一種平面多孔鉆模的設(shè)計研究

安宗婭

摘 要：對一種三輪汽車差速器殼體進(jìn)行了工藝分析，并敘述了一種平面多孔鉆模的設(shè)計過程。針對差速器殼體批量生產(chǎn)后，其大平面鉆孔采用先劃線確定孔的位置再使用搖臂鉆鉆孔加工的方法效率低下問題，工藝人員采用了用工藝經(jīng)驗結(jié)合solidworks軟件分析的方法，設(shè)計了一種平面多孔鉆模。該鉆模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短，有效的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：差速器殼體;多孔鉆模;結(jié)構(gòu)簡單

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.29.107

0 引言

一種三輪汽車差速器，其差速器殼和差速器蓋結(jié)合大平面上有多個連接孔，生產(chǎn)前期采用劃線法確定孔位置再使用搖臂鉆鉆孔的方法加工，生產(chǎn)效率低。因為公司批量生產(chǎn)需要，特設(shè)計此鉆模，此鉆模可以在零件裝夾后，使用搖臂鉆床一次性鉆出差速器殼體大平面上多個螺栓連接孔及銷孔底孔。

1 工藝分析

1.1 設(shè)計圖紙分析

差速器殼體（見圖1）毛坯件為材料為QT450的鑄件，機(jī)械加工前進(jìn)行熱處理，硬度達(dá)到HBS165-240。設(shè)計圖紙上與本次設(shè)計鉆模相關(guān)的設(shè)計尺寸分析如圖1。

該差速器殼體的大端面與差速器蓋的大端面相接組合，兩零件相接端面相對于主軸線的跳動分別為0.03和0.05，粗糙度為3.2。兩零件以φ150H7h6圓面配合連接，兩配合圓面相對于主軸線的同軸度都為0.03，加工深度分別為5和6，粗糙度為3.2。零件主軸線上的最小通孔為φ42，粗糙度12.5。差速器殼大端面到小端面之間的尺寸為128。最低面粗糙度為3.2。

1.2 加工工序

差速器殼體加工工序如下：

工序一：以外圓φ65k6加工前的毛坯外圓面及小端面為基準(zhǔn)裝夾，留余量粗加工出φ210及φ150對應(yīng)的大端面系列尺寸。

工序二：以上序粗加工出的φ210外圓及端面為基準(zhǔn)裝夾，加工出外圓φ65k6對應(yīng)的小端面系列尺寸及外圓系列尺寸。

工序三：以上序加工出的φ65k6外圓及其端面為基準(zhǔn)裝夾，精加工出φ210及φ150對應(yīng)的大端面系列尺寸，以及內(nèi)圓系列尺寸。

工序四：以φ150內(nèi)圓面及兩端面為基準(zhǔn)裝夾，鉆8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

工序五：以φ150內(nèi)圓面及兩端面為基準(zhǔn)裝夾差速器殼和差速器蓋，用鉸刀配鉸出銷孔4-φ10+0.012-0.010。

工序六：以主軸線及兩端面為基準(zhǔn)裝夾，鉆鉸出φ28H8。

工序七：以主軸線及兩端面為基準(zhǔn)裝夾，插出φ28H8孔上的鍵槽。

1.3 鉆模加工內(nèi)容

本次鉆模設(shè)計對應(yīng)的差速器殼體加工工序為工序四。選用高速鋼鉆頭，以φ150內(nèi)圓面及兩端面為基準(zhǔn)，鉆8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

2 鉆模設(shè)計

2.1 鉆模設(shè)計思路

本次鉆模設(shè)計對應(yīng)的差速器殼體加工工序為工序四，以φ150內(nèi)圓面及兩端面為基準(zhǔn)，鉆8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

鉆頭導(dǎo)向使用固定鉆套導(dǎo)向方式，鉆套與零件加工面剪間隙為零。

鉆模固定采用中心螺桿套合鉆床工作臺夾緊的方式。

2.2 鉆模組成

鉆模由用以保證鉆頭導(dǎo)向的鉆模板，用以零件裝夾的中心連接螺桿、開口墊圈、帶肩螺母，及用以避免差速器殼和差速器蓋加工時旋轉(zhuǎn)的銷組成。

鉆模板由把手、鉆模板及鉆套組成。

2.3 鉆模組成件材料選擇

鉆模板由把手、鉆模板及鉆套組成。鉆模板與把手組成鉆模板焊合件，為了保證機(jī)械加工性能及焊接性能、使用性能，鉆模板及把手的材料選用了常用的Q235B。鉆套材料選用了耐磨性好的T10A，鉆套長度16毫米，壁厚6毫米。

中心連接螺桿選用45鋼調(diào)質(zhì)處理。帶肩螺母及開口墊圈選用45鋼。

銷選用45鋼調(diào)質(zhì)處理。

2.4 主要零件設(shè)計過程

該鉆模設(shè)計過程中，中心連接螺桿起到將零件固定裝夾在搖臂鉆工作臺上的作用。中心連接螺桿的設(shè)計要求是，其最大外徑小于零件主軸線上最小通孔，其下部偏方可以從工作臺側(cè)面套入T形槽下部，但又不會隨著螺母的擰入而連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

在設(shè)計之前，首先實測了公司現(xiàn)有的幾種搖臂鉆工作臺T形槽尺寸。然后確定了中心連接螺桿的最下部扁方形的設(shè)計尺寸。T型槽為倒T型，下部槽寬L3為30到36毫米，下部槽高h(yuǎn)為13到15毫米，頸部寬L1為17到22毫米。扁方形的頸部設(shè)計尺寸φ16小于T形槽寬度L1，尺寸10小于T形槽下部高h(yuǎn)，尺寸28小于T形槽下槽寬L3，尺寸φ38大于T形槽下槽寬L3。鉆模組裝后，中心連接螺桿可以套入T形槽下部，但又不會隨著螺母的擰入而連續(xù)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了設(shè)計要求。

2.5 零件受力分析

根據(jù)鉆孔切削力經(jīng)驗公式Ff=309Df0.8KP，切削力矩經(jīng)驗公式

M=0.12D2f0.8KP

M—切削力矩（Nm）;

Ff—軸向切削力（N）;

D—鉆頭直徑（mm）;f—每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）;Kp—修正系數(shù)。

鉆孔時鉆頭直徑選擇12.5，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量選擇0.13，修正系數(shù)選擇0.13。通過計算可得鉆孔切削力為579N。切削力矩為2.8N·m。

鉆模加在零件上的重量為6.4kg。而零件材料QT450的抗拉強(qiáng)度 σb （MPa）：≥450;條件屈服強(qiáng)度 σ0.2（MPa）：≥310。

通過將計算值代入SolidWorks軟件，對加工零件受力情況進(jìn)行分析（見圖2）?？芍＞吖ぷ鲿r，零件承受最大屈服力為4MPa，小于零件材料屈服強(qiáng)度;零件最大變形位移為2.8×10-3mm，可接受。通過分析得知，該模具的設(shè)計滿足零件加工要求。

2.6 鉆模效率對比

第一，該鉆模設(shè)計前，差速器殼體加工工序四，鉆孔采用先劃線確定孔位置，再利用搖臂鉆鉆孔的方法加工。使用鉆模后，每個差速器殼體在工序四省去了劃線工時27分鐘，縮短了加工時間，提高了生產(chǎn)效率。

第二，使用劃線法找位置再鉆孔的方式加工零件時，受劃線工具影響，孔在平面上的位置尺寸φ190的公差為±0.3毫米。采用該鉆模后，位置尺寸φ190受鉆?？刂疲涔罹_到±0.1毫米。

第三，使用劃線法找位置再鉆孔的方式加工零件時，由于搖臂鉆鉆頭鉆孔時有晃動，8-φ12.5通孔及4-φ9.5通孔的尺寸公差為0～+0.5毫米。采用該鉆模后，由于鉆套的導(dǎo)向作用，鉆頭的晃動得到了控制，8-φ12.5通孔及4-φ9.5通孔的尺寸公差提高到0～+0.2毫米?？梢?，使用鉆模后，零件的加工精度得到了提高，有利于后續(xù)裝配。

3 鉆模應(yīng)用

該鉆模總成圖（見圖3）如下。其使用步驟為五步：首先將中心連接螺桿套入搖臂鉆工作臺T型槽中，擰入帶肩螺母。第二步，將差速器殼套入中心連接螺桿。第三步，將帶有銷的鉆模板套入中心螺桿，并使得鉆模板與差速器殼φ150內(nèi)圓面及大端面接觸。第四步，安裝開口墊圈，并擰緊帶肩螺母，利用鉆模板自重及螺母擰緊力夾緊零件。第五步，開動搖臂鉆床，鉆零件上8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。一個零件加工結(jié)束后，首先擰松帶肩螺母，然后取掉開口墊圈，取掉鉆模板，取掉鉆好孔的零件，再安裝下一個零件進(jìn)行加工。

4 結(jié)束語

該鉆模結(jié)構(gòu)簡單，制作周期短。相對于先劃線確定孔位置，再利用搖臂鉆鉆孔的加工方法，采用該鉆模后，孔的加工精度及加工速度都得到了提高。該鉆模的應(yīng)用解決了公司批量生產(chǎn)差速器殼及差速器蓋效率低下的問題，滿足了設(shè)計目的。

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