Технологическое обеспечение взаимозаменяемости узлов запирания охотничьих ружей

Трудоемкость узловой и общей сборки изделий в отечественном машиностроении и зарубежных странах достигает 30.40% всей трудоемкости изготовления машин. В массовом и крупносерийном производствах эта доля меньше, а в единичном и мелкосерийном, где выполняется большой объем пригоночных работ, трудоемкость сборки достигает нередко 45.55% и более. При этом следует отметить, что в последние 10−15 лет существует четкая тенденция относительного увеличения трудозатрат на сборку.

Причиной этого явления следует считать усложнение конструкций машин и ужесточение норм точности их выходных параметров, опережающих рост точностных возможностей нового станочного оборудования. Совершенствование действующих технологических процессов сборки не отвечает темпам роста требований к ним, что влечет за собой необходимость применения дополнительных компенсационных работ. Увеличение объема компенсационныых работ, в том числе пригоночных работ, повышает себестоимость сборочных операций.

Определяющими показателями качества собранного изделия являются стабильность и соответствие заданным нормам его выходных характеристик, достигнутое при минимальных производственных затратах. Эти же показатели в совокупности с рядом эксплуатационных характеристик в основном обуславливают конкурентоспособность изделия.

Переход отечественной промышленности в рыночное хозяйство ставит на одно из первых мест задачу по обеспечению конкурентоспособности выпускаемых изделий, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Определяет конкурентоспособность изделия его высокое качество и высокие эксплуатационные характеристики, соответствующие запросам рынка.

Обеспечение этих показателей, при минимальных производственных затратах на сборку изделия, является задачей любого производства. Решению этой задачи посвятили свои работы видные ученые: Балакшин В.С./16/, Бонч-Осмоловский М.А./12/, Дальский A.M. /19/, Коганов И. А. /30, 31/, Корсаков В.С./35, 36, 63/, Колесов И.М./ 32, 33, 73/, Новиков М.П./48/ и др.

В настоящее время вопрос освоения международных рынков сбыта особенно остро стоит в производстве охотничьих ружей. Основным негативным фактором отечественного оружейного производства является наличие пригоночных операций.

Оружейное производство — первое производство машин, в котором широко использовались принципы взаимозаменяемости /46, 75, 76/. В начальный период становления оружейного производства достижение взаимозаменяемости основывалось на ручной слесарной пригонке деталей по эталонам (лекалам). Конструкции охотничьих ружей, сложившиеся в то время, предусматривали возможность достижения точности только ручной пригонкой. Таким образом, одной из причин наличия пригоночных работ при сборке стрелкового оружия является перенос исторически сложившихся в оружейном производстве традиционных решений по обеспечению точности на новые конструкции изделий.

Другая причина наличия пригоночных работ при сборке данных изделий объясняется, с одной стороны, сложностью конструкторских решений, обусловленной требованиями функциональной пригодности узлов, особенно работающих в автоматическом режиме, с другой стороны, ограниченной возможностью существующих технологических процессов по обеспечению высокой точности изготовления деталей.

Наличие пригоночных работ при сборке охотничьих ружей увеличивает трудоемкость их изготовления, снижает качество изделий. Нестабильность выходных характеристик ружья является причиною поломок отдельных узлов изделия. Ремонт пришедших в негодность узлов требует выполнение пригоночных работ, которые должны выполняться рабочими высокой квалификации в условиях заводского производства. Это ухудшает эксплуатационные характеристики ружей и снижает их конкурентоспособность.

Исправить положение дел в отечественном ружейном производстве можно только при максимальном использовании при сборке изделий принципов взаимозаменяемости, уменьшении объема пригоночных работ.

В свою очередь использование принципов взаимозаменяемости возможно только на основе глубокой технологической подготовки производства, которая должна включать в себя отработку изделия на технологичность конструкции и разработку современных технологий их изготовления. Отработка изделий на технологичность на стадии их проектирования, в частности, назначение на размеры конструктивных элементов изделия допусков, оптимальных как по функциональным, так и по производственным критериям является основным шагом в повышении эффективности сборки и снижения ее себестоимости.

Однако нельзя не отметить, что сборка стрелкового оружия, особенно работающего в автоматическом режиме, имеет свою характерную специфику. Она обусловлена тем, что, стремясь к компактности механизмов и снижению массы всего изделия, его детали наделяются, как правило, многофункциональным назначением. Это в свою очередь приводит к существенному усложнению конструкции, образованию сложных функционально-связанных размерных цепей, характеризуемых высокой точностью размеров замыкающих звеньев. Обеспечение точности выходных параметров таких механизмов достигается пригоночными операциями.

Такое положение дел в значительной мере объясняется сложностью проведения размерной отработки изделия на взаимозаменяемость, отсутствием теоретических моделей формирования структуры выходных параметров или их погрешностей. При отсутствии таких моделей невозможно вмешательство в процесс формирования выходного параметра с целью управления этим процессом и достижения заданного уровня точности сборки.

Необходимость проведения исследований в этом направлении очевидна. Разработка модели формирования структуры выходных параметров позволит вскрыть возможности повышения точности сборочных процессов, выявить наиболее рациональный метод достижения точности для условий конкретного производства, наиболее широко использовать принципы взаимозаменяемости.

Наиболее сложным и в тоже время наиболее ответственным узлом стрелкового оружия является узел запирания. От его надежного функционирования во многом зависит работоспособность всего изделия. Узел запирания является типовым узлом стрелкового оружия, в котором наиболее полно проявляется вся специфика данного класса изделий. Объектом исследований данной диссертационной работы выбраны узлы запирания стрелкового оружия.

Целью настоящей диссертации является обеспечение качественных показателей узлов стрелкового оружия с одновременным снижением трудоемкости сборки изделия на основе устранения ручных пригоночных работ и более широкого использования принципов взаимозаменяемости.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Проведение размерного анализа узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М и выявление причин наличия ручных пригоночных работ.

2. Разработка модели формирования погрешностей выходных параметров узла запирания.

3. Разработка методики размерной отработки изделий на взаимозаменяемость.

4. Обоснование на базе научных исследований новых и совершенствование известных методов и приемов сборки изделий, разработка технических средств их обеспечения.

Направление исследований по теме диссертации являются частью работ проводимых совместно ТулГУ и ОАО «Тульский оружейный завод», целью которых является достижение взаимозаменяемости основных сборочных комплектов ружья ТОЗ-87М и ее модификаций.

Диссертация выполнялась в целях повышения качества и конкурентоспособности ружей модели ТОЗ-87М.

Работа содержит пять глав и приложения.

В первой главе диссертации рассмотрены конструкция ружья ТОЗ-87М и типовые узлы стрелкового оружия, приведены технические требования на их сборку. Приведен анализ конструкций узлов запирания стрелкового оружия и причин наличия пригоночных работ при их сборке. Показаны особенности конструкции узла запирания ружья ТОЗ-87М, приведены технические требования на его сборку. Рассмотрены задачи, решаемые при сборке изделий и способы компенсации погрешностей. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе приведен размерно-технологический анализ узла запирания ружья ТОЗ-87М. Выявлены причины и закономерности формирования погрешностей выходных параметров соединения ствол-коробка и коробка — затвор — затворная рама. Произведено разделения узла запирания на самостоятельные сборочные единицы. Назначены технические требования на сборку и отладку сборочных единиц, выполнение которых обеспечивает их взаимозаменяемость в изделии. Обоснован и предложен прием соединения ствола с коробкой по клеевому слою, как прием компенсации взаимного расположения деталей.

В третьей главе дан анализ методов определения погрешностей выходных параметров механизмов с переменным передаточным отношением. Приведены основные принципы построения математической модели погрешности выходного параметра механизма с переменным передаточным отношением. На базе математических моделей выходных параметров разработана методика проектного назначения допусков конструктивных элементов узла запирания. Приведен пример отработки узла запирания охотничьего ружья ТОЗ-87М на взаимозаменяемость. Разработана методика определения оптимальной величины зазора между сопрягаемыми поверхностями ствола и коробки, позволяющей обеспечить точное расположение исполнительных поверхностей деталей и требуемую прочность соединения.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований процесса формирования погрешностей расположения исполнительных поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола, исследования компенсирующих и прочностных характеристик клеевого соединения ствола с коробкой.

В пятой главе приведены результаты опытно-промышленного внедрения технологий механической обработки ствола, коробки и других деталей узла запирания, представлена технология нового способа соединения ствола с коробкой по клеевому слою. Дано описание технологического и метрологического обеспечения сборки узла запирания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в настоящей работе, позволяют сделать вывод о реальной возможности исключения пригоночных работ при сборке охотничьих ружей. Основные положения диссертации с равным успехом могут быть использованы в аналогичных задачах машиностроительного производства, следовательно, можно считать, что имеются предпосылки решения актуальной задачи для всего машиностроения — повышение производительности сборочных и ремонтных операций за счет ликвидации пригоночных работ.

При подведении итогов работы сделаны следующие выводы:

1. Размерно — технологический анализ показал, что недостаточная конст-рукторско-технологическая проработка узла запирания, сложность конструктивных элементов, традиции оружейного производства по назначению выходных параметров изделия в неявном виде являются причинами узаконивающие ручные пригоночные работы.

2. Статистические исследования показали, что основной причиной приводящей к нарушению работоспособности узла запирания (заклинивание затворной рамы) является перекос рабочих поверхностей направляющих коробки относительно оси канала ствола. Существенную роль в этом играет перекос ствола при его запрессовке в коробку.

3. Использование математической модели формирования выходных параметров узла запирания стрелкового оружия позволяет с достаточной точностью оценивать по функциональным и технологическим критериям допуски параметров его конструктивных элементов, производить отработку изделия на взаимозаменяемость и нормальное функционирование. Представление модели в линейном виде обеспечивает наглядность и высокое удобство проведения расчетов.

4. Разработанный принцип построения технологического процесса сборки узла запирания из двух сборочных единиц, позволяет обеспечить взаимозаменяемость сборочных единиц в узле.

5. Экспериментально доказана возможность использования способа соединения ствола с коробкой методом склеивания, подобрана марка клея, геометрические и технологические параметры сопрягаемых поверхностей, разработаны технологические режимы склеивания.

6. Разработанный способ соединения ствола с коробкой по клеевому слою позволяет, за счет выверки взаимного положения деталей, обеспечить высокую точность расположения исполнительных поверхностей и исключить из процесса сборки трудоемкие ручные пригоночные работы.

7. Проведенные опытно-промышленные испытания и внедрение результатов работы подтвердили возможность выполнения технических требований при использовании разработанных способов и приемов и снижения трудоемкости сборки и отладки узла запирания с 9, 861 н/час до 5,25 н/час, при гарантированном обеспечении заданного качества изделия.