Se realizó un análisis de proceso de la estructura excéntrica irregular del codo de equilibrio en forma de Z-, así como de las dificultades de mecanizado debido a su gran tamaño, alta precisión e imposibilidad de sujeción. Se propuso un esquema de mecanizado estandarizado. Se diseñó un accesorio de torno especial, que es adecuado para mecanizar múltiples modelos y grandes lotes de productos, resolviendo los problemas de alta dificultad de mecanizado, calidad inestable y baja eficiencia de mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-.
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Introducción
El codo de equilibrio es el componente central del sistema de suspensión de vehículos especiales sobre orugas. Funciona junto con elementos elásticos como el eje de torsión y el amortiguador para proporcionar soporte elástico a la carrocería del vehículo y a la rueda de la carretera [1]. El codo de equilibrio puede transferir una gran cantidad de energía de impacto generada por el movimiento hacia arriba-}y-hacia abajo de la rueda de la carretera al eje de torsión, amortiguar y absorber la energía de vibración, reducir la fuerza de impacto en la carrocería del vehículo, mejorar la comodidad de los pasajeros, reducir el daño a los componentes y garantizar la estabilidad y maniobrabilidad del vehículo al conducir en carreteras en mal estado [2]. El conjunto del codo de equilibrio general incluye un eje estriado, un codo de equilibrio y un eje de rueda de carretera. El codo de equilibrio en forma de Z-es un codo de equilibrio integrado que combina los tres componentes. El codo de equilibrio integrado tiene las características de alta maniobrabilidad, alta confiabilidad y peso ligero, y se usa ampliamente en vehículos especiales modernos [3]. 02
Análisis de la estructura y los desafíos de mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-
La estructura del codo de equilibrio en forma de Z-, como se muestra en la Figura 1, es una estructura excéntrica de forma irregular. Es de gran tamaño y pesado, lo que requiere una alta tasa de eliminación de material, una alta precisión dimensional y posicional y un largo ciclo de mecanizado con numerosos procesos. Implica diversos equipos y oficios, incluidas mandrinadoras horizontales, tornos CNC, centros de mecanizado, brochadoras y máquinas de electroerosión por hilo. En la producción anterior, se expusieron numerosos problemas en cada paso del proceso, como dimensiones fuera-fuera de-tolerancia del círculo exterior del eje, desalineación entre el orificio estriado y el círculo exterior, falta de paralelismo entre los ejes del eje grande (eje estriado) y el eje pequeño (eje de la rueda de carga), rugosidad superficial deficiente, tiempo de ciclo de proceso desequilibrado y baja eficiencia de mecanizado, lo que afecta seriamente la calidad del producto y el cronograma de entrega.
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Esquema de proceso
Proceso de mecanizado de codo de equilibrio en forma de Z-: mandrinado en desbaste de la cara del extremo y el orificio interior → torneado en desbaste del eje grande → torneado en desbaste del eje pequeño → terminar el mandrinado de la cara del extremo y el orificio interior → terminar el torneado del eje grande → terminar el torneado del eje pequeño → fresado de la forma exterior y perforación → brochado (estriado por electroerosión por hilo). El producto en bruto es un troquel forjado. Para desbastar y terminar los ejes grandes y pequeños, se requiere un torno especial con contrapesos. Este dispositivo equilibra la fuerza centrífuga generada durante la rotación de la pieza de trabajo, reduciendo así la vibración y aumentando la velocidad del husillo, mejorando efectivamente la precisión del mecanizado del producto y la velocidad de corte.
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Proceso de mecanizado
(1) Mandrinado en desbaste de caras extremas y orificios interiores: se utiliza una máquina mandrinadora horizontal CNC. Se deja un margen de 2 mm a cada lado tanto para las caras extremas como para los orificios interiores. La función principal de este proceso es eliminar rápidamente una gran cantidad de material y crear orificios centrales de proceso para los diámetros exteriores mecanizados en bruto-de los ejes grandes y pequeños. La mandrinadora horizontal CNC tiene una mesa de trabajo giratoria de 360 grados, lo que permite el mecanizado universal en el plano XOY en una sola configuración. Puede mecanizar cuatro caras extremas y orificios internos a la vez, asegurando que los orificios centrales del proceso en ambos extremos de los ejes grande y pequeño sean coaxiales y que las líneas centrales de los ejes grande y pequeño sean paralelas. El mandrinado aproximado de las caras de los extremos y los orificios interiores se muestra en la Figura 2, donde la línea continua gruesa representa la superficie mecanizada.
Figura 2. Mandrinado en desbaste de la cara del extremo y el orificio interior
(2) Torneado en desbaste del eje grande: el mecanizado se realiza en un torno CNC, con un margen de 1,5 mm a cada lado del diámetro exterior. La función principal de este proceso es eliminar rápidamente una gran cantidad de material y crear una referencia de proceso para el taladrado final de la cara del extremo y el orificio interior. Debido a que el centro de gravedad del codo de equilibrio en forma de Z-se desplaza del centro de rotación durante el giro, se requiere un accesorio de torno especial con contrapesos para equilibrar la fuerza centrífuga, reducir la vibración y aumentar la velocidad del husillo. El giro aproximado del eje grande se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Torneado aproximado del eje grande
(3) Torneado en desbaste del eje pequeño: el mecanizado se realiza en un torno CNC, con un margen de 1,5 mm a cada lado del diámetro exterior y la cara del extremo. La función principal de este proceso es eliminar rápidamente una gran cantidad de material y liberar tensiones de mecanizado. El torneado aproximado del eje pequeño se muestra en la Figura 4. Después del torneado aproximado, los ejes grande y pequeño tienen diámetros exteriores regulares. La abrazadera en forma de AV- se utiliza para un acabado más estable durante el taladrado de acabado.
Figura 4. Torneado aproximado del eje pequeño
(4) Terminar de perforar la cara del extremo y el orificio interior: Esto se hace usando una máquina perforadora horizontal CNC, con el torneado aproximado del diámetro exterior del eje grande como referencia del proceso y referencia de sujeción. La función principal de este proceso es mecanizar las cuatro caras de los extremos y el orificio interior del producto hasta el tamaño final, asegurando la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie, al mismo tiempo que crea un chaflán para el torneado final de los diámetros exteriores de los ejes grandes y pequeños. El mandrinado final de la cara del extremo y el orificio interior se muestra en la Figura 5, donde la línea continua gruesa representa la superficie mecanizada en este proceso.
Figura 5. Termine de perforar la cara del extremo y el orificio interior
(5) Termine el torneado del eje grande: esto se realiza utilizando un torno CNC, mecanizando el diámetro exterior hasta el tamaño final, asegurando la precisión dimensional, la precisión geométrica y la rugosidad de la superficie. Este proceso utiliza el chaflán creado durante el taladrado final del orificio interior como referencia de sujeción, asegurando la coaxialidad del diámetro exterior y el orificio interior del eje grande. El giro final del eje grande se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Giro de precisión del eje principal
(6) Torneado de precisión del eje pequeño: utilizando un torno CNC, el diámetro exterior se mecaniza hasta el tamaño final, lo que garantiza precisión dimensional, precisión geométrica y rugosidad de la superficie. Este proceso utiliza el chaflán realizado durante el taladrado de precisión del orificio interior como referencia de sujeción y posicionamiento, asegurando la coaxialidad del diámetro exterior del eje pequeño y el orificio interior, así como el paralelismo de las líneas centrales del eje pequeño y el eje principal. El giro de precisión del eje pequeño se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Giro de precisión del eje pequeño
(7) Fresado de la forma exterior y perforación: utilizando un centro de mecanizado vertical, se mecaniza la forma exterior del producto hasta la posición deseada y se perforan los orificios para las clavijas. El fresado de la forma exterior y la perforación se muestran en la Figura 8, donde las líneas continuas gruesas representan las superficies mecanizadas en este proceso.
Figura 8. Fresado de la forma exterior y perforación.
(8) Brochado de la ranura (estría por electroerosión por hilo): cuando el lote de producto es grande, este proceso generalmente se lleva a cabo utilizando una máquina brochadora con una herramienta de brochado, lo que garantiza la eficiencia de la producción y la consistencia de las dimensiones de los orificios de la ranura. Cuando no hay una brocha disponible y el tamaño del lote es pequeño, este proceso se puede realizar utilizando una máquina de electroerosión por hilo. El diámetro exterior del eje principal sirve como referencia de sujeción y posicionamiento, asegurando la coaxialidad del orificio estriado con el diámetro exterior del eje principal. La estría brochada (estría de electroerosión por hilo-) se muestra en la Figura 9, donde la línea continua gruesa representa la superficie mecanizada en este proceso.
Figura 9: Ranura brochada (ranura de electroerosión por hilo)
En este punto, el producto del codo de equilibrio en forma de Z-ha completado todos los procesos de mecanizado. Los procesos posteriores incluyen la detección de defectos y el tratamiento de superficies.
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Accesorio de torno dedicado
El accesorio de torno dedicado incluye componentes como brida, chasis, cuerpo de soporte, centro, contrapeso y pernos de sujeción [4, 5].
La brida sirve como componente de conexión entre el torno y el dispositivo. Generalmente se utiliza una brida estándar. Un extremo se conecta al husillo del torno CNC a través de un orificio cónico y el otro extremo se conecta al chasis a través de un saliente de ubicación, asegurando que el centro de rotación del accesorio del torno esté alineado con el husillo del torno.
El chasis, que sirve como base del torno, presenta una ranura circular alargada. Se le adjunta un cuerpo de soporte y dos contrapesos, y esta distribución de masa de tres-puntos garantiza una rotación más suave de la pieza de trabajo durante el mecanizado, lo que reduce la vibración y mejora la precisión cilíndrica externa y la calidad de la superficie del producto.
El cuerpo soporte, soldado al chasis, presenta además una ranura circular alargada de dimensiones coincidentes con las de la ranura del chasis. Esta ranura tiene dos propósitos: reducir el peso total del dispositivo de torno y evitar la interferencia entre el eje no-mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-y el dispositivo de torno. Varios juegos de pernos de sujeción están ubicados en ambos extremos de la ranura para asegurar el eje no-mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-. El diseño de ranura circular alargada permite mecanizar codos de equilibrio en forma de Z-de diferentes tamaños y modelos utilizando este accesorio de torno, logrando una funcionalidad multi-propósito.
El tope de posicionamiento central y del cuerpo de soporte están ensamblados y soldados al cuerpo de soporte. Durante el mecanizado, el centro y el centro del contrapunto del torno sostienen respectivamente los dos extremos del eje de mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-, logrando una configuración de sujeción de doble-centro. Para garantizar que la superficie del cono de posicionamiento del centro sea coaxial con el husillo del torno, la superficie del cono de posicionamiento del centro debe mecanizarse con precisión-en un torno después de soldar los accesorios del torno. El contrapeso consta de múltiples placas de contrapeso en forma de abanico-. El número de placas de contrapeso se puede ajustar para equilibrar la fuerza centrífuga generada durante el mecanizado de diferentes modelos de codos de equilibrio en forma de Z-. Los dos contrapesos están distribuidos uniformemente a 120 grados con respecto al centro de gravedad del soporte, lo que garantiza mejor el equilibrio dinámico durante el mecanizado del producto.
Para adaptarse al mecanizado de codos de equilibrio en forma de Z-de diferentes tamaños, se instalan varios juegos de pernos de sujeción en ambos lados de la larga ranura ovalada del cuerpo de soporte. Las posiciones de sujeción de los pernos de fijación se muestran en la Figura 10. La línea central de cada conjunto de pernos de fijación es mayor que la distancia H entre el centro del círculo exterior del eje no-mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-. Este método de sujeción garantiza que la fuerza de sujeción de los pernos de fijación en el codo de equilibrio en forma de Z-sea opuesta a la fuerza centrífuga, reduciendo efectivamente la fuerza centrífuga generada cuando la pieza de trabajo gira. Los estados de sujeción para mecanizar ejes pequeños y ejes grandes se muestran en las Figuras 11 y 12, respectivamente.
Figura 10. Diagrama esquemático de la posición de sujeción del perno de fijación.
Figura 11. Estado de sujeción al mecanizar el eje pequeño
Figura 12. Estado de sujeción al mecanizar el eje grande
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Verificación de resultados de mecanizado
Actualmente, este proceso de mecanizado de codo equilibrado en forma de Z-y un accesorio de torno dedicado se han aplicado a la línea de producción durante más de un año. Mediante este proceso se mecanizan múltiples modelos y grandes lotes de productos de codos de equilibrio en forma de Z-, lo que da como resultado una calidad del producto estable y confiable y una eficiencia de mecanizado significativamente mejorada. Esto verifica completamente la viabilidad y eficacia del proceso y del torno dedicado. En la Figura 13 se muestra una fotografía de algunos pasos de mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-.
a) Mandrinado en desbaste de la cara del extremo y del agujero interior.
b) Giro brusco del eje principal
c) Terminar de perforar la cara del extremo y el agujero interior.
Figura 13: Fotografías reales del proceso de mecanizado del codo de equilibrio en forma de Z-
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Conclusión
El proceso de mecanizado y el accesorio de torno especial para el codo de equilibrio en forma de Z-propuestos en este documento son aplicables al mecanizado de varios modelos de productos de codo de equilibrio en forma de Z-, independientemente del material del producto o del tipo de pieza en bruto. Proporciona un proceso completo y un enfoque de sujeción para este tipo de producto, resolviendo los problemas de alta dificultad de mecanizado, incapacidad de sujeción, calidad inestable del producto y baja eficiencia de mecanizado causados por la estructura excéntrica irregular, el gran tamaño, el peso pesado y los requisitos de alta precisión del codo de equilibrio en forma de Z-. La verificación de campo muestra que este proceso de mecanizado puede garantizar que los productos de codo de equilibrio en forma de Z- cumplan con los requisitos de precisión del diseño, reduzcan la dificultad de mecanizado y mejoren la consistencia de la calidad del producto y la eficiencia del mecanizado.
