研究柴油机气门摇臂轴支座零件工艺分析及夹具设计

　　摘要：柴油机气门摇臂轴支座零件对轴孔的加工精度要求往往较高,包括满足其装配气门摇臂轴的配合精度,实现摇臂轴工作时对气门开闭动作的精准控制。在各道工序中,采用专用夹具不仅简单方便,而且能满足零件加工需求。文章主要针对此类零件编制了加工工艺规程,编写了工序卡片,完成了专用夹具体设计,以供参考。

　　关键词：摇臂轴支座; 加工工艺; 夹具设计;

　　在现代社会,各行各业中广泛应用各种仪器、工具、机床、设备等,这些产品几乎都是由机械制造行业生产加工提供的。机械制造业的主要功用就是围绕各种工程材料性能及加工特点研究加工工艺,从而制造各种工艺装备。文章研究的摇臂类零件被大量应用在柴油机气门部件结构中,摇臂类零件工艺规程的合理制定和加工中夹具的高效使用,会影响柴油机气门组件的生产制造精确度,直接关系到柴油机气门组件运行时的配合精度和工作效率。通过研究柴油机气门摇臂轴支座零件的机械工艺分析及其工装夹具的设计,可以达到柴油机气门摇臂轴支座零件的机械制造生产总质量要求。

　　1 柴油机气门摇臂轴支座零件的功能

　　文章所研究分析的柴油机气门摇臂轴支座零件是柴油机气门部件中极其重要的一部分,其功能主要保证满足装配气门摇臂轴的配合精度,实现摇臂轴工作时对气门开闭动作的精准控制。柴油机气门摇臂零件适合大批量生产,在各道工序中夹具均采用专用夹具,采用专用夹具简单方便而且能满足零件加工需求,尤其使用专用夹具对该零件表面定位夹紧后,能较好地控制各表面加工精度,保证其作为后续工序精基准面实现柴油机气门摇臂轴零件工艺过程中先面后孔的生产加工顺序,最终达到该零件产品的生产加工质量要求。

　　该零件为直径Φ18mm的轴孔,主要是用来装配吸气、排气气门摇臂。减压轴安装在该支座零件Φ16mm的轴孔内,达到降低气缸内压力的目的。两轴孔与轴相互配合安装,起到支撑的作用。同时该支座零件结构中Φ11mm的通孔与气缸缸盖之间用M10的螺杆进行相互定位连接,并且在该支座零件Φ18mm轴孔下端设计了Φ3mm排油孔。

　　2 柴油机气门摇臂轴支座零件加工工艺设计

　　2.1 分析零件的工艺,确定生产类型

　　柴油机气门摇臂轴支座零件材料为灰铸铁,生产类型为大批量生产。

　　摇臂轴支座零件的工艺路线如下:首先对零件进行定位,确定正确定位位置后夹紧,加工出宽36mm下底面和Φ22mm外圆上端面,钻出Φ11mm的通孔。然后再把已经加工完毕的这几个表面作为加工Φ28mm和Φ26mm的外圆端面的定位基准,钻出Φ18mm和Φ16mm这两个加工精度比较高的孔。最后将零件翻转重新定位装夹,进行加工深孔Φ3mm的泄油孔,完成摇臂轴支座零件的总体结构加工。

　　2.2 选择毛坯制造类型,确定摇臂轴支座零件毛坯图尺寸

　　确定柴油机气门摇臂轴支座零件毛坯类型为铸件,同时确定该摇臂轴支座零件的铸造毛坯件结构长、宽、高设计尺寸分别为85mm、40mm、65mm。摇臂轴支座零件可以选用机械铸造法。

　　2.3 选用机械加工方法,制定加工工艺路线

　　2.3.1 定位基准

　　选择Φ18mm的轴孔作为设计基准和加工定位基准,选择Φ18mm的轴孔作为设计基准和加工定位基准,这样较好地避免了基准不重合产生误差的问题。定位基准选用Φ18mm的轴孔适合“基准重合”原则。

　　2.3.2 加工方案

　　加工Φ16mm和Φ18mm轴孔:可采取钻—粗铰—精铰加工方案;加工外圆端面可采取粗铣—半精铣—精铣的加工方案。

　　2.3.3 加工阶段划分

　　在粗加工时,首先完成宽36mm下端面和Φ11mm的通孔的加工,加工至尺寸精度要求后将其作为精基准面;然后粗铣Φ22mm上端面,作为加工工序的粗基准;接着对Φ28mm外圆面前后端面、Φ26mm外圆面前后端面完成铣削加工;最后钻—粗铰—精铰出通孔、通孔和Φ3mm偏10°泄油孔,同时满足加工精度要求。

　　2.3.4 机床设备及工艺装备

　　机床设备:根据柴油机气门摇臂轴支座零件的生产类型及加工精度要求选择卧式数控铣床和立式钻床。

　　刀具方面:使用标准刀具,必要时应使用联合刀具或特殊刀具。

　　量具方面:在个别零件或小批生产过程中使用的是通用测量仪器。大型批量生产中通常使用特殊的测量仪器等。该设计中大多数加工工序所用到的量具都是游标卡尺[1]。

　　2.3.5 切削用量参数计算

　　切削用量包括切削深度ap、进给量f、切削速度vc。

　　1)选择切削深度:

　　切削深度的大小需要根据加工的余量确定。

　　2)选择进给量:

　　在粗加工时,应选择尽可能多的进给量,同时在机床进给机械的强度、刀具的强度、刀架的强度和夹具的刚性允许范围内。在精加工时,最大的进给量主要受所加工零件的表面粗糙度要求的影响。在实际生产中,进给量主要是通过控制表或经验确定的[2]。

　　3)切削速度确定:

　　根据选定的切削深度ap、进给量f和刀具的使用寿命T,按照以下公式计算切削速度vc,计算机床主轴转速:

　　柴油机气门摇臂轴支座零件加工工序中机动时间的计算公式如下:

　　2.3.6 制定柴油机气门摇臂轴支座零件工艺规程

　　由于柴油机气门摇臂轴支座零件是大批量生产类型,为了节省加工时间,适合采用提高加工效率、节省工时的工艺路线。

　　3 柴油机气门摇臂轴支座零件夹具设计

　　3.1 气门摇臂轴支座零件夹具结构方案的制定

　　文章研究的专用夹具是加工粗铣和半精铣支座零件宽36mm下端面使用的,支座零件宽36mm的下端面是后几道加工工序的主要定位基准面[3]。在加工的过程中,专用夹具的正确定位夹紧才能保证该零件加工精度及达到加工要求。

　　文章首先选用粗铣完毕的Φ22mm外圆上端面和Φ28mm外圆前后端面确定位置,进行粗铣、半精铣支座零件宽36mm下端面,使其满足零件图纸加工精度要求。经过分析拟定设计“一面两孔”的定位形式,使用夹具定位平面的Φ22mm外圆上端面和Φ28mm外圆前后端面接触,采用定位芯轴对2轴孔定位共限制摇臂轴支座零件5个自由度,可以实现摇臂轴支座零件的不完全定位[4]。采用单螺旋夹紧机构进行夹紧,能满足加工中夹紧力要求。

　　3.1.1 确定气门摇臂轴支座零件夹具导向机构

　　钻模是利用钻套来对钻头、扩孔器、铰刀等刀具进行引导,可增加刀具的刚性,保证加工孔及其他零件表面的准确位置,提高生产效率。参考工件与夹具体结构的特点,夹具钻模板的选择为固定式钻模板。Φ16mm和Φ18mm的轴孔径加工精度高,需要采取一次装夹完成孔的钻、粗铰、精铰三个加工工序。此气门摇臂轴支座零件专用夹具可以使用快换钻套作为导向元件,实现钻、扩、铰连续的操作,提高生产效率[5]。

　　3.1.2 确定气门摇臂轴支座零件夹具夹紧机构

　　进行气门摇臂轴支座零件机械加工工艺设计时,柴油机气门摇臂轴支座采用大规模加工制造,根据零件生产和加工的实际情况,选择单螺旋夹紧机构夹紧工件较为合理,夹具夹紧力可靠性高。

　　3.1.3 确定辅助定位装置

　　一般情况下,为保证工艺系统在加工过程中的刚性,并减轻加工零件的变形程度,在Φ26mm后端面应该增加辅助定位装置。

　　3.2 夹具体设计

　　数控铣床专用机床夹具是让夹具体的底面与铣床的工作台面相接触,并通过用两个定位键实现与铣床工作台上的T形槽相互配合,进一步保证夹具在机床上的位置准确度。通过刀块和2mm塞尺实现刀具和夹具之间的相对位置的准确性。在加工过程中会产生切屑,切屑要及时排出夹具体,否则会影响工件的定位,因此在夹具体设计上应有容屑沟。

　　为了校验气门摇臂轴支座零件夹具体的夹紧力在生产加工中是否可靠,用ANSYS软件对专用夹具进行了仿真校验。当零件材料为灰铸铁时,E=1.2×105MPa,ρ=7340kg/m3,泊松比λ=0.25,定位芯轴的最大应力为22MPa,保证加工精度和表面粗糙度。夹具的夹紧力为2600N,满足夹紧要求,夹具体可靠。

　　4 结论

　　摇臂类零件工艺规程的合理制定和加工中夹具的高效使用,对柴油机气门部件的制造精度有很大影响,直接关系柴油机气门部件运行时的配合精度和工作效率。柴油机气门摇臂轴支座零件的机械生产加工尤为重要,它的加工质量会对机器的效能、精度和寿命产生直接影响,制定合理的加工工艺规程和专用夹具极其重要,会影响气门摇臂轴支座零件的质量[6,7]。

　　文章针对切削用量、加工设备及刀具、量具等工装设备的选择以及工艺规程文件的制定,确定零件适合的加工工艺方法研究,同时对支座零件的夹具结构要求等进行研究,确定了夹具设计方案。通过支座零件的加工工艺及专用夹具结构进行合理校验分析,所设计夹具满足生产加工中定位夹紧要求,可以使零件的加工满足规定的技术要求和精度要求,同时降低了劳动强度,扩大了机床的适用范围。

　　参考文献

　　[1]盖永亮.航空摇臂类零件的加工工艺研究[J].新技术新工艺,2017(11):12-15.

　　[2] 韩秋实,王红军.机械制造技术基础[M].北京:机械工业出版社,2015.

　　[3] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].北京:机械工业出版社,2007.

　　[4]陈宏钧.实用机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2016.

　　[5]朱耀祥,蒲林祥.现代夹具设计手册[M].北京:机械工业出版社,2010.

　　[6]杨叔子.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2001.

　　[7]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].北京:化学工业出版社,2006.