復雜鑄鐵件加工的技術探討

李俊燚 馬健明

(大連豪森設備有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

本文以一種典型零件舉例，探討一下復雜件加工技術。工件詳見圖1。

圖1

1 工件分析

回轉支架是汽車發動機裝配線的通用部件，該件形狀復雜，精度較高，加工較為困難。

材質是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，一是形狀復雜，二是工件單薄，各夾壓點僅10mm。三是精度高，各尺寸公差和形狀公差都在7級以內。

以鑄件粗定位基準面加工的第一個面或孔往往會作為后續工序的定位基準，該面或孔一旦加工到位，與其相關的各加工部位的位置已基本確定，尺寸協調的范圍會很小，所以在動刀加工前，必須嚴格按劃線找正，按線加工[1]。根據該件形狀分析，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確，操作簡單敏捷的夾具來解放目前繁瑣、低級的體力勞動。

2 工裝設計

2.1 工件夾壓

在設計工裝時，首先是確定定位點、定位面、夾壓點。根據工件的夾壓原理，本夾具按以下介紹的位置選擇了夾壓點、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長圓柱外圓定位，能消除4個自由度。根據工件的特殊性，由于是鑄造件，難免會出現工件外形不規則，位置公差不準確的特殊性，這樣，在定位上可用兩個相同的V形鐵同時定位，這種定位過定位，或重復定位，它不僅能完全消除4個自由度的職責，還填補了因鑄件外形不規矩而產生欠定位的缺欠，如圖3所示。

圖3

(2)斜漁網定位塊。

根據工件型狀，必須在工件后端按裝一塊定位塊，可消除第五個自由度。該件用平面點定位，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，該平面采用了斜網狀表面，當工件壓緊后，各網狀的支承點能增加接觸點，增加工件的穩定性。

(3)限位柱。

現在的定位夾具，只限制了5個自由度，目前只剩下Y移動自由度，只要在Y向安裝一個定位點，就可以使工件穩穩牢固定位了，完成了6點定位原理，叫全定位。[2]

但是，對該件Y向定位，可根據工件的實際形狀和鑄件的特點，在前端安裝2個定位點，該定位點可用圓柱狀，根據鑄件的特點，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向旋轉定位柱。

由于是鑄鐵件，工件又單薄，難免引起工件變形，2個圓柱的平行度超出實際要求也是正常的。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個圓柱面長度僅116mm，很難完全消除全長492工件的Z向旋轉自由度。所以，必須在尾部增加一個旋轉定位柱。從原理上，當工件按自然狀態放在夾具上，該點應與工件吻合。但是，對鑄鐵件，是不可能完全消除Z向旋轉自由度。當該點與工件偏移較大，說明工件變形較大，應調整到該位置內。

(5)圓球彈簧支撐柱。

為了進一步穩定工件，根據工件形狀，可在該件中間部位增加兩個穩定點。該點用圓柱球定位，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，夾壓點可根據工件形狀和定位點，選擇4個夾緊位置。

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設計一個專用壓板。

圖6

該點是工件定位的關鍵部位，該處又是工件最牢固的連接點，底部完全可以懸空，而夾緊點轉移在兩側的圓柱上，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，采用網狀點定位的方式，上面用V型壓板夾緊，為夾壓準確，節省夾壓時間，在壓板后端安裝一圓形支撐柱，每次裝夾工件時，只拖出壓板即可卸下工件。根據工件的特點，當前端夾緊時，可能使工件后端翹起，所以，前端夾緊時，首先不能受力過猛，當后端壓緊后，再將前端牢牢把緊。

3)兩側輔助壓板。

為將工件牢固夾壓在夾具的工作臺上，根據工件的單薄特點，在工件的兩側底面安裝了2個以鋼球輔助支撐的彈簧圓球，并在工件上面增加2個V型壓板，輕輕壓緊工件，保證了定位的穩定性。

以上分別介紹了工件定位和件夾緊的方法，此時，工件完全定位在該夾具上，其中有幾處過定位和重復定位，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，該夾具完全綜合了該毛坯件的特點，消除了形狀復雜，形體單薄，尺寸精度和形狀精度高的種種難點，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、工件在機械加工難以解決的工序加工質量問題，能夠獲得良好的效果[3]。

圖7

3 工件旋轉機構

為完善該夾具的使用功能，應在該夾具的底部增加旋轉功能，該功能應具備輕巧、準確、牢固、全面的功能。可使該夾具牢固把緊在旋轉底座上，每次旋轉動作靈敏，定位準確。見底座總圖。

圖8

旋轉底座由4個單件組成，分別是底座、壓環和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功能所設計的，在結構上，需具備T型壓緊裝置，但是，T型槽加工時復雜的工序，特別是旋轉工件。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計，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。這種結構完全取代整體T型槽，將復雜件變得簡單化。該件比底面高度高2mm，在上平面貼塑板后刮研。

(2)T型旋轉圓環螺母。

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型螺母采用了旋轉的圓環狀，整體安裝在底座的T型槽內，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，增加了夾緊力。

(3)旋轉定位銷及套。

根據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45°，分四次旋轉。這樣，只要在底座上加工4個孔，這4個孔必須是均勻分布，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，應根據車間情況進行安裝。

4 結論

本文淺談復雜、單薄、精度較高的鑄鐵件—回轉支架的加工工藝，從工件6點定位原理，工件的重復定位的必要性和原則性進行了詳細的分析，詳細論述了工裝設計的關鍵環節，應用了V形鐵、斜網多點定位面、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體定位，通過以上分析，該夾具的應用將改變以平臺劃線解決鑄造偏差的低級勞動現象，大大提高了勞動效率，提高了鑄件的加工精度。機械加工工藝是門工作藝術，特別是復雜鑄鐵件的加工工藝，只有配合先進的工裝夾具，才能提高勞動生產率，保證零部件的加工精度。