一種制動器底板鏜孔加工工藝分析及夾具設計

韓淑華

(內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010)

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一種制動器底板鏜孔加工工藝分析及夾具設計

韓淑華

(內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010)

某制動器底板上鏜孔加工，原來采用螺栓夾緊方式，零件受力不均，導致變形，合格率極低，而且一次只能加工一件零件。本文設計了壓板式液壓保壓結構的夾具，通過旋轉軸轉動角度來實現壓板對零件的夾緊和松開，一次可同時裝夾3個零件，保證了大批量零件生產進度和加工質量，同時減輕了勞動強度，提高了工作效率。

制動器底板；鏜孔加工；工藝分析；夾具設計；鏜孔切削力；液壓輔助支撐器

0 前言

鼓式制動器也叫塊式制動器，是靠制動塊在制動輪上壓緊來實現剎車的，是汽車制動裝置零部件里比較關鍵的一個部件，安裝在汽車車輪部位，每個車輪上安裝有一個，起到制動作用，是制動器總成的關鍵零件之一。內蒙古某礦用汽車零部件生產企業，以制動器底板為例，進行了工藝分析和夾具設計提高了制動器底板零件的機加工成品率。

1 零件圖紙及加工工藝分析

如圖1所示，制動器支架毛坯為精鑄件，材料牌號為QT450-15。圖紙主要技術要求：

(1)臺階孔尺寸。φ50+0.03、φ56+0.1、φ60+0.04，其中孔φ50和制動器的另一個零件凸輪軸配合，表面粗糙度為Ra1.6，對B、C面的位置精度為φ0.2，φ56臺階孔相對于A的軸的同軸度為φ0.2，φ60臺階孔相對于A的軸的同軸度為φ0.1；

(2)孔φ50兩端面尺寸92.6的垂直度相對于基準A為φ0.05，表面粗糙度為Ra6.3；

(3)相對于位置D、K的的4個螺紋孔M14×1.5-6H的位置度為φ0.25及12個φ16.5的孔均布在支架的底部圓面上，其對于C、B的位置度要求為φ0.3；

(4)連接剎車片的兩個銷孔φ32+0.039對于A、B的平行度為φ0.025，對于C的垂直度為φ0.025，表面粗糙度為Ra1.6；

(5)對于尺寸104、40、62、158是和制動器的其他零件進行裝配的關鍵尺寸，為必保尺寸。

由于該產品年需求量為30萬件，生產線采用普通設備和數控設備相結合的加工方式，工件的工藝流程為：車底面及孔→打中心孔及鉆孔→粗、精鏜孔→去毛刺→攻絲→清洗→檢驗→入庫。其中的打中心孔及鉆孔和粗、精鏜孔加工是關鍵工序，從圖1可以看到，兩個銷孔φ32+0.039對于孔φ50H7、φ126H8(+0.063)的內壁的平行度及垂直度0.025技術要求高，因此，粗、精鏜孔工序加工成為整個工件加工的技術難點。在滿足進度的條件下，如何保證夾具裝夾工件時的剛性，使工件在加工過程中，不會出現影響工件尺寸精度的裝夾變形，成為夾具設計和加工工藝編制的關鍵因素。

圖1 制動器支架零件圖

2 工件的加工夾具設計

2.1 設計思想

零件原來使用的夾具是一次裝夾加工一個零件，且零件的夾緊方式為螺栓夾緊，即每次需要工人通過扳手來夾緊零件，這樣的夾具缺點是每個螺栓的夾緊力不均衡，因零件是框架類零件，導致零件受力不均，零件變形或加工完后卸下的零件存在應力，致使零件的合格率極低。新設計的夾具如圖2所示，由螺栓固定在立式加工中心的工作臺上。

圖2 制動器支架夾具圖

夾具采用壓板式液壓保壓結構，壓緊工件的壓板通過旋轉軸轉動角度來實現零件的夾緊和松開，夾具一次可同時裝夾3個零件。夾具工作原理如圖3所示。

圖3 制動器支架夾具工作原理圖

2.2 定位方案和定位元件

根據零件的特點，夾具的定位方案采用“一面兩孔”定位，如圖2所示，尺寸φ204的底面作為定位面，孔φ16.5對稱的兩個孔，一個采用圓柱銷定位，另一個采用菱形銷定位，φ50孔的底面設有一個輔助支撐器，采用這種定位方案，很好的限制零件的6個自由度，實現零件的精準定位。

2.3 液壓夾緊機構設計

2.3.1 液壓系統設計

夾緊機構液壓系統如圖4所示，由1個單項順序閥、3個輔助支撐器和10個液壓缸組成。夾具的夾緊方式為液壓壓板夾緊，夾緊力方向指向定位面，定位可靠。

圖4 夾緊機構液壓系統圖

從圖4可看到，10個液壓缸控制著三個零件的10個轉角壓板的壓緊和松開，其中的2個控制夾具的2個長壓板，其它的壓板由另為的8個液壓缸控制，3個零件由10個油壓杠桿直線缸壓緊，實現工件的初始壓緊，然后在工件四周布置的3個液壓浮動支撐缸動作，實現輔助支撐，加強工件的剛性，將工件完全壓緊，夾具的液壓元件的動作順序通過單向順序閥實現。

2.3.2φ50孔切削力的計算與輔助支撐器的選擇

由于零件的不規則，夾具設計在孔φ50的底面需設計一個輔助支撐器，因此，需計算出單刃數控硬質合金鏜刀鏜孔時的切削力，以便選定輔助支撐器的型號。

鏜刀進行鏜削時，切削力的力系分布圖如圖5所示，根據文獻[2]鏜刀對切屑作用的合力Fry可分解為水平分力Fz與垂直分力Fy。ts為切面上剪切應力；f為剪切角；b為摩擦角；g0為切削前角；aw為切削寬度。a為切削厚度。切削力的垂直分力Fy為

Fy=τs·aw·asin(β-γ0)sinφcos(φ+β-γ0)

式中τs=3σy3+bε3=bcosγ03sinφcos(φ-γ0)

τy=σy3

σy=3.92 HB

b=4.55 HB

f=e0.581g0-1.139b=e0.848g0-0.416

式中，e為平均剪應變；HB為工件材料的布氏硬度值， kg/mm2。

查閱刀具手冊，根據零件加工的切削參數及所選用的刀具，得出切削力的垂直分力為：

Fy=τs·aw·asin(β-γ0)sinφcos(φ+β-γ0)=2815.36 N

故選擇的輔助支撐器型號為：CSN04，其工件支撐力為4 000 N。

圖5 切削力力系分布圖

3 結束語

采用該加工工藝方案，設計鏜孔夾具，既保證了大批量零件生產進度和加工質量，又降低了加工成本；同時極大的提高了加工效率，夾具的操作按鈕安置在加工中心的操作面板上，這樣工人在進行零件的裝卸時，極大的減輕了勞動強度，提高了工作效率，而且該夾具的設計理念可推廣至汽車鼓式制動器底板的加工。

[1] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京: 機械工業出版社，2002.

[2] 張幼禎.金屬切削理論.航空工業出版社,1988.

[3] 曾正明.實用工程材料技術手冊[M]． 北京: 機械工業出版社，2002.

[4] 邢鴻雁，陳榕林．機械制造難加工技術[M]． 北京: 機械工業出版社，2009.

Fixture design and process analysis for boring hole on the brake base

HAN Shu-hua

(Inner Mongolia University of Science & Technology ,Baotou 014010，China)

Bolt clamping is used to bore hole on a brake base, this means bring about uneven loading and deformation, the qualified rate of the workpiece is extremely low, and only one part can be processed at a time. This paper designed a clamping plate fixture with hydraulic pressure holding structure, through the rotation angle of rotating shaft to achieve the clamping and loosening the workpiece, besides, clamping and machining 3 parts at one time. This way ensured the production progress and quality of batch production, meanwhile, reduced labor intensity and improve work efficiency.

brake base;boring;fixture;cutting force

2017-03-24；

2017-04-25

內蒙古科技大學產學研合作項目(PY-201514)

韓淑華(1977-)，女，漢族，內蒙古包頭市人,內蒙古科技大學，講師、碩士研究生。主要研究方向：機電一體化技術。

TG506

A

1001-196X(2017)04-0092-03