profil roda.
(2) Kawalan penyejukan pengisaran: Minyak pemotongan tekanan-ekstrem dengan kelikatan 20–30 mm²/s pada 40 darjah digunakan sebagai medium penyejukan. Penyejukan paksa dicapai melalui pam tekanan tinggi-2 MPa dengan kadar aliran Lebih daripada atau sama dengan 50 L/min [7]. Ini memastikan penyejukan zon pengisaran yang mencukupi dan mengeluarkan cip pengisaran dengan berkesan, mencegah penyumbatan butiran kasar yang boleh menjejaskan kualiti pemesinan.
5.3 Pengesahan Keputusan Pengisaran
Pemeriksaan menggunakan-penguji cacing berketepatan tinggi mengesahkan bahawa cacing yang dimesin dengan bentuk{1}}proses pengisaran yang dioptimumkan mencapai ketepatan profil gigi yang stabil pada gred IT7, kekasaran permukaan (Ra) 0.2–0.4 μm dan ralat penjajaran gigi Kurang daripada atau sama dengan 0.008 mm Masa kitaran pengeluaran ialah 60–72 keping/jam, memenuhi keperluan proses untuk pengeluaran besar-besaran cacing C-EPS. Profil pembalut dan pengekalan profil roda pengisaran adalah titik kawalan kritikal dalam proses pengisaran; sebarang penyelewengan dalam profil roda secara langsung membawa kepada ralat yang berlebihan dalam profil plumbum dan gigi cacing. Oleh itu, pembalut roda dan pemeriksaan mesti dilaksanakan dengan ketat mengikut keperluan proses.
6
Kesimpulan
Kertas kerja ini mewujudkan sistem teknologi pembuatan-kecekapan tinggi,-tinggi untuk cecacing C-EPS melalui pengoptimuman proses dan parameter berbilang-dimensi, menghasilkan keputusan penyelidikan utama berikut:
1) Gabungan pusingan (untuk kasar/separuh-penamat) dan pengisaran bentuk (untuk kemasan) telah dikenal pasti sebagai proses pembuatan optimum untuk cacing C-EPS. Berbanding dengan kaedah memusing dan mengisar tradisional, pendekatan ini meningkatkan kecekapan sebanyak 10–13 kali ganda, mencapai ketepatan pemesinan gred IT7 dan mengurangkan kos pengeluaran sebanyak kira-kira 40%.
2) Skim peningkatan kekakuan dan strategi pengapit hidraulik untuk-mesin pusingan CNC berketepatan tinggi telah dicadangkan; langkah-langkah ini meningkatkan kekukuhan statik alat mesin kepada 250 N/μm dan mengurangkan ralat kedudukan pengapit daripada ±0.1 mm kepada ±0.03 mm.
3) Alat karbida bersalut ultra{1}}YBG (sesuai untuk cacing keluli aloi) dan-tekanan tinggi (0.80–1.38 MPa) sistem penyejukan kabus-udara telah dibangunkan, membolehkan pemotongan-kelajuan tinggi pada 300–400 m/min dan mencapai kesamaan permukaan- kurang daripada 0.8 μm.
4) Parameter proses pengisaran bentuk telah dioptimumkan, mewujudkan selang pembalut roda 5-8 bahagian. Kekasaran permukaan selepas-pengisaran dikurangkan kepada Ra 0.2–0.4 μm, dan ralat plumbum dikekalkan pada Kurang daripada atau sama dengan 0.008 mm, memenuhi keperluan ketepatan dan kestabilan untuk pengeluaran besar-besaran.
Penyelidikan masa hadapan boleh menyepadukan teknologi kecerdasan buatan untuk merealisasikan pembuatan pintar untuk cecacing C-EPS: menggunakan sistem penglihatan mesin untuk memantau haus alatan dalam-masa sebenar dan model pembelajaran mendalam untuk melaraskan parameter pemotongan secara dinamik; dan membangunkan algoritma pampasan ralat terma untuk alatan mesin untuk meningkatkan lagi ketepatan pengisaran cacing kepada gred IT6. Kemajuan ini akan menyediakan sokongan teknikal untuk R&D dan pengeluaran produk-C-EPS tinggi dan mengembangkan aplikasi pasarannya.
