第36卷第4期 拖拉机与农用运输车 V o. l 36N o . 42009年8月 T racto r&F ar m T ransporter A ug . , 2009
拨叉加工工艺研究
易 明, 王学军, 王建明, 郭杏虎
a
a
b
a
(中国一拖集团有限公司a . 第一装配厂; b . 工艺材料研究所, 河南洛阳 471004)
摘要:通过对一拖F i at 拖拉机变速箱高低挡拨叉的加工工艺分析, 查找出问题的原因, 并通过工艺优化试验和改进试验的研究, 验证了新工艺的优点。此工艺改进对拨叉类零件加工具有一定的借鉴性。
关键词:拨叉; 加工工艺; 质量; 效率
中图分类号:S219. 06 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2009) 04-0113-04
Devel o p ment of P rocessing Techni c f or Shift Forks
YI M ing , WA NG Xue j u n , WANG J i a n m ing , GUO X ing hu
L uoyang 471004, Ch i na)
a
a
b
a
(a . F i rst A sse mb l y P lan t ; b . T echno logy &M aterial R esearch Institute , YTO G roup Co rpo ra tion ,
Abstr ac:t T he paper ana lyzed the m ach i ning process o f fi a t trac t o r gearbox high lo w s h ifter fork . T he reasons of the
prob l em are found out , and the process opti m ization test and i m proved exper i m enta l st udy on t he gearbox high lo w sh ift fork a re carr i ed on , the advantages o f the ne w m ach i ning process are ver ifi ed . T h i s pro cess i m provem ent has certa i n re ference to t he m ach i ning pro cess for fork parts .
Key wor ds :Sh ift f o rk ; M achi n i ng process ; Q uality ; E ffic i ency
1 问题提出
一拖公司生产履拖、轮拖拨叉已有50多年, 拨叉类零件品种、规格繁多, 但加工工艺一直沿用20世纪50~60年代的工艺技术。由于劳动力市场的价值变化以及产品要求多样性的需求, 致使生产成本高、效率低、质量不稳定。随着科技的进步, 大中轮拖的性能和品质的不断提高, 对拨叉的要求也越来越高, 沿用传统的加工方式保证产品要求的成本越来越高, 有必要研究应用新的工艺方法加工拨叉。
2 结构特点
拨叉是一种薄壁三叉型结构。它一头是与滑杆联接的圆柱凸台滑杆孔, 而另一头则是拨动滑动齿轮(或啮合套) 的拨叉叉口。为了保证拨叉与滑杆的相对位置和正确连接, 在F i at 拖拉机变速箱滑杆孔上设计有 5H 12的弹簧销孔, 其工艺简图如图1所示。其叉口侧面对称中心与滑杆及相配合定位销孔的形位误差大小对变速齿轮的位置能否正确转换,
起着关键作用。
图1 高低挡拨叉(零件号5125823) 工艺简图
Fig . 1P r ocess D iagra m of H i g h lo w Shif t f ork(5125823)
收稿日期:2009-02-20; 收修改稿日期:2009-03-09
拖拉机与农用运输车 第4期2009年8月
3 工艺性分析
拨叉类零件在产品结构设计时受滑杆与齿轮轮毂的距离(即变速拨叉的工作距离) 以及齿轮箱位置空间的限制, 一般采用薄壁叉杆型结构。目前, 拨叉的毛坯类型通常为模锻件(也有为熔模铸件), 加工面要求有相互空间尺寸关系, 但自身结构工艺性差。
从拨叉设计的结构工艺性来看, 工件的刚性差, 受力后容易发生弹性变形; 加工基准选择范围小, 造成工艺设计和制造加工困难, 如:Fait 拖拉机变速箱高低挡拨叉(零件号5125823, 参见图1), 只有两个约10 33mm 2的小平面(两个面不相连, 相距约70mm ) 和 16孔可以作为基准面, 选择范围较小。其材料为45钢, 工件的主要截面厚度为7mm, 薄弱处宽度约为20mm, 长度约为240mm, 工件受力后容易发生弹性变形, 同时, 产品设计时, 为了提高其抗变形能力, 在壁的一侧设计有一定高度的加强筋, 从而使该类零件没有一个较为平整的基面可用来选作粗基准, 这就给精基准的加工带来了较大困难。
另外, 拨叉叉口的设计基准往往用拨叉的滑杆孔, 两者距离较远, 在加工时为了保证两者的相互位置, 一般采取互为基准的定位方式进行工艺设计。在加工过程中, 定位精度一方面容易受夹紧力的作用导致薄壁件自身变形的影响, 另一方面, 由于两者距离较远, 定位面又相对较小, 导致定位面误差的比例放大效应严重影响了定位的准确性。拨叉件为了保证其在机构中安装后的使用性能, 零件规定了滑杆孔与叉口侧平面允许的垂直度为0. 2mm 以及 5mm 销子孔与叉口平面的位置尺寸。对刚性较差的拨叉来讲精度要求相对较高, 而这些关键的质量要求在加工中难以保证。
从传统工艺热处理前半成品检验单统计中可以看出:拨叉两侧面对 16孔的垂直度最大值1. 2mm; 拨叉两侧面的平面度最大值为0. 42mm (零件的技术要求垂直度0. 2mm 和平面度0. 1) 。造成此主要是由于锻造的工艺条件限制, 毛坯本身精度差, (毛坯图技术要求中主要定位表面允许平面度0. 7), 造成加工复映现象严重。
2) 粗基准使用次数多, 产生的定位误差大。传统拨叉加工工艺主要是由每套夹具确保工件的加工面的位置方式而组成的流水作业形式, 由于普通机床功能单一, 加工中需要依赖传统工装夹具对工件准确定位才能保证相互位置, 所以工件在加工过程中要多次重复和反复定位装夹。5125823拨叉粗基准使用4次(5序、10序、15序、20序), 直接影响工件的加工质量。传统的工艺方案满足了大批量单一生产的零件加工方式, 忽略由于多次装卸定位而产生的累计定位误差。
3) 叉口侧面与 16滑杆孔的垂直度0. 2mm 保证困难。该面是在专用夹具上以 16孔和另一毛坯侧面定位, 为了增加工件的刚性特设辅助支撑机构支撑拨叉凸台面, 在平面磨床上完成加工。但辅助支撑的支点高度是靠经验人工调整, 导致叉口平面对 16孔的垂直度0. 2mm 超差较多, 需要人工校正来弥补。
4) 由于叉口侧面的加工精度差及定位误差影响, 导致叉口侧面
0. 1
厚度8--0. 2尺寸合格率低。
受力变形, 同时受切削力的作用工件也会发生变形, 使其精度难以保证。该拨叉加工线热处理前半成品检验单统计结果见表1。
表1 传统拨叉加工线热处理前半成品检验单统计Tab . 1C h eck list S t atistics o f Ha lf fin i s h ed P r oduct s i n Traditi o na lFork lin e
mm
序号检验内容项次合格率/%最小值最大值公差波动值123456
0. 040孔径 16++0. 005
0. 60圆弧尺寸 90++0. 38
100
100806700
16. 00590. 464. 987. 810. 430. 15
16. 040
90. 535. 117. 911. 200. 42
0. 035
0. 070. 130. 101. 200. 42
孔径 5+0. 12
0. 1叉口厚度8--0. 2垂直度0. 2
平面度0. 1
4 传统加工工艺
下面以5125823拨叉为例, 对拨叉的加工工艺进行分析说明。4. 1 毛坯现状
根据毛坯图的要求, 对毛坯的主要尺寸和叉口侧面的平面度进
1. 5
行检测, 其左拨叉头、右拨叉头、圆台厚43+-0. 5的值基本合格, 但毛坯
的叉口侧面的平面度误差较大, 由于现在公司的锻造能力难以提高现有的精度水平, 毛坯平面度一般在1~1. 5mm 之间, 通过校正保证毛坯平面度小于0. 7mm 。4. 2 工艺流程
拨叉材料:45钢, 毛坯硬度217~255H B , 叉口表面淬火硬度52~57HRC 。
0序 校正毛坯叉口定位基准, 保证平面度小于0. 5mm 。05序 立式钻床/Z5140B 钻孔 13, 扩孔 15. 7, 铰孔
0. 040
16++0. 005。
5) 由于叉口侧面与 16滑杆孔的垂直度较差, 引起的定位误差难以保证 5孔到叉口侧面的位置度 0. 10。 5孔加工时, 需全部挑选, 是靠经验分组调整夹具上的垫片来保证孔距的。
6) 更换品种调试效率低, 在制品数量多。多品种加工工艺由多台普通设备和专用夹具等组成, 工序分散, 工序间通过更换夹具和刀具等实现多品种生产, 造成更换品种调整时间长、试切加工烦琐等缺点, 且一个品种一般需用7~8套夹具, 使需要存放夹辅具的辅助面积也大。
7) 校正工序多。按照原工艺很多工序加工完后, 工件需要多次靠冷校来保证工件的形状和位置精度。一般拨叉加工时, 需要校的地方有:毛坯校正、粗磨前校正、镗孔前校正、精磨前校正、热后钻孔前校正, 磷化后校正。5125823实际劳动定额时间是64. 117m i n /件, 技术定额时间是34. 42m in /件, 多出的时间为工序加工时附带的校正时间。同时, 有的拨叉冷校量过大, 使零件内部形成较大的内应力, 在储存和运输过程中可能出现弹性恢复造成新的变形超差现象。
由此可见, 传统工艺很多工序需要靠经验调整来保证拨叉的尺寸精度, 导致拨叉合格率和劳动效率都较低, 使用过程中也将影响拖拉机的装配质量和使用性能。
10序 立式钻床/Z5140A 锪平面42 0. 3, 两孔端面倒角1 45 。15序 矩台式平面磨床/MM 7132A 校正、磨叉口一侧面, 保证
尺寸12 0. 3。
0. 60
20序 普通车床/CY6150 校正、车圆弧尺寸 90++0. 38, 车叉口
0. 1
侧面保证尺寸8-. 7(最小), 叉口两侧倒角0. 8-0. 2和 100
45 , 夹具保证176 0. 2mm, 96 0. 15mm 。
25序 热处理。
30序 卧式铣床/XA6132 铣小凸台, 保证尺寸14 0. 1。35序 钳工台 校正垂直度0. 2。
0. 12
40序 立式钻床/Z5125A 钻 5+. 1, 0孔, 保证尺寸15. 3 0
保证位置度 0. 10。
45序 去毛刺和清洗及磷化处理。50序 校正。50J 序 检验。4. 3 存在的问题
1) 由于工件的结构特性, 本身刚性差, 定位夹紧时容易引起工件
5 新加工工艺设计思路
1) 采用适当的辅助支撑提高工件加工刚度, 同时减少毛坯的误差复映现象对加工精度的影响。为了防止毛坯定位面的不平引起的定位夹紧误差复映到加工中, 且防止过定位的发生, 要选用辅助支撑。
2) 增加夹具刚性, 消除切削力对加工的影响。新工艺用铣替代粗磨, 可提高效率, 通过试验证明:夹具刚性好, 可以减少切削力对加
易 明等:拨叉加工工艺研究
工的影响。
3) 减少装夹次数, 达到保证工件位置精度要求[1]。在加工工艺研究中, 主要解决重复定位、粗基准多次使用等问题, 确保工件的基准精度满足下一道工序的要求, 尽量采用工序集。即在每道工序中, 工件仅需一次装夹, 便可完成全部加工内容, 减少基准转换产生的误差。
4) 设计夹具时, 注意定位点和压紧点的设计。拨叉锻件毛坯相当于薄壁弹性钢板, 钢板本身曲折不平, 压紧一个夹紧点实际约束了一个面。另外定位点和压板的压紧点要对应, 接触面积要适当, 即要保证定位的有效性, 又要防止工件的定位夹紧面在夹紧力的作用下产生的变形, 尽量减小由于工件定位点区域的不平使夹具的压板压迫形成的工件弹性变形量。
5) 利用数控加工技术不仅可以消除人为因素造成的质量问题, 而且提高生产效率
[1]
台面, 并倒角。
15序 去毛刺, 清理铁屑。20序 热处理。
0. 12
25序 铣小凸台, 钻 5+. 3 0. 1, 保证位置 0孔, 保证尺寸15
度 0. 10。
30序 磷化。35序 校正。35J 序 检验。
按新工艺试验了一批5125823, 热处理前项次合格情况统计结果见表2。
表2 新工艺加工热处理前主要项目项次检验结果统计 Tab . 2Check St a tisti c s o f N e w Process bef o r e H e a t Treat ment mm 序号检验内容项次合格率/%最小值最大值公差波动值123456
孔径 16++叉口厚度
0. 040
0. 005
[**************]
16. 0055. 087. 8190. 460. 100. 07
16. 0405. 097. 9190. 480. 270. 17
0. 0350. 010. 100. 020. 270. 17
。传统工艺很多工序需要靠经验调整加工, 质
孔径 5+0. 12
0. 18--0. 2
0. 60
0. 38
量的稳定性与人的经验、情绪, 操作有很大关系, 而数控技术依靠系统软件的程序来保证尺寸的稳定性, 从而消除了人为因素造成的质量不稳定, 同时数控系统能够自动选择、更换刀具, 自动改变主轴转速和刀具进给量等, 并按照已设定好的程序对工件不同加工部位进行铣、钻、镗、铰、攻丝等加工, 极大地提高了生产效率。
6) 数控加工有一定柔性, 更换品种较为方便
[1]
圆弧尺寸 90++
垂直度0. 2平面度0. 1
从表2中可以看出, 用新工艺加工一批拨叉半成品与传统拨叉加工线半成品检验单的项次合格统计(见表1) 相比较, 品质虽然得到很大提高, 但还存在一定的拨叉变形。为了弄清拨叉加工产生变形的原因, 探索减小变形量的方法, 以某机型 - 挡拨叉进行了试验。在立式加工中心机床上采用多工位夹具方式加工, 消除了夹具刚性不好和夹紧变形的问题。从试验结果统计看, 拨叉半成品垂直度和平面度的项次合格率达到91%。由于毛坯本身铸造精度影响, 需要通过少量的校正, 项次合格率可达到100%。此次试验取得了较好效果。
。其适应订单式
生产, 可增强企业针对市场需求变化的快速应变能力。
6 新加工工艺流程
下面是零件号5125823在立式加工中心机床上使用A 轴回转方式加工的新加工工艺流程。
05序 毛坯校正。
10序 立式加工中心机床/XKA715C 铣两叉口面和一圆台
0. 600.
面, 镗 90+. 4孔和镗 16++0. 38两圆弧面, U 钻 15+0.
040
005
孔, 并倒角。夹具翻转180 , 铣另一侧两叉口面和一圆7 某机型 - 挡拨叉(图2)
新加工工艺流程
图2 - 挡拨叉试制工艺简图
Fi g . 2D i a g r a m o f Tri a -l pro duction P rocess f or - Fork
05序 钳工台 检验并校正毛坯两爪面至平面度0. 3。
10序 立式加工中心机床/XKA715C
工步1 以右侧面及工件外形定位, 铣左叉口侧面及两
叉口面, 保证尺寸5. 5, 叉口侧面留余量0. 4。
0. 15
工步2 在 44中心孔处钻孔 29. 5+ 0, 镗孔到 30
0. 15, 26. 84 0. 15。
工步4 以左叉口侧面和30孔及一叉口面定位, 铣右叉
口侧面, 保证叉口侧面留余量0. 4, 孔口倒角0. 5 45 。
工步5 叉口处倒角1 45 。
15序 校正, 保证叉口侧面对孔中心线的垂直度要求。20序 热处理。
0. 016, 孔端倒角0. 5 45 。
工步3 铣两叉口面, 保证尺寸157.
0. 35
5++0. 15,
146. 231
拖拉机与农用运输车 第4期2009年8月
0. 1
25序 精磨叉口一侧面, 保证10. 5+ 0, 精磨另一侧面, 保证爪
8 结论
新工艺利用数控加工技术, 采用工序集中和合理配置夹具, 使加工变形量明显减小, 校正工作量减小, 加工效率显著提高, 合格率提升, 消除了人为因素造成的质量问题。新工艺还可减少在制品数量, 缩短交货周期; 实行一人多机操作, 提升人员劳动效率。另外, 数控加工过程应尽量采用一次装夹后自动完成整个程序加工, 以避免程序中间出现人工补充操作动作的失误引起机床撞车事故的发生。参考文献:
[1] 机械加工工艺手册编辑委员会. 机械加工工艺手册(第3卷) [M ].北
京:机械工业出版社, 1992.
(编辑 郭聚臣)
厚
0. 1
10--0. 2。
30序 立式加工中心机床/XKA715C
工步1 以 30孔、右侧面定位铣22凸台, 保证尺寸
28 -00. 3。
工步2 钻底孔 10. 8, 倒角, 攻丝M 12 1. 25-6H 。
45序 去毛刺, 清洗。45J 序 检验。50序 磷化。
55序 对磷化后的变形量进行校正, 保证叉口垂直度合格。55J 序 检验、入库。
(上接第110页
)
6 结论及进一步工作展望
1) 单拐和整体曲轴的应力分析结果相似, 但在数值上偏大, 显然若以单拐为计算模型不仅可以减少计算量, 而且更为保险。
2) 选取适当的圆角参数能明显地减小圆角处的应力, 从而提高曲轴强度。通过安全系数计算, 可以看出此曲轴能完全满足要求。
3) 今后若要加大发动机的功率, 将在优化的圆角参数的基础上对曲轴圆角进行滚压, 因而需要进一步分析滚压参数对曲轴疲劳强度的影响。参考文献:
[1] 万欣, 林大渊. 内燃机设计[M ].天津:天津大学出版社, 1989. [2] 鱼春燕. 曲轴性能分析及其优化设计[D ].镇江:江苏大学, 2005. [3] SURES H S . 材料的疲劳[M ].第2版. 王光中, 译, 北京:北京国际工业出
版社, 1995.
(编辑 刘红云)
图10 单拐的安全系数
Fig . 10Fa tigu e Sa f et y Fact o rs o f S in g l e C rank
作者简介:黄飞飞(1985-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为发动机CAE 设计。
(上接第112页
)
系, 从而使系统在不同的运行状态下及时地对PID 控制器的参数进行智能调节, 因而它在改善被控过程的动静态性能、提高抗干扰能力及对参数的时变的鲁棒性方面均优于传统的PI D 调节。通过M atlab /S i m u link 仿真可以看出该节能控制系统性能稳定、效果好。参考文献:
[1] 刘金琨. 先进P I D 控制及其MATL AB 仿真[M].北京:电子工业出版社,
2003.
图5 P I D 和Fuzzy P I D 控制控制器的阶跃响应Fig . 5S t ep r esponses of Fuzzy P I D a nd P I D Con t ro llers
[2] 袁银南, 朱磊, 杨鲲, 等. 优化柴油机动态电子调速器控制算法的仿真
[J].农业机械学报, 2006, 37(6):159~161.
(编辑 郭聚臣)
作者简介:武四辈(1982-), 男, 山东德州人, 硕士研究生, 主要从事工程机械节能研究。
5 结论
由于参数自适应模糊PID 控制器在参数k p , k i 和k d 与转速偏差e 和偏差变化率ec 之间建立了在线自整定的基于经验和智能的关
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拖拉机与农用运输车
1974年创刊, 中国农机学会拖拉机分会会刊, 洛阳拖拉机研究所主办, 国内外公开发行, 国内统一刊号:CN41-1222/TH,国际标准刊号:ISS N 1006-0006, 邮发代号:36-28, 大16开本, 每期定价10元, 全年定价60元。欢迎广大读者到各地邮局或直接给本刊编辑部来函订阅。
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拨叉加工工艺研究
易 明, 王学军, 王建明, 郭杏虎
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(中国一拖集团有限公司a . 第一装配厂; b . 工艺材料研究所, 河南洛阳 471004)
摘要:通过对一拖F i at 拖拉机变速箱高低挡拨叉的加工工艺分析, 查找出问题的原因, 并通过工艺优化试验和改进试验的研究, 验证了新工艺的优点。此工艺改进对拨叉类零件加工具有一定的借鉴性。
关键词:拨叉; 加工工艺; 质量; 效率
中图分类号:S219. 06 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2009) 04-0113-04
Devel o p ment of P rocessing Techni c f or Shift Forks
YI M ing , WA NG Xue j u n , WANG J i a n m ing , GUO X ing hu
L uoyang 471004, Ch i na)
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(a . F i rst A sse mb l y P lan t ; b . T echno logy &M aterial R esearch Institute , YTO G roup Co rpo ra tion ,
Abstr ac:t T he paper ana lyzed the m ach i ning process o f fi a t trac t o r gearbox high lo w s h ifter fork . T he reasons of the
prob l em are found out , and the process opti m ization test and i m proved exper i m enta l st udy on t he gearbox high lo w sh ift fork a re carr i ed on , the advantages o f the ne w m ach i ning process are ver ifi ed . T h i s pro cess i m provem ent has certa i n re ference to t he m ach i ning pro cess for fork parts .
Key wor ds :Sh ift f o rk ; M achi n i ng process ; Q uality ; E ffic i ency
1 问题提出
一拖公司生产履拖、轮拖拨叉已有50多年, 拨叉类零件品种、规格繁多, 但加工工艺一直沿用20世纪50~60年代的工艺技术。由于劳动力市场的价值变化以及产品要求多样性的需求, 致使生产成本高、效率低、质量不稳定。随着科技的进步, 大中轮拖的性能和品质的不断提高, 对拨叉的要求也越来越高, 沿用传统的加工方式保证产品要求的成本越来越高, 有必要研究应用新的工艺方法加工拨叉。
2 结构特点
拨叉是一种薄壁三叉型结构。它一头是与滑杆联接的圆柱凸台滑杆孔, 而另一头则是拨动滑动齿轮(或啮合套) 的拨叉叉口。为了保证拨叉与滑杆的相对位置和正确连接, 在F i at 拖拉机变速箱滑杆孔上设计有 5H 12的弹簧销孔, 其工艺简图如图1所示。其叉口侧面对称中心与滑杆及相配合定位销孔的形位误差大小对变速齿轮的位置能否正确转换,
起着关键作用。
图1 高低挡拨叉(零件号5125823) 工艺简图
Fig . 1P r ocess D iagra m of H i g h lo w Shif t f ork(5125823)
收稿日期:2009-02-20; 收修改稿日期:2009-03-09
拖拉机与农用运输车 第4期2009年8月
3 工艺性分析
拨叉类零件在产品结构设计时受滑杆与齿轮轮毂的距离(即变速拨叉的工作距离) 以及齿轮箱位置空间的限制, 一般采用薄壁叉杆型结构。目前, 拨叉的毛坯类型通常为模锻件(也有为熔模铸件), 加工面要求有相互空间尺寸关系, 但自身结构工艺性差。
从拨叉设计的结构工艺性来看, 工件的刚性差, 受力后容易发生弹性变形; 加工基准选择范围小, 造成工艺设计和制造加工困难, 如:Fait 拖拉机变速箱高低挡拨叉(零件号5125823, 参见图1), 只有两个约10 33mm 2的小平面(两个面不相连, 相距约70mm ) 和 16孔可以作为基准面, 选择范围较小。其材料为45钢, 工件的主要截面厚度为7mm, 薄弱处宽度约为20mm, 长度约为240mm, 工件受力后容易发生弹性变形, 同时, 产品设计时, 为了提高其抗变形能力, 在壁的一侧设计有一定高度的加强筋, 从而使该类零件没有一个较为平整的基面可用来选作粗基准, 这就给精基准的加工带来了较大困难。
另外, 拨叉叉口的设计基准往往用拨叉的滑杆孔, 两者距离较远, 在加工时为了保证两者的相互位置, 一般采取互为基准的定位方式进行工艺设计。在加工过程中, 定位精度一方面容易受夹紧力的作用导致薄壁件自身变形的影响, 另一方面, 由于两者距离较远, 定位面又相对较小, 导致定位面误差的比例放大效应严重影响了定位的准确性。拨叉件为了保证其在机构中安装后的使用性能, 零件规定了滑杆孔与叉口侧平面允许的垂直度为0. 2mm 以及 5mm 销子孔与叉口平面的位置尺寸。对刚性较差的拨叉来讲精度要求相对较高, 而这些关键的质量要求在加工中难以保证。
从传统工艺热处理前半成品检验单统计中可以看出:拨叉两侧面对 16孔的垂直度最大值1. 2mm; 拨叉两侧面的平面度最大值为0. 42mm (零件的技术要求垂直度0. 2mm 和平面度0. 1) 。造成此主要是由于锻造的工艺条件限制, 毛坯本身精度差, (毛坯图技术要求中主要定位表面允许平面度0. 7), 造成加工复映现象严重。
2) 粗基准使用次数多, 产生的定位误差大。传统拨叉加工工艺主要是由每套夹具确保工件的加工面的位置方式而组成的流水作业形式, 由于普通机床功能单一, 加工中需要依赖传统工装夹具对工件准确定位才能保证相互位置, 所以工件在加工过程中要多次重复和反复定位装夹。5125823拨叉粗基准使用4次(5序、10序、15序、20序), 直接影响工件的加工质量。传统的工艺方案满足了大批量单一生产的零件加工方式, 忽略由于多次装卸定位而产生的累计定位误差。
3) 叉口侧面与 16滑杆孔的垂直度0. 2mm 保证困难。该面是在专用夹具上以 16孔和另一毛坯侧面定位, 为了增加工件的刚性特设辅助支撑机构支撑拨叉凸台面, 在平面磨床上完成加工。但辅助支撑的支点高度是靠经验人工调整, 导致叉口平面对 16孔的垂直度0. 2mm 超差较多, 需要人工校正来弥补。
4) 由于叉口侧面的加工精度差及定位误差影响, 导致叉口侧面
0. 1
厚度8--0. 2尺寸合格率低。
受力变形, 同时受切削力的作用工件也会发生变形, 使其精度难以保证。该拨叉加工线热处理前半成品检验单统计结果见表1。
表1 传统拨叉加工线热处理前半成品检验单统计Tab . 1C h eck list S t atistics o f Ha lf fin i s h ed P r oduct s i n Traditi o na lFork lin e
mm
序号检验内容项次合格率/%最小值最大值公差波动值123456
0. 040孔径 16++0. 005
0. 60圆弧尺寸 90++0. 38
100
100806700
16. 00590. 464. 987. 810. 430. 15
16. 040
90. 535. 117. 911. 200. 42
0. 035
0. 070. 130. 101. 200. 42
孔径 5+0. 12
0. 1叉口厚度8--0. 2垂直度0. 2
平面度0. 1
4 传统加工工艺
下面以5125823拨叉为例, 对拨叉的加工工艺进行分析说明。4. 1 毛坯现状
根据毛坯图的要求, 对毛坯的主要尺寸和叉口侧面的平面度进
1. 5
行检测, 其左拨叉头、右拨叉头、圆台厚43+-0. 5的值基本合格, 但毛坯
的叉口侧面的平面度误差较大, 由于现在公司的锻造能力难以提高现有的精度水平, 毛坯平面度一般在1~1. 5mm 之间, 通过校正保证毛坯平面度小于0. 7mm 。4. 2 工艺流程
拨叉材料:45钢, 毛坯硬度217~255H B , 叉口表面淬火硬度52~57HRC 。
0序 校正毛坯叉口定位基准, 保证平面度小于0. 5mm 。05序 立式钻床/Z5140B 钻孔 13, 扩孔 15. 7, 铰孔
0. 040
16++0. 005。
5) 由于叉口侧面与 16滑杆孔的垂直度较差, 引起的定位误差难以保证 5孔到叉口侧面的位置度 0. 10。 5孔加工时, 需全部挑选, 是靠经验分组调整夹具上的垫片来保证孔距的。
6) 更换品种调试效率低, 在制品数量多。多品种加工工艺由多台普通设备和专用夹具等组成, 工序分散, 工序间通过更换夹具和刀具等实现多品种生产, 造成更换品种调整时间长、试切加工烦琐等缺点, 且一个品种一般需用7~8套夹具, 使需要存放夹辅具的辅助面积也大。
7) 校正工序多。按照原工艺很多工序加工完后, 工件需要多次靠冷校来保证工件的形状和位置精度。一般拨叉加工时, 需要校的地方有:毛坯校正、粗磨前校正、镗孔前校正、精磨前校正、热后钻孔前校正, 磷化后校正。5125823实际劳动定额时间是64. 117m i n /件, 技术定额时间是34. 42m in /件, 多出的时间为工序加工时附带的校正时间。同时, 有的拨叉冷校量过大, 使零件内部形成较大的内应力, 在储存和运输过程中可能出现弹性恢复造成新的变形超差现象。
由此可见, 传统工艺很多工序需要靠经验调整来保证拨叉的尺寸精度, 导致拨叉合格率和劳动效率都较低, 使用过程中也将影响拖拉机的装配质量和使用性能。
10序 立式钻床/Z5140A 锪平面42 0. 3, 两孔端面倒角1 45 。15序 矩台式平面磨床/MM 7132A 校正、磨叉口一侧面, 保证
尺寸12 0. 3。
0. 60
20序 普通车床/CY6150 校正、车圆弧尺寸 90++0. 38, 车叉口
0. 1
侧面保证尺寸8-. 7(最小), 叉口两侧倒角0. 8-0. 2和 100
45 , 夹具保证176 0. 2mm, 96 0. 15mm 。
25序 热处理。
30序 卧式铣床/XA6132 铣小凸台, 保证尺寸14 0. 1。35序 钳工台 校正垂直度0. 2。
0. 12
40序 立式钻床/Z5125A 钻 5+. 1, 0孔, 保证尺寸15. 3 0
保证位置度 0. 10。
45序 去毛刺和清洗及磷化处理。50序 校正。50J 序 检验。4. 3 存在的问题
1) 由于工件的结构特性, 本身刚性差, 定位夹紧时容易引起工件
5 新加工工艺设计思路
1) 采用适当的辅助支撑提高工件加工刚度, 同时减少毛坯的误差复映现象对加工精度的影响。为了防止毛坯定位面的不平引起的定位夹紧误差复映到加工中, 且防止过定位的发生, 要选用辅助支撑。
2) 增加夹具刚性, 消除切削力对加工的影响。新工艺用铣替代粗磨, 可提高效率, 通过试验证明:夹具刚性好, 可以减少切削力对加
易 明等:拨叉加工工艺研究
工的影响。
3) 减少装夹次数, 达到保证工件位置精度要求[1]。在加工工艺研究中, 主要解决重复定位、粗基准多次使用等问题, 确保工件的基准精度满足下一道工序的要求, 尽量采用工序集。即在每道工序中, 工件仅需一次装夹, 便可完成全部加工内容, 减少基准转换产生的误差。
4) 设计夹具时, 注意定位点和压紧点的设计。拨叉锻件毛坯相当于薄壁弹性钢板, 钢板本身曲折不平, 压紧一个夹紧点实际约束了一个面。另外定位点和压板的压紧点要对应, 接触面积要适当, 即要保证定位的有效性, 又要防止工件的定位夹紧面在夹紧力的作用下产生的变形, 尽量减小由于工件定位点区域的不平使夹具的压板压迫形成的工件弹性变形量。
5) 利用数控加工技术不仅可以消除人为因素造成的质量问题, 而且提高生产效率
[1]
台面, 并倒角。
15序 去毛刺, 清理铁屑。20序 热处理。
0. 12
25序 铣小凸台, 钻 5+. 3 0. 1, 保证位置 0孔, 保证尺寸15
度 0. 10。
30序 磷化。35序 校正。35J 序 检验。
按新工艺试验了一批5125823, 热处理前项次合格情况统计结果见表2。
表2 新工艺加工热处理前主要项目项次检验结果统计 Tab . 2Check St a tisti c s o f N e w Process bef o r e H e a t Treat ment mm 序号检验内容项次合格率/%最小值最大值公差波动值123456
孔径 16++叉口厚度
0. 040
0. 005
[**************]
16. 0055. 087. 8190. 460. 100. 07
16. 0405. 097. 9190. 480. 270. 17
0. 0350. 010. 100. 020. 270. 17
。传统工艺很多工序需要靠经验调整加工, 质
孔径 5+0. 12
0. 18--0. 2
0. 60
0. 38
量的稳定性与人的经验、情绪, 操作有很大关系, 而数控技术依靠系统软件的程序来保证尺寸的稳定性, 从而消除了人为因素造成的质量不稳定, 同时数控系统能够自动选择、更换刀具, 自动改变主轴转速和刀具进给量等, 并按照已设定好的程序对工件不同加工部位进行铣、钻、镗、铰、攻丝等加工, 极大地提高了生产效率。
6) 数控加工有一定柔性, 更换品种较为方便
[1]
圆弧尺寸 90++
垂直度0. 2平面度0. 1
从表2中可以看出, 用新工艺加工一批拨叉半成品与传统拨叉加工线半成品检验单的项次合格统计(见表1) 相比较, 品质虽然得到很大提高, 但还存在一定的拨叉变形。为了弄清拨叉加工产生变形的原因, 探索减小变形量的方法, 以某机型 - 挡拨叉进行了试验。在立式加工中心机床上采用多工位夹具方式加工, 消除了夹具刚性不好和夹紧变形的问题。从试验结果统计看, 拨叉半成品垂直度和平面度的项次合格率达到91%。由于毛坯本身铸造精度影响, 需要通过少量的校正, 项次合格率可达到100%。此次试验取得了较好效果。
。其适应订单式
生产, 可增强企业针对市场需求变化的快速应变能力。
6 新加工工艺流程
下面是零件号5125823在立式加工中心机床上使用A 轴回转方式加工的新加工工艺流程。
05序 毛坯校正。
10序 立式加工中心机床/XKA715C 铣两叉口面和一圆台
0. 600.
面, 镗 90+. 4孔和镗 16++0. 38两圆弧面, U 钻 15+0.
040
005
孔, 并倒角。夹具翻转180 , 铣另一侧两叉口面和一圆7 某机型 - 挡拨叉(图2)
新加工工艺流程
图2 - 挡拨叉试制工艺简图
Fi g . 2D i a g r a m o f Tri a -l pro duction P rocess f or - Fork
05序 钳工台 检验并校正毛坯两爪面至平面度0. 3。
10序 立式加工中心机床/XKA715C
工步1 以右侧面及工件外形定位, 铣左叉口侧面及两
叉口面, 保证尺寸5. 5, 叉口侧面留余量0. 4。
0. 15
工步2 在 44中心孔处钻孔 29. 5+ 0, 镗孔到 30
0. 15, 26. 84 0. 15。
工步4 以左叉口侧面和30孔及一叉口面定位, 铣右叉
口侧面, 保证叉口侧面留余量0. 4, 孔口倒角0. 5 45 。
工步5 叉口处倒角1 45 。
15序 校正, 保证叉口侧面对孔中心线的垂直度要求。20序 热处理。
0. 016, 孔端倒角0. 5 45 。
工步3 铣两叉口面, 保证尺寸157.
0. 35
5++0. 15,
146. 231
拖拉机与农用运输车 第4期2009年8月
0. 1
25序 精磨叉口一侧面, 保证10. 5+ 0, 精磨另一侧面, 保证爪
8 结论
新工艺利用数控加工技术, 采用工序集中和合理配置夹具, 使加工变形量明显减小, 校正工作量减小, 加工效率显著提高, 合格率提升, 消除了人为因素造成的质量问题。新工艺还可减少在制品数量, 缩短交货周期; 实行一人多机操作, 提升人员劳动效率。另外, 数控加工过程应尽量采用一次装夹后自动完成整个程序加工, 以避免程序中间出现人工补充操作动作的失误引起机床撞车事故的发生。参考文献:
[1] 机械加工工艺手册编辑委员会. 机械加工工艺手册(第3卷) [M ].北
京:机械工业出版社, 1992.
(编辑 郭聚臣)
厚
0. 1
10--0. 2。
30序 立式加工中心机床/XKA715C
工步1 以 30孔、右侧面定位铣22凸台, 保证尺寸
28 -00. 3。
工步2 钻底孔 10. 8, 倒角, 攻丝M 12 1. 25-6H 。
45序 去毛刺, 清洗。45J 序 检验。50序 磷化。
55序 对磷化后的变形量进行校正, 保证叉口垂直度合格。55J 序 检验、入库。
(上接第110页
)
6 结论及进一步工作展望
1) 单拐和整体曲轴的应力分析结果相似, 但在数值上偏大, 显然若以单拐为计算模型不仅可以减少计算量, 而且更为保险。
2) 选取适当的圆角参数能明显地减小圆角处的应力, 从而提高曲轴强度。通过安全系数计算, 可以看出此曲轴能完全满足要求。
3) 今后若要加大发动机的功率, 将在优化的圆角参数的基础上对曲轴圆角进行滚压, 因而需要进一步分析滚压参数对曲轴疲劳强度的影响。参考文献:
[1] 万欣, 林大渊. 内燃机设计[M ].天津:天津大学出版社, 1989. [2] 鱼春燕. 曲轴性能分析及其优化设计[D ].镇江:江苏大学, 2005. [3] SURES H S . 材料的疲劳[M ].第2版. 王光中, 译, 北京:北京国际工业出
版社, 1995.
(编辑 刘红云)
图10 单拐的安全系数
Fig . 10Fa tigu e Sa f et y Fact o rs o f S in g l e C rank
作者简介:黄飞飞(1985-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为发动机CAE 设计。
(上接第112页
)
系, 从而使系统在不同的运行状态下及时地对PID 控制器的参数进行智能调节, 因而它在改善被控过程的动静态性能、提高抗干扰能力及对参数的时变的鲁棒性方面均优于传统的PI D 调节。通过M atlab /S i m u link 仿真可以看出该节能控制系统性能稳定、效果好。参考文献:
[1] 刘金琨. 先进P I D 控制及其MATL AB 仿真[M].北京:电子工业出版社,
2003.
图5 P I D 和Fuzzy P I D 控制控制器的阶跃响应Fig . 5S t ep r esponses of Fuzzy P I D a nd P I D Con t ro llers
[2] 袁银南, 朱磊, 杨鲲, 等. 优化柴油机动态电子调速器控制算法的仿真
[J].农业机械学报, 2006, 37(6):159~161.
(编辑 郭聚臣)
作者简介:武四辈(1982-), 男, 山东德州人, 硕士研究生, 主要从事工程机械节能研究。
5 结论
由于参数自适应模糊PID 控制器在参数k p , k i 和k d 与转速偏差e 和偏差变化率ec 之间建立了在线自整定的基于经验和智能的关
欢迎订阅:全国中文核心期刊(双月刊)
拖拉机与农用运输车
1974年创刊, 中国农机学会拖拉机分会会刊, 洛阳拖拉机研究所主办, 国内外公开发行, 国内统一刊号:CN41-1222/TH,国际标准刊号:ISS N 1006-0006, 邮发代号:36-28, 大16开本, 每期定价10元, 全年定价60元。欢迎广大读者到各地邮局或直接给本刊编辑部来函订阅。