固定压板多件加工的夹具设计.pdf

设备管理与维修2023 翼10（下）5.2现场测试试验完成的国产急冷油泵于 2019 年 9 月出厂，2020 年 8月装置现场完成所有配套施工并验收合格，并对国产急冷油泵进行了现场试运。试运一次成功，各项指标均正常，机泵各点振动均处于优良状态，全部达到工况参数要求，并能与装置原有的 3 台进口急冷油泵的任一台并联运行，实现互为备用（表 3）。6结束语国产化急冷油泵经过两年的工业装置的安全稳定运行，各项性能指标达到国际先进水平，满足工业装置运转需求，标志着国内已具备大型乙烯装置急冷油泵国产化的设计和制造能力，打破了国外垄断，填补了国内空白。国产急冷油泵替代进口急冷油泵后，不仅采购成本显著下降，而且还可以为急冷油泵的维护提供快速响应和服务，降低装置运营维护成本，经济效益明显。参考文献1王松汉.乙烯装置技术与运行 M.北京：中国石化出版社，2009.2顾水泉.机械密封实用技术 M.北京：机械工业出版社，2001.编辑吴建卿序号试验类型测试项目测量结果检验标准评判结论1性能试验验证轴承箱壳体振动1.1 mm/s臆2.8 mm/s合格轴振动37 滋m臆50 滋m合格2机组并联运转试验轴承温度62.9 益臆75 益合格轴封泄漏量无泄漏无泄漏合格轴承故障无故障无故障合格并联运行可以并联，互为备用可以并联，互为备用合格表 3现场试运数据0引言在机械加工中夹具的使用对保证产品质量和提高生产效率有着至关重要的作用，同时还可以提高普通设备的利用率。用好夹具，特别是高效夹具、专用夹具，对于提高生产效率的作用不亚于数控设备。韶关市技师学院（下文简称为“我院”）实训处承接了一批外协机加工产品固定压板（图 1），该零件要求中间孔 椎420+0.02mm，到边孔中心距精度为依0.05 mm。工件材料为 45#钢，零件毛坯为仿型气割成型件，形状较为统一，工件外缘有切割渣，月产量2000耀3000 件不等，属定期中等批量生产。1难度分析（1）工件的尺寸精度较高，内孔直径公差 0.02 mm，中心距的位置精度依0.05 mm。（2）数量方面属于中等批量，我院的外协批量产品加工多数由机械实习的学生在实训老师指导下完成，学生对工序复杂的零件加工废品率较高，对于工序简单的工件加工合格率较高。（3）如果用数控铣床加工，加工成本高，条件也不允许。用普通镗床进行加工精度很难保证，废品率较高，且加工周期较长。（4）中间的 椎420+0.02mm 孔由于直径较大，用机铰刀在摇臂钻加工，摇臂钻的转速较高，不能达到要求。（5）在普通车床花盘上装夹工件，定位装夹困难。花盘较大，且花盘上有螺丝、压板，由学生进行操作存在一定危险性。综上所述，分析零件加工的难题，决定充分利用现有的设备，扬长避短，完成产品的加工。为了提高效率、提高产品合格率、降低生产成本，最大限度的扩展机床使用范围，针对该产品进行夹具设计、制作和产品加工。经对零件反复研究，结合加工设备数量及相关参数等综合分析，决定设计固定压板专用夹具的方式解决零件加工难题（图 1）。2加工工艺和固定压板夹具设计原理2.1加工工艺（1）用手磨机或砂轮机对毛坯的切割边去切割渣、倒角1伊45毅。（2）上平面磨床加工毛坯两个平面，保证尺寸 20-0.020mm。（3）在摇臂钻床上用 椎19.8 mm 台阶钻钻孔、扩孔一次完成，保证内孔 椎200+0.02mm 的加工余量在 0.10.2 mm，钻模用 V形块和侧面定位保证 椎20 mm 内孔同心。摘要：固定压板是机械配件中常见的零件。有些固定压板的孔心距位置精度要求达到依0.05 mm，孔的尺寸公差 0.02 mm，在普通钻床上通过划线加工很难达到图纸精度要求。通过设计专用夹具的方法，实现在普通车床上加工固定压板零件中间孔，达到图纸尺寸、形位精度要求，提高普通设备的利用率和加工效率，取得良好经济效益。关键词：固定压板；多件加工；车床夹具设计中图分类号：TG511文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.25固定压板多件加工的夹具设计曾燕玲，温汉江（韶关市技师学院，广东韶关512000）輪輯设备管理与维修2023 翼10（下）（4）在摇臂钻床铰孔 椎200+0.02mm 并用锪孔钻倒角 1伊45毅。（5）在摇臂钻床上用 椎17 mm 台阶钻以 椎200+0.02mm 内孔为基准钻孔扩孔一次完成，加工 2 个 椎17 mm 通孔，保证和已加工 椎200+0.02mm 内孔的位置公差。钻模利用 椎200+0.02mm 内孔和侧边定位。（6）在摇臂钻床上用 椎19.8 mm 台阶钻以 椎200+0.02mm 内孔为基准，钻孔、扩孔一次完成，加工另一个 椎20 mm 内孔，保证和已加工 椎200+0.02mm 内孔的位置公差。钻模利用第一次加工内孔和侧边定位。（7）利用固定压板专用夹具在普通车床或数控车床加工椎420+0.02mm 内孔。注意：每个工序加工后用锪孔钻对工件内孔进行倒角，以免毛刺对下一工序的定位夹紧造成影响。2.2固定压板夹具设计原理夹具设计的原理是利用工件 椎200+0.02mm 孔定位，将夹具体椎200+0.02mm 的孔轴线与车床主轴轴线平行偏移（120依0.05）mm距离，使 椎420+0.02mm 孔轴线和车床主轴轴线同轴。另夹具盘最大外径的尺寸与工件最大尺寸及零件在夹具盘中安装的偏心距为 2伊120+35伊2=310 mm，故选择夹具盘外径逸310 mm，加工零件厚度为 20 mm，为提高生产效率在夹具上装夹 3 个零件进行一次装夹同时加工。根据工件的加工工艺可得到工件以两孔一面定位，两孔一面定位有一个定位销必须采用削边销，使用削边销时必须使其横截面长轴垂直于两销连心线。削边销按标准制作，削边销接触面积 30%40%。为保证零件的精度要求采用基准统一。在加工2 个 椎17 mm、1 个 椎42 mm、第 2 个 椎20 mm 时，同时以第 1个孔 椎20 mm 的轴心线为基准。3工件自由度分析根据机械设计原理，1 个平面限制 3 个自由度，1 个孔限制2 个自由度，2 个孔限制 4 个自由度。工件以一面两孔定位共限制 7 个自由度，必产生重复定位现象。一面两孔定位必须避免重复定位的存在，否则由于工件重复定位在夹紧力的作用下定位销容易发生变形，从而影响工件的形位精度，甚至出现工件无法装夹的问题。解决方法为：淤提高每个工序的尺寸精度和形位精度；于提高夹具的精度；盂采用削边销避免重复定位对加工造成的影响。4形位误差和定位精度的分析依自由度分析确定夹具采用平面、圆柱销、削边销进行定位，将会产生一定的形位误差，为保证两孔的中心距离，必须使工件在夹具中的形位误差满足装夹的精度要求。4.1形位误差分析椎200+0.021mm 孔（H7）与 椎20-0.0130mm（h6）销的最大间隙为：0.021-（-0.013）=0.034 mm。基准不重合误差是夹具制造时的偏心距误差，为 0.01 mm。夹具与机床主轴采用莫氏锥度配合，误差可忽略不计。夹具的定位误差为：0.034+0.01=0.044 mm。定位质量评定：由于本工序尺寸公差为 0.1 mm，则有 园.1/猿抑0.033 mm0.044 mm。因此，本定位方案可保证其中心距精度要求。4.2转角误差对圆弧面对称的影响分析零件装夹采用一面两销定位时，2 个柱面定位副会产生一定的转角误差，其转角误差与轴销孔配合的最大间隙、中心距有关。椎200+0.021mm 孔与销的最大间隙 X1max为 0.034 mm，中心距为 240 mm，根据转角误差计算公式可得：驻a=tg-1（X1max+X2max）/240=tg-10.001抑0.057毅由此可知转角误差小，故工件在夹具中定位对工件的对称影响不大，能满足图纸要求。综上分析可知，本方案可保证零件的加工精度。5受力分析和强度校核5.1受力分析零件加工 椎420+0.02mm 时，削边销轴会受到切削力影响造成的剪应力作用，使圆柱止转削边销轴受力。因圆柱销比止转削边销直径大，故受力分析和强度校核只考虑削边销即可。切削力的作用会使圆柱止转削边销轴产生剪切变形。夹具体压盘零件上有 2 个配重孔，固定压板时采用 500 r/min 转速，转速不高，所以受离心力的影响不大。为消除夹具体孔、轴配合间隙的影响，保证加工过程中零件位置不发生位移，夹具体必须具有足够的夹紧力保证装夹稳定性。5.2强度校核通过受力分析可知，削边销的变形主要受剪应力和离心力的影响。剪应力的大小主要由主切削力决定，离心力的大小主要由离心半径、工件偏重、角速度等决定，因零件装夹是对称的，且转速不高，所以受离心力影响不大（可在 M16 处加一较大垫圈）。强度校核的重点是削边销轴的强度必须能够克服主切削力图 1固定压板零件图輪輰设备管理与维修2023 翼10（下）造成的剪应力。（1）主切削力的计算：根据主切削力的近似计算公式，主切削力的大小主要与工件材料、切削深度和进给量有关。F2抑2000伊ap伊f，工件材料为钢件，若车削时选取 ap=2、f=0.15 mm/r，则F2=2000伊2伊0.15=600 N。（2）剪应力的计算：根据削边销轴直径为 椎17 mm、截面积A=仔R2=3.14伊0.008 52抑0.022 7 m2，子=Q/A=FZ/A=600衣0.022 7=26 431.718 1 Pa抑26.431 MPa（3）强度校核：削边销轴的材料为 45裕钢，材料许用应力为30 MPa。剪切强度条件为 子=Q/A 臆 子，根据上述计算 子抑26.431 MPa 子，故削边销轴符合剪切强度要求。6夹具制作工艺夹具由夹具体、定位装置、夹紧装置 3 部分组成。夹具体与机床主轴内锥孔相连接，为了增加加工过程的稳定性，用 M16的拉杆将其与车床主轴锁紧（图 2）。其中，定位销（图 3）、削边销（图 4）、6#莫氏锥柄（图 5）按图纸工艺加工，具体工艺不赘述。压盘安装盘零件图如图 6 所示，具体加工工艺为：用仿型切割加工 65 mm 厚的 45#钢板，直径为 320 mm寅在车床上加工端面寅车外圆至 椎314伊40 mm寅钻通孔 椎40 mm寅工件调头加工外圆 椎314伊25 mm寅取工件总长为 63 mm寅工件调质处理寅上车床加工端面、外圆 椎312伊40 mm寅车通孔 椎42 mm寅上数控铣床以车床最后加工外圆和端面定位，加工端面至长度为61 mm 及图纸其他通孔、台阶孔至尺寸要求寅把 6#莫氏锥与压盘配合并焊接（注意焊接对工件变形影响，可对角点焊这样变形量最小）寅在 6140 或 6132 车床上拆下车床卡盘，把夹具体安装在车床上加工加工外圆 椎310 mm、压盘长度（60依0.2）mm。7夹具使用效率分析固定压板多件加工夹具可以在普通车床上使用也可以在数控车床上使用，通用性好。一次性装夹 3 件工件，生产效率提高3 倍以上。固定压板多件加工夹具的定位面最后是在车床母机上加工端面，所以容易保证被加工工件的形位精度。其安装位置在车床主轴内锥孔上，定心较好，特别适合定期中等批量产品加工。相比产品在数控铣床上加工，加工成本更低。通过第一批固定压板产品的加工使用，能够保证产品的精度要求，生产效率可提高 35 倍，可以缩短固定压板的加工周期，达到夹具设计目的，获得了客户的高度认可。8结论该夹具结构简单，夹具体材料采用 45#钢，具有生产周期短，见效快、成本低、加工制造方便与优点。如果车削类似的零件，在夹具上割 2 个孔即可在同一副夹具车削不同中心距的辊子固定板，使夹具利用率大大提高。图 3定位销零件图图 4削边销零件图图 56#莫氏锥柄零件图图 6压板安装盘零件图图 2夹具组装图輪輱设备管理与维修2023 翼10（下）参考文献1人力资源和社会保障部教材办公室.机床夹具 M.北京：中国劳动社会保障出版社，2001.2王公安.车工工艺学 M.北京：中国劳动社会保障出版社出版，1996.3曹作人.车工技师手册 M.北京：宇航出版社，1991.4机械加工工艺装备设计手册编委会.机械加工工艺装备设计手册 M.北京：机械工业出版社，1998.5成大先.机械设计手册 M.北京：化学工业出版社，2016.编辑张韵0引言螺栓连接因其结构可靠、安装和拆卸方便等优点被广泛应用于轨道车辆车下吊挂设备的连接中。对于高强度螺栓的连接计算，国外普遍采用德国工程师协会（VDI）编写的 VDI 22302014 参考标准，其主要内容由单圆柱螺栓连接和多螺栓连接的高应力螺栓连接系统两部分组成1。为使轨道结构车辆结构螺栓连接的强度评估更可靠，近年来已有学者将 VDI 22302014标准引入轨道车辆的螺栓连接强度评估中。在国内，李娅娜等以动车组枕梁联接螺栓为研究对象，详细讨论了基于 VDI 22302014 标准进行校核时关键参数的选取以及有限元的建模策略，并计算了螺栓的各类安全系数2。李维岗等对某轨道车辆转向架轴箱的螺栓连接进行了有限元建模，通过计算复杂装配情况下螺栓预紧力损失量和预加载荷变化量，确定了合理的轴箱螺栓连接预紧力（矩）3。潘虹宇等针对某城轨列车牵引变流器安装螺栓，研究了仿真模型简化方式对螺栓工作载荷的影响，并针对不满足 VDI 22302014 标准要求的安全系数提出了提高螺栓强度等级改进方案4。对多螺栓系统进行强度校核往往需要根据连接设备的结构参数、工作载荷和螺栓分布等条件计算出最不利螺栓的工作载荷。虽然 VDI 22302014 标准针对多螺栓连接结构，同时提供了刚体力学法和有限元法来计算多螺栓组的工作载荷分配，但在实际应用时仍需对两种方法的计算精度进行对比分析。为此，本文针对某动车组蓄电池箱吊挂螺栓的横向工作载荷计算问题，分别采用 VDI 22302014 标准推荐的刚体力学法和有限元法计算其服役条件下的横向工作载荷，分析两种方法的计算结果存在差异的原因。1刚体力学法首先采用刚体力学法计算蓄电池吊挂螺栓所受的工作载荷。已知蓄电池箱重量为 465 kg，垂向重心位置距离螺栓连接分界面 276 mm，横向、纵向重心位置位于螺栓分布的几何中心。连接蓄电池与动车组地板的螺栓规格为 A2-70 M12伊40，相邻螺栓的纵向距离为 860 mm，横向距离为 580 mm（图 1）。动车组车下吊挂设备在运行过程中主要受惯性力的作用，因此通过振动加速度确定设备所受的工作载荷。参考 IEC613732010 标准规定的模拟长使用寿命振动试验，吊挂设备属于车身设备1类A级，其振动加速度平均值分别为垂向4.25 m/s2、摘要：针对某动车组蓄电池箱吊挂螺栓的横向工作载荷计算问题，分别采用 VDI 22302014 标准推荐的刚体力学法和有限元法计算其在服役条件下的横向工作载荷分配。计算结果表明，结构的弹性变形将使得螺栓横向载荷发生重新分配。刚体力学法假设横向载荷均匀作用在单颗螺栓上，将低估某些螺栓的横向载荷，给出偏危险的设计结果。因此，对于复杂多螺栓连接结构应采用有限元法计算螺栓横向工作载荷。关键词：多螺栓连接；工作载荷；刚体力学法；有限元法中图分类号：U270文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.26蓄电池箱连接螺栓横向工作载荷计算方法研究张远彬，李春国，孙栋，宋树亮，崔志国（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111）图 1吊挂螺栓分布示意輪輲