لتلبية الطلب على -التصنيع عالي الكفاءة والدقة-لملفات التروس الدودية C-EPS، تبحث هذه الدراسة بشكل منهجي في الجوانب الفنية الرئيسية-مثل اختيار العملية، وتحسين الطحن، والتحكم في الطحن-لتحديد مخطط المعالجة الأمثل. تم اقتراح التحسينات في العديد من المجالات: اختيار المعدات، وطرق العمل، ومعلمات أدوات القطع، وأنظمة التبريد، ومعلمات العملية. تتضمن الحلول المحددة تعزيز صلابة-آلات الدوران CNC عالية الدقة، وتحسين الكفاءة من خلال التثبيت الهيدروليكي والتحميل/التفريغ الآلي، وتصميم معلمات لأدوات الكربيد المطلية فائقة الدقة-، والتحكم في -الهواء عالي الضغط-عمليات تبريد الرذاذ وطحن المقاطع الجانبية. تضمن العملية المحسنة دقة ثابتة بدرجة IT7 لملف الدودة، وتحسن بشكل كبير جودة السطح وكفاءة المعالجة، وتقلل تكاليف الإنتاج بشكل كبير.
1
مقدمة
تُستخدم أنظمة التوجيه الكهربائي من النوع -العمودي (C-EPS) على نطاق واسع في سيارات الركاب التي تتراوح من الفئة A0 إلى الفئة B نظرًا لهيكلها المدمج وتكاليفها التي يمكن التحكم فيها. تعمل الدودة الملتوية (انظر الشكل 1) كمكون إرسال عزم الدوران الأساسي - لـ C- EPS؛ إذا تجاوز خطأ ملف تعريف السن 0.01 مم، فمن المحتمل حدوث مشكلات مثل تأخر التوجيه أو الضوضاء غير الطبيعية [1]. وبالتالي، فإن عملية التصنيع تتطلب دقة صارمة بدرجة IT7 مع تلبية متطلبات الكفاءة للإنتاج الضخم.
صورة
الشكل 1: دودة مطوي
تواجه عمليات المعالجة الدودية الحالية ثلاثة تحديات رئيسية: ① تعاني عمليات الخراطة والطحن التقليدية من انخفاض الكفاءة، حيث يقل إنتاج الوردية الواحدة- عن 500 وحدة. ② تؤدي عمليات التدحرج والدحرجة إلى ضعف تناسق المظهر الجانبي؛ تعتمد الدقة بشكل كبير على دقة الموقد، وتصل تقلبات الخطأ إلى ±0.02 مم مع تآكل الأداة. ③ تفشل عمليات الطحن التقليدية في تلبية متطلبات جودة السطح، مما يؤدي إلى قيم خشونة السطح (Ra) تبلغ 1.6 ميكرومتر أو أعلى. يعد تطوير تقنية المعالجة الدودية C-EPS التي توازن بين الدقة العالية والكفاءة العالية ذا أهمية عملية كبيرة لتعزيز القدرة التنافسية في السوق لمنتجات C-EPS.
2
الوضع الحالي للأبحاث (المحلية والدولية)
على المستوى الدولي، غالبًا ما تعتمد الجهود المبذولة لتحسين دقة المعالجة الدودية على-معدات متطورة-مثل آلة الطحن الدودية CNC التي طورتها الشركة الألمانية KAPP. من خلال استخدام تكنولوجيا تعويض الخطأ الحراري، يتحكم هذا الجهاز في خطأ الحلزون التراكمي في حدود 0.005 مم؛ ومع ذلك، فإن تكلفة الوحدة الواحدة تتجاوز 8 ملايين يوان صيني، مما يخلق حاجزًا مرتفعًا للغاية أمام الدخول. وقد ركزت الأبحاث المحلية في المقام الأول على تحسين العملية؛ بينما يستخدم بعض صانعي السيارات عملية التدوير-والدرفلة لإنتاج كميات كبيرة من الديدان، فإن دقة المعالجة تصل فقط إلى درجة IT8، مما يفشل في تلبية متطلبات -نماذج المركبات المتطورة.
لم تتوصل الأبحاث الحالية حتى الآن إلى حل متكامل للتصنيع يجمع بين -التخشين عالي الكفاءة والتشطيب عالي الدقة-. استنادًا إلى عملية مجمعة للتدوير وطحن القوالب، تقوم هذه الورقة بإنشاء نظام تحسين شامل-يشمل المعدات وأدوات القطع ومعلمات العملية-لسد الفجوة في تكنولوجيا التصنيع ذات الكفاءة العالية-والدقة العالية-لديدان C-EPS.
3
اختيار عملية تصنيع ملف تعريف الأسنان الدودية
3.1 مقارنة مخططات العمليات
تم إجراء مقارنة كمية بين ثلاث عمليات رئيسية لتصنيع تشكيلات الأسنان الدودية: الخراطة بالإضافة إلى الطحن، والتمديد بالإضافة إلى التدحرج، والطحن (الدوران) بالإضافة إلى الطحن. تم من خلال المقارنة تقييم المؤشرات الأساسية-مثل خشونة السطح ودرجة الدقة واتساق ملف تعريف الأسنان-بالإضافة إلى مقاييس الإنتاج مثل كفاءة التصنيع ووقت التغيير. ويقارن الجدول 1 المؤشرات الأساسية للعمليات المختلفة، في حين يقارن الجدول 2 كفاءتها.
الجدول 1 مقارنة المؤشرات الأساسية للعمليات المختلفة
[صورة]
ملحوظة: البيانات مستمدة من القياسات الفعلية على خط إنتاج شركة تصنيع السيارات؛ حجم العينة ن=500.
الجدول 2: مقارنة الكفاءة للعمليات المختلفة
[صورة]
ملاحظة: يعتمد إخراج التحول الفردي- على قياسات دودة φ30 مم × 120 مم؛ تتميز المعدات بتكوين عمود دوران واحد-.
3.2 تحديد العملية المثلى
كما هو موضح في الجدولين 1 و2، فإن عملية الطحن-زائد-الطحن (الدوران للتخشين/شبه التشطيب-متبوعًا بالطحن النهائي) تتفوق بشكل ملحوظ على المخططات الأخرى في كل من مؤشرات المعالجة الأساسية وكفاءة الإنتاج. علاوة على ذلك، فهي تلغي الحاجة إلى عملية مخصصة لآلة التقطيع، مما يقلل من تكاليف التصنيع بنسبة 40% تقريبًا. وبالتالي، تركز هذه المقالة على هذه العملية لإجراء المزيد من البحث المتعمق-.
4
تحسين طحن الدودة
تعتبر عملية الطحن بمثابة مرحلة التخشين وشبه النهائية للدودة؛ تحدد دقة التصنيع وكفاءته بشكل مباشر الجودة المرجعية ووقت دورة الإنتاج لعملية الطحن النهائية اللاحقة. تجري هذه الدراسة تصميمًا مثاليًا عبر خمسة جوانب: اختيار المعدات، وطرق التشغيل، ومعلمات أداة القطع، وأنظمة التبريد، ومعلمات العملية. 4.1 اختيار المعدات وتعزيز الصلابة
(1) اختيار آلة الدوران CNC عالية الدقة-: لتلبية متطلبات الدقة IT7، تم اختيار آلة الدوران CNC المزودة بأنظمة تغذية ومغزل عالية الدقة-. المواصفات الفنية الرئيسية هي كما يلي:
1) نظام التغذية: الدقة أقل من أو تساوي 0.0001 مم؛ دقة تحديد موضع الشوط الكامل- ±0.002 مم.
2) نظام المغزل: الجريان الشعاعي أقل من أو يساوي 0.001 مم؛ الجريان المحوري أقل من أو يساوي 0.0005 مم؛ استقرار سرعة الدوران ± 5 ص / دقيقة.
تشير البيانات التجريبية إلى أنه عندما تحسنت دقة تحديد موضع الأداة الآلية من ±0.01 مم إلى ±0.002 مم، انخفض الخطأ التراكمي للحلزون الدودي من 0.025 مم إلى 0.008 مم، مما يمثل تحسنًا مباشرًا في دقة التشغيل بدرجتين.
(2) استراتيجية تعزيز صلابة أداة الآلة: تميل صلابة أداة الآلة غير الكافية إلى إحداث اهتزازات القطع، مما يتسبب في زيادة تزيد عن 30% في أخطاء تتبع الأسنان الدودية. يمكن تعزيز صلابة الأدوات الآلية من خلال الإجراءين التاليين:
1) تثبيت الأساس: يتم صب قاعدة أداة الآلة بسمك أكبر من أو يساوي 500 مم باستخدام خرسانة C30 ومتصلة بشكل صارم بالأرضية عبر مسامير التمدد M30؛ يتم الحفاظ على استواء القاعدة في حدود 0.02 مم/م.
2) التحسين الهيكلي: يتم استخدام آلية القفل من النوع الإسفيني عند الوصلة بين مسند الأداة وقاعدة الآلة، مما يزيد من مساحة التلامس بنسبة 40% ويرفع الصلابة الثابتة لأداة الآلة إلى 250 نيوتن/ميكرومتر.
4.2 تحسين طرق التثبيت والتحميل/التفريغ
(1) التحكم الدقيق في التثبيت الهيدروليكي: يؤدي التثبيت اليدوي التقليدي إلى أخطاء في تحديد الموضع المحوري تصل إلى ±0.1 مم، مما يتسبب في تقلبات كبيرة في الدقة الموضعية المحورية لملف السن الدودي. من خلال استخدام ظرف مركزي هيدروليكي ذاتي- مع قوة تثبيت تبلغ 5–8 كيلو نيوتن-بالتزامن مع مسند تحديد موضع الوجه النهائي- وحلقة دفع محورية-، يتم التحكم في خطأ تحديد موضع التثبيت في حدود ±0.03 مم. يؤدي هذا إلى تحسين دقة الموضع المحوري للدودة ثلاثة أضعاف، مما يوفر مرجعًا ثابتًا للتصنيع لعمليات الطحن النهائية- اللاحقة. (2) تحسين الكفاءة من خلال التحميل والتفريغ الآلي: تم اعتماد روبوت الجمالون ليحل محل العمل اليدوي للتحميل والتفريغ الآلي للأعمدة الدودية [2]. تم تقليل وقت التثبيت من 20 ثانية/القطعة إلى 5 ثوان/القطعة، وزيادة استخدام المعدات من 65% إلى 90%، وزيادة إنتاج الوردية الواحدة بأكثر من 300 قطعة.
4.3 تصميم معلمات أداة القطع والتحكم في التآكل
تم اختيار -سبائك الفولاذ عالية الجودة كمادة خام للعمود الدودي C-EPS، مما حقق صلابة تبلغ 28–32 HRC بعد التبريد والتلطيف [3]. واستنادًا إلى خصائص المادة، تناولت عملية التصميم اختيار مادة الأداة وتحسين المعلمات الهندسية والتحكم في التآكل أثناء التثبيت.
(1) اختيار مادة الأداة: يتم عرض مقارنة بين أداء القطع للفولاذ عالي السرعة - (W18Cr4V)، والكربيد الأسمنتي القياسي (WC-Co)، والكربيد المطلي بحبيبات متناهية الصغر - (سلسلة YBG) [4] في الجدول 3. تم اختيار الكربيد المطلي بحبيبات YBG متناهية الصغر - في النهاية باعتباره الركيزة للأداة.
الجدول 3: مقارنة أداء القطع لمواد الأدوات المختلفة
[صورة]
ملاحظة: كانت ظروف القطع بمعدل تغذية 0.15 مم/ص وعمق القطع 1.2 مم.
تتميز الأداة بركيزة WC-Co مع إضافة النيوبيوم (Nb) وطلاء TiAlN nano- بسمك 3–5 ميكرومتر. تصل صلابة الطلاء إلى 3200 HV، وتظل الصلابة الساخنة مستقرة حتى 800 درجة، مما يلبي متطلبات العملية للقطع بسرعة عالية-.
(2) تحسين المعلمة الهندسية للأداة: استنادًا إلى خصائص ملف تعريف الأسنان الملتف لعمود الدودة،
تم تصميم المعلمات الهندسية المتخصصة لقاطع الطحن الخشن (قاطع الشكل من النوع -ZA) وقاطع الطحن النهائي (قاطع الشكل من النوع -ZI) (انظر الجدول 4)، وموازنة قوى القطع، وقوة حافة القطع، وجودة السطح المُشكَّل آليًا.
الجدول 4: تصميم المعلمات الهندسية للأداة المتخصصة
[صورة]
(3) تركيب الأداة ومراقبة التآكل: يجب أن يلتزم تركيب الأداة ومراقبة التآكل بالمتطلبات الفنية التالية. 1) تكوين رأس القاطع: يتم استخدام رأس قاطع دقيق بدرجة توازن ديناميكي G2.5. كما هو موضح في الشكل 2، يتميز رأس القاطع بستة مواضع تركيب مرتبة للتبديل بين ثلاث قواطع طحن خشنة- وثلاث قواطع طحن نهائية-. تمتد قواطع الطحن الخشنة- بمقدار 0.12 إلى 0.20 مم أبعد من قواطع الطحن النهائية-، مما يسمح بإكمال المعالجة الخشنة وشبه النهائية-في مسار واحد.
صورة
الشكل 2: رسم تخطيطي لتركيب رأس القاطع
2) مطابقة زاوية الحلزون: يتم إمالة رأس القاطع وتدويره لمحاذاة زاوية الحلزون للقاطع مع زاوية قيادة الدودة ( ). صيغة حساب زاوية الرصاص هي:
تان=Pz / (πd1) (1)
حيث زاوية الرصاص (درجة)، Pz هو الرصاص المحوري (مم)، وd هو قطر دائرة الملعب (مم).
3) مراقبة التآكل: يتم استخدام أداة فحص الدودة لمراقبة أخطاء ملف تعريف الأسنان في الوقت الفعلي-. يتم استبدال القواطع على الفور عندما يصل التآكل إلى 0.005 مم؛ يمكن إعادة استخدام الإدخالات ثلاث أو أربع مرات بعد إعادة الطحن.
4.4 تحسين نظام التبريد ومعلمات العملية
(1) تصميم التبريد بالضباب-الهواء ذو الضغط العالي: تصل سرعة القطع للطحن الدوراني إلى 260-360 م/دقيقة، مع ارتفاع درجات الحرارة في منطقة القطع إلى 600-800 درجة. يتم استخدام نظام تبريد رذاذي -هواء عالي الضغط-[5] يعمل عند 0.80-1.38 ميجا باسكال. يتكون وسط التبريد من خليط من مستحلب الضغط الشديد- بنسبة 5% والهواء المضغوط، ويتم توصيله عبر أربع فوهات على شكل مروحية مرتبة بشكل متناظر (قطر 1.5 مم) لتدفق منطقة القطع مباشرة. يعمل هذا النظام على تحسين كفاءة التبريد بنسبة 60% مقارنة بالتبريد الفيضاني التقليدي ويقلل معدل بقايا الرقاقة إلى أقل من 0.5%.
(2) تحسين معلمات الطحن: يتم استخدام طريقة الاختبار المتعامد لتحديد المجموعة المثالية من معلمات العملية للطحن الدودي، وموازنة كفاءة التصنيع مع جودة التصنيع . 1) عمق القطع: يتم حساب عمق القطع الإجمالي لطحن التروس بناءً على ارتفاع السن الكامل، *h*:
*h*=[(د1 + 2مx) - (د1 - 2.4مx)] / 2 (2)
حيث *h* هو ارتفاع السن الكامل (مم)، وهو ما يمثل العمق الإجمالي للقطع؛ *d1* هو قطر دائرة ميل التروس (مم)؛ *m* هي الوحدة المحورية (مم)؛ يتوافق عامل 2 في "2m" مع معامل الإضافة (الإضافة القياسية هي 1*m*، لذا فإن إجمالي كلا الجانبين 2*m**x*)؛ و2.4 هو المعامل المرتبط بالإسناد- (الإسناد القياسي هو 1.2*m*، لذا فإن إجمالي كلا الجانبين 2.4*m*).
2) معدل التغذية: معدل التغذية هو 0.13–0.20 مم/ص، ويتم تعديله ديناميكيًا على أساس صلابة المادة.
3) سرعة الدوران: سرعة مغزل قطعة الشغل هي 12-18 دورة/دقيقة، وسرعة رأس القطع هي 6000-8000 دورة/دقيقة (سرعة القطع الخطية 300-400 م/دقيقة).
4) بدل الطحن النهائي: البدل هو 0.5-0.7 مم، مما يوازن بين كفاءة الطحن ودقة المعالجة النهائية.
باستخدام المعلمات المذكورة أعلاه، يصل وقت دورة الإنتاج لآلة الدوران الواحدة إلى 90-105 قطعة/ساعة؛ تبلغ خشونة السطح (Ra) للدودة بعد الطحن 0.8-1.2 ميكرومتر، وخطأ ملف تعريف السن هو ±0.004 مم [6].
5
التحكم في طحن الأسنان الدودية
الطحن هو عملية التشطيب للدودة C-EPS وتحدد بشكل مباشر دقة المعالجة النهائية. تطبق هذه الدراسة التحكم في العملية فيما يتعلق بمعدات الطحن/اختيار عجلة الطحن ومعلمات الطحن/التحكم في التبريد لضمان أن دقة الدودة تتوافق دائمًا مع درجة IT7.
5.1 اختيار معدات الطحن وعجلات الطحن
تم تحديد آلة طحن دودة CNC مزودة بوظيفة محاذاة الأسنان -التلقائية؛ دقة تحديد موضع الآلة هي ±0.001 مم. يتم استخدام طريقة طحن القالب [7]، وذلك باستخدام خزانة CNC لتجهيز عجلة الطحن إلى شكل ملتف يطابق الدودة، وبالتالي ضمان الاتساق في معالجة مقاطع الأسنان. يتم اختيار عجلة طحن من الألومينا المنصهرة باللون الأبيض (WA)، تتميز بصلابة H5، وحجم حبيبات F80، ورابطة راتينج (توفر مقاومة ممتازة للصدمات)؛ قطر العجلة 405 ملم، وسرعة التشغيل الخطية 45 م/ث. تتمتع عجلات الألومينا المصهورة باللون الأبيض بخصائص-شحذ ذاتي جيدة وتقلل بشكل فعال من توليد حرارة الطحن-مما ينتج عنه حرارة أقل من عجلات كربيد السيليكون-وبالتالي تمنع حدوث حروق نتيجة الطحن على قطعة العمل.
5.2 معلمات الطحن والتحكم في التبريد
(1) معلمات عملية الطحن: استنادًا إلى المرجع المرجعي الذي تم تحديده بعد طحن الدودة ومتطلبات الدقة النهائية، تم تحديد معلمات الطحن المثالية على النحو التالي:
1) سرعة الدوران: سرعة مغزل قطعة العمل هي 5-8 دورة/دقيقة؛ سرعة عجلة الطحن هي 1800-2000 دورة/دقيقة (السرعة الخطية للعجلة هي 2289-2543 م/دقيقة).
2) معدل التغذية: معدل تغذية الطحن الخشن هو 180-200 مم/دقيقة؛ معدل تغذية الطحن النهائي هو 50-80 مم / دقيقة.
3) دورة تلبيس العجلة: يتم تلبيس عجلة الطحن بعد كل 5-8 ديدان لضمان دقة ملف تعريف العجلة.
(2) التحكم في تبريد الطحن: يتم استخدام زيت القطع ذو الضغط العالي بلزوجة 20-30 مم²/ثانية عند 40 درجة كوسيط تبريد. يتم تحقيق التبريد القسري عبر مضخة ضغط عالية تبلغ 2 ميجا باسكال- بمعدل تدفق أكبر من أو يساوي 50 لتر/دقيقة [7]. وهذا يضمن التبريد المناسب لمنطقة الطحن ويزيل رقائق الطحن بشكل فعال، مما يمنع انسداد الحبوب الكاشطة الذي يمكن أن يؤثر على جودة التشغيل الآلي.
5.3 التحقق من نتائج الطحن
يؤكد الفحص باستخدام -جهاز اختبار الدودة عالي الدقة أن الديدان التي تم تصنيعها باستخدام عملية الطحن بالشكل الأمثل- تحقق دقة ثابتة لملف تعريف الأسنان بدرجة IT7، وخشونة سطح (Ra) تبلغ 0.2–0.4 ميكرومتر، وخطأ في محاذاة الأسنان أقل من أو يساوي 0.008 مم. يبلغ وقت دورة الإنتاج 60-72 قطعة/ساعة، مما يلبي متطلبات العملية للإنتاج الضخم لديدان C-EPS. يعد شكل التضميد والاحتفاظ بالملف الجانبي لعجلة الطحن من نقاط التحكم المهمة في عملية الطحن؛ أي انحراف في شكل العجلة يؤدي بشكل مباشر إلى أخطاء مفرطة في شكل الرصاص والأسنان الخاصة بالدودة. لذلك، يجب أن يتم تنفيذ تلبيس وفحص العجلات بشكل صارم وفقًا لمتطلبات العملية.
6
خاتمة
تحدد هذه الورقة نظامًا تكنولوجيًا-عالي الكفاءة وعالي الدقة-لتصنيع فيروسات C-EPS من خلال تحسين العمليات والمعلمات-الأبعاد المتعددة، مما يؤدي إلى نتائج البحث الرئيسية التالية:
1) تم تحديد الجمع بين الدوران (للتخشين/شبه -) والطحن (للتشطيب) باعتباره عملية التصنيع المثالية لديدان C-EPS. بالمقارنة مع طرق الخراطة والطحن التقليدية، فإن هذا الأسلوب يزيد من الكفاءة بمقدار 10 إلى 13 مرة، ويحقق دقة تصنيع بدرجة IT7، ويقلل تكاليف الإنتاج بنسبة 40% تقريبًا.
2) تم اقتراح مخطط تعزيز الصلابة واستراتيجية التثبيت الهيدروليكي لآلات الدوران CNC ذات الدقة العالية-؛ أدت هذه التدابير إلى زيادة الصلابة الثابتة للأداة الآلية إلى 250 نيوتن / ميكرومتر وتقليل خطأ تحديد موضع التثبيت من ±0.1 مم إلى ±0.03 مم.
3) YBG - أدوات كربيد مطلية فائقة الدقة (مناسبة لديدان سبائك الصلب) ونظام تبريد رذاذ الهواء عالي الضغط - (0.80–1.38 ميجا باسكال) -، مما يتيح - سرعة قطع عالية عند 300–400 م/دقيقة وتحقيق - خشونة سطح الطحن لـ Ra أقل من أو يساوي 0.8 ميكرومتر.
4) تم تحسين معلمات عملية طحن النموذج، مما أدى إلى تحديد فاصل زمني لتجهيز العجلة من 5 إلى 8 أجزاء. تم تقليل خشونة سطح ما بعد الطحن إلى Ra 0.2–0.4 ميكرومتر، وتم الاحتفاظ بخطأ الرصاص عند أقل من أو يساوي 0.008 مم، مما يلبي متطلبات الدقة والثبات للإنتاج الضخم.
يمكن أن تدمج الأبحاث المستقبلية تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحقيق التصنيع الذكي لديدان C-EPS: استخدام أنظمة الرؤية الآلية لمراقبة تآكل الأدوات في الوقت الفعلي-ونماذج التعلم العميق لضبط معلمات القطع ديناميكيًا؛ وتطوير خوارزميات تعويض الأخطاء الحرارية للأدوات الآلية لتحسين دقة الطحن الدودي إلى درجة IT6. ستوفر هذه التطورات الدعم الفني للبحث والتطوير وإنتاج منتجات-EPS C-عالية الجودة وتوسيع تطبيقات السوق الخاصة بها.
