一种平面多孔钻模的设计研究

安宗娅

摘 要：对一种三轮汽车差速器壳体进行了工艺分析，并叙述了一种平面多孔钻模的设计过程。针对差速器壳体批量生产后，其大平面钻孔采用先划线确定孔的位置再使用摇臂钻钻孔加工的方法效率低下问题，工艺人员采用了用工艺经验结合solidworks软件分析的方法，设计了一种平面多孔钻模。该钻模结构简单，制作周期短，有效的提高了生产效率和产品质量。

关键词：差速器壳体;多孔钻模;结构简单

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.29.107

0 引言

一种三轮汽车差速器，其差速器壳和差速器盖结合大平面上有多个连接孔，生产前期采用划线法确定孔位置再使用摇臂钻钻孔的方法加工，生产效率低。因为公司批量生产需要，特设计此钻模，此钻模可以在零件装夹后，使用摇臂钻床一次性钻出差速器壳体大平面上多个螺栓连接孔及销孔底孔。

1 工艺分析

1.1 设计图纸分析

差速器壳体（见图1）毛坯件为材料为QT450的铸件，机械加工前进行热处理，硬度达到HBS165-240。设计图纸上与本次设计钻模相关的设计尺寸分析如图1。

该差速器壳体的大端面与差速器盖的大端面相接组合，两零件相接端面相对于主轴线的跳动分别为0.03和0.05，粗糙度为3.2。两零件以φ150H7h6圆面配合连接，两配合圆面相对于主轴线的同轴度都为0.03，加工深度分别为5和6，粗糙度为3.2。零件主轴线上的最小通孔为φ42，粗糙度12.5。差速器壳大端面到小端面之间的尺寸为128。最低面粗糙度为3.2。

1.2 加工工序

差速器壳体加工工序如下：

工序一：以外圆φ65k6加工前的毛坯外圆面及小端面为基准装夹，留余量粗加工出φ210及φ150对应的大端面系列尺寸。

工序二：以上序粗加工出的φ210外圆及端面为基准装夹，加工出外圆φ65k6对应的小端面系列尺寸及外圆系列尺寸。

工序三：以上序加工出的φ65k6外圆及其端面为基准装夹，精加工出φ210及φ150对应的大端面系列尺寸，以及内圆系列尺寸。

工序四：以φ150内圆面及两端面为基准装夹，钻8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

工序五：以φ150内圆面及两端面为基准装夹差速器壳和差速器盖，用铰刀配铰出销孔4-φ10+0.012-0.010。

工序六：以主轴线及两端面为基准装夹，钻铰出φ28H8。

工序七：以主轴线及两端面为基准装夹，插出φ28H8孔上的键槽。

1.3 钻模加工内容

本次钻模设计对应的差速器壳体加工工序为工序四。选用高速钢钻头，以φ150内圆面及两端面为基准，钻8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

2 钻模设计

2.1 钻模设计思路

本次钻模设计对应的差速器壳体加工工序为工序四，以φ150内圆面及两端面为基准，钻8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。

钻头导向使用固定钻套导向方式，钻套与零件加工面剪间隙为零。

钻模固定采用中心螺杆套合钻床工作台夹紧的方式。

2.2 钻模组成

钻模由用以保证钻头导向的鉆模板，用以零件装夹的中心连接螺杆、开口垫圈、带肩螺母，及用以避免差速器壳和差速器盖加工时旋转的销组成。

钻模板由把手、钻模板及钻套组成。

2.3 钻模组成件材料选择

钻模板由把手、钻模板及钻套组成。钻模板与把手组成钻模板焊合件，为了保证机械加工性能及焊接性能、使用性能，钻模板及把手的材料选用了常用的Q235B。钻套材料选用了耐磨性好的T10A，钻套长度16毫米，壁厚6毫米。

中心连接螺杆选用45钢调质处理。带肩螺母及开口垫圈选用45钢。

销选用45钢调质处理。

2.4 主要零件设计过程

该钻模设计过程中，中心连接螺杆起到将零件固定装夹在摇臂钻工作台上的作用。中心连接螺杆的设计要求是，其最大外径小于零件主轴线上最小通孔，其下部偏方可以从工作台侧面套入T形槽下部，但又不会随着螺母的拧入而连续旋转。

在设计之前，首先实测了公司现有的几种摇臂钻工作台T形槽尺寸。然后确定了中心连接螺杆的最下部扁方形的设计尺寸。T型槽为倒T型，下部槽宽L3为30到36毫米，下部槽高h为13到15毫米，颈部宽L1为17到22毫米。扁方形的颈部设计尺寸φ16小于T形槽宽度L1，尺寸10小于T形槽下部高h，尺寸28小于T形槽下槽宽L3，尺寸φ38大于T形槽下槽宽L3。钻模组装后，中心连接螺杆可以套入T形槽下部，但又不会随着螺母的拧入而连续旋转，实现了设计要求。

2.5 零件受力分析

根据钻孔切削力经验公式Ff=309Df0.8KP，切削力矩经验公式

M=0.12D2f0.8KP

M—切削力矩（Nm）;

Ff—轴向切削力（N）;

D—钻头直径（mm）;f—每转进给量（mm）;Kp—修正系数。

钻孔时钻头直径选择12.5，每转进给量选择0.13，修正系数选择0.13。通过计算可得钻孔切削力为579N。切削力矩为2.8N·m。

钻模加在零件上的重量为6.4kg。而零件材料QT450的抗拉强度 σb （MPa）：≥450;条件屈服强度 σ0.2（MPa）：≥310。

通过将计算值代入SolidWorks软件，对加工零件受力情况进行分析（见图2）。可知模具工作时，零件承受最大屈服力为4MPa，小于零件材料屈服强度;零件最大变形位移为2.8×10-3mm，可接受。通过分析得知，该模具的设计满足零件加工要求。

2.6 钻模效率对比

第一，该钻模设计前，差速器壳体加工工序四，钻孔采用先划线确定孔位置，再利用摇臂钻钻孔的方法加工。使用钻模后，每个差速器壳体在工序四省去了划线工时27分钟，缩短了加工时间，提高了生产效率。

第二，使用划线法找位置再钻孔的方式加工零件时，受划线工具影响，孔在平面上的位置尺寸φ190的公差为±0.3毫米。采用该钻模后，位置尺寸φ190受钻模控制，其公差精确到±0.1毫米。

第三，使用划线法找位置再钻孔的方式加工零件时，由于摇臂钻钻头钻孔时有晃动，8-φ12.5通孔及4-φ9.5通孔的尺寸公差为0～+0.5毫米。采用该钻模后，由于钻套的导向作用，钻头的晃动得到了控制，8-φ12.5通孔及4-φ9.5通孔的尺寸公差提高到0～+0.2毫米。可见，使用钻模后，零件的加工精度得到了提高，有利于后续装配。

3 钻模应用

该钻模总成图（见图3）如下。其使用步骤为五步：首先将中心连接螺杆套入摇臂钻工作台T型槽中，拧入带肩螺母。第二步，将差速器壳套入中心连接螺杆。第三步，将带有销的钻模板套入中心螺杆，并使得钻模板与差速器壳φ150内圆面及大端面接触。第四步，安装开口垫圈，并拧紧带肩螺母，利用钻模板自重及螺母拧紧力夹紧零件。第五步，开动摇臂钻床，钻零件上8-φ12.5通孔及4-φ10+0.012-0.010底孔4-φ9.5。一个零件加工结束后，首先拧松带肩螺母，然后取掉开口垫圈，取掉钻模板，取掉钻好孔的零件，再安装下一个零件进行加工。

4 结束语

该钻模结构简单，制作周期短。相对于先划线确定孔位置，再利用摇臂钻钻孔的加工方法，采用该钻模后，孔的加工精度及加工速度都得到了提高。该钻模的应用解决了公司批量生产差速器壳及差速器盖效率低下的问题，满足了设计目的。

参考文献

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