加工发动机缸盖自动化夹具的研发及有限元分析

2016-08-08关国玉吕文鹏

大科技 2016年3期

关键词：缸盖刚性夹具

关国玉刘伟吕文鹏

（辽东学院机械电子工程学院 118000）

加工发动机缸盖自动化夹具的研发及有限元分析

关国玉刘伟吕文鹏

（辽东学院机械电子工程学院 118000）

加工发动机缸盖自动化夹具可以较好地满足零部件对于高精密、高刚性的要求。新型缸盖自动化夹具通过有限元技术的运用，可以很好地发现夹具设计的缺陷，对夹具最大变形量较大问题进行针对性解决，满足加工效果的同时也满足了产品对于精度的要求。

加工发动机；缸盖自动化夹具；有限元分析

随着经济建设速度的加快，我国汽车工业也得到了很大的发展。汽车零部件铸造领域越来越向着精度化、速度化和效率化的趋势发展，只有这样才能更好地适应市场上对于汽车零部件的需要。加工发动机缸盖自动化夹具可以较好地满足零部件对于高精密、高刚性的要求。本文将对加工发动机缸盖自动化夹具进行分析，希望为汽车工业的更好发展提供帮助。

1 产品精度要求

汽车工业中，传统的多轴箱卧式砖塔机床的特点比较明显，能够实现高精度作业，但其切削的力量不好掌握，同时对于零件的姿态要求也较高。目前比较具有推广价值的是发动机缸盖自动化夹具，该夹具对切削力有很强的抵抗作用，同时可以有效地满足柔性化需要，对刚性也有一定的增强作用。

1.1 产品具有的特征

发动机缸盖自动化夹具对于精度有着较高的要求。缸盖的主要材料为铝合金。

1.2 加工情况

由于加工情况较复杂，现以一个加工工位的具体情况进行举例。该工序主要进行的是缸盖螺栓孔加工。在进行加工前，缸盖的形式为实体，没有铸孔。根据富士刀具产品样本提供的切削参数可以计算出总的切削推力，总的切削推力Tc为1425kgf[1]。

2 夹具的有限元技术分析

2.1 早期夹具的有限元技术分析

夹具的发展时间并不是很长，早期夹具在可换箱式砖塔机床中有很好的应用，在托盘上固定缸盖，进行加工的时候，技术人员要确保夹具将输送托盘夹紧。在实际工作中，经常出现达不到产品要求的情况，例如加工位置尺寸出现超差的情况，形位公差和要求具有一定的差距。通过研究发现，这些问题产生的原因主要是由于切削推力较大导致的。在进行切削加工的时候，夹具产生的切削推力不能很好的掌控，如果出现切削推力较大的情况就会导致夹具出现变形的情况。早起夹具如图1所示。

图1 早期夹具示意图

下面通过有限元分析技术对早期夹具进行分析。有限元技术应用的基础条件是：①进行静态分析模拟；②夹具材质为HT250；③夹具用于固定的平面为水平转台平面；④受力点有四个，总计受力1426kgf。根据研究可知，当总受力为1426kgf的时候，夹具能够达到的最大变形量是0.248mm。可以判断出，早期夹具超差情况的产生是由于切削推力较大，从而导致夹具发生变形。

2.2 新型夹具的有限元技术分析

新型夹具在早期夹具的基础上进行了优化设计。早期夹具的尺寸较高，缸盖的位置一般在夹具的中上部位，这只有后果设计导致夹具的整体力矩较大，夹具容易产生变形。当夹具处在最顶端的时候也就是夹具变形量达到最大的时候，所以优化夹具顶部刚性承受能力，对于夹具的技术革新具有重要作用。

新型夹具和早期夹具相比，其对夹具上端刚性承受能力较弱的缺点进行了优化，增强了夹具上方固定能力。同时新型夹具在数控转台帮助下，从而使夹具可以任意回转。具体做法是在夹具上方增加固定支架，固定支架保持和转轴相连，有效提高了夹具刚性承受能力[2]。加工过程差生的切削推力被成功分割，有夹具本体和支架进行分担，当达到夹具顶端的时候，夹具的最大变形量大幅度变小。下面通过有限元技术进行具体分析。有限元分析基础条件为：①进行静态分析模拟；②夹具和支架材质均为HT250；③固定的平面为水平转台平面和支架安装的平面；④受力点有四个，总计受力1426kgf。

当受力综合为1426kgf的时候，最大变形量仅为0.0276mm，这一数据和早期夹具的最大变形量相比小了将近十倍，从而大大提高了夹具刚性承受能力[3]。另外，新型夹具在精度上也可以很好地满足缸盖产品加工的要求。