李穎，王彤，靳蕊

（哈爾濱廣瀚動(dòng)力傳動(dòng)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

該零件為某型機(jī)械產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件之一，該類零件一般特點(diǎn)體積小、重量輕，以薄壁類零件居多，而薄壁類零件加工時(shí)容易受到徑向夾緊力的作用，易產(chǎn)生彈性變形，加工過(guò)程中工裝夾具的應(yīng)用是必不可少的，工裝的效果直接影響零件的加工精度，本文從實(shí)際加工效果出發(fā)，對(duì)工裝夾具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并用仿真分析的方法進(jìn)行驗(yàn)證，最終達(dá)到滿足圖紙要求。

1 零件結(jié)構(gòu)分析

零件總厚56（+0.1/0），最薄壁厚為4.15mm，壁厚比圓周為0.018，屬于薄壁件。如圖1所示，內(nèi)孔需要磨削加工，其公差為（+0.046/0），磨削內(nèi)孔時(shí)，零件裝夾易產(chǎn)生變形，增加了內(nèi)孔加工的難度，因此，加工過(guò)程中磨內(nèi)孔工裝的作用就顯得尤為重要。

圖1 零件實(shí)物圖

2 工裝使用效果分析

薄壁件磨內(nèi)孔時(shí)，需要利用工裝解決裝夾問(wèn)題，以免工件因徑向夾緊力作用而產(chǎn)生變形。工裝如圖2所示，為軸向壓緊工裝。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)使用工裝

該工裝是由1個(gè)胎盤，1個(gè)壓環(huán)、3個(gè)把緊螺栓和3組起支撐調(diào)節(jié)作用的螺釘、螺母組成，通過(guò)工件大端端面及外圓與工裝止口接觸實(shí)現(xiàn)定位，壓環(huán)內(nèi)圈壓住工件，壓環(huán)外圈安裝3組螺釘和螺母，螺釘頭部與胎盤接觸對(duì)齊，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺釘調(diào)節(jié)工件與壓環(huán)的接觸效果，用螺母鎖死固定，3個(gè)螺栓在壓環(huán)內(nèi)圈與外圈之間穿過(guò)壓環(huán)，將工件安裝固定在工裝上。四爪卡盤裝夾工裝，即可加工。

利用該工裝進(jìn)行磨內(nèi)孔加工，獲得的加工效果如下表所示，帶工裝加工狀態(tài)下，內(nèi)孔檢測(cè)結(jié)果均合格，卸下工裝后，自由狀態(tài)下內(nèi)孔檢測(cè)普遍存在超差現(xiàn)象。為了解決磨內(nèi)孔超差問(wèn)題，采用排除法查找原因，分析過(guò)程如下所述。

首先，將超差最嚴(yán)重的2#工件置于工作平臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)方法如圖4所示，工件兩端面平面度檢測(cè)結(jié)果分別是0.01mm，壓環(huán)壓緊處端面平面度檢測(cè)結(jié)果為0.015mm。

表1 內(nèi)孔尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 工裝工作狀態(tài)圖

圖4 檢測(cè)照片

同時(shí)，也對(duì)工件的軸向及徑向其他尺寸進(jìn)行了檢測(cè)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，從而推出工件自身?xiàng)l件很好。排除工件自身原因。隨后，將加工好的2_#工件重新安裝在工裝上，用四爪卡盤輕夾工裝，調(diào)節(jié)卡盤四爪進(jìn)行工件內(nèi)孔及端面找正，如圖5所示，內(nèi)孔跳動(dòng)+0.02/+0.015，端面跳動(dòng)0.005，夾緊工裝后，復(fù)查內(nèi)孔及端面跳動(dòng)，有0.01mm的變化。因人工施加的夾緊力沒(méi)有量化的控制，所以，每次作用在工裝上的力不同。

圖5 內(nèi)孔及端面跳動(dòng)檢查

在此基礎(chǔ)上，如圖6所示，重新找正工件夾緊后，跳動(dòng)值不變，重新測(cè)量工件的內(nèi)孔，其尺寸公差又恢復(fù)至帶工裝加工狀態(tài)下的檢測(cè)的數(shù)據(jù)，即尺寸公差合格。說(shuō)明作用在工裝上的徑向夾緊力，傳遞到了工件上。

圖6 加工狀態(tài)下內(nèi)孔公差檢測(cè)

將工裝連同工件一同卸下，工裝上的壓緊螺栓拆與不拆，復(fù)測(cè)工件內(nèi)孔公差相同，均超差。說(shuō)明工件螺栓把緊一端的結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，不會(huì)影響磨內(nèi)孔尺寸公差。

針對(duì)多個(gè)工件，進(jìn)行了重復(fù)的試驗(yàn)，得到的結(jié)果一致，說(shuō)明工裝的胎盤結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致工件內(nèi)孔磨削加工超差的關(guān)鍵因素。工裝胎盤在裝夾力作用的影響下發(fā)生了一定程度的變形，進(jìn)而導(dǎo)致工件彈性變形，加工狀態(tài)下能滿足圖紙公差要求，但工裝連同工件從機(jī)床上卸下后，工件彈性恢復(fù)，原本合格的內(nèi)孔卻超差了。因此，為滿足工件磨削加工精度，需要對(duì)工裝胎盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 工裝優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 UG模型建立

原工裝材料45鋼，其胎盤厚度為30mm，為減少因裝夾力帶來(lái)的工裝變形，進(jìn)而導(dǎo)致的工件彈性變形[1-2]，通過(guò)理論分析得知，影響結(jié)構(gòu)變形的兩大關(guān)鍵因素是材料和結(jié)構(gòu)。因此，新工裝選擇HT200作為工裝胎盤材料，并將其厚度從30增加至90。

3.2 ANSYS仿真分析

考慮系統(tǒng)內(nèi)存解算問(wèn)題，僅對(duì)新舊工裝胎盤UG模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置邊界條件，包括固定約束、裝夾力、離心力，模擬加工狀態(tài)，獲得的仿真結(jié)果如圖8、9所示。

圖7 新舊工裝UG模型

圖8 新舊工裝胎盤全變形云圖

從圖8新舊胎盤全變形云圖可以看出，舊工裝的最大變形量為1.6616e-7m，且集中在端面安放工件的止口位置，徑向方向占據(jù)了整個(gè)胎盤1/3的體積，而新工裝的最大變形量為1.6137e-9m，比舊工裝的變形量減少了2個(gè)數(shù)量級(jí)，最大變形位置遠(yuǎn)離端面安放工件的止口位置，徑向方向占據(jù)了整個(gè)胎盤1/10的體積。

綜上仿真結(jié)果的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)新工裝胎盤在夾緊力作用下的變形不會(huì)傳遞到工件上，某種程度上可以明確新工裝胎盤的有效性，對(duì)新工裝胎盤進(jìn)行了實(shí)體加工，并與原工裝中除工裝胎盤以外的其余零件進(jìn)行裝配，如圖9所示。

圖9 磨序新工裝照片

如圖10所示，將新工裝應(yīng)用到磨削內(nèi)孔加工過(guò)程中。裝夾、找正、磨削。經(jīng)過(guò)多次加工，驗(yàn)證了該工裝有效可行，能夠保證棘輪內(nèi)孔公差尺寸及粗糙度要求。

圖10 新工裝照片

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化后的工裝解決了磨削內(nèi)孔尺寸超差的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)磨序合格率達(dá)100%。利用UG軟件建模及ANSYS仿真軟件進(jìn)行分析的方法，可驗(yàn)證新工裝的可行性，對(duì)生產(chǎn)加工其他類似零件具有一定的指導(dǎo)意義。