復(fù)雜鑄鐵件加工的技術(shù)探討

李俊燚 馬健明

(大連豪森設(shè)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(fù)雜件加工技術(shù)。工件詳見圖1。

圖1

1 工件分析

回轉(zhuǎn)支架是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的通用部件，該件形狀復(fù)雜，精度較高，加工較為困難。

材質(zhì)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(diǎn)，一是形狀復(fù)雜，二是工件單薄，各夾壓點(diǎn)僅10mm。三是精度高，各尺寸公差和形狀公差都在7級以內(nèi)。

以鑄件粗定位基準(zhǔn)面加工的第一個(gè)面或孔往往會作為后續(xù)工序的定位基準(zhǔn)，該面或孔一旦加工到位，與其相關(guān)的各加工部位的位置已基本確定，尺寸協(xié)調(diào)的范圍會很小，所以在動(dòng)刀加工前，必須嚴(yán)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(zhǔn)確，操作簡單敏捷的夾具來解放目前繁瑣、低級的體力勞動(dòng)。

2 工裝設(shè)計(jì)

2.1 工件夾壓

在設(shè)計(jì)工裝時(shí)，首先是確定定位點(diǎn)、定位面、夾壓點(diǎn)。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(diǎn)、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(gè)長圓柱外圓定位，能消除4個(gè)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(zhǔn)確的特殊性，這樣，在定位上可用兩個(gè)相同的V形鐵同時(shí)定位，這種定位過定位，或重復(fù)定位，它不僅能完全消除4個(gè)自由度的職責(zé)，還填補(bǔ)了因鑄件外形不規(guī)矩而產(chǎn)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(gè)自由度。該件用平面點(diǎn)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(dāng)工件壓緊后，各網(wǎng)狀的支承點(diǎn)能增加接觸點(diǎn)，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(gè)自由度，目前只剩下Y移動(dòng)自由度，只要在Y向安裝一個(gè)定位點(diǎn)，就可以使工件穩(wěn)穩(wěn)牢固定位了，完成了6點(diǎn)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(shí)際形狀和鑄件的特點(diǎn)，在前端安裝2個(gè)定位點(diǎn)，該定位點(diǎn)可用圓柱狀，根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，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(zhuǎn)定位柱。

由于是鑄鐵件，工件又單薄，難免引起工件變形，2個(gè)圓柱的平行度超出實(shí)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(gè)圓柱面長度僅116mm，很難完全消除全長492工件的Z向旋轉(zhuǎn)自由度。所以，必須在尾部增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)定位柱。從原理上，當(dāng)工件按自然狀態(tài)放在夾具上，該點(diǎn)應(yīng)與工件吻合。但是，對鑄鐵件，是不可能完全消除Z向旋轉(zhuǎn)自由度。當(dāng)該點(diǎn)與工件偏移較大，說明工件變形較大，應(yīng)調(diào)整到該位置內(nèi)。

(5)圓球彈簧支撐柱。

為了進(jìn)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(gè)穩(wěn)定點(diǎn)。該點(diǎn)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(diǎn)可根據(jù)工件形狀和定位點(diǎn)，選擇4個(gè)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(shè)計(jì)一個(gè)專用壓板。

圖6

該點(diǎn)是工件定位的關(guān)鍵部位，該處又是工件最牢固的連接點(diǎn)，底部完全可以懸空，而夾緊點(diǎn)轉(zhuǎn)移在兩側(cè)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(diǎn)定位的方式，上面用V型壓板夾緊，為夾壓準(zhǔn)確，節(jié)省夾壓時(shí)間，在壓板后端安裝一圓形支撐柱，每次裝夾工件時(shí)，只拖出壓板即可卸下工件。根據(jù)工件的特點(diǎn)，當(dāng)前端夾緊時(shí)，可能使工件后端翹起，所以，前端夾緊時(shí)，首先不能受力過猛，當(dāng)后端壓緊后，再將前端牢牢把緊。

3)兩側(cè)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(diǎn)，在工件的兩側(cè)底面安裝了2個(gè)以鋼球輔助支撐的彈簧圓球，并在工件上面增加2個(gè)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(shí)，工件完全定位在該夾具上，其中有幾處過定位和重復(fù)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(diǎn)，該夾具完全綜合了該毛坯件的特點(diǎn)，消除了形狀復(fù)雜，形體單薄，尺寸精度和形狀精度高的種種難點(diǎn)，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(jī)械加工難以解決的工序加工質(zhì)量問題，能夠獲得良好的效果[3]。

圖7

3 工件旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

為完善該夾具的使用功能，應(yīng)在該夾具的底部增加旋轉(zhuǎn)功能，該功能應(yīng)具備輕巧、準(zhǔn)確、牢固、全面的功能。可使該夾具牢固把緊在旋轉(zhuǎn)底座上，每次旋轉(zhuǎn)動(dòng)作靈敏，定位準(zhǔn)確。見底座總圖。

圖8

旋轉(zhuǎn)底座由4個(gè)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(zhuǎn)功能所設(shè)計(jì)的，在結(jié)構(gòu)上，需具備T型壓緊裝置，但是，T型槽加工時(shí)復(fù)雜的工序，特別是旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)完全取代整體T型槽，將復(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的圓環(huán)狀，整體安裝在底座的T型槽內(nèi)，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(nèi)，增加了夾緊力。

(3)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)45°，分四次旋轉(zhuǎn)。這樣，只要在底座上加工4個(gè)孔，這4個(gè)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(zhuǎn)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(yīng)根據(jù)車間情況進(jìn)行安裝。

4 結(jié)論

本文淺談復(fù)雜、單薄、精度較高的鑄鐵件—回轉(zhuǎn)支架的加工工藝，從工件6點(diǎn)定位原理，工件的重復(fù)定位的必要性和原則性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，詳細(xì)論述了工裝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)用了V形鐵、斜網(wǎng)多點(diǎn)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(zhuǎn)體定位，通過以上分析，該夾具的應(yīng)用將改變以平臺劃線解決鑄造偏差的低級勞動(dòng)現(xiàn)象，大大提高了勞動(dòng)效率，提高了鑄件的加工精度。機(jī)械加工工藝是門工作藝術(shù)，特別是復(fù)雜鑄鐵件的加工工藝，只有配合先進(jìn)的工裝夾具，才能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證零部件的加工精度。