閥蓋偏心螺紋車夾具設計及應用

裴國強

【摘 要】對閥蓋零件不規則的結構進行研究與分析，結合現有設備，編制了閥蓋大端面及外螺紋車削加工工序的工藝方案，針對該設計方案，我們仔細分析了本工序的加工工藝，加工工件的定位方式、夾具結構及相關夾緊設備、夾緊方式，從而設計了偏心式車削夾具。根據設計完成后的加工表明，該方案切實有效，我們設計的夾具在使用過程中，操作過程便捷，精度控制穩定，能夠顯著提高效率及質量，最后投入生產后使用效果良好。

【關鍵字】閥蓋;加工工藝;偏心車削;夾具設計

中圖分類號： TH122 文獻標識碼： A 文章編號： 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

傳統汽車發動機能源供給裝置的核心——機械式燃油噴射裝置，是通過駕駛員根據動力需求，控制油門踏板來影響調速器從而拉動齒條，通過這樣一系列過程控制來控制發動機油嘴的噴油量、缸內噴油的提前角、油壓等與動力相關的技術參數，難以兼顧各種工況下的運行的工況。對于燃油噴射技術來說，柴油共軌系統因為其可根據發動機的動力響應，扭矩環境等不同工況，智能靈活的控制柴油的壓力和油量等噴射參數，是當前較為先進的燃油供給系統，具有低速高扭矩，運行平穩、發動機工作可靠、響應速度快、低排放（歐Ⅴ標準）及降低燃油消耗等優點，逐漸取代傳統的柴油噴射系統。柴油共軌系統的核心部分（如圖1所示）為高壓泵。它通過柱塞運動將燃油逐步壓縮到高壓狀態，將高壓燃油通過一定的壓縮速比，連續不斷地輸送到共軌管內，以實現缸內的定時和定量噴油。[1]

1 問題提出

閥蓋零件（如圖2所示）在高壓油泵系統中是極為重要的密封系統組成部件，整個閥蓋蓋體的加工精度，將會影響柴油機內部壓縮燃燒時候的工作工況，進而影響整車的尾氣排放標準?；跀悼丶庸すば蚣械墓に嚪桨?，將M20*1外螺紋及端面等加工內容設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），結合企業前期試制階段采用加工中心銑螺紋及大面存在的實際情況，考慮到設備狀況、生產效率及加工成本等諸多因素，決定在數控車床上完成此工序加工。在此基礎上，我們細致地論證了零件的結構特征，分析了數控車床上工裝夾具的關鍵定位裝置、夾具體配合及提供夾緊力的夾緊裝置等重要部件的設計結構，制造一套能夠快速裝夾相關設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，生產效率及產品質量大幅度提高（與試制階段采用加工中心設備比較），能夠顯著提升加工效率，具有較好的經濟性。

2 偏心螺紋車削夾具設計分析

2.1 偏心螺紋車削夾具組成

該專用夾具主要用于解決發動機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，發動機閥蓋夾具結構如圖4所示，整個夾具主要由法蘭盤、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、夾緊螺釘等零件組成。

2.2 各組成件的設計及其功能

2.2.1 定位裝置設計分析

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，利用毛坯圓弧面、底面及外側面（如圖3所示）作為定位基準面。V型塊4與閥蓋零件的圓弧面A貼合，限制了2個自由度;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個自由度;支承螺釘7與閥蓋側面C貼合，限制了1個自由度;至此，根據零件裝夾的定位原理，整個工裝夾具的設計一共能夠限制閥蓋的6個自由度，從而達到完全定位閥蓋蓋體的效果。在夾具制作階段，我們需要嚴格把控各個定位元件的相關尺寸精度，從而保證裝夾后閥蓋蓋體的定位精度，達到保證加工的尺寸精度的效果。

2.2.2 夾緊裝置設計分析

閥蓋零件的加工方式采用數控車床進行加工，為了保證整個系統的剛性和強度，我們應避免設計復雜的裝夾結構，應盡量使用簡單可靠的裝夾結構進行裝夾[2-3];同時考慮到該零件生產需求，該零件主要以單件小批量生產為主，在加經機構上，我們決定采用手動單螺旋機構進行夾緊。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上開設有螺紋孔，轉動球頭螺釘10，通過螺紋結構帶動壓塊12將工件進行夾緊。壓塊12能夠提高工件表面質量，避免裝夾夾具對零件造成壓痕，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）切削力的計算

加工過程中的切削力主要取決于閥蓋材質（40Cr）及車內螺紋M20×1的切削用量（轉速S=800、進給量F=1mm/r），為了準確計算切削力。我們使用了NOVEX軟件進行切削力進行計算，最后計算切削力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生意外，我們在計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

詳細分析相關零件加工結構，通過夾緊裝置相關零件的結構設計分析，我們可以得出結論，該車削夾具我們需要設計為采用單螺旋夾緊的夾緊的方式，且使用參數為（M12×1.75）的球頭螺釘，同時，球頭螺釘與被夾緊閥蓋蓋體結構之間的接觸方式使用點接觸夾緊，查表可知M12×1.75螺釘的夾緊力FQ=5050N[5]。通過相關數據對比，螺釘能夠提供的夾緊力為5050N，遠遠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，能夠提供滿足相關設備結構加工要求的夾緊力。

2.2.3 夾具體設計分析

夾具體即為法蘭盤1和配重塊2。根據相關設計，夾具體的裝夾定位裝置及提供夾緊力的夾緊裝置我們設計為通過螺釘裝夾的方式，將其安裝固定在法蘭盤上，同時，相關裝夾設備周邊裝配有配重塊，主要目的是平衡零件在加工時因為高速旋轉而產生的離心力，從而減少離心力對零件精度的影響。為了使得相關設備正確發揮作用，我們在零件裝配時，需要保證夾具體在夾具上相對裝配精度。夾具在車床上裝配（下轉第12頁）（上接第10頁）時候的精度也會影響零件的加工精度。

3 結語

該夾具結構簡單，結構穩定，相關尺寸定位準確可靠，零件便于安裝，通過該夾具對零件進行加工，能夠保證零件加工表面的加工質量，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效率，大大降低勞動強度;通過這種夾具進行大批量生產，相比于傳統的銑削加工，能夠極大地降低加工時間成本，物料成本，提升了生產零件的效率以及產品質量;同時，這樣一次富有意義的探索，也能夠為類似工件在編制工藝卡片時候提供一定的加工經驗。

【參考文獻】

[1]聶建軍.柴油機高壓共軌燃油系統的現狀及發展趨勢[J].內燃機，2009（4）：6-9.

[2]袁禮彬等.泵體偏心孔車夾具的設計[J].機械研究與應用，2009（5）：79-80.

[3]張素芬.內偏心孔車削夾具設計與制造[J].機械研究與應用，2007（10）：54-55.

[4]劉俊成.機床夾具在設計過程中夾緊力的計算[J].工具技術，2007（6）：89-90.

[5]浦林祥.金屬切削機床夾具設計手冊（2版）[M].機械工業出版社，1995.