泵蓋加工工藝分析及偏心孔車(chē)削夾具設(shè)計(jì)

徐曉翔，張 穎，儲(chǔ)曉猛

（江蘇大學(xué)基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

高壓泵部件是柴油共軌系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著將燃油由低壓狀態(tài)通過(guò)柱塞將其壓縮成高壓狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油噴射壓力和噴油量的作用。泵蓋（如圖1所示）是高壓泵部件中的重要的密封零件，其加工質(zhì)量嚴(yán)重影響著柴油機(jī)尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)及其工況質(zhì)量。本文結(jié)合企業(yè)批量生產(chǎn)的加工要求，分析并設(shè)計(jì)一套基于數(shù)控加工工序集中要求的工藝方案和第三道側(cè)面及螺紋孔等加工的偏心孔車(chē)削夾具[1-2]，從而有效提高工件的生產(chǎn)效率和加工精度，應(yīng)用效果良好。

圖1　泵蓋零件實(shí)體圖

1　泵蓋加工工藝過(guò)程分析

為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)，基于工序集中這一數(shù)控加工工藝的原則，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備情況和工件結(jié)構(gòu)（泵蓋零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖2所示），該泵蓋零件設(shè)計(jì)了4道工序，分別是第一道工序?yàn)檐?chē)M22外螺紋及其端面、車(chē)φ30.6外圓及大面（K面）等；第二道工序?yàn)殂@鉸大面上（K面）2-φ8.5孔及M22外螺紋端面上4-φ4；第三道工序?yàn)檐?chē)側(cè)面（A面）、M12×1內(nèi)螺紋及鉆鉸φ3×40小孔；第四道工序?yàn)殂@φ3.8×40、鉸φ4×4小孔。由于采用工序相對(duì)集中的加工方案，每個(gè)工序包含了多個(gè)工步，一次裝夾解決泵蓋上多個(gè)加工特征的加工問(wèn)題，從而有效保證泵蓋的形狀及位置，減少了裝卸等輔助加工時(shí)間，加工質(zhì)量及效率大幅提高。

圖2　泵蓋零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2　偏心孔車(chē)削夾具設(shè)計(jì)分析

2.1　偏心孔車(chē)削夾具組成

該專(zhuān)用夾具用于解決第三道工序加工問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示，其主要由法蘭盤(pán)、菱形銷(xiāo)、圓柱銷(xiāo)、左（右）支撐、銷(xiāo)釘、轉(zhuǎn)動(dòng)壓板、球頭螺釘、配重塊、壓塊、安裝座等零件組成。

圖3　偏心孔車(chē)削夾具總裝圖

2.2　各組成件的設(shè)計(jì)及其功能

（1）定位裝置設(shè)計(jì)分析

定位裝置主要由安裝座13、菱形銷(xiāo)3、圓柱銷(xiāo)4等零件組成。在車(chē)削泵蓋零件側(cè)面（A面）、M12×1內(nèi)螺紋及鉆鉸φ3×40小孔（第三道工序）時(shí)，利用第一道工序車(chē)削加工出來(lái)的大面（K面）及第二道工序鉆鉸出來(lái)的2-φ8.5孔作為定位基準(zhǔn)面。根據(jù)六點(diǎn)定位原理，安裝座13上開(kāi)設(shè)的一大支承平面與與泵蓋零件K面貼合，限制了泵蓋的三個(gè)自由度；圓柱銷(xiāo)4與泵蓋其中一個(gè)φ8.5孔配合，限制了泵蓋的兩個(gè)自由度；菱形銷(xiāo)3與泵蓋另一個(gè)φ8.5孔配合，限制了泵蓋的一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)工件的完全定位[3]。其中，需注意各定位元件的制造精度，以保證定位精度和可靠性。

（2）夾緊裝置設(shè)計(jì)分析

泵蓋零件該道工序采用數(shù)控車(chē)床加工，該車(chē)削夾具將安裝在車(chē)床主軸上隨被加工零件一起旋轉(zhuǎn)，夾具應(yīng)設(shè)計(jì)得盡量簡(jiǎn)單、安全可靠，使得整個(gè)車(chē)削夾具的質(zhì)量降低，以減小車(chē)削夾具在旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力及慣性力對(duì)零件加工精度造成的影響且需保證零件不能在車(chē)削過(guò)程中發(fā)生脫落和飛出等現(xiàn)象；另外，零件的初期產(chǎn)量不大，且零件尺寸較小，綜合以上兩個(gè)因素，宜采用手動(dòng)單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊裝置主要由左（右）支撐 5（13）、銷(xiāo)釘 6、轉(zhuǎn)動(dòng)壓板 7、球頭螺釘（M12×1.75）8和壓塊11組成。左（右）支撐、銷(xiāo)釘及轉(zhuǎn)動(dòng)壓板實(shí)現(xiàn)支撐固定球頭螺釘?shù)淖饔?，且通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)壓板旋轉(zhuǎn)一定角度，從而實(shí)現(xiàn)零件快速安裝固定及拆卸的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)壓板上開(kāi)設(shè)有螺紋孔，轉(zhuǎn)動(dòng)球頭螺釘，通過(guò)壓塊將工件夾緊。壓塊可避免螺桿頭部與工件直接接觸，夾緊時(shí)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，并造成壓痕。

1）切削力的計(jì)算

切削力的大小取決于泵蓋材質(zhì)（40Mn）及車(chē)內(nèi)螺紋M12×1實(shí)際選擇的切削用量（轉(zhuǎn)速S=800、進(jìn)給量F=1 mm/r），利用NOVEX切削計(jì)算軟件，計(jì)算得出的理論切削力FC為900 N左右，如圖4所示。在此切削力的基礎(chǔ)上乘以安全因素K[4]（取值3），得出所需安全夾緊力FC′=FJ×K=900 N×3=2 700 N.

圖4　NOVEX切削計(jì)算軟件計(jì)算切削力

2）夾緊力的確定

由夾緊裝置的結(jié)構(gòu)可知，該車(chē)削夾具采用單螺旋夾緊方式，且球頭螺釘（M12×1.75）與被夾緊泵蓋之間為點(diǎn)接觸，查表可知M12×1.75螺釘?shù)膴A緊力FQ=5 050 N[5]。經(jīng)比較可知5 050 N＞2 700 N（即FQ＞FC′），滿足加工要求的安全夾緊力。

（3）夾具體設(shè)計(jì)分析

夾具體即為法蘭盤(pán)1和配重塊9.定位裝置及夾緊裝置通過(guò)螺釘安裝在法蘭盤(pán)上，配重塊的目的是保證零件加工時(shí)的動(dòng)平衡，防止離心力及慣性力等對(duì)零件加工精度造成影響。需要保證夾具體自身精度和定位裝置在夾具體上的相對(duì)位置精度，另外法蘭盤(pán)固定在車(chē)床上的安裝精度也是影響工件加工精度的重要因素，在夾具制造、安裝及調(diào)試時(shí)需加以考慮。

（4）夾具裝夾效果

該夾具符合六點(diǎn)定位原理，定位精度準(zhǔn)確可靠，安裝便捷，夾具應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)情況如圖5所示。經(jīng)過(guò)半年多的使用，生產(chǎn)實(shí)踐表明該套夾具能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)初期的設(shè)想，極大地提高加工效率，降低了生產(chǎn)成本。

圖5　車(chē)削夾具應(yīng)用場(chǎng)景

3　結(jié)語(yǔ)

本套夾具定位準(zhǔn)確可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝便捷，能夠充分保證加工質(zhì)量，配合基于工序集中的加工方案，有效地提高了生產(chǎn)效率和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；與此同時(shí)，該方案與銑削內(nèi)孔螺紋相比，極大地降低了加工成本，為解決類(lèi)似工件加工問(wèn)題提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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