復雜鑄鐵件加工的技術探討

李俊燚 馬健明

(大連豪森設備有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

本文以一種典型零件舉例，探討一下復雜件加工技術。工件詳見圖1。

圖1

1 工件分析

回轉支架是汽車發(fā)動機裝配線的通用部件，該件形狀復雜，精度較高，加工較為困難。

材質是HT200灰口鑄鐵，從圖形上可看出該件鑄造模型是上下模型，在孔中心分型，在孔及部分凹臺處需吊芯子。由于分型及芯子，必然引起該件形狀和位置的偏差。該鑄件有以下特點，一是形狀復雜，二是工件單薄，各夾壓點僅10mm。三是精度高，各尺寸公差和形狀公差都在7級以內。

以鑄件粗定位基準面加工的第一個面或孔往往會作為后續(xù)工序的定位基準，該面或孔一旦加工到位，與其相關的各加工部位的位置已基本確定，尺寸協(xié)調的范圍會很小，所以在動刀加工前，必須嚴格按劃線找正，按線加工[1]。根據(jù)該件形狀分析，為防止各部位的加工偏移，工藝編制第一道工序是劃線。該件毛坯重近15kg，每次在平臺上搬上搬下，翻來翻去。

所以，必須制作一臺定位精度準確，操作簡單敏捷的夾具來解放目前繁瑣、低級的體力勞動。

2 工裝設計

2.1 工件夾壓

在設計工裝時，首先是確定定位點、定位面、夾壓點。根據(jù)工件的夾壓原理，本夾具按以下介紹的位置選擇了夾壓點、夾壓面。見下圖2。

圖2

下面分別論述工件夾壓的原理：

(1)V形鐵定位。

利用工件外形的兩個長圓柱外圓定位，能消除4個自由度。根據(jù)工件的特殊性，由于是鑄造件，難免會出現(xiàn)工件外形不規(guī)則，位置公差不準確的特殊性，這樣，在定位上可用兩個相同的V形鐵同時定位，這種定位過定位，或重復定位，它不僅能完全消除4個自由度的職責，還填補了因鑄件外形不規(guī)矩而產生欠定位的缺欠，如圖3所示。

圖3

(2)斜漁網(wǎng)定位塊。

根據(jù)工件型狀，必須在工件后端按裝一塊定位塊，可消除第五個自由度。該件用平面點定位，見圖4。

圖4

因該平面是毛坯面，平面度不好，為使定位面盡量多接觸，該平面采用了斜網(wǎng)狀表面，當工件壓緊后，各網(wǎng)狀的支承點能增加接觸點，增加工件的穩(wěn)定性。

(3)限位柱。

現(xiàn)在的定位夾具，只限制了5個自由度，目前只剩下Y移動自由度，只要在Y向安裝一個定位點，就可以使工件穩(wěn)穩(wěn)牢固定位了，完成了6點定位原理，叫全定位。[2]

但是，對該件Y向定位，可根據(jù)工件的實際形狀和鑄件的特點，在前端安裝2個定位點，該定位點可用圓柱狀，根據(jù)鑄件的特點，在定位柱上按模型的拔模稍制作，拔模稍一般是1∶8或1∶10，該定位柱接觸部位就按1∶8或1∶10，斜度3度制作，增加接觸面積。

(4)Z向旋轉定位柱。

由于是鑄鐵件，工件又單薄，難免引起工件變形，2個圓柱的平行度超出實際要求也是正常的。如果因圓柱面垂直度、平行度公差較大，必然會引起工件定位偏移。2個圓柱面長度僅116mm，很難完全消除全長492工件的Z向旋轉自由度。所以，必須在尾部增加一個旋轉定位柱。從原理上，當工件按自然狀態(tài)放在夾具上，該點應與工件吻合。但是，對鑄鐵件，是不可能完全消除Z向旋轉自由度。當該點與工件偏移較大，說明工件變形較大，應調整到該位置內。

(5)圓球彈簧支撐柱。

為了進一步穩(wěn)定工件，根據(jù)工件形狀，可在該件中間部位增加兩個穩(wěn)定點。該點用圓柱球定位，將定位球安裝在彈簧上。見圖7。

圖5

(6)壓板。

該工件定位按以上方法定位后，夾壓點可根據(jù)工件形狀和定位點，選擇4個夾緊位置。

1)前端夾壓方式。

該處是利用工件在前端的圓弧形狀，在中間位置定位，圖6設計一個專用壓板。

圖6

該點是工件定位的關鍵部位，該處又是工件最牢固的連接點，底部完全可以懸空，而夾緊點轉移在兩側的圓柱上，夾緊力不會改變工件太多的形狀，完全不影響工件的形體。

2)后端夾壓方式。

后端是在工件后端一凹臺處，采用網(wǎng)狀點定位的方式，上面用V型壓板夾緊，為夾壓準確，節(jié)省夾壓時間，在壓板后端安裝一圓形支撐柱，每次裝夾工件時，只拖出壓板即可卸下工件。根據(jù)工件的特點，當前端夾緊時，可能使工件后端翹起，所以，前端夾緊時，首先不能受力過猛，當后端壓緊后，再將前端牢牢把緊。

3)兩側輔助壓板。

為將工件牢固夾壓在夾具的工作臺上，根據(jù)工件的單薄特點，在工件的兩側底面安裝了2個以鋼球輔助支撐的彈簧圓球，并在工件上面增加2個V型壓板，輕輕壓緊工件，保證了定位的穩(wěn)定性。

以上分別介紹了工件定位和件夾緊的方法，此時，工件完全定位在該夾具上，其中有幾處過定位和重復定位，有多處毛坯件定位，有鋼球彈簧支撐，還有懸空夾緊和輔助夾緊等特點，該夾具完全綜合了該毛坯件的特點，消除了形狀復雜，形體單薄，尺寸精度和形狀精度高的種種難點，是完全符合全定位的工裝夾具。過定位雖然有些弊端，但合理采用能夠解決一些剛性差、定位平面大、定位精度要求高、工件在機械加工難以解決的工序加工質量問題，能夠獲得良好的效果[3]。

圖7

3 工件旋轉機構

為完善該夾具的使用功能，應在該夾具的底部增加旋轉功能，該功能應具備輕巧、準確、牢固、全面的功能?？墒乖搳A具牢固把緊在旋轉底座上，每次旋轉動作靈敏，定位準確。見底座總圖。

圖8

旋轉底座由4個單件組成，分別是底座、壓環(huán)和T型螺母，另一件是把在底座底面的定位鍵。下面分別做一介紹和說明底座。

為保證工件簡單，加工方便，將底座分為2件。一件是底座主體，二是T型槽壓蓋。因底座是為該夾具具備旋轉功能所設計的，在結構上，需具備T型壓緊裝置，但是，T型槽加工時復雜的工序，特別是旋轉工件。為加工方便，該底座可將T型槽分為兩體，主體是和夾具工作臺連接設計，而T型槽部分是將底座分為兩件，分別將T型槽定位部位一分為二。見圖9。

圖9

(1)T型壓蓋。

為方便加工，該件將T型槽部分分解制作，并將其安裝在底座上。這種結構完全取代整體T型槽，將復雜件變得簡單化。該件比底面高度高2mm，在上平面貼塑板后刮研。

(2)T型旋轉圓環(huán)螺母。

T型螺母在通用情況下，是割成一段一段使用。而該夾具的T型螺母采用了旋轉的圓環(huán)狀，整體安裝在底座的T型槽內，在使用中，增加了接觸面積，將該螺母的作用力均勻分布在T型槽內，增加了夾緊力。

(3)旋轉定位銷及套。

根據(jù)工件的加工情況和工藝要求，對該工件在本工序中只是加工四面。所以，該夾具只需每次旋轉45°，分四次旋轉。這樣，只要在底座上加工4個孔，這4個孔必須是均勻分布，圓周尺寸精度≤0.02的H7精度孔。

底座共有四分件組成，將以上零部件按圖示尺寸和精度加工，安裝在各自位置上，將夾具工作臺落座在該底座上，按各工序需要角度位置旋轉工作臺，用定位銷插緊，將上下體把緊，就可以安裝工件。

該夾具是安裝在臥式銑床或鏜床上使用，應根據(jù)車間情況進行安裝。

4 結論

本文淺談復雜、單薄、精度較高的鑄鐵件—回轉支架的加工工藝，從工件6點定位原理，工件的重復定位的必要性和原則性進行了詳細的分析，詳細論述了工裝設計的關鍵環(huán)節(jié)，應用了V形鐵、斜網(wǎng)多點定位面、圓錐圓柱定位及彈簧圓球輔助支撐。并在夾具中增加了旋轉體定位，通過以上分析，該夾具的應用將改變以平臺劃線解決鑄造偏差的低級勞動現(xiàn)象，大大提高了勞動效率，提高了鑄件的加工精度。機械加工工藝是門工作藝術，特別是復雜鑄鐵件的加工工藝，只有配合先進的工裝夾具，才能提高勞動生產率，保證零部件的加工精度。