przyrząd montażowy do wtłaczania króćców w wyrobie o złożonej

2/2011 Technologia i Automatyzacja Montażu
PRZYRZĄD MONTAŻOWY DO WTŁACZANIA KRÓĆCÓW
W WYROBIE O ZŁOŻONEJ KONFIGURACJI
Jerzy STÓS, Andrzej KASPRZAK, Janusz HYŻY
W procesach montażu elementów kojarzonych przez
wtłaczanie istotną sprawą jest zapewnienie właściwego, najczęściej współosiowego położenia łączonych powierzchni. Powierzchnie te powinny być ponadto zorientowane równolegle do kierunku przesuwu montażowego,
co jest warunkiem koniecznym poprawności przebiegu
procesu.
Ze względu na wydajność i koszt montażu, łączone
elementy najczęściej umieszczane są w uchwytach bez
dodatkowych zespołów mocujących, a siły lub składowe
sił występujące przy wtłaczaniu przenoszone są przez
elementy ustalające. Proces wtłaczania na ogół przebiega bez zakłóceń, jeżeli kierunek wtłaczania jest prostopadły (lub zbliżony) do bazowej powierzchni oporowej.
Zagadnienie komplikuje się, jeżeli kierunek wtłaczania
odbiega znacznie od normalnej do bazy, a kształt łączonych elementów jest złożony i dodatkowo sformułowane
są wymagania dotyczące wzajemnego położenia elementów po montażu.
Taka sytuacja występuje np. w przypadku montażu
zgiętego króćca w otwór korpusu termostatu, którego położenie w stosunku do bazy określono przez dwa kąty,
a właściwe położenie króćca w korpusie przez trzeci kąt.
Prawidłowy montaż elementów jest możliwy tylko w jednym położeniu kątowym korpusu w płaszczyźnie króćca.
Konstrukcja prezentowanego dalej przyrządu została
poprzedzona analizą geometryczną w celu obliczenia
kąta określającego właściwe położenie korpusu w przestrzeni (jako funkcji trzech wymienionych kątów).
wtłaczaniu segmentu króćca o długości l1 w otwór korpusu, a drugi spełnia rolę ogranicznika dla nasadzanego przewodu giętkiego (przy montażu silnika) i stanowi
przeszkodę dla ustalenia króćca w gnieździe przyrządu.
Rys. 1. Korpus termostatu z wtłoczonym króćcem – rysunek
uproszczony
Analiza geometryczna
Kształt montowanego korpusu termostatu jest złożony, co przedstawiono na rys. 1 w widoku aksonometrycznym, dwu rzutach prostopadłych i w przekroju. Układ
odniesienia rzutów stanowi płaszczyzna podstawy, prostopadła do niej płaszczyzna kierunkowa i trzecia płaszczyzna do nich wzajemnie prostopadła. Jest to odlew wykonany ze stopu aluminium, z obrobionymi mechanicznie
powierzchniami przeznaczonymi do kontaktu z innymi
elementami (podstawa, otwory ustalająco-mocujące
i gwintowane, górna powierzchnia pod uszczelkę i pokrywę, gniazdo wsadu termostatu, króćce doprowadzające
i odprowadzające medium itp.).
Otwór o średnicy d i długości l, w który wtłaczany jest
króciec, pokazano na rys. 1 w przekroju A–A. Oś otworu
znajduje się w płaszczyźnie odchylonej od podstawy pod
kątem ε i przecina ją pod kątem η.
Króciec pokazany na rys. 2 jest rurką walcową ze stali o średnicy d, zgiętą pod kątem α, z wykonanymi kołnierzami. Jeden kołnierz stanowi element oporowy przy
28
Rys. 2. Króciec zgięty z dwoma kołnierzami
Kryterium poprawnego montażu króćca w korpusie
jest uzyskanie wymiarów a i b, określających wymagane
położenie końca króćca (rys. 1). Aby uzyskać te wymiary, należy zapewnić wstępne pozycjonowanie korpusu
w układzie obróconym w stosunku do płaszczyzny zgięcia króćca o pokazany kąt ω oraz zapewnić współosiowość segmentu króćca wtłaczanego, otworu korpusu
i osi tłoczyska napędowego w procesie montażu.
Króciec przed montażem jest osadzony w odpowiednio wyprofilowanym uchwycie, zapewniającym osadze-
Technologia i Automatyzacja Montażu 2/2011
nie kołnierza w gnieździe przenoszącym siły wtłaczania
oraz ustalającym położenie płaszczyzny zgięcia króćca.
Natomiast korpus umieszcza się na pryzmatycznej podstawce (klinie) ze skośną powierzchnią oporową (i kołkami ustalającymi), nachyloną do kierunku wtłaczania
pod kątem γ. Aby w trakcie wtłaczania nie następowało
odrywanie powierzchni bazowej korpusu od powierzchni
pryzmy, należało określić wielkość kąta klina pryzmy γ,
który powinien odpowiadać kątowi nachylenia osi otworu
do podstawy korpusu w płaszczyźnie określonej kątem
obrotu króćca w otworze ω.
Do wyznaczenia kąta γ klina pryzmy wykorzystano
pomocnicze przekroje w układzie współrzędnych x, y, z,
pokazane na rys. 3, oraz zależności geometryczne występujące pomiędzy nimi, gdzie:
η – kąt nachylenia osi otworu do podstawy (czyli kąt między osią otworu a jej rzutem na podstawę, w płaszczyźnie utworzonej przez te dwie półproste – zwanej umownie płaszczyzną kąta η),
ε – kąt dwuścienny między płaszczyzną kąta η i płaszczyzną podstawy,
ω – kąt obrotu króćca w otworze (ściślej kąt obrotu rzutu
końca króćca wokół rzutu środka początku otworu w korpusie na płaszczyznę podstawy),
γ – kąt nachylenia osi otworu do podstawy w płaszczyźnie gięcia króćca, określonej kątem ω (odpowiadający
kątowi nachylenia powierzchni oporowej pryzmy klinowej
do kierunku wtłaczania).
(4)
szukany kąt γ można wyznaczyć z poniższego wzoru:
(5)
Po wyznaczeniu wartości kąta γ skonstruowano pryzmę klinową stanowiącą podstawę do ustalenia korpusu
w przyrządzie.
Przyrząd montażowy do wtłaczania króćca
w korpus termostatu
Przyrząd montażowy do wtłaczania króćca w korpus
został zaprojektowany i wykonany jako zespół wymienny na jednym z urządzeń półautomatycznej linii montażu
termostatów samochodowych. Jest on przedstawiony
w uproszczonej postaci na kolejnych rysunkach 4 ÷ 6,
obejmujących różne fazy procesu wtłaczania.
Zachowując dotychczasową konwencję rozwiązania
konstrukcyjnego, przyjęto poziome usytuowanie osi cylindra roboczego (1) – rys. 4, który ilustruje wzajemne
usytuowanie łączonych części przed wtłaczaniem.
Rys. 4. Korpus termostatu i króciec w przyrządzie – położenie
wyjściowe
Rys. 3. Schemat do obliczeń kąta klina pryzmy podstawy – γ
Wykorzystując proste zależności geometryczne:
(1)
(2)
(3)
Króciec, zgięty pod kątem α, osadzony jest w uchwycie (2) z odpowiednio ukształtowanym gniazdem, mieszczącym kołnierz króćca. Powierzchnia oporowa gniazda
umożliwia przeniesienie siły wzdłużnej wtłaczania. Króciec utrzymywany jest w gnieździe przez dwa magnesy,
zamontowane na śrubach regulacyjnych (3), zapewniające poziome położenie części wtłaczanej. Położenie pionowe płaszczyzny zgięcia króćca wyznaczone jest przez
płytkę ustalającą (4).
Korpus osadzony jest na trzech luźnych kołkach ustalających płytki pośredniej (5), zamocowanej na płaszczyźnie oporowej pryzmy klinowej (6). Pryzma zabudowana jest – rys. 5 – na saniach (7), mogących przesuwać
się po prowadnicy (8). Na rysunku tym zaznaczono kąt γ
29
2/2011 Technologia i Automatyzacja Montażu
klina pryzmy (6) oraz kąt obrotu płytki (5) na pryzmie (6),
odpowiadający kątowi ω obrotu króćca w korpusie.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania z blokiem pośrednim
(9) umieszczonym na oddzielnych saniach (10), możliwe jest wstępne, ręczne wprowadzenie końca króćca do
otworu korpusu przy wykorzystaniu rękojeści (11), a po
zainicjowaniu cyklu montażu automatyczne wtłoczenie
króćca w korpus z wykorzystaniem siłownika pneumatycznego, co pokazano na rys. 5. Podczas wtłaczania
czujnik (12) mierzy siłę wcisku.
Rys. 6. Korpus termostatu z wtłoczonym króćcem po wycofaniu
Cała przestrzeń przyrządu osłonięta jest oczywiście
przeźroczystą osłoną, wykonaną z tworzywa sztucznego,
a działanie mechanizmów jest możliwe dopiero po jej zamknięciu, co zapewnia bezpieczeństwo obsługującego.
Podsumowanie
Rys. 5. Wtłaczanie króćca w korpus termostatu
Proces montażu jest nadzorowany przez układ sterowania i uznany za zakończony pomyślnie, gdy spełnione
zostały następujące warunki:
• pryzma klinowa (korpus) zajęła wymagane położenie końcowe względem uchwytu (kołnierza króćca)
– wcisk nastąpił do końca,
• siła wtłaczania zawarta jest w określonym przedziale, czyli rzeczywista wartość wcisku jest prawidłowa.
Po wtłoczeniu króćca następuje zadziałanie mechanizmu sprzęgającego (13), umożliwiającego automatyczne
wycofanie korpusu z wtłoczonym króćcem z uchwytu (2)
do pozycji początkowej pryzmy (rys. 6), co kończy proces
montażu.
30
Wykonane badania doświadczalne przyrządu potwierdziły w pełni jego skuteczność. Bardzo złożone relacje
geometryczne między położeniem króćca i korpusu po
montażu uzyskano za pomocą uchwytów (korpusu i króćca) o prostej konstrukcji. Dzięki zastosowaniu przyrządu
kinematyka procesu wtłaczania sprowadza się do prostoliniowego ruchu tłoczyska siłownika wciskającego, co
również bardzo upraszcza wymagany pomiar siły wcisku.
Czujnik pomiarowy montowany jest bowiem bezpośrednio w osi tłoczyska. Konstrukcja uchwytu zapewnia łatwą
wymianę płytki oporowej z kołkami i uchwytu króćca.
___________________
Doc. dr inż. Jerzy Stós, doc. dr inż. Andrzej Kasprzak,
mgr inż. Janusz Hyży są pracownikami Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie.