輪轂加工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)*

胡思遠(yuǎn)，翟廣業(yè)

(山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，山西 太原 030000)

輪轂加工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)*

胡思遠(yuǎn)，翟廣業(yè)

(山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，山西 太原 030000)

輪轂是需要大批量生產(chǎn)的特殊中空類(lèi)零件，為了提高工件生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)用夾具，可以對(duì)工件實(shí)現(xiàn)可靠的夾緊定位。通過(guò)Pro/E軟件對(duì)專(zhuān)用夾具和工件進(jìn)行三維建模、Pro/Mechanica有限元分析，計(jì)算工件由于切削力產(chǎn)生的位移變形，證明了輪轂加工方案的可行性。

輪轂；夾具；有限元

Abstract: The wheel hub is special hollow parts in need of mass production, in order to improve production efficiency, a special fixture is designed to clamp the workpiece position reliably. The special fixture and workpiece are modeled by using Pro/E software，finite element analysis is done by using Pro/Mechanica software, the displacement produced by cutting force is calculated, which proves the feasibility of the hub processing scheme.

Key words: hub; fixture; finite element

0 引 言

合金輪轂由于較輕的重量，慣性阻力小，制作精度高，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的變形小，慣性阻力小，提高汽車(chē)的直線(xiàn)行駛性能，減輕輪胎滾動(dòng)阻力等優(yōu)點(diǎn)，占領(lǐng)了高配車(chē)型很大的市場(chǎng)[1-3]。由于輪轂是中空類(lèi)零件，加工過(guò)程中產(chǎn)生變形大，對(duì)夾具性能要求高。夾具分為通用夾具和專(zhuān)用夾具，通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。專(zhuān)用夾具是指專(zhuān)為某一工件的某道工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的夾具。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。本次輪轂加工使用通用夾具不能滿(mǎn)足形位公差的要求，必須要使用專(zhuān)用夾具進(jìn)行夾緊定位。

1 夾具設(shè)計(jì)

本次工件需要加工R170、R140外圓和兩外圓之間的過(guò)度面，R70、R64、R45、R37、R30外圓和外圓間形成的圓環(huán)端面。根據(jù)廠家要求，輪轂選用材料是鋁合金，硬度相對(duì)較小，為了減小輪轂在切削過(guò)程中產(chǎn)生的變形，應(yīng)該對(duì)工件進(jìn)行輔助夾緊定位。

1.1 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在輪轂的加工過(guò)程中，需要限制工件x、y、z軸的移動(dòng)和x、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)5個(gè)自由度，留z軸轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行回轉(zhuǎn)面的加工。本次專(zhuān)用夾具采用標(biāo)準(zhǔn)件三爪自定心卡盤(pán)對(duì)其進(jìn)行主要夾緊定位，設(shè)計(jì)一種由回轉(zhuǎn)盤(pán)、壓塊組成的專(zhuān)用輔助機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助夾緊定位。主、輔夾緊定位機(jī)構(gòu)配合使用，組成輪轂專(zhuān)用夾具，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。三爪焊接在回轉(zhuǎn)盤(pán)上，用來(lái)夾緊R70外圓，限制R70、R64、R45、R37、R30外圓除z軸轉(zhuǎn)動(dòng)副外所有自由度?；剞D(zhuǎn)盤(pán)上開(kāi)有3個(gè)空槽，用于嵌套三爪卡盤(pán)的卡爪，回轉(zhuǎn)盤(pán)限制中空工件z軸移動(dòng)，x、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)限制xy平面的位移變形。壓塊使用螺栓連接安裝在回轉(zhuǎn)盤(pán)上，用來(lái)壓緊輪轂上R170外圓，留z軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，工件與夾具的配合如圖2。

圖1 輪轂專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)圖 圖2 工件與夾具配合關(guān)系圖1.壓塊 2.自定心三爪卡盤(pán) 3.回轉(zhuǎn)盤(pán) 1.輪轂 2.輪轂專(zhuān)用夾具

1.2 定位基準(zhǔn)的選擇

選擇輪轂中心為定位基準(zhǔn)，輪轂左端面為輔助定位。用三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行定位，可以實(shí)現(xiàn)定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，提高精度。

1.3 夾緊零件部位選擇和夾緊力選擇

夾緊力的選擇要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)大小，用三爪盤(pán)夾緊輪轂R70小外圓，壓塊夾緊輪轂R170大外圓，夾緊力方向平行輪轂中心線(xiàn)，保證工件的正確定位，也減小薄壁零件的裝夾變形。

2 工件加工過(guò)程校核

2.1 車(chē)削切削力計(jì)算

切削力是整個(gè)工序中的主要參數(shù)，根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》表8-59[4]，輪轂材料是鋁合金，不考慮背向力和進(jìn)給力，只計(jì)算主切削力Fz。本次計(jì)算只考慮x負(fù)方向進(jìn)給的粗加工過(guò)程，查表8-50～8-61可求得切削力的公式及有關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 輪轂外圓車(chē)削要素

主切削力計(jì)算公式：

式中：CFc、XFc、YFc、ZFc是切削力計(jì)算得有關(guān)指數(shù)，查表8-59得，CFc=40,XFc=1,YFc=0.75,ZFc=0。

代入數(shù)據(jù)，得x軸負(fù)方向三個(gè)加工位置的切削力為：

R=45 mm時(shí)，切削力Fz=643 N

R=70 mm時(shí)，切削力Fz=828 N

R=170 mm時(shí)，切削力Fz=1 082 N

2.2 位移校核

首先使用Pro/E軟件對(duì)工件和夾具進(jìn)行三維建模,然后運(yùn)用Pro/M有限元分析軟件進(jìn)行位移分析，Pro/M是Pro/E軟件自帶的分析軟件，無(wú)兼容問(wèn)題，計(jì)算結(jié)果精確可靠。定義材料屬性：輪轂Al，其余零件選用steel；定義約束：在三爪盤(pán)背面固定x、y、z軸移動(dòng)和x、y軸轉(zhuǎn)動(dòng)；定義載荷：在外圓半徑為45 mm、70 mm、170 mm處分別施加與之對(duì)應(yīng)的y向載荷；最

后建立靜態(tài)分析任務(wù)并運(yùn)行。

2.3 顯示計(jì)算結(jié)果

工件、夾具的位移云圖如圖3所示。圖中所示三個(gè)位置最大位移量為0.05 mm。精加工后工件位移變化量更小。由上分析可知，工件完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖3 有限元分析位移計(jì)算結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)輪轂專(zhuān)用夾具，為實(shí)現(xiàn)輪轂大批量高效生產(chǎn)提供了技術(shù)保障；通過(guò)Pro/E軟件對(duì)夾具、輪轂進(jìn)行三維建模，運(yùn)用Pro/M對(duì)整體進(jìn)行有限元分析，計(jì)算工件產(chǎn)生的位移變形量，驗(yàn)證了本次加工方案的可行性。

[1] 張 總,張懷亮. 汽車(chē)鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝研究[J].新技術(shù)新工藝,2008(10):74-76+2-3.

[2] 朱利民. 汽車(chē)鋁輪轂先進(jìn)制造技術(shù)[J].輕金屬,2008(3):51-54.

[3] 鄭祥健,金龍兵,王國(guó)軍,等.鋁合金輪轂的生產(chǎn)和市場(chǎng)現(xiàn)狀[J]. 輕合金加工技術(shù),2004(7):8-11.

[4] 黃如林.切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

Analysis and Design of Hub Processing

HU Si-yuan，ZHAI Guang-ye

(ShanxiEconomicManagementPersonnelCollege,TaiyuanShanxi030000，China)

2014-07-01

胡思遠(yuǎn)(1987-)，女，山西太原人，碩士，助教，主要從事數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與技術(shù)研究。

TH161

A

1007-4414(2014)04-0158-02