تم إجراء تحليل للعملية على الهيكل اللامركزي غير المنتظم لمرفق التوازن على شكل Z-، بالإضافة إلى الصعوبات في التصنيع نظرًا لحجمه الكبير ودقته العالية وعدم إمكانية تثبيته. تم اقتراح مخطط تصنيع موحد. لقد تم تصميم أداة مخرطة خاصة، وهي مناسبة لتصنيع نماذج متعددة ودفعات كبيرة من المنتجات، وحل مشكلات صعوبة التصنيع العالية، والجودة غير المستقرة، وكفاءة المعالجة المنخفضة لمرفق التوازن على شكل Z-.
01
مقدمة
كوع التوازن هو المكون الأساسي لنظام التعليق للمركبات الخاصة المجنزرة. يعمل جنبًا إلى جنب مع عناصر مرنة مثل عمود الالتواء وممتص الصدمات لتوفير دعم مرن لجسم السيارة وعجلة الطريق [1]. يمكن لمرفق التوازن نقل كمية كبيرة من طاقة التأثير المتولدة عن حركة عجلة الطريق لأعلى-ولأسفل-إلى عمود الالتواء، كما يعمل على تخزين طاقة الاهتزاز وامتصاصها، وتقليل قوة التأثير على جسم السيارة، وتحسين راحة الركاب، وتقليل تلف المكونات، وضمان ثبات السيارة وقدرتها على المناورة عند القيادة على الطرق الوعرة [2]. تشتمل مجموعة كوع التوازن العامة على عمود خدد، وكوع توازن، وعمود عجلة الطريق. كوع التوازن على شكل Z- هو كوع توازن متكامل يجمع بين المكونات الثلاثة. يتميز كوع التوازن المتكامل بخصائص القدرة العالية على المناورة، والموثوقية العالية، وخفة الوزن، ويستخدم على نطاق واسع في المركبات الخاصة الحديثة [3]. 02
تحليل تحديات الهيكل والتصنيع لمرفق التوازن على شكل Z-.
إن هيكل مرفق التوازن على شكل Z-، كما هو موضح في الشكل 1، عبارة عن هيكل غريب الأطوار غير منتظم الشكل. إنها كبيرة الحجم وثقيلة الوزن، وتتطلب معدل إزالة مواد عاليًا، ودقة عالية في الأبعاد والموضع، ودورة تصنيع طويلة مع العديد من العمليات. أنها تنطوي على مختلف المعدات والحرف، بما في ذلك آلات الثقب الأفقي، ومخارط CNC، ومراكز التصنيع، وآلات التطرق، وآلات EDM الأسلاك. في الإنتاج السابق، تم الكشف عن العديد من المشكلات في كل خطوة من خطوات العملية، مثل -أبعاد التسامح للدائرة الخارجية للعمود، وعدم المحاذاة بين فتحة المفتاح والدائرة الخارجية، وعدم التوازي - بين محاور العمود الكبير (العمود المخدد) والعمود الصغير (عمود عجلة التحميل)، وخشونة السطح دون المستوى المطلوب، ووقت دورة العملية غير المتوازن، وانخفاض كفاءة التصنيع، مما يؤثر بشكل خطير على جودة المنتج وجدول التسليم.
03
مخطط العملية
-عملية تصنيع كوع التوازن على شكل Z: التجويف الخشن للوجه النهائي والفتحة الداخلية ← التدوير الخشن للعمود الكبير ← التدوير الخشن للعمود الصغير ← الانتهاء من ثقب الوجه النهائي والفتحة الداخلية ← الانتهاء من الخراطة للعمود الكبير ← الانتهاء من الخراطة للعمود الصغير ← طحن الشكل الخارجي والحفر ← التثقيب (خط EDM السلكي). المنتج الفارغ عبارة عن تزوير بالقالب. عند التخشين والتشطيب للأعمدة الكبيرة والصغيرة، يلزم وجود مخرطة خاصة مع أثقال موازنة. تعمل هذه التركيبة على موازنة قوة الطرد المركزي المتولدة أثناء دوران قطعة العمل، وبالتالي تقليل الاهتزاز وزيادة سرعة المغزل، وتحسين دقة تصنيع المنتج وسرعة القطع بشكل فعال.
04
عملية التصنيع
(1) التثقيب الخشن للأوجه النهائية والثقوب الداخلية: يتم استخدام آلة التجويف الأفقي CNC. يتم ترك بدل 2 مم على كل جانب لكل من الوجوه النهائية والثقوب الداخلية. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه العملية في إزالة كمية كبيرة من المواد بسرعة وإنشاء فتحات مركزية للعملية للأقطار الخارجية -التقريبية للأعمدة الكبيرة والصغيرة. إن آلة التجويف الأفقي CNC لديها طاولة عمل دوارة 360 درجة، مما يسمح بالتصنيع الشامل في مستوى XOY في إعداد واحد. يمكنها تصنيع أربعة وجوه نهائية وثقوب داخلية في وقت واحد، مما يضمن أن تكون فتحات مركز العملية عند طرفي الأعمدة الكبيرة والصغيرة متحدة المحور وأن الخطوط المركزية للأعمدة الكبيرة والصغيرة متوازية. يظهر الشكل 2 الحفر الخشن لأوجه النهاية والثقوب الداخلية، حيث يمثل الخط الصلب السميك السطح المُشكل آليًا.
الشكل 2. مملة خشنة للوجه النهائي والفتحة الداخلية
(2) الدوران الخشن للعمود الكبير: يتم إجراء المعالجة على مخرطة CNC، مع السماح بـ 1.5 مم على كل جانب من القطر الخارجي. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه العملية في إزالة كمية كبيرة من المواد بسرعة وإنشاء مرجع للعملية للتجويف النهائي للوجه النهائي والفتحة الداخلية. نظرًا لأن مركز ثقل مرفق التوازن على شكل Z- ينتقل من مركز الدوران أثناء الدوران، يلزم وجود مخرطة خاصة ذات أثقال موازنة لموازنة قوة الطرد المركزي، وتقليل الاهتزاز، وزيادة سرعة المغزل. يظهر الشكل 3 التحول التقريبي للعمود الكبير.
الشكل 3. تحول خشن للعمود الكبير
(3) الدوران الخشن للعمود الصغير: يتم إجراء المعالجة على مخرطة CNC، مع السماح بـ 1.5 مم على كل جانب من القطر الخارجي والوجه النهائي. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه العملية في إزالة كمية كبيرة من المواد بسرعة وتحرير ضغط التشغيل. يظهر الشكل 4 التحول القاسي للعمود الصغير. بعد الدوران القاسي، يكون للأعمدة الكبيرة والصغيرة أقطار خارجية منتظمة. يتم استخدام المشبك على شكل AV- للتشطيب الأكثر ثباتًا أثناء عملية الحفر النهائية.
الشكل 4. تحول خشن للعمود الصغير
(4) الانتهاء من ثقب الوجه النهائي والثقب الداخلي: يتم ذلك باستخدام آلة الحفر الأفقي CNC، مع الدوران الخشن للقطر الخارجي للعمود الكبير كمسند العملية ومسند التثبيت. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه العملية في تجهيز الوجوه الطرفية الأربعة والثقب الداخلي للمنتج إلى الحجم النهائي، مما يضمن دقة الأبعاد وخشونة السطح، بينما يتم أيضًا إنشاء شطب للتحويل النهائي للأقطار الخارجية للأعمدة الكبيرة والصغيرة. يظهر الشكل 5 التجويف النهائي للوجه النهائي والثقب الداخلي، حيث يمثل الخط الصلب السميك السطح المُشكل في هذه العملية.
الشكل 5. قم بإنهاء مملة الوجه النهائي والفتحة الداخلية
(5) الانتهاء من تدوير العمود الكبير: يتم ذلك باستخدام مخرطة CNC، وتصنيع القطر الخارجي إلى الحجم النهائي، مما يضمن دقة الأبعاد، والدقة الهندسية، وخشونة السطح. تستخدم هذه العملية الشطب الذي تم إنشاؤه أثناء الحفر النهائي للثقب الداخلي كمسند تثبيت، مما يضمن محورية القطر الخارجي والفتحة الداخلية للعمود الكبير. يظهر الشكل 6 الشكل النهائي للعمود الكبير.
الشكل 6. الدوران الدقيق للعمود الرئيسي
(6) الدوران الدقيق للعمود الصغير: باستخدام مخرطة CNC، يتم تشكيل القطر الخارجي إلى الحجم النهائي، مما يضمن دقة الأبعاد، والدقة الهندسية، وخشونة السطح. تستخدم هذه العملية الشطب المصنوع أثناء الحفر الدقيق للثقب الداخلي كمرجع للتثبيت وتحديد الموضع، مما يضمن محورية القطر الخارجي للعمود الصغير والفتحة الداخلية، بالإضافة إلى توازي الخطوط المركزية للعمود الصغير والعمود الرئيسي. يظهر الشكل 7 دقة الدوران للعمود الصغير.
الشكل 7. الدوران الدقيق للعمود الصغير
(7) طحن الشكل الخارجي والحفر: باستخدام مركز المعالجة العمودي، يتم تشكيل الشكل الخارجي للمنتج إلى الموضع المطلوب، ويتم حفر ثقوب وتد. يظهر طحن الشكل الخارجي والحفر في الشكل 8، حيث تمثل الخطوط الصلبة السميكة الأسطح المُشكَّلة في هذه العملية.
الشكل 8. طحن الشكل الخارجي والحفر
(8) تثقيب الشريحة (شريحة EDM السلكية): عندما تكون دفعة المنتج كبيرة، يتم تنفيذ هذه العملية بشكل عام باستخدام آلة التثقيب مع أداة التثقيب، مما يضمن كفاءة الإنتاج واتساق أبعاد ثقب الشريحة. عندما لا يكون المثقاب متاحًا ويكون حجم الدفعة صغيرًا، يمكن إجراء هذه العملية باستخدام ماكينة EDM السلكية. يعمل القطر الخارجي للعمود الرئيسي كمرجع للتثبيت وتحديد المواقع، مما يضمن محورية فتحة المفتاح مع القطر الخارجي للعمود الرئيسي. يتم عرض الشريحة المطروحة (سلك - شريحة EDM) في الشكل 9، حيث يمثل الخط الصلب السميك السطح المُشكل في هذه العملية.
الشكل 9: المفتاح المطرق (السلك -الخيط EDM)
عند هذه النقطة، يكون منتج كوع التوازن على شكل Z- قد أكمل جميع عمليات التصنيع. وتشمل العمليات اللاحقة الكشف عن العيوب والمعالجة السطحية.
05
تجهيزات مخرطة مخصصة
تتضمن تجهيزات المخرطة المخصصة مكونات مثل الحافة، والهيكل، وجسم الدعم، والمركز، وثقل الموازنة، ومسامير التثبيت [4، 5].
تعمل الحافة كمكون متصل بين المخرطة والتركيب. يتم استخدام شفة قياسية بشكل عام. يتصل أحد الطرفين بعمود دوران مخرطة CNC من خلال فتحة مدببة، ويتصل الطرف الآخر بالهيكل من خلال رئيس تحديد الموقع، مما يضمن محاذاة مركز دوران أداة المخرطة مع عمود دوران المخرطة.
الهيكل، الذي يعمل كقاعدة لتركيبات المخرطة، يتميز بأخدود دائري ممدود. ويتم إرفاق جسم دعم وثقلين موازنة به، ويضمن توزيع الكتلة ذو الثلاث نقاط- دورانًا أكثر سلاسة لقطعة العمل أثناء المعالجة، مما يقلل الاهتزاز ويحسن الدقة الأسطوانية الخارجية للمنتج وجودة السطح.
يتميز جسم الدعم، الملحوم بالهيكل، أيضًا بأخدود دائري ممدود بأبعاد تطابق تلك الموجودة في أخدود الهيكل. يخدم هذا الأخدود غرضين: تقليل الوزن الإجمالي لتركيبات المخرطة ومنع التداخل بين محور المعالجة غير - لمرفق التوازن على شكل Z- وتركيبات المخرطة. توجد عدة مجموعات من براغي التثبيت على طرفي الأخدود لتأمين محور التشغيل غير - لمرفق التوازن على شكل Z-. يسمح تصميم الأخدود الدائري المطول بتصنيع أكواع التوازن على شكل Z - بأحجام ونماذج مختلفة باستخدام أداة المخرطة هذه، مما يحقق وظائف متعددة الأغراض.
يتم تركيب المركز ومحطة تحديد موضع جسم الدعم معًا ولحامهما بجسم الدعم. أثناء المعالجة، يدعم المركز ومركز غراب الذيل للمخرطة على التوالي طرفي محور المعالجة لمرفق التوازن على شكل Z-، مما يحقق تكوين تثبيت مركزي مزدوج-. للتأكد من أن سطح مخروط تحديد الموضع المركزي متحد المحور مع مغزل المخرطة، يجب أن يتم تشكيل سطح مخروط تحديد موضع المركز بدقة - على مخرطة بعد لحام تركيبات المخرطة معًا. يتكون ثقل الموازنة من عدة ألواح ثقل موازنة على شكل مروحية-. يمكن ضبط عدد لوحات ثقل الموازنة لموازنة قوة الطرد المركزي المتولدة أثناء تصنيع نماذج مختلفة من أكواع التوازن على شكل Z-. يتم توزيع ثقلي الموازنة بالتساوي عند 120 درجة إلى مركز ثقل الدعم، وبالتالي ضمان التوازن الديناميكي بشكل أفضل أثناء تصنيع المنتج.
لاستيعاب تصنيع أكواع التوازن على شكل Z- بأحجام مختلفة، تم تركيب مجموعات متعددة من براغي التثبيت على جانبي الأخدود البيضاوي الطويل لجسم الدعم. يظهر الشكل 10 مواضع التثبيت لمسامير التثبيت. الخط المركزي لكل مجموعة من مسامير التثبيت أعلى من المسافة H بين مركز الدائرة الخارجية للمحور غير المشغول - لمرفق التوازن على شكل Z-. تضمن طريقة التثبيت هذه أن قوة التثبيت لمسامير التثبيت على كوع التوازن على شكل Z تكون معاكسة لقوة الطرد المركزي، مما يقلل بشكل فعال من قوة الطرد المركزي المتولدة عندما تدور قطعة العمل. تظهر حالات التثبيت لتصنيع الأعمدة الصغيرة والأعمدة الكبيرة في الشكلين 11 و12، على التوالي.
الشكل 10. رسم تخطيطي لموضع تثبيت مسمار التثبيت
الشكل 11. حالة التثبيت عند تصنيع العمود الصغير
الشكل 12. حالة التثبيت عند معالجة العمود الكبير
06
التحقق من نتائج الآلات
في الوقت الحالي، تم تطبيق عملية تصنيع كوع التوازن على شكل Z وتركيبات المخرطة المخصصة على خط الإنتاج لأكثر من عام. يتم تصنيع نماذج متعددة ودفعات كبيرة من منتجات كوع التوازن على شكل Z- باستخدام هذه العملية، مما يؤدي إلى جودة منتج مستقرة وموثوقة وتحسين كفاءة التصنيع بشكل ملحوظ. وهذا يتحقق بشكل كامل من جدوى وفعالية العملية وتركيبات المخرطة المخصصة. تظهر صورة لبعض خطوات التصنيع لمرفق التوازن على شكل Z- في الشكل 13.
أ) الحفر الخشن للوجه النهائي والفتحة الداخلية
ب) الدوران الخشن للعمود الرئيسي
ج) الانتهاء من حفر الوجه النهائي والفتحة الداخلية
الشكل 13: صور فعلية لعملية تصنيع مرفق التوازن على شكل Z-
07
خاتمة
إن عملية التصنيع وتركيبات المخرطة الخاصة لمرفق التوازن على شكل Z- المقترحة في هذه الورقة قابلة للتطبيق على تصنيع نماذج مختلفة من منتجات كوع التوازن على شكل Z-، بغض النظر عن مادة المنتج أو النوع الفارغ. إنها توفر عملية كاملة وأسلوب تثبيت لهذا النوع من المنتجات، مما يحل مشاكل صعوبة المعالجة العالية، وعدم القدرة على التثبيت، وجودة المنتج غير المستقرة، وانخفاض كفاءة المعالجة الناتجة عن الهيكل اللامركزي غير المنتظم، والحجم الكبير، والوزن الثقيل، ومتطلبات الدقة العالية لمرفق التوازن على شكل Z-. يوضح التحقق الميداني أن عملية التصنيع هذه يمكن أن تضمن أن منتجات كوع التوازن على شكل Z- تلبي متطلبات دقة التصميم، وتقلل من صعوبة التصنيع، وتحسن اتساق جودة المنتج وكفاءة التصنيع.
