Совершенствование процесса запрессовки с целью повышения уровня качества шаровых шарниров передней подвески автомобилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.23, кандидат технических наук Калмыков, Юрий Вячеславович

• Калмыков, Юрий Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калмыков, Юрий Вячеславович

Развитие технологий и конструкций шаровых шарниров подвеск лей и требований по качеству к ним. юбования к качеству шаровых шарниров передней подвеск омобилей.'

1. Анализ подвески переднеприводных и полноприводны )билей ВАЗ и требования к их шарнирам.К

2. Анализ причин возникновения дефектов и пути повышения уровн ества шаровых шарниров.1« автомобилей.

2.1. Разработка технологии запрессовки для новой конструкции шаровых шарниров переднеприводных автомобилей ВАЗ.

2.2. Исследование возможности применения технологии запрессовки для изготовления шаровых шарниров полноприводных автомобилей ВАЗ.

2.3. Выводы по главе.

Глава 3 Математическое моделирование процесса запрессовки и процесса выдавливания шарового пальца из корпуса.

3.1. Моделирование процесса запрессовки корпуса шарового шарнира.

3.2. Моделирование процесса выдавливания шарового пальца из корпуса.

3.3. Оптимизация процесса запрессовки.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4 Промышленная реализация разработанных технологий изготовления шаровых шарниров подвески полноприводных и переднеприводных автомобилей.

4.1. Внедрение технологии запрессовки при изготовлении шаровых шарниров 2123-2904192-03 полноприводных автомобилей ВАЗ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процесса запрессовки с целью повышения уровня качества шаровых шарниров передней подвески автомобилей»

Шаровые шарниры передней подвески являются одними из наиболее ответственных узлов в легковых автомобилях. Именно от их качества во многом зависит долговечность и безопасность эксплуатации автотранспортных средств, особенно на дорогах с неудовлетворительным качеством покрытия и на пересеченной местности. С целью повышения качества данных изделий в настоящее время в мировой автомобильной промышленности повсеместное распространение получили шаровые шарниры передней подвески с цельнометаллическим корпусом, обеспечивающим повышенные значения усилий вырыва и выдавливания шарового пальца и стабильность функциональных характеристик при изготовлении и эксплуатации. Процесс изготовления данных шарниров представляет собой обработку давлением буртов корпуса с целью формирования соединения между непосредственно корпусом и обоймой вкладыша шарового шарнира и фиксирующего пару трения в корпусе.

В последнее время и на отечественных автомобилестроительных предприятиях наметилась устойчивая тенденция на достижение мирового уровня качества.

Ежегодно ОАО «АВТОВАЗ» выпускает 650 ООО - 800 ООО популярных в России переднеприводных автомобилей, то есть объем потребления автозаводом шаровых шарниров для них составляет 1 300 000 - 1 600 000 штук в год. Также ежегодно ЗАО "Джи Эм-АВТОВАЗ" и ОАО «АВТОВАЗ» выпускают 100 000 - 110 000 полноприводных автомобилей Chevrolet-NIVA и LADA 4x4, которые являются самыми продаваемыми внедорожниками в России в 2004 -2009 годах по данным Ассоциации Европейского бизнеса РФ. С учетом потребности в запасных частях в системе технического обслуживания суммарная потребность только двух ведущих российских автопроизводителей в качественных шаровых шарнирах составляет более 2 000 000 штук в год.

Так как 40-60 % стоимости автомобиля составляет стоимость комплектующих, этот фактор заставляет российские автозаводы поднимать планку требований в области качества к своим поставщикам. При этом снижение текущей рентабельности автомобильного производства диктует для партнеров условие повышения качества поставок без повышения цены, что можно обеспечить только внедряя эффективные технологии и конструкции.

Если говорить о мировой практике, то все поставщики ведущих мировых автопроизводителей выдерживают показатель от 50 до 200 ppm (part per million — количество дефектов на миллион деталей). Пять — семь лет назад допустимый уровень ppm на российских заводах равнялся 1000 дефектов на миллион, теперь на большинстве предприятий требования по уровню дефектов приближаются к мировым.

Еще одной общемировой тенденцией,, пришедшей на российский рынок, является привлечение поставщиков к процессу разработки комплектующих. Производство автомобилей в России увеличивается с приходом иностранных автопроизводителей. Для обеспечения поставок качественных комплектующих для большинства из них стоит задача локализации производства комплектующих изделий, а для российских производителей стоит задача создания и развития собственных компетенций в разработке эффективных технологий для достижения современного уровня качества Растущее производство автомобилей в России требует эффективных технологий, позволяющих российским поставщикам разрабатывать и производить шаровые шарниры с современным высоким уровнем качества как для отечественных, так и иностранных марок автомобилей. А это, в свою очередь, ведет к необходимости самостоятельно вести исследовательские и конструкторские работы на предприятиях-производителях автокомпонентов. В этом случае как инвестиционная, так и инжиниринговая нагрузка перемещается от автопроизводителя к поставщику.

С введением в действие международного стандарта ИСО/ТУ 16949 «Системы менеджмента качества. Особые требования по применению ИСО

9001:2008 для организаций-изготовителей серийных и запасных частей для автомобильной промышленности» [1] все автопроизводители обязывают своих поставщиков соответствовать требованиям этого стандарта [2]. Новыми требованиями для российских изготовителей автокомпонентов являются: обеспечение соответствия ключевых характеристик изделия заданным требованиям на основе статистических методов, обеспечение индекса воспроизводимости процесса изготовления Ср [3] не менее величины, заданной потребителем, а также установление целей по качеству в ррш.

Существенно повышенные требования к качеству обуславливают необходимость исследования и совершенствования процессов изготовления шаровых шарниров с применением цельнометаллических корпусов.

Цель работы - повышение качества шаровых шарниров легковых автомобилей путем совершенствования процесса запрессовки с достижением требуемого уровня воспроизводимости процесса (Ср) и уровня качества продукции (ррш).

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- совершенствование технологии запрессовки шаровых шарниров с цельным корпусом, направленное на повышение эффективности путем снижения трудоемкости, повышения стойкости инструмента, стабильности и воспроизводимости процесса;

- аналитическое и экспериментальное исследования влияния параметров процесса запрессовки и геометрических параметров бурта корпуса на качество готового изделия;

- промышленная апробация предложенной технологии изготовления шаровых шарниров запрессовкой.

Заключение диссертации по теме «Стандартизация и управление качеством продукции», Калмыков, Юрий Вячеславович

4.3 Выводы по главе

1. На основании результатов разработки технологий запрессовки шаровых шарниров с цельным корпусом разработана конструкторская документация на шаровые шарниры переднеприводных автомобилей 2110-2904192-01, шаровые шарниры полноприводных автомобилей 2123-2904192-03 и 21214-2904192, технические условия ТУ 4591-01445671602-2007 «Пальцы шаровые передней подвески автомобилей ВАЗ», и согласованы с ОАО «АВТОВАЗ».

2. Разработаны и внедрены на ЗАО НПО «БелМаг»: комплекты документации на технологические процессы :

- ТП-СБ-2110-2904192-01;

- ТП-СБ-2123-2904192-03;

- ТП-СБ-21214-2904192; и карты контроля.

3. Шаровые шарниры переднеприводных автомобилей 21102904192-01, изготовленные по разработанной технологии запрессовки, прошли весь цикл испытаний, одобрены ОАО «АВТОВАЗ» для комплектации серийных автомобилей, с июня 2007 года производятся на ЗАО НПО «БелМаг» и устанавливаются на все марки переднеприводных автомобилей на конвейере ОАО «АВТОВАЗ». Индекс воспроизводимости процесса запрессовки по параметру «момент качания» составляет Ср>1, уровень дефектности в гарантийный период эксплуатации за 2009 год составил 182 ррм, уровень дефектности при поставках, составил 0 ррм, что соответствует требованиям ОАО «АВТОВАЗ».

4. По разработанной технологии запрессовки на ЗАО НПО «Бел-Маг» изготовлена опытная партия шаровых шарниров для полноприводных автомобилей 2123-2904192-03. Изделия прошли испытания у изготовителя и соответствуют требованиям документации. Индекс воспроизводимости процесса запрессовки Ср>1, что соответствует требованиям потребителя.

5. Подтверждена удовлетворительная сходимость результатов разработанных математических моделей с фактическими данными усилий выдавливания шарового пальца из корпуса шарнира и величины перекрытия.

6. Применение способа запрессовки позволило сократить количество несоответствующей продукции, повысить стойкость инструмента, повысить производительность процесса изготовления. Экономический эффект от внедрения предложенных в работе решений при изготовлении шарниров 2110-2904192-01 переднеприводных автомобилей ВАЗ составил 1 852 318 рублей ( в ценах 2009 года). Ожидаемый экономический эффект при изготовлении шарниров полноприводных автомобилей 2123-2904192-03 и 21214-2904192 составит 630 тыс. рублей в год.

Заключение

В настоящей работе рассмотрены вопросы повышения качества шаровых шарниров переднеприводных и полноприводных автомобилей. Проведенные аналитические, теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. На основании анализа современных требований автопроизводителей к качеству шаровых шарниров и процессов их изготовления было показано, что основные параметры качества и безопасности изделия формируются при создании неразъемного соединения шарнира различными процессами ОМД, а наиболее эффективным, управляемым и экономически оправданным представляется технологический процесс запрессовки.

2. Для оценки эффективности процесса запрессовки шаровых шарниров введен новый параметр - величина перекрытия соединения, характеризующая его прочность, плотность взаимного прилегания составных частей шарнира и геометрические параметры формируемого соединения.

3. Разработаны на основе метода конечных элементов математические модели процесса формирования сборочного соединения шарового шарнира запрессовкой, позволяющие оценить распределение напряжений в зоне деформации, определить энергосиловые параметры процесса и величину перекрытия соединения в зависимости от формы бурта корпуса, оценить величины и распределение напряжений при нагружении полученного соединения, определить усилие выдавливания.

4. Определена связь между исходной геометрией бурта корпуса шарового шарнира, основными параметрами процесса запрессовки (форма деформирующего инструмента, усилие запрессовки) и значениями показателей качества готовых изделий (усилие выдавливания шарового пальца из корпуса, величина перекрытия сборочного соединения). На примере шарового шарнира 2123-2904192-03 показано, что наилучшие результаты процесса запрессовки могут быть достигнуты при ширине кольцевого выступа бурта 0,8 мм и толщине основания 2,2 мм.

5. Разработаны эффективные технологические процессы изготовления новых конструкций шаровых шарниров передней подвески с использованием обработки давлением, применение которых позволило повысить долговечность изделий на 20 - 40%, повысить уровень качества шаровых шарниров в эксплуатации до уровня менее 200 ррш, достичь индекс воспроизводимости процесса изготовления Ср > 1, что обеспечивает выполнение особых требований ведущих заводов-автопроизводителей.

6. Технологические процессы с использованием запрессовки промышленно опробованы и с июня 2007 года внедрены в производство на ЗАО НПО «БелМаг». Изготавливаемые шаровые шарниры 21102904192-01 используются для комплектации переднеприводных автомобилей на конвейере ОАО «АВТОВАЗ». Шарниры 2123-2904192-03 и 21214-2904192, изготовленные способом запрессовки, прошли испытания на ЗАО НПО «БелМаг» и предложены для комплектации полноприводных автомобилей на ОАО «АВТОВАЗ» и ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ».

7. Экономический эффект от внедрения предложенных в работе решений при изготовлении шарниров 2110-2904192-01 переднеприводных автомобилей ВАЗ составил 1 852 318 рублей (в ценах 2009 года). Ожидаемый экономический эффект при изготовлении шарниров полноприводных автомобилей 2123-2904192-03 и 21214-2904192 составляет 630 тыс. рублей в год.

8. Полученные в работе теоретические и практические результаты используются в учебном процессе ГОУ ВПО «МГТУ» при подготовке инженеров по специальностям 200503 — «Стандартизация и сертификация» и 150106 - «Обработка металлов давлением».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калмыков, Юрий Вячеславович, 2010 год

1. ИСО/ТУ 16949:2009 Системы менеджмента качества. Особые требования по применению ИСО 9001:2008 для организаций-изготовителей серийных и запасных частей для автомобильной промышленности.

2. ГОСТ Р 50779.11-2000 (ИСО 3534.2-93) Статистические методы. Статистическое управление качеством. Термины и определения.

3. Пальцы шаровые передней подвески автомобилей ВАЗ. Технические условия ТУ 4591-014-45671602-2007. ЗАО НПО «БелМаг», Магнитогорск.

4. ГОСТ Р 52433-2005. Автомобильные транспортные средства. Шарниры шаровые. Технические требования и методы испытаний. Москва. Стандартин-форм, 2006.

5. ОСТ 37.001.613-2002. Шарниры шаровые автотранспортных средств. Общие технические требования и методы испытаний. Москва, 2002.

6. Технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств», утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации от 10 сентября 2009 г. № 720.

7. ГОСТ Р 51814.4 2004 Системы менеджмента качества в автомобилестроении. Одобрение производства автомобильных компонентов.

8. ГОСТ Р 50779.44-2001 Статистические методы. Показатели возможностей процессов. Основные методы расчетов.10. «Рынок автомобильных компонентов и запчастей в России». Маркетинговый отчет/ ООО «АВТОСТАТ», 2008, с.273.

9. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Элементы подвески/ Пер. с нем. А.Л.Карпухина; Под ред. Г.Г. Гридасова. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

10. Гун И.Г. Совершенствование технологической системы изготовления шаровых шарниров. Москва. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

11. Пат. RU 2368672 Сортовой прокат для производства шаровых пальцев // Артюхин В.В., Гун И.Г., Михайловский И.А., Калмыков Ю.В. БИПМ. 2009. №27.

12. Освоение производства и испытания шаровых пальцев передней подвески легковых автомобилей из стали 41X1 / Михайловский И.А., Артюхин В.И. // Материалы 65-й науч.-техн. конф. Сб. докл. Т. 1. Магнитогорск. МГТУ, 2007. -С. 46-49.

13. Изготовление цельных корпусов шаровых шарниров горячей штамповкой и механической обработкой / И.Г.Гун, О.С.Железков, Ю.В.Калмыков, Е.Ю.Чуйко

14. Прогрессивные технологии в машиностроении. Материалы 15-й Междунар. науч.-техн. конф. Одесса, 2000. С. 66-67.

15. Automotive Chassis Technology. Fundamentals, concepts, processes and trends/ Nicolaus Fecht. SV corporate media, Munich, Germany, 2004, p. 57.

16. Komponenten fur Fahwerk und Lenkung/ Nicolaus Fecht — Landsberg/ Lech: Verl. Moderne Industrie, 1997.

17. В.П.Романовский. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд. Ленинград, Машиностроение. 1979. С. 423.

18. Ковка и штамповка. Справ, в 4-х томах. П/ред. Е.И.Семенова. Т. 4. М. Машиностроение. С. 458.

19. Пат. RU 2080497 С1. Способ изготовления шарового шарнира / В.П. Недиков. Опубл. 27.05.1997.

20. Пат. RU 2121613 С1. Универсальный шаровой шарнир Недикова / В.П. Недиков. Опубл. 10.11.1998.

21. Пат. RU 2239106 С1. Шаровая опора транспортного средства / В.П. Недиков. Опубл. 27.10.2004.

22. Пат. RU 2149289 С1. Шаровой шарнир / И.Г. Гун, О.С. Железков, и др. Опубл. 20.05.2000.

23. Пат. RU 2241564 С1. Шаровой шарнир и способ его сборки / А.Г. Ситков-ский, А.Н. Падучин, И.Б. Короткевич. Опубл. 27.06.2000.

24. Пат. RU 2127834. Сферический шарнир / ОАО АВТОВАЗ. Опубл. 10.10.2003.

25. Илюшин А.А. Механика сплошной среды. — М.: Изд. МГУ, 1978. 418 с.

26. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. М.: Наука, 1983. - 528 с.

27. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: Гостехиздат, 1956. -462 с.

28. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: 1969. - 420 с.

29. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Изд. 2-е, пе-рераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975. - 400 с

30. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. — М.: Металлургиздат, 1960. T.I-III.

31. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. — М.: Машгиз, 1959. 361 с.

32. Шофман JT.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. Изд. 2-е, перераб. М-: Машиностроение, 1964. - 376 с.

33. Сторожев В.М., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. - 424 с.

34. Прандтль JL О твердости пластических материалов и сопротивлении деформированию // Теория пластичности: Сб. М.: Иностранная литература, 1984.-320 с.

35. Соколовский В.В. Построение полей напряжений и скоростей в задачах пластического течения // Инженерный журнал. Вып.З, 1961.

36. Друянов Б.А. Метод решения статически неопределимых задач плоского течения идеально-пластических сред // Доклады АН СССР. 1962, №4.

37. Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. М.: Наука, 1966. — 240 с.

38. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

39. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский, A.A. Поздеев, O.A. Ганаго и др. М.: Металлургиздат, 1963. - 672 с.

40. Тарновский И.Я., Поздеев A.A., Тарновский В.И. Вариационные методы теории обработки металлов давлением // Прочность и пластичность. М., 1971. С. 175-178.

41. Тарновский И .Я., Паршин В.Г. Исследование холодной деформации тел с неоднородными механическими свойствами // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1968. №5. С. 81-86.

42. Расчет напряженного состояния при прокатке вариационными методами / И.Я. Тарновский, B.JI. Колмогоров, Э.Р. Римм и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1964. №12. С. 78-80.

43. Ериклинцев В .В., Тарновский И.Я., Колмогоров B.JI. Определение напряжений при осадке высокой полосы с внешними зонами в условиях объемной деформации // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1967. №1. С. 92.

44. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. — М.: Металлургия, 1970.-230

45. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

46. Сегал В.М. Технологические задачи теории пластичности. М.: Наука и техника, 1977. - 256 с.

47. Морозов В.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980. - 256 с.

48. Аксенов Л.Б. Системное проектирование процессов штамповки. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 240 с.

49. Черчмен У., Акоф Р., Арноф Л. Введение в исследование операций. М.: Наука, 1968.-486 с.

50. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Сов. радио, 1979. — 72 с.

51. Чумадин A.C. Математическое моделирование процессов штамповки // Куз-нечно-штамповочное производство. 2000. №6. С. 34-36.

52. Кононов В.В., Афанасьев С.Д. САПР в листовой штамповке // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. №11. С. 36-37.

53. Степанский Л.Г. Об опытной проверке результатов компьютерного моделирования процессов пластического деформирования // Кузнечно-штамповочное производство. 2001. №6. С. 36-40.

54. Мазурин А. Моделирование холодной и горячей объемной штамповки в QForm. «САПР и графика», № 8, '2000. Сайт автора: http://www.sapr.ru.

55. Официальный сайт компании «КванторФорм» www.qform.com

56. Анализ видов и последствий потенциальных дефектов. FMEA: Справочное руководство: Пер. с англ. Н.Новгород: Центр «Приоритет», 2003г. 72с.

57. ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов последствий потенциальных дефектов.

58. Пат. RU 2280788 С1. Шаровой шарнир / И.Г. Гун, Ю.В. Калмыков и др. Опубл. 27.07.2006.

59. Патент РФ № 2296249, МКИ F16C 11/06. Шаровой шарнир / И.Г.Гун, Ю.В.Калмыков, Д.А.Головкин и др. // Опубл. Б.И. №9. 27.03.2007.

60. Малинин H.H. Технологические задачи пластичности и ползучести. М.: Высш. школа, 1979. 119 с.

61. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. — 392 с.

62. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981.-304 с.

63. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. — М.: Наука, 1967.-368 с

64. Термопрочность деталей машин. Под ред. И.А. Биргера и Б.Ф. Шорра. М.: Машиностроение, 1975. -455 с.

65. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгедел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Пер.с англ. М.: Мир. - 1986.

66. Массаковский В.П., Почтман Ю.М., Семенец С.Н. Оптимизация деформируемых систем в условиях многокритериальности //Докл.АН УССР, 1983, А. №4. С.51-55.

67. Литвак Б.Г. Экспертная информация. Методы получения и анализа. М.: Радио и связь. - 1982. - 184с.

68. ГОСТ 23554.0-79. Экспертные методы оценки промышленной продукции.

69. Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии М.: Издательство стандартов. - 1973. - 172с.