汽車(chē)鐘形殼球面難加工？不夠圓潤(rùn)？

一往冇前

隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展,等速萬(wàn)向節(jié)的市場(chǎng)需求日益增加,產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)。

圖1 等速萬(wàn)向節(jié)

鐘形殼是等速萬(wàn)向節(jié)主要組成部分,其內(nèi)球面溝槽形狀特殊復(fù)雜,零件的生產(chǎn)批量大，但國(guó)內(nèi)有關(guān)鐘形殼的制造行業(yè)發(fā)展比較緩慢,存在生產(chǎn)成本較高、生產(chǎn)效率較低的缺陷。

在這里給大家分享一種提高鐘形殼質(zhì)量和生產(chǎn)效率的精磨夾具設(shè)計(jì)案例。

夾具設(shè)計(jì)方案分析

1. 某鐘形殼工件結(jié)構(gòu)模型

某鐘形殼模型如圖2所示,圖中可以看出鐘形殼外殼形狀比較復(fù)雜,6個(gè)球面溝槽平均分布在鐘形殼內(nèi)表面,要達(dá)到鐘形殼的加工精度、生產(chǎn)效率,就需要對(duì)加工設(shè)備提出較高的要求。

圖2 鐘形殼三維模型

2.工件自動(dòng)彈出機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

鐘形殼加工完成后,彈性?shī)A頭松開(kāi),但是工件大部分還留在夾具內(nèi)部,如靠人工取出比較麻煩,降低生產(chǎn)效率。

為解決土述實(shí)際問(wèn)題,設(shè)計(jì)了自動(dòng)彈出機(jī)構(gòu)，如圖3。導(dǎo)向套的存在,保證頂尖在中心線(xiàn)的位置移動(dòng),提高夾具定位精度。圓柱銷(xiāo)使頂尖固定在原來(lái)的位置,也能起預(yù)緊彈簧的用。精磨完成后,彈性?shī)A頭在油缸的作用下松開(kāi),工件在螺旋彈簧的作用下被頂出,減少取件時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。

圖3 自動(dòng)彈出結(jié)構(gòu)示意圖

3.不同尺寸零件加工輔助機(jī)構(gòu)

加工不同外圓直徑的鐘形殼時(shí),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是更換彈性?shī)A頭,操作繁瑣,耗時(shí)長(zhǎng),降低了工件生產(chǎn)效率。為了節(jié)省時(shí)間,提高效率,對(duì)此需要設(shè)計(jì)一個(gè)適用不同尺寸零件加工輔助機(jī)構(gòu)。

圖4 適用不同尺寸零件加工輔助結(jié)構(gòu)示意圖

見(jiàn)圖4,定位塊1可有效地調(diào)節(jié)鐘形殼和夾具之間的徑向間距,定位塊2可以調(diào)節(jié)軸向間距,能加工不同尺寸的鐘形殼,達(dá)到提高夾具通用性和工件生產(chǎn)效率的目的。

4.新型夾具總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1. 鎖緊螺母 2.碟形彈簧 3.拉桿 4.端齒盤(pán) 5.油缸

6.螺旋彈簧 7.頂尖 8.同步帶 9.彈性?shī)A頭 10.定位塊

圖5 新型夾具總體結(jié)構(gòu)示意圖

（1）調(diào)節(jié)鎖緊螺母1使碟型彈簧2產(chǎn)生一定變形量,彈簧片徑向脹開(kāi)產(chǎn)生的軸向力使彈性?shī)A頭9將鐘形殼夾緊；

（2）分度時(shí),油缸5松開(kāi),同時(shí)端齒盤(pán)4的移動(dòng)齒與固定齒松開(kāi),同步帶8帶動(dòng)鐘形殼轉(zhuǎn)動(dòng)分度,分度結(jié)束后,油缸夾緊,端齒盤(pán)進(jìn)行定位；

（3）工件完成加工后,彈性?shī)A頭松開(kāi),在螺旋彈簧6的作用下,頂尖7將鐘形殼頂出；

（4）調(diào)節(jié)定位塊10可加工不同外徑尺寸規(guī)格的鐘形殼。

此夾具能實(shí)現(xiàn)快速裝夾,自動(dòng)定心夾緊鐘形殼工件,定位精度高,加工完成后,自動(dòng)頂出工件,縮短土下料時(shí)間,提高鐘形殼工件生產(chǎn)效率。

彈性?shī)A頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上文提到的彈性?shī)A頭自動(dòng)定心裝置是利用圓錐形套筒的彈性變形引導(dǎo)工件自動(dòng)定心夾緊的裝置，彈性?shī)A頭是主要應(yīng)用元件。

設(shè)計(jì)彈性?shī)A頭時(shí),彈性部分的瓣數(shù)、厚度及直徑都會(huì)對(duì)工作性能起決定性影響。為了保證其工作性能良好，應(yīng)根據(jù)鐘形殼工件參數(shù)合理地設(shè)計(jì)彈性?shī)A頭的各主要尺寸。

圖6為一般標(biāo)準(zhǔn)的彈性?shī)A頭結(jié)構(gòu)。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)彈性?shī)A頭結(jié)構(gòu)示意圖

彈性?shī)A頭瓣數(shù)n需要根據(jù)所夾的工件直徑d來(lái)確定。

表1 彈性?shī)A頭瓣數(shù)選取

在通常情況,彈性?shī)A頭的彈性部分厚度取1.5~3mm,但由于鐘形殼直徑較大,為保證彈性?shī)A頭的彈性與強(qiáng)度,可取厚度為3mm。

最后，根據(jù)彈性部分厚度及夾具結(jié)構(gòu)允許的條件確定彈性部分直徑，當(dāng)然在設(shè)計(jì)直徑的時(shí)候，考慮彈性?shī)A頭與鐘形殼之間需兩邊各留5mm空隙放定位塊以方便加工直徑尺寸存在偏差的工件。

圖7 彈性?shī)A頭模型示意圖

彈性?shī)A頭靜力結(jié)構(gòu)有限元分析

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由于夾緊力產(chǎn)生的細(xì)微夾具變形和工件變形都會(huì)影響到工件的加工精度，鐘形殼球面溝槽精磨屬于高精度加工,對(duì)夾具抗變形力有較高要求。通過(guò)ANSYSWorkbench對(duì)彈性?shī)A頭進(jìn)行靜力學(xué)分析,分以下幾個(gè)步驟：

(1) 模型建立:在SolidWorks中建立彈性?shī)A頭和鐘形殼的模型,進(jìn)行裝配,然后導(dǎo)入ANSYSWorkbench中進(jìn)行有限元分析。

(2) 參數(shù)設(shè)定:采用六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格,最后生成的模型包含64048個(gè)單元,232690個(gè)節(jié)點(diǎn)。彈性?shī)A頭參數(shù)如表2所示。

表2 彈性?shī)A頭材料參數(shù)

(3) 約束和載荷的施加:在彈性?shī)A頭的彈性部分均勻施加夾緊力2083N,選擇除彈性部分的桿作為固定支承。

具體的應(yīng)力圖和變形圖如圖8和圖9所示。

圖8 彈性?shī)A頭應(yīng)力圖

圖9彈性?shī)A頭變形圖

從圖中可以看出：

1.彈性?shī)A頭的最大應(yīng)力為5.76MPa,發(fā)生在彈性?shī)A頭內(nèi)側(cè)底部,滿(mǎn)足材料強(qiáng)度、剛度條件；

2.彈性?shī)A頭的變形量最大為0.0129mm,發(fā)生在彈性?shī)A頭的彈性部分頂部,變形量從大端到小端依次變小，這也驗(yàn)證了有限元分析的正確有效性。

charlie909

這個(gè)零件批量大的都是自動(dòng)化流水線(xiàn)下來(lái)的，用的都是硬車(chē)硬銑，熱處理流水線(xiàn)、控傷、校正一起完成。本人給萬(wàn)向錢(qián)潮做過(guò)相關(guān)的設(shè)備及夾具

18137630758

charlie909 發(fā)表于 2023-7-17 12:57
1 T! ^6 x5 U6 f! {7 x- @這個(gè)零件批量大的都是自動(dòng)化流水線(xiàn)下來(lái)的，用的都是硬車(chē)硬銑，熱處理流水線(xiàn)、控傷、校正一起完成。本人給萬(wàn) ...

能細(xì)說(shuō)一下硬車(chē)硬銑嗎？我們這做釬焊的合金耐磨塊，需要銑曲面。平時(shí)加工的效率好低，請(qǐng)問(wèn)有沒(méi)有什么辦法提好效率嗎？
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charlie909

18137630758 發(fā)表于 2023-7-19 14:39
能細(xì)說(shuō)一下硬車(chē)硬銑嗎？我們這做釬焊的合金耐磨塊，需要銑曲面。平時(shí)加工的效率好低，請(qǐng)問(wèn)有沒(méi)有什么辦法 ...

使用五軸加工中心，使用球刀，分粗精加工替代原來(lái)的磨削加工，效率確實(shí)提高不少。我是2014年給他們做的項(xiàng)目。配套重慶長(zhǎng)安福特