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工业制造领域中测力分析的应用

一、前言

随着制造业的不断发展,制造业企业面对客户对质量要求的不断提高,在零部件加工制造过程 中,如何判断压入、夹紧、旋紧、铆接等动作是否有效,如何判断两个零部件的配合是否合格,是 关系到产品品质的关键问题之一。 众多知名零部件制造厂商广为采取的测试手段是力值保持 (Force

Hold)技术。

二、原理及系统构成

利用应变式传感器(称重传感器 Load cell、扭矩传感器 Torque Transducer)将受到的力转换为 相对应的 mV(一般范围为±30mV)信号,利用只能力值仪加以分析、判断、甄选。从而判断产品质 量,系统构成如图 1、图 2 所示:

安装扭矩检测系统的拧紧装配系统示意图
 图 1

 

如图 1、图 2 所示,在需监测工位的气 缸、油缸等压杆上安装荷重传感器作为压 头, 并安装针对零件的工模, 当压向零件时, 产生的信号传入高速采样力值分析仪 UNI800F 系列形成有效区间的波形,并将 质量控制点(即力或扭矩)保持,并判别, 不合格则输出开关报警或指示, 合格则录入 电脑存档。

为什么可以通过力的分析来甄别有关 动作是否有效呢?这是因为同一工位对应 的同种工件在压入、 旋紧、 铆接等等动作过 程时, 会由于工件加工精度、 材质不同等原

安装力值检测系统的压入装配系统示意图

因而产生不同的反向力, 通过对这个力波形

中 “质量控制点” 的确认是否落在正常区域 内来判断产品加工是否合格。

三、制造过程质量判别

质量控制点的确定,是检验产品合格与否的关键,由于这一点是非肉眼能观察的,于是在进行

力的分析中需要将其保持下来,作为判别或作为质控档案存入上位机。

由于在压入等动作过程中随着时间在不同位置力将呈现各种变化,其中的某个区间力的波形, 某个力值点大小可以作为产品合格与否的指标。 由此我们需要对零件的装配加工进行科学有效的分 析。

以拐点判断配合质量:

通过我们的应用实践知道,不同的材质零件, 不同的动作方式,不同的形状,不同的装入路 径等等因素在分析中都必须考虑。图 3 中不良 品 B2 为轴套内孔布满毛刺,不良品 B1 为轴套 内孔下半层布满毛刺,合格品为按工艺要求光 滑内孔, 在这三种情况下, 轴压入过程 T1 区间 产生不同的波形,由此判别区间 T1 为有效区 间,其中 a 点为质量控制点,需要将其保持, 可见一般来说,最直观的办法是比较次品与合

格品产生的力的波形,由此确定有效区间及保 持点。

不同品质零件压入波形图

 


以采样点判断配合质量:

以采样点作为质量控制依据适用于行程较 长的孔和轴配合的装配,例如洗衣机减速离合 器、硅油风扇离合器等的装配,通常孔具有适 当的锥度,压入行程越长受力越大,通常在即 将到位的位置通过行程开关进行采样,从而确 定配合的质量。如图 4 所示,图中 A、B、C 为 配合度不同的三条曲线,其中 a、b、c 为对应 的采样点,从压入过程曲线我们可以看到,A 产品配合度适中,为合格产品;而 B 产品配合 过盈稍大,可能撑坏轴套,达不到设定工艺要 求;C 产品为间隙配合,配合不够紧密从而达 不到设定工艺要求;

而作为不同的产品,所需确定的质量控制点也是千变万化的,常见的质量控制点有如下几种:

 

四、结语

过程测力分析系统针对制造业生产过程中生产工具的应力、扭矩及产品的重量、应力等参数进 行精确的检测,如自行车前叉装配过程、压铸成型过程、滚轧、拉拔、锻造或冲压以及在纵向压紧、 装配、铆接的过程应力监控;对成品的检测如汽车刹车力、振动试验应变力、材料拉压力试验等。 通过对这些数据的分析、记录,制造过程可以重复进行,产品质量得到检测、记录和提高,同时可 建立起产品质量档案,对产品材料、制造、装配、安装等环节进行精确监控和记录,形成产品质量 跟踪机制,可有效防止产品质量纠纷。目前在工业制造过程已有广泛的应用。

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