某橫梁專用鉆孔工裝的設計

李碧云，王剛，李永康，呂曉珍

某橫梁專用鉆孔工裝的設計

李碧云，王剛，李永康，呂曉珍

（陜西重型汽車有限公司車架廠，陜西 西安 710200）

某橫梁在批量生產之后進行了優化，產品增加了4個安裝孔。為了快速體現產品最新狀態，作者從工藝和模具方面進行了方案分析，最終確定設計一套鉆孔工裝實現產品新狀態。文章從工作原理、加緊方式、定位方式和工裝結構等方面對此鉆孔工裝作了詳細的設計過程闡述。通過多次現場加工方案驗證，最終設計的鉆孔工裝操作簡單且能保證穩定的產品質量。此專用鉆孔工裝對行業同類橫梁產品的加工都具有指導和借鑒意義。

橫梁；定位；加緊

引言

重型汽車的橫梁是車架的重要組成部分，橫梁的主要作用是聯接左右兩根縱梁，構成一個完整的框架，以保證車架有足夠的強度和剛度，同時也滿足底盤零件安裝需求。

1 研究對象

重型汽車的某橫梁產品如圖1所示。在批量生產之后，為了更好地滿足客戶需求，進行了產品優化，橫梁的彎面增加了2×￠15和2×￠10.5四個孔。從工藝裝備、現有設備及加工水平等方面進行了分析，實現產品新狀態共有三種方案：（1）在現有沖孔模具上加四個孔，沖孔后壓型。（2）設計一套新的沖孔模具，壓型后再沖四個孔。（3）設計一套專用鉆孔工裝，鉆四個孔。

1.1 第一種方案

優點：在沖孔模具上加孔周期短，易于實現，不改變現有的橫梁加工工藝。缺點：由于2×￠15的孔位于彎面的最大變形區，沖孔后再壓型，圓孔會變形成橢圓孔影響底盤支架的裝配，或者圓孔直接被拉裂（如圖2），此時制件無法使用只能報廢。

圖1 橫梁

圖2 圓孔拉裂

1.2 第二種方案

優點：橫梁壓型后再沖孔，孔位精度高，加工質量穩定。缺點：加孔新模具制造成本高，生產加工周期長，不能及時體現新狀態。

1.3 第三種方案

優點：鉆孔工裝設計制造成本低，加工裝配周期短。加工孔位精度高，加工質量穩定，且能快速實現產品新狀態。缺點：和模具加工對比，加工效率低。

經綜合分析，為了快速體現產品新狀態最終選擇了第三種方案，設計一套鉆孔工裝實現橫梁新狀態。

2 方案設計

2.1 方案設計一

根據橫梁產品特點，以2×￠60大孔定位，利用￠60的定位銷作為橫梁的安裝孔，用三個快速夾鉗加緊橫梁，利用車間已有通用性工裝改裝，鉆孔工裝如圖3所示。

圖3 鉆孔工裝

對此工裝我們進行了50件驗證，兩個工人各加工25件，第一個工人20件合格，合格率80％；第二個工人22件合格，合格率88％。現場加工如圖4所示。

分廠要求的橫梁產品合格率≥98％，我們對產生不合格的原因進行了分析，橫梁靠￠60的定位支撐，2×￠15和2×￠10.5的孔中心距折彎線尺寸為80 mm，孔中心距邊為25 mm。這種裝夾方式下鉆孔的面處于懸空狀態，鉆孔時在進給力的作用下此面發生彎曲變形，導致鉆孔質量不穩定，鉆孔加工合格率低。

圖4 驗證加工圖

為了減少鉆孔時加工面的變形，我們采取的措施是給鉆孔面增加支撐件，于是設計了簡易剛性內支撐，如圖5所示。

圖5 支撐件

加工時放置在鉆模板和鉆孔面之間，有效地防止此面鉆孔時受力變形，從而減少不合格品，降低不合格率。安裝內支撐后的現場加工如圖6所示。

圖6 現場加工圖

圖6所示的鉆孔工裝，在橫梁加工前需手動加緊和放置內支撐，在橫梁加工后又需松開加緊裝置和去掉內支撐，手動效率低，整個加工過程花費時間長。試用了兩周不能滿足大批量加工需求，鉆孔工序成為生產瓶頸。

2.2 方案設計二

為了提高效率，滿足大批量生產需求，我們需要設計自動加緊型專用鉆孔工裝。該鉆孔工裝需滿足以下條件：加工過程產品質量穩定性高，橫梁裝卸過程速度快，操作便捷效率高。

2.2.1 工作原理

橫梁2×￠60的大孔作為定位孔，4個立式筋板焊接成一體用于橫梁的支撐座，用壓縮空氣控制兩個夾鉗，實現橫梁的自動加緊與松開兩種狀態。鉆孔工裝設計三維圖如圖7所示。

圖7 三維圖

2.2.2 定位方式

橫梁采用內扣式放置，設計定位與加緊一體式結構，以產品2×￠60的大孔作為定位孔，定位夾鉗安裝在2×￠ 60的孔位置，與4點定位貼合，夾鉗易卡緊，定位穩定性高。定位方式如圖8所示。

圖8 定位方式

2.2.3 加緊方式

采用氣動加緊方式：用腳踩式踏板控制兩位五通閥，通過兩個氣缸同向運動，實現夾鉗對工件的加緊與松開兩種狀態。氣管路設計如圖9所示。

圖9 氣管路設計圖

2.2.4 結構方式

氣缸活塞桿上安裝夾鉗，借助鉸鏈機構，通過氣缸兩個方向的運動實現夾鉗對工件的加緊與松開兩種狀態。夾鉗結構圖如圖10所示。

圖10 夾鉗結構圖

2.2.5 注意事項

自動加緊專用鉆孔工裝的應用如圖11所示，此專用工裝零件裝卸方便，使用操作簡單，加工效率高。

圖11 自動加緊專用鉆孔工裝

由于現場作業空間受限，氣管路無保護裝置，一直處于外露狀態，易被鐵屑劃破漏氣。使用注意事項：

（1）在使用前檢查氣管路是否漏氣，如有漏氣需及時更換氣管。

（2）使用后及時清理鉆孔工裝上的鐵屑，盡量避免劃傷氣管。

（3）氣管的更換需要聯系專業設備維修人員更換。

3 結束語

設計方案一的鉆孔工裝：結構簡單，手動加緊，適合小批量橫梁鉆孔；設計方案二的鉆孔工裝：自動加緊，操作方便，適合大批量橫梁鉆孔加工。兩種方案對同類橫梁產品的加工都具有指導和借鑒意義。

Design of Special Drilling Tool for a Beam

LI Biyun, WANG Gang, LI Yongkang, LV Xiaozhen

( Shaanxi Heavy-duty Truck Co., Ltd., Frame Factory, Shaanxi Xi'an 710200 )

A crossbeam was optimized after mass production, with four mounting holes added. In order to quickly reflect the latest state of the product, we have carried out program analysis from the process and mold, and ultimately determine the design of a set of drilling tools to achieve the new state of products. This paper describes the design process of the drilling fixture in detail from the aspects of working principle, tightening method, positioning method and fixture structure. Through many on-site machining programs, the final design of drilling tooling operation is simple and can ensure stable product quality. This special drilling fixture has guidance and reference significance for the processing of similar beam products in the industry.

Beam; Location; Intensify

U466

B

1671-7988(2021)20-170-03

U466

B

1671-7988(2021)20-170-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.043

李碧云，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司車架廠，從事工藝技術工作。