某組合件裝配襯套半自動化方法工藝研究

吳宏春 馬鎮(zhèn)鎮(zhèn) 康可可 于 鯤

（1.空軍駐沈陽黎明公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043；2.中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

0 引言

某組合件為航空發(fā)動機的重要零件，是聯(lián)動部件，它位于機匣焊接組件的外部，通過搖臂裝配某組合件、可調葉片與機匣焊接組件進行連接。目前，零件的裝配方案為搖臂裝配組合件與某組合件連接是通過銷子連接的，裝配時用木錘以2.5 N從內圓輕擊銷子端部敲打，使其與機體貼合。然后裝配開口銷，并用尖嘴鉗子彎轉。

結合機匣組件裝配狀態(tài)及零件在發(fā)動機中的作用，某組合件的突出技術問題是襯套裝配過程，主要表現(xiàn)在襯套與零件裝配存在剪切應力，容易擠壓出銅絲；襯套裝配過盈量不滿足設計圖要求使襯套后續(xù)鏜襯套孔容易松動、脫落。

我國現(xiàn)行過盈裝配工藝中的裝配方法有3個。1）熱裝。2）冷裝。3）壓裝[1]。這些裝配方法效率低，不僅不能保證零件的裝配精度，而且容易破壞零件自身的狀態(tài)，位置精度和零件的再裝配精度。

該次對襯套裝配方案進行研究，以加工過程、加工時間、零件裝配后的質量、后續(xù)零件變形情況為指標，將改進后方案與木錘裝配法進行對比；分析氣動方案的裝配原理，從裝夾方式、工裝結構和加工過程等方面開展研究工作[2]，制定切實有效的裝配方法，提高裝配效率及裝配質量，減少人員，降低操作工人的勞動強度，提高操作精度及操作可行性。最終保證襯套裝配過程實現(xiàn)“0”質量問題的質量目標，并控制零件軸與孔的同軸度，達到無剪切銅絲現(xiàn)象的實驗目標。最后通過優(yōu)化工藝過程，實現(xiàn)襯套裝配過程的標準化操作。

1 總體技術方案

技術方案如下。1）通過對零件的裝配過盈量以及裝配后的零件狀態(tài)進行分析，確認聯(lián)動環(huán)組合件襯套過盈裝配方法的合理性。2）對使用木錘打入方法進行裝配的零件進行數(shù)據(jù)收集，包括加工過程、加工時間、零件裝配后襯套存在問題數(shù)量、裝配后鏜孔找正的狀態(tài)。3）研究氣動方案工藝裝備結構，應用氣動機構使裝配壓力一致，實現(xiàn)半自動化裝配，并收集相關數(shù)據(jù)。4）將木錘打入法與氣動工裝裝配法2種方法加工的零件數(shù)據(jù)進行對比，確定最優(yōu)的加工方案。 5）對氣動機構結構進行分析，總結氣動方案工裝設計經驗，實現(xiàn)該類零件襯套裝配標準操作。

2 問題剖析

目前零件組合件上孔尺寸為ф8+0.015，襯套與其配合尺寸為裝配后要求過盈0.032～0.008，屬于過盈裝配，現(xiàn)場加工時采用敲擊法進行裝配，主要存在問題如下。1）零件裝配敲擊前必須采用液氮進行冷卻，使用冷卻的液氮容易對人體造成傷害，存在安全隱患。2）裝配襯套時容易將襯套裝傾斜，襯套垂直度差，后續(xù)加工容易襯套容易脫落，需要進行重復裝配。3）安裝襯套過程采用木錘敲擊法，在裝配時襯套對準聯(lián)動環(huán)的孔時間最長為1 min，襯套與零件互相擠壓時容易產生銅絲，現(xiàn)場實際的配合尺寸不能滿足裝配要求。

該文對木錘打入法問題進行分析，首先對操作過程流程進行總結，經過總結，具體操作步驟如下。a）將襯套用液氮冷卻。b）將聯(lián)動環(huán)垂直放在搖臂鉆床床面槽內，保證其中一個徑向孔在最底部。c）一名操作者扶穩(wěn)聯(lián)動環(huán)，保持垂直狀態(tài)。d）另一名操作者用尖嘴鑷子將襯套放進聯(lián)動環(huán)的槽內；將襯套B對準聯(lián)動環(huán)C面，用自制的銷釘墊塊由聯(lián)動環(huán)另一個徑向的孔伸進去，頂在襯套E面，后用木錘敲擊銷釘頂部，襯套裝入。e）在機床上順時針或者逆時針轉動聯(lián)動環(huán)，按照步驟b）～d）進行裝配其余14個孔上襯套。f）裝配完外環(huán)上的15處襯套后，將聯(lián)動環(huán)轉移到足夠聯(lián)動環(huán)高度的平臺上，將聯(lián)動環(huán)掛在平臺一角上，保證內環(huán)其中一個徑向孔在最高位置并垂直于平臺。g）操作者用尖嘴鑷子將襯套放進聯(lián)動環(huán)的槽內；將襯套B對準聯(lián)動環(huán)D面，用自制的銷釘墊塊由聯(lián)動環(huán)另一個徑向的孔伸進去，頂在襯套E面，后用木錘敲擊銷釘頂部，將襯套裝入；在平臺上順時針或者逆時針轉動聯(lián)動環(huán)，按照步驟f）～g）進行裝配其余14個孔上襯套。

對木錘打入法進行分析，存在3個風險點。首先，在采用搖臂鉆床的床面中間的縫隙對零件進行垂直放置，并進行固定，需要工作人員保證零件的垂直度，偏差情況很難控制；其次，內層一圈裝配15個襯套，對零件內壁進行15次的敲擊；外層一圈裝配15個襯套，對聯(lián)動環(huán)外圓進行15次的敲擊；用人手的力氣打入襯套不能控制力度的大小，容易使零件變形。按每件零件裝配72件襯套計算，平均加工時間41.93 min，襯套出現(xiàn)問題數(shù)量為28件，跳動變化量為0.02 mm～0.11 mm，合格率極低。

對打裝過程進行分析，為了保證打裝質量，必須保證被容件與包容件同軸，不允許傾斜。同時，由于零件是過盈裝配，在沒有工裝控制的情況下，靠人為手動扶正很難實現(xiàn)，在木錘打擊過程中，因為傾斜可能造成后續(xù)加工襯套脫落的情況。

以前裝配襯套是將液氮冷卻襯套后進行裝配，在用液氮進行冷卻時需要將襯套在液氮里產生的汽泡釋放完全，需要的時間為15 min～20 min，大致軸徑能收縮0.01～0.015，在現(xiàn)場使用液氮容易產生安全隱患。很多情況下現(xiàn)場不使用液氮，直接用木錘進行敲擊打入，容易使襯套傾斜打裝入零件內，產生銅絲，造成裝配的過盈量不滿足設計尺寸要求，如果傾斜嚴重，還會在后序鏜孔工序產生加工時襯套脫落現(xiàn)象。

3 新方法工裝結構分析

通過對前期數(shù)據(jù)的收集，確定采用氣動裝置進行過盈量襯套裝配，以保證襯套的裝配質量，避免出現(xiàn)襯套裝配質量問題。同時零件為整圓狀態(tài)，裝配過程應該保證零件放平，采用底盤帶有墊塊的結構方案，將零件保持平衡放置；襯套裝配時應該保持與聯(lián)動環(huán)孔同心，并且與之垂直，用銷子進行穿透，控制其同心度和垂直度，保證裝配質量；壓裝襯套應該確定利用氣壓帶動銷桿頂壓或者回彈回帶力進行壓裝如圖1所示。

3.1 工裝第一次試驗問題收集

通過第一次工裝試驗，對現(xiàn)場的各項試驗問題進行收集，總結有一下3個方面的問題。1）工裝實物與現(xiàn)場氣口不能連接，接口不一致，現(xiàn)場壓縮空氣管子為Ф12 mm，工裝連接管為Ф6 mm，缺少一個Ф12 mm轉Ф6 mm的轉接嘴。2）工裝夾具上氣缸與自身的聯(lián)動裝置無連接管，現(xiàn)場使用的連接管大小不一致，無法連接，根據(jù)使用夾具位置與壓縮空氣連接管子的距離，缺少一個5 m長直徑6 mm的管子。3）工裝實物與圖紙對比，定位塊位置錯誤， 零件無法落到夾具里面，并且襯套定位位置與零件裝配位置距離太大，氣缸不能使用。4）通過增加配置一個6 mm～12 mm的轉接嘴，5 m長直徑Ф6 mm的管子，并對夾具進行返修，進行二次試驗。

3.2 工裝第二次試驗數(shù)據(jù)收集

現(xiàn)場進行聯(lián)動環(huán)組合件的襯套裝配工序第二次驗證，夾具返修回來的工裝與購買的連接相配件，進行現(xiàn)場連接，驗證零件的使用過程，記錄零件的裝配過程，收集工裝使用的問題以及裝夾的操作步驟。

3.2.1 手動閥使用介紹

手動閥結構用于調整進氣排氣裝置；手動閥上標識介紹，上面標識B、N和A代號，其中：代號B用于裝襯套使用氣缸給氣，保證滑動銷伸出；代號N回原排氣，氣缸不工作；代號A氣缸工作，保證伸出的滑動銷收回。每次裝襯套前，現(xiàn)場壓縮空氣與夾具連接后，應該按照圖示位置驗證氣動連接是否成功；用壓力表確定壓力值大小，保證每次裝夾力的一致性。

3.2.2 零件裝夾

將零件上的“U”形通槽放在夾具凸臺位置，并保證凸臺上的中心槽對準聯(lián)動環(huán)上徑向通孔，保證夾具中心滑動銷能自由穿過。

3.2.3 操作步驟

操作步驟有9個。1）在裝配時，首先將襯套裝入夾具凹槽內。2）將手動閥轉動到B 位置，滑動銷會帶動襯套與聯(lián)動環(huán)同心。3）將擋銷插入夾具凹槽內。4）旋轉手動閥到A位置。5）滑動銷會帶動襯套回彈，利用氣壓壓裝襯套。6）將手動閥旋轉到B位置，將擋銷從夾具凹槽內取出。7）旋轉手動閥到A位置，滑動銷會回彈，完成內圓一個襯套裝配過程。8）將聯(lián)動環(huán)抬起，旋轉到下一個“U”形槽，按照1）～7）順序進行安裝。9）按照要求，擰下2處螺釘A，將夾具中的氣缸結構整體取下，旋轉180 °安裝在對面用擰下2處的螺釘A擰緊在螺紋孔B位置，按照以上的加工步驟1）～8）進行外環(huán)的襯套裝配。

圖1 夾具示意圖

3.2.4 工裝第二次壓裝驗證結果

襯套沒有全部裝入零件內，只裝入1/3，不能滿足裝配要求。

通過現(xiàn)場觀察加工過程及加工結果，發(fā)現(xiàn)襯套的垂直度和剪切的壓痕銅絲屑沒有問題。

加工時間：首次連接夾具的時間為90 min ，第一次驗證10 min（裝8 min，敲打10下2 min），第二次驗證2 min（敲打3下2 min）。

經過現(xiàn)場驗證分析，發(fā)現(xiàn)夾具使用過程中氣缸的壓力不夠，調節(jié)壓力表最大值氣缸壓力也不夠；經過分析討論，在其他結構都滿足現(xiàn)場要求的情況下，需要增加壓力。解決方案為更換氣缸，再根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，需要提高3倍氣缸壓力，氣缸壓力提高，氣缸的尺寸需要進行調整，需要對夾具尺寸進行更改。

3.3 工裝第三次試驗數(shù)據(jù)收集

將夾具結構進行調整，增加PUSD接頭、薄壁氣缸和手動閥等結構?，F(xiàn)場進行S組合件的襯套裝配工序第三次驗證，夾具返修回來的工裝按照第二次連接方式進行現(xiàn)場連接，驗證零件的使用過程。

現(xiàn)場最開始連接件采用的是自己配制接頭為PUSD-12-0丟失，造成工裝無法連接，根據(jù)實際情況進行現(xiàn)場改造，進行2次轉接連接。改進操作步驟中進行裝配結構旋轉180°進行內圓的裝配，由于旋轉裝配過程需要5～10分鐘，自己做一個頂銷，利用以前的原理進行頂裝。采用此工裝后不需要特殊調整，只要將襯套按正確位置放進與插銷配合的凹槽內即可，保證外徑與孔對準，實現(xiàn)了襯套裝配的自動化。

3.3.1 改進后操作步驟

將襯套放入后，將手動閥轉動到B 位置（左面），隨著旋轉的手動閥，滑動銷會自動伸出，保證襯套進入聯(lián)動環(huán)內圓孔中。a）將手動閥旋轉到N位置（中間），然后在旋轉的手動閥到A位置（右面），滑動銷會自動回彈。b）將自制的頂銷伸入已裝的襯套背面。c）將手動閥轉動到B 位置（左面），隨著旋轉的手動閥，滑動銷會自動伸出頂在頂銷上，襯套裝入。d）重復步驟b）；完成一個襯套的裝配。e）分析現(xiàn)場頂裝的結果，發(fā)現(xiàn)零件裝夾后與按照工裝實際回帶壓裝的效果一致，再轉換壓裝機構180°進行裝配，減少了整個零件的裝配時間5 min～10 min ，并且滿足了壓裝襯套的垂直度和在同軸度要求，裝配過程簡單。

3.3.2 襯套與聯(lián)動環(huán)垂直和同軸度方法介紹

根據(jù)襯套內徑尺寸確定滑動銷尺寸紅線標記，保證襯套與滑動銷同軸及垂直狀態(tài)。

根據(jù)襯套外徑及聯(lián)動環(huán)孔徑藍線標記確定定位套尺寸綠線標記，再根據(jù)滑動銷尺寸紅線標記確定定位套尺寸紅線標記，滑桿工作時會帶動定位套進入聯(lián)動環(huán)孔內，保證襯套與聯(lián)動環(huán)同軸及垂直狀態(tài)。

根據(jù)滑動銷回彈帶動插銷壓裝襯套，完成一個襯套的裝配過程，在回彈和壓裝過程中，通過插銷與定位插銷的凹槽配合的尺寸確定插銷的垂直度，再通過插銷與滑動銷配合尺寸確定插銷與滑動銷的垂直度；滑桿帶動插銷回彈壓裝保證了襯套打入過程的垂直度，避免傾斜。

3.3.3 工裝第三次試驗總結

零件在最初的方案制訂和后續(xù)一系列的現(xiàn)場加工驗證，發(fā)現(xiàn)零件裝配工裝過程研究考慮的因素比較多，需要考慮裝夾的零件放置的狀態(tài)、裝配過程同心和垂直要求、壓裝采用的方法、加工過程遇到難點需要調整工裝結構方案的措施；通過現(xiàn)場77件零件的裝配驗證，總結出零件裝配在最終狀態(tài)收集到的數(shù)據(jù)如下。1）一個襯套安裝時間不到1 min，大部分時間都能小于37 s，一個零件加工需要17 min左右。2）每次使用夾具連接時間5 min。同一批次加工的零件只需要連接一次。3）零件裝配過程氣動結構無需操作者進行重復轉換工作，節(jié)省時間為：3 min～5 min。4）在其中2件上對襯套進行裝配后再取下（任意驗證13件襯套）檢查，發(fā)現(xiàn)并無銅絲剪切襯套外壁光整。

將零件采用木錘打入法收集的數(shù)據(jù)與采用氣動半自動化工裝收集的數(shù)據(jù)進行對比，可以看出，零件加工時間減少了26.9 min；襯套出現(xiàn)問題數(shù)量由原來的28變?yōu)?；跳動變化量由原來的0.02 mm～0.11 mm變?yōu)?～0.04 mm；確定零件裝配采用氣動壓裝襯套方案的可行性，襯套與聯(lián)動環(huán)的同心度是根據(jù)工裝結構，所裝的77件零件均無銅絲擠壓現(xiàn)象，零件合格入庫，并通過后續(xù)裝配車間的反饋零件狀態(tài)與以往比較襯套無銅絲產生，并且零件裝配過程無問題產生?，F(xiàn)場采用該工裝節(jié)省了加工時間，提高了零件裝夾效率，避免質量隱患存在。

4 結論

通過此次研究，說明了3種工裝方案對零件襯套裝配的方法可行性，最終通過氣動方案工裝的使用，現(xiàn)場半自動化進行零件裝配。通過對氣動方案工裝的調整，不斷調整氣缸壓力及連接方式，最大程度地降低襯套裝配的人為干預程度，實現(xiàn)襯套裝配的半自動化，從而提高零件的裝配質量，最終杜絕了襯套傾斜裝配導致銅絲產生及裝配精度差的問題。通過襯套半自動化裝配，實現(xiàn)壓裝力大小的統(tǒng)一，零件變形得到了有效的控制。

通過氣動方案工裝的使用，減少了人員參與，降低了操作工人的勞動強度，提高了操作精度。最終保證襯套裝配過程實現(xiàn)“0”質量問題，達到控制零件軸與孔同軸度并無剪切銅絲為實驗目標要求，為零件的最終合格交付奠定了良好的基礎。