加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具的研發(fā)及有限元分析

關(guān)國玉 劉 偉 呂文鵬

（遼東學(xué)院機械電子工程學(xué)院 118000）

加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具的研發(fā)及有限元分析

關(guān)國玉 劉 偉 呂文鵬

（遼東學(xué)院機械電子工程學(xué)院 118000）

加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具可以較好地滿足零部件對于高精密、高剛性的要求。新型缸蓋自動化夾具通過有限元技術(shù)的運用，可以很好地發(fā)現(xiàn)夾具設(shè)計的缺陷，對夾具最大變形量較大問題進行針對性解決，滿足加工效果的同時也滿足了產(chǎn)品對于精度的要求。

加工發(fā)動機；缸蓋自動化夾具；有限元分析

隨著經(jīng)濟建設(shè)速度的加快，我國汽車工業(yè)也得到了很大的發(fā)展。汽車零部件鑄造領(lǐng)域越來越向著精度化、速度化和效率化的趨勢發(fā)展，只有這樣才能更好地適應(yīng)市場上對于汽車零部件的需要。加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具可以較好地滿足零部件對于高精密、高剛性的要求。本文將對加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具進行分析，希望為汽車工業(yè)的更好發(fā)展提供幫助。

1 產(chǎn)品精度要求

汽車工業(yè)中，傳統(tǒng)的多軸箱臥式磚塔機床的特點比較明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度作業(yè)，但其切削的力量不好掌握，同時對于零件的姿態(tài)要求也較高。目前比較具有推廣價值的是發(fā)動機缸蓋自動化夾具，該夾具對切削力有很強的抵抗作用，同時可以有效地滿足柔性化需要，對剛性也有一定的增強作用。

1.1 產(chǎn)品具有的特征

發(fā)動機缸蓋自動化夾具對于精度有著較高的要求。缸蓋的主要材料為鋁合金。

1.2 加工情況

由于加工情況較復(fù)雜，現(xiàn)以一個加工工位的具體情況進行舉例。該工序主要進行的是缸蓋螺栓孔加工。在進行加工前，缸蓋的形式為實體，沒有鑄孔。根據(jù)富士刀具產(chǎn)品樣本提供的切削參數(shù)可以計算出總的切削推力，總的切削推力Tc為1425kgf[1]。

2 夾具的有限元技術(shù)分析

2.1 早期夾具的有限元技術(shù)分析

夾具的發(fā)展時間并不是很長，早期夾具在可換箱式磚塔機床中有很好的應(yīng)用，在托盤上固定缸蓋，進行加工的時候，技術(shù)人員要確保夾具將輸送托盤夾緊。在實際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)達不到產(chǎn)品要求的情況，例如加工位置尺寸出現(xiàn)超差的情況，形位公差和要求具有一定的差距。通過研究發(fā)現(xiàn)，這些問題產(chǎn)生的原因主要是由于切削推力較大導(dǎo)致的。在進行切削加工的時候，夾具產(chǎn)生的切削推力不能很好的掌控，如果出現(xiàn)切削推力較大的情況就會導(dǎo)致夾具出現(xiàn)變形的情況。早起夾具如圖1所示。

圖1 早期夾具示意圖

下面通過有限元分析技術(shù)對早期夾具進行分析。有限元技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件是：①進行靜態(tài)分析模擬；②夾具材質(zhì)為HT250；③夾具用于固定的平面為水平轉(zhuǎn)臺平面；④受力點有四個，總計受力1426kgf。根據(jù)研究可知，當總受力為1426kgf的時候，夾具能夠達到的最大變形量是0.248mm。可以判斷出，早期夾具超差情況的產(chǎn)生是由于切削推力較大，從而導(dǎo)致夾具發(fā)生變形。

2.2 新型夾具的有限元技術(shù)分析

新型夾具在早期夾具的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計。早期夾具的尺寸較高，缸蓋的位置一般在夾具的中上部位，這只有后果設(shè)計導(dǎo)致夾具的整體力矩較大，夾具容易產(chǎn)生變形。當夾具處在最頂端的時候也就是夾具變形量達到最大的時候，所以優(yōu)化夾具頂部剛性承受能力，對于夾具的技術(shù)革新具有重要作用。

新型夾具和早期夾具相比，其對夾具上端剛性承受能力較弱的缺點進行了優(yōu)化，增強了夾具上方固定能力。同時新型夾具在數(shù)控轉(zhuǎn)臺幫助下，從而使夾具可以任意回轉(zhuǎn)。具體做法是在夾具上方增加固定支架，固定支架保持和轉(zhuǎn)軸相連，有效提高了夾具剛性承受能力[2]。加工過程差生的切削推力被成功分割，有夾具本體和支架進行分擔，當達到夾具頂端的時候，夾具的最大變形量大幅度變小。下面通過有限元技術(shù)進行具體分析。有限元分析基礎(chǔ)條件為：①進行靜態(tài)分析模擬；②夾具和支架材質(zhì)均為HT250；③固定的平面為水平轉(zhuǎn)臺平面和支架安裝的平面；④受力點有四個，總計受力1426kgf。

當受力綜合為1426kgf的時候，最大變形量僅為0.0276mm，這一數(shù)據(jù)和早期夾具的最大變形量相比小了將近十倍，從而大大提高了夾具剛性承受能力[3]。另外，新型夾具在精度上也可以很好地滿足缸蓋產(chǎn)品加工的要求。

3 結(jié)束語

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，通過3D軟件的運用可以對零部件進行更科學(xué)的有限元分析。大大縮短了設(shè)計周期，對于設(shè)計中的錯誤環(huán)節(jié)可以進行去除。新型缸蓋自動化夾具通過有限元技術(shù)的運用，可以很好地發(fā)現(xiàn)夾具設(shè)計的缺陷，對夾具最大變形量較大問題進行針對性解決，滿足加工效果的同時也滿足了產(chǎn)品對于精度的要求。

[1]鄧昭東.發(fā)動機曲軸加工工藝分析及現(xiàn)狀[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，03：33～36+39.

[2]李國強，金偉，張久志，孫敬陽，郭宏杰.加工發(fā)動機缸蓋自動化夾具的研發(fā)及有限元分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2014，06：124～126. [3]馮怡然，陶學(xué)恒，王慧慧，曾振華，劉德云.發(fā)動機缸體堵片壓裝裝置的力學(xué)性能分析[J].機械工程師，2014，08：20～22.

TG759

A

1004-7344（2016）03-0201-01

2016-1-11

關(guān)國玉（1993-），本科，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，班級為B1204。