閥蓋偏心螺紋車夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

裴國強(qiáng)

【摘 要】對(duì)閥蓋零件不規(guī)則的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與分析，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，編制了閥蓋大端面及外螺紋車削加工工序的工藝方案，針對(duì)該設(shè)計(jì)方案，我們仔細(xì)分析了本工序的加工工藝，加工工件的定位方式、夾具結(jié)構(gòu)及相關(guān)夾緊設(shè)備、夾緊方式，從而設(shè)計(jì)了偏心式車削夾具。根據(jù)設(shè)計(jì)完成后的加工表明，該方案切實(shí)有效，我們?cè)O(shè)計(jì)的夾具在使用過程中，操作過程便捷，精度控制穩(wěn)定，能夠顯著提高效率及質(zhì)量，最后投入生產(chǎn)后使用效果良好。

【關(guān)鍵字】閥蓋;加工工藝;偏心車削;夾具設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）33-0009-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.004

Design and Application on Eccentric Fixture Design for Bonnet

PEI Guo-qiang

（Nanjing Tech University， Nanjing Jiangsu 211816， China）

【Abstract】Through the study and analysis of the irregular structure of the bonnet parts and the combination of the existing equipment， the process plan for the cutting process of the large end surface and the outer thread of the bonnet is compiled. According to the plan and the processing requirements of this process， the structure of the positioning device， clamping device and clamping device are analyzed. A set of eccentric turning fixture is designed and made. The practice shows that the machining scheme is effective;The fixture designed is convenient， the precision is stable， the efficiency and quality are improved， and effect is good.

【Key words】Bonnet; Processing craft; Eccentric fixture; Clamp design

0 前言

傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能源供給裝置的核心——機(jī)械式燃油噴射裝置，是通過駕駛員根據(jù)動(dòng)力需求，控制油門踏板來影響調(diào)速器從而拉動(dòng)齒條，通過這樣一系列過程控制來控制發(fā)動(dòng)機(jī)油嘴的噴油量、缸內(nèi)噴油的提前角、油壓等與動(dòng)力相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，難以兼顧各種工況下的運(yùn)行的工況。對(duì)于燃油噴射技術(shù)來說，柴油共軌系統(tǒng)因?yàn)槠淇筛鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力響應(yīng)，扭矩環(huán)境等不同工況，智能靈活的控制柴油的壓力和油量等噴射參數(shù)，是當(dāng)前較為先進(jìn)的燃油供給系統(tǒng)，具有低速高扭矩，運(yùn)行平穩(wěn)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠、響應(yīng)速度快、低排放（歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)）及降低燃油消耗等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)的柴油噴射系統(tǒng)。柴油共軌系統(tǒng)的核心部分（如圖1所示）為高壓泵。它通過柱塞運(yùn)動(dòng)將燃油逐步壓縮到高壓狀態(tài)，將高壓燃油通過一定的壓縮速比，連續(xù)不斷地輸送到共軌管內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)的定時(shí)和定量噴油。[1]

1 問題提出

閥蓋零件（如圖2所示）在高壓油泵系統(tǒng)中是極為重要的密封系統(tǒng)組成部件，整個(gè)閥蓋蓋體的加工精度，將會(huì)影響柴油機(jī)內(nèi)部壓縮燃燒時(shí)候的工作工況，進(jìn)而影響整車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)?；跀?shù)控加工工序集中的工藝方案，將M20*1外螺紋及端面等加工內(nèi)容設(shè)置為該零件加工的第一道工序（記為010工序），如圖3所示，該道工序加工為：M20外螺紋、φ30外圓、螺紋端面M及大面K等），結(jié)合企業(yè)前期試制階段采用加工中心銑螺紋及大面存在的實(shí)際情況，考慮到設(shè)備狀況、生產(chǎn)效率及加工成本等諸多因素，決定在數(shù)控車床上完成此工序加工。在此基礎(chǔ)上，我們細(xì)致地論證了零件的結(jié)構(gòu)特征，分析了數(shù)控車床上工裝夾具的關(guān)鍵定位裝置、夾具體配合及提供夾緊力的夾緊裝置等重要部件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，制造一套能夠快速裝夾相關(guān)設(shè)備零件的偏心車削夾具，很好地解決了該工1序的加工問題，操作便捷，生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高（與試制階段采用加工中心設(shè)備比較），能夠顯著提升加工效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2 偏心螺紋車削夾具設(shè)計(jì)分析

2.1 偏心螺紋車削夾具組成

該專用夾具主要用于解決發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋偏心孔工序的加工問題，完成M20*1外螺紋等部位的加工，發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示，整個(gè)夾具主要由法蘭盤、螺釘、配重塊、V型塊、球頭螺釘、左固定座、支承螺釘、壓塊、上固定座、右固定座、夾緊螺釘?shù)攘慵M成。

2.2 各組成件的設(shè)計(jì)及其功能

2.2.1 定位裝置設(shè)計(jì)分析

定位裝置主要由V型塊4、法蘭盤1、支承螺釘7等零件組成。在車削閥蓋零件M22*1外螺紋及端面（010工序）時(shí)，利用毛坯圓弧面、底面及外側(cè)面（如圖3所示）作為定位基準(zhǔn)面。V型塊4與閥蓋零件的圓弧面A貼合，限制了2個(gè)自由度;法蘭盤1上的平面與閥蓋零件底面水平面B貼合，限制了閥蓋零件的3個(gè)自由度;支承螺釘7與閥蓋側(cè)面C貼合，限制了1個(gè)自由度;至此，根據(jù)零件裝夾的定位原理，整個(gè)工裝夾具的設(shè)計(jì)一共能夠限制閥蓋的6個(gè)自由度，從而達(dá)到完全定位閥蓋蓋體的效果。在夾具制作階段，我們需要嚴(yán)格把控各個(gè)定位元件的相關(guān)尺寸精度，從而保證裝夾后閥蓋蓋體的定位精度，達(dá)到保證加工的尺寸精度的效果。

2.2.2 夾緊裝置設(shè)計(jì)分析

閥蓋零件的加工方式采用數(shù)控車床進(jìn)行加工，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度，我們應(yīng)避免設(shè)計(jì)復(fù)雜的裝夾結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量使用簡(jiǎn)單可靠的裝夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝夾[2-3];同時(shí)考慮到該零件生產(chǎn)需求，該零件主要以單件小批量生產(chǎn)為主，在加經(jīng)機(jī)構(gòu)上，我們決定采用手動(dòng)單螺旋機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊。夾緊裝置主要由上固定座9、球頭螺釘10、壓塊12、右固定座13、夾緊螺釘14及組成。其中球頭螺釘10與壓塊12起到主壓緊的作用，夾緊螺釘14則起輔助夾緊的作用，上固定座9上開設(shè)有螺紋孔，轉(zhuǎn)動(dòng)球頭螺釘10，通過螺紋結(jié)構(gòu)帶動(dòng)壓塊12將工件進(jìn)行夾緊。壓塊12能夠提高工件表面質(zhì)量，避免裝夾夾具對(duì)零件造成壓痕，它可避免裝夾裝置——球頭壓緊螺釘10的頭部與工件直接接觸。

（1）切削力的計(jì)算

加工過程中的切削力主要取決于閥蓋材質(zhì)（40Cr）及車內(nèi)螺紋M20×1的切削用量（轉(zhuǎn)速S=800、進(jìn)給量F=1mm/r），為了準(zhǔn)確計(jì)算切削力。我們使用了NOVEX軟件進(jìn)行切削力進(jìn)行計(jì)算，最后計(jì)算切削力FC的理論最大值（如圖5所示）為900N左右。為了保證切削過程中不發(fā)生意外，我們?cè)谟?jì)算所得的理論最大切削力乘以安全因素K[4]，此處K值取值為3，得出所需安全夾緊力FC′=FJ*K=900N*3 = 2700N。

（2）夾緊力的確定

詳細(xì)分析相關(guān)零件加工結(jié)構(gòu)，通過夾緊裝置相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，我們可以得出結(jié)論，該車削夾具我們需要設(shè)計(jì)為采用單螺旋夾緊的夾緊的方式，且使用參數(shù)為（M12×1.75）的球頭螺釘，同時(shí)，球頭螺釘與被夾緊閥蓋蓋體結(jié)構(gòu)之間的接觸方式使用點(diǎn)接觸夾緊，查表可知M12×1.75螺釘?shù)膴A緊力FQ=5050N[5]。通過相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比，螺釘能夠提供的夾緊力為5050N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于零件所需要的夾緊力2700N，即能夠滿足FQ>FC′的條件，從而選擇這種裝夾方式，能夠提供滿足相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)加工要求的夾緊力。

2.2.3 夾具體設(shè)計(jì)分析

夾具體即為法蘭盤1和配重塊2。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)，夾具體的裝夾定位裝置及提供夾緊力的夾緊裝置我們?cè)O(shè)計(jì)為通過螺釘裝夾的方式，將其安裝固定在法蘭盤上，同時(shí)，相關(guān)裝夾設(shè)備周邊裝配有配重塊，主要目的是平衡零件在加工時(shí)因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，從而減少離心力對(duì)零件精度的影響。為了使得相關(guān)設(shè)備正確發(fā)揮作用，我們?cè)诹慵b配時(shí)，需要保證夾具體在夾具上相對(duì)裝配精度。夾具在車床上裝配（下轉(zhuǎn)第12頁）（上接第10頁）時(shí)候的精度也會(huì)影響零件的加工精度。

3 結(jié)語

該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，相關(guān)尺寸定位準(zhǔn)確可靠，零件便于安裝，通過該夾具對(duì)零件進(jìn)行加工，能夠保證零件加工表面的加工質(zhì)量，通過工序集中的加工工藝卡片編制，能夠在提高操作工人的生產(chǎn)效率，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度;通過這種夾具進(jìn)行大批量生產(chǎn)，相比于傳統(tǒng)的銑削加工，能夠極大地降低加工時(shí)間成本，物料成本，提升了生產(chǎn)零件的效率以及產(chǎn)品質(zhì)量;同時(shí)，這樣一次富有意義的探索，也能夠?yàn)轭愃乒ぜ诰幹乒に嚳ㄆ瑫r(shí)候提供一定的加工經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]聶建軍.柴油機(jī)高壓共軌燃油系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)，2009（4）：6-9.

[2]袁禮彬等.泵體偏心孔車夾具的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（5）：79-80.

[3]張素芬.內(nèi)偏心孔車削夾具設(shè)計(jì)與制造[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2007（10）：54-55.

[4]劉俊成.機(jī)床夾具在設(shè)計(jì)過程中夾緊力的計(jì)算[J].工具技術(shù)，2007（6）：89-90.

[5]浦林祥.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)（2版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.