加工汽车前桥U型螺栓紧固面优越性分析

加工汽车前桥U型螺栓紧固面优越性分析
安江龙;张国忠
【摘要】重型汽车前桥是汽车的主要部件,其U型螺栓的紧固可靠性非常重要,紧固螺母平面加工工艺性较差,常用标准结构锪钻加工操作繁复、生产效率低,刀具损坏频率高,产品质量得不到保证.本文详细分析了汽车前桥U型螺栓紧固面加工过程中的不同状态,对采用标准结构锪钻加工过程的缺点进行了剖析,介绍了一种与标准锪钻结构不同的新型锪钻结构,其结构简单、使用方便、生产率高,产品精度可有效保证,值得在此类产品加工中推广应用.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2010(000)002
【总页数】3页(P84-86)
【关键词】汽车前桥;U型螺栓平面;锪钻
【作者】安江龙;张国忠
【作者单位】山西北方风雷工业集团有限公司,山西,太原,030009;山西北方风雷工业集团有限公司,山西,太原,030009
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
重型汽车前桥钢板固定U型螺栓孔平面,是汽车减震弹簧装配必需的结构,它起着固定弹簧钢板,使其正确定位并与车桥连为一体的作用。

使用过程中,其紧固性、安全
可靠性是设计车桥时首要考虑的问题,也是加工工艺必需保证的参数。

虽然在整个
车桥的结构要素中它属一般参数,但其重要性却是不能忽视的。

下面就此孔平面的
加工工艺及其加工刀具的改进设计过程进行论述。

1 零件的结构分析
车桥钢板托紧固孔的结构形式,如图1所示。

图1 重型汽车前桥钢板紧固孔结构简图
车桥在设计时,从它受力的最佳状态考虑,一般都采用工字型结构,钢板固定孔设置在较宽表面上,使用中是用平头螺母将U型螺栓及钢板与车桥固紧。

由此可知,螺母端面与车桥孔端小平面A贴合面越大,紧固力越大,受力过程越不易松动。

其安全性就越高,这是设计者的最终目的。

但是,从图1可以看出,在工艺过程中,加工螺栓过孔可用夹具保证,以平面B、工字梁中心为定位加工。

它的尺寸精度及加工过程都是非常容易保证的,不存在工艺难点。

可是,紧固螺母是与B平面的下方A平面相接触,而工字梁设计及锻造过程中,两横
梁与竖梁的连接是圆弧过渡。

C面为斜面,设计中要求的平面 A是在此圆弧与斜面
上划出一个小平面并且要求此圆平面中心与螺栓过孔中心同心,一般不大于0.2 mm。

工艺过程要保证划出此平面只能采用从窄横梁方向向下加工。

刀具必需选用平面锪钻,而且必须用带前导向锪钻加工,以螺栓过孔定位。

工艺方法确定后,设计锪钻是非常重要的。

因为从零件结构来看,要加工圆平面A必须使刀杆让开工字梁窄横梁,否则就要干涉。

但是还不能用大直径锪钻从横向进给,
这是因为零件圆平面A的直径不但有尺寸限制,还要保证与螺栓孔的同心,因而进给方式只能是竖直方向。

可是小平面A的直径超过了窄横梁的尺寸,刀具的进给方式
受到制约。

另外,由于上下横梁间尺寸较小,加之过渡圆弧的影响,其空间非常有限,这给刀具设计及加工过程增加了很大的难度。

一般工厂都采用国家标准形式锪钻来加工。

2 用国标结构形式锪钻加工时的过程分析
用标准结构锪钻加工时,首先将带柄锪钻从横进给到两横梁间,再将前导向柱从B面的小孔中穿入安装到锪钻中,这种安装过程是麻烦的,而且一次安装准确性较差,因为操作者从下向上看困难较大,一般情况还无法观察安装状态,操作过程不但费时,而且劳动强度很大,生产效率受到了很大影响,使用过程中操作者的辛苦是不言而喻的。

为什么必须从下向上安装呢?因为上面已经讲过,工件两横梁间空间太小,如果先将导向柱装入刀体,刀具横向已不能进入加工空间,无法实现加工过程。

因空间的限制,一般锪钻切削部分的长度已经很小,加工的表面为毛坯面,而且是斜面,刀体强度较差,因此,受结构限制,只能从下面孔中向上安装。

由于以上诸多条件限制,导向柱结构设计基本定型,导向柱与刀体采用锥孔连接。

锥
体的尺寸只能小于螺栓过孔直径,才能保证安装,这样由于过孔较小,锥体尺寸也更小。

这种形式的锪钻在使用过程中,又出现了更大的难题。

首先,由于加工过程中,锪钻端面先与工件连接弧接触,再与斜面接触,刀具径向受力不平衡,振动现象严重,造成导向柱从刀体掉出。

既使不掉出,由于导向柱较细,强度不够,不能承受振动过程(断续切削)中的剪切力和切削力,折断现象和打刀现象不断发生,产品质量无法保证,刀具报
废的频次极高,使成本增加了许多。

锪钻由于导向柱锥体连接孔较小,刀具制造过程
中的加工难度提高了许多,而且加工精度不易保证,刀具成本也加大了许多,与导向柱配合精度降低又使其无法正常使用,以上这些状况严重影响了产品的工艺过程的合
理性,及生产率的要求。

改变刀具结构,设计一种加工该形状产品的新型锪钻是非常
必要的。

图2 锪钻结构简图
3 新结构锪钻的设计思路及设计过程
针对产品的结构特性和加工过程中出现的问题,加工小平面A的标准刀具结构确实
不能满足工艺过程及产品质量的要求,而新结构的锪钻的设计原则必须是在保证产
品工艺要求的前提下,克服刀具标准结构使用中出现的各种缺点。

在这种思想指导下,我们打破常规,对锪钻结构进行了大的改革,设计出了结构合理、使用方便、切削性能优良的新结构锪钻(见图2)。

该锪钻采用的是将刀杆与前导向制成整体,切削部分单独用内锥面与刀杆连接。

从图2中可以看出,刀具在使用时,将刀杆安装在机床主轴孔内,从工件侧面将刀体放入工字槽内,刀杆与刀体锥面自然定心,使前导向部分与已加工螺栓过孔配合,将机床主轴锁死,在销子的作用下,把切削力传递给刀体,从而达到切削目的。

此过程显然要比标准结构锪钻的操作过程简化了许多,工人操作简单,劳动强度降低,劳动生产率得以大幅度提高(一般可提高3～5倍),经济效益成倍增长。

为使这种结构的锪钻在生产中得到进一步推广,下面详细介绍锪钻结构设计过程中的各部分。

1)刀杆的设计首先要考虑刀杆颈部直径尺寸,它以工字梁小横梁侧面到螺栓过孔中心距离H(见图1)为半径,同时要考虑锻件毛坯公差和不发生干涉,此半径为刀杆的最大半径。

它的长度根据切削行程作图确定。

刀杆与刀体连接锥体的大端直径原则上与径部直径相同,因为 H尺寸一般较小,从刀杆强度考虑最佳。

锥体小端直径根据前导向直径确定,一般比前导向大1～2 mm,以保证刀杆与刀体的充分配合,锥体长度根据刀体实际尺寸来定。

为什么刀杆与刀体要用锥体配合呢?这是因为锪钻进给时,轴向力度要通过锥面来实现,它比其他传递方式更好、更可靠,锥体配合的定心精度高,只要内外锥接触面达60%,它就能达到配合要求,并且越用接触面越大,与直孔配合相比,优点在于它不存在径向间隙,不但使加工精度提高,而且减小了振动源,加工过程平稳性得以提高。

导向柱采用与刀杆整体式,解决了使用过程中标准结构从已加工孔内安装所造成的无法观察、难以操作等困难,同时克服使用过程中导向柱从刀体中掉出造成的诸多弊端。

由于与刀体连接锥体是以导向柱为基础向大径发展,锥体的原大径变成了小
径,强度得到了提高,剪切面的面积增大后,所承受的剪切力提高,减小了导向柱折断的可能性,消除了切削过程中振动造成的大波纹,产品质量得到了有效的保证。

刀杆在制造过程中,因其莫氏锥体、颈部、定位锥体、导向柱组成了一组同心体,精磨可一次保证其精度,工艺是非常优良的。

2)刀体设计
刀体设计中首先确定其厚度尺寸,它受到工字梁空间的限制,一般不宜过厚,要通过计算或作图的方法来确定其厚度尺寸。

刀体外径依据产品要求尺寸、精度来确定。

几何参数及刀体材料依据被加工材料来确定。

内锥孔尺寸根据刀杆锥体决定,并对刀杆锥体长度做出限制。

刀体要做出扭矩槽,其宽度根据刀杆销直径确定,深度应保证刀杆与刀体配合后,销子与槽底有较大的间隙,避免锥体配合不上的问题,其他参数根据具体情况确定。

4 结语
从以上结构分析可以看出,新结构的锪钻解决了标准结构锪钻加工车桥钢板固定小平面出现的各种问题,其结构合理性、制造工艺性、使用方便性比标准结构有了很大的提高。

经生产实际检验,新结构锪钻充分满足了产品的工艺要求,产品质量得到了保证,工人劳动强度大为降低,生产成本减小,劳动生产率和经济效益大幅度提高,是加工同类零件的最佳结构形式。

参考文献
[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社,1989.
[2]实用机械设计手册编写组.实用机械设计手册[M].2版.北京：机械工业出版社,1995.
[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社,2006.
[4]杜君文.机械制造技术装备及设计[M].天津：天津大学出版社,1998.。