华菱重卡前板簧支座加工工艺及夹具设计

1、 毕业设计（2014届）设 计 题 目 华菱重卡前板簧支座加工工艺及夹具设计 学 院 名 称 合肥工业大学 专 业 （班 级） 机电一体化 姓 名 （学 号） 钟 义 指 导 教 师 曾 亿 山 教 授 系 负 责 人 目 录摘 要1引 言2第1章前板簧支座零件分析31.1 华菱重卡汽车前板簧支座零件简介31.2 华菱重卡汽车前板簧支座零件工艺分析第2章 前板簧支座零件工艺规程的确定 52.1工艺规程的作用 52.2确定毛坯的制造形式 52.3基面的选择 2.3.1精基准的选择 62.3.2粗基准的选择 62.4确定工艺路线 2.4.1工艺流程 72.4.2工艺路线分析 7第3章 相关工序专用

2、夹具设计 3.1前板簧支座钻夹具 3.2前板簧支座铣销孔夹具 13.3前板簧支座车30孔夹具1结 论 1致 谢 1参考文献 1附 录前板簧支座图纸前板簧支座钻夹具装配图（三套）前板簧支座铣销孔夹具装配图前板簧支座车30孔夹具装配图摘 要近年来，我国重型卡车技术水平有显著提高，重卡民族自主产品性能经市场考验，产品质量已有明显提升，重卡市场已基本国产化。然而，在某些重要部件（如前板簧支座）在国内机加工关键尺寸时，使用现有设备、工装及操作人员难以控制关键尺寸，会出现尺寸超差，产品不合格。从而造成底盘装配时困难或无法装配，装配后间隙过大，使锁紧销早期出现磨损，严重影响车辆工作安全性。本次设计是针对华菱

3、重卡汽车前板簧支座加工工艺及一些工序的专用夹具设计。汽车前板簧支座在汽车底盘中起固定支撑，连接板簧吊耳及钢板弹簧作用。关键词：重卡；板簧支架；工艺；夹具引 言改革开放三十多年来，我国的经济建设取得了举世瞩目的成就，国内交通运输市场也随之迅速发展，促进了商用车市场发生翻天覆地的变化，销量由逐年上升，过去公路上行驶的货车几乎是千篇一律的面孔，能够形成规模生产的只有解放、东风等为数不多的企业。改革开放三十多年使商用车品种得到极大的丰富，从简单的平板载货车发展到牵引车、自卸车、厢式车、罐装车等各种卡车产品百花齐放；从过去长头驾驶室为主发展到如今的以平头驾驶室为主；从汽油发动机发展到以柴油发动机为主；从

4、中型卡车为主发展到重型卡车为主；随着国、国排放标准的实施，燃油方式也由过去机械控制时代发展到如今电子控制时代。中国卡车主要经历了以下三个阶段：中卡时期、准重卡时期、重卡时期。从我国卡车的三个发展阶段以来，卡车技术水平取得了相当大的进步，生产厂家通过自我提升、走出国门、引进吸收已经走出了一条具有中国特色的道路，并且实现了批量出口，参与到国际竞争舞台。卡车作为一种交通运输的工具，必须要满足运输市场的需求，我国重型卡车技术水平的发展就是本着这一规律一步步发展壮大的。华菱重卡作为后起之秀，起步晚，发展迅速。其自主品牌通过对三菱重卡技术平台的成功引进，并对其进行优化设计。虽然，华菱重卡引进的是日本三菱重

5、卡的车型技术，但是目前华菱重卡的车桥、大梁、驾驶室都是在自己汽车生产基地自行生产的。另外，华菱重卡使用的发动机技术也考虑“博采众长”，在配套、借鉴日本三菱、国产康明斯、斯太尔等多款动力系统的同时，华菱对于发动机配置提出了“特制/定制”的要求。当前，华菱重卡提出了“定义重卡新标准”的宏伟口号。正是立足于当前国内、国际上的重卡配套体系，生产出最适合中国市场需要的重型卡车车型。随着“华菱”品牌、产品在市场上越来越强势，华菱将有能力建立行业新标准。华菱重卡汽车前板簧支座的作用是固定支撑，连接板簧吊耳及钢板弹簧，在整车中属于A类安全件，保证汽车在额定承载下安全行驶，所以要求工件的加工质量达到一定精度，这

6、样才能保证产品的使用性能和整车的安全使用性能。由于对产品精度和使用性能要求高，重卡汽车前板簧支座大多由外资企业生产或是采购精度较高的加工中心生产，产品成本高，且对操作者技能要求较高。本设计针对该产品使用普通常用机床(立式铣床X5032A，摇臂钻Z3050，卧式铣床X6132A，普通卧式车床CA6140)，每道工序几乎都配有专用夹具，在保证产品质量的同时简化加工过程，大大降低产品成本。第1章 前板簧支座零件分析1.1 华菱重卡汽车前板簧支座零件简介重卡汽车是重要的运输工具，华菱重卡主要为星马汽车提供底盘，由星马改装成散装水泥罐车、混泥土搅拌车、水泥泵车、自卸车、牵引车等其中左右板簧支架安装面上四

7、孔通过M14x45六角螺栓螺母与汽车纵梁装配，底部开档处与板簧吊耳座通过30销孔安装， 12.5锁销孔锁紧防止30销轴向、径向串动。之后，板簧吊耳座与钢板弹簧卷耳装配。前板簧支座为左右对称装配使用，分别装配在汽车大梁左右两侧，由零件图纸可知(图纸见附页)：产品材质为球墨铸铁（QT450-10），前板簧支座零件图号为29AD-01011-D。简图如下： （华菱重卡前板簧支座）分析前板簧支座左右对称，外形、加工尺寸和精度要求均相同，安装在汽车大梁左右两侧，在整车中所承受的压力大致相同。1.2 华菱重卡汽车前板簧支座零件工艺分析由图纸可知（图纸见附页）：1、华菱重卡汽车前板簧支座直角安装面和螺孔所在

8、平面要求加工粗糙度为 12.5，垂直度要求0.1，因此两平面可设计在一道立式铣床加工工序中完成。2、前板簧支座与汽车大梁直角面垂直方向安装三孔及水平方向安装四孔中心距加工精度要求0.2，由钳工划线，钉样冲印后钻加工无法满足精度要求，需设计专用工装以保证精度要求。该道工序如使用常见摇臂钻设备（型号：Z3050）可分别设计钻模两套，批量生产时利用现有设备在保证产品质量的同时可大大提高生产效率，降低生产成本。3、前板簧支座底部开档宽度要求为94 ，开档内部深度距销孔中心尺寸为45，该部位要求内部开档粗糙度要求 12.5，该道工序可设计在卧式铣床上完成，配备两片200锯片铣刀，铣刀安装在刀杆上,并配备

9、隔套，隔套装配后刀具总宽度要求 94 ，配置一安装方箱将零件按图纸视图方向倒置，铣加工。4、背面5-M14x1.5螺孔，考虑简化工序，设计钻模一副，用于钻加工M14x1.5螺孔底孔。5、2-30销孔要求尺寸公差+0.04+0.12，同轴度要求0.03，若使用钻床加工，设计一套钻模，由于零件总宽度为147，钻头加工伸入过长，加工过程中钻头稍有摆动便无法保证公差尺寸及同轴度要求，因此可将该道工序设计在普通卧式车床（如型号：CA6140）将车床作如下改动作为专用机床加工该道工序：拆除卧式车床刀架、卡盘部分，定制镗刀，镗刀锥柄部位为莫氏4#与车床转动部分内部锥柄套配合。设计一夹具校正好固定在车床中托盘

10、上，加工时启动车床主轴、镗刀转动，控制中托盘左右移动进刀完成切削加工。从而保证孔径公差和两孔同轴度要求。6、12.5锁销孔的加工看似简单，但其与30孔中心距160.1，与直角安装面均存在相对位置关系，图纸要求尺寸公差控制在0.2，考虑到夹具简单，零件装夹方便，产品质量容易控制，将该道工序安排在卧式铣床上加工较为经济。利用直角安装面上两孔（车床加工使用相同两孔）一面两销定位，使用锥柄弹性夹头，将钻头安装在弹性夹头内，铣钻12.5锁销孔。第2章 前板簧支座零件工艺规程的确定2.1工艺规程的作用按一定的格式，用文件的方式规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，称为机械加工工艺规程。工艺规程是机械

11、制造厂最主要的技术文件，是生产一线的法规性文件。新工艺是衡量生产部门技术力量的标志，是产品设计和技术革新的内容之一。工艺规程的主要作用是：指导生产的主要技术文件。以此保证质量，提高生产率，降低成本，减小消耗。组织和管理生产的基本依据。据此有计划地做好技术准备和生产准备，稳定生产秩序。新建和扩建工厂的基本资料。据此确定设备和人员等。交流和推广经验的基本文件。以此缩短摸索。2.2确定毛坯的制造形式设计零件机械加工工艺规程时，往往是首先要对其毛坯的生产做出制造方法的选择与形状的设计，而合理的毛坯方案又将对随后加工中确保产品质量、缩短生产周期与降低生产成本具有重要影响。根据图纸要求该零件材质为球墨铸铁

12、（牌号为：QT450-10），重卡底盘无论空载还是满载货物运输时，汽车板簧支架都会承受一定的冲击力。QT450-10抗拉强度 b (MPa)：450，伸长率 (%)：10。毛坯尺寸应按照图纸要求尺寸，加工面留有余量为2-3mm，安装面（直角面，与A面垂直）因与开档内侧余量应兼顾相对尺寸17，直径为30销孔为方便后序车床镗孔加工铸造孔径为20-22mm。由于华菱重卡汽车前板簧支座为华菱重卡汽车底盘通用件，年产约为50000台，涉及本设计零件各2件/台，为达到大批量生产的水平，并且要求毛坯表面的铸造精度一般既可，现决定采用金属型模具铸造的方法。其是以金属型模腔上覆以涂层作为型腔，有时辅以砂芯作内腔

13、的铸造方法。铸造冷却速度快，铸件内部组织致密，机械性能较高，单位生产面积产量高。但零件尺寸大小，几何形状复杂程度有一定限制，适于成批与大量生产。这样在保证了加工质量的前提下，大大降低了生产成本。2.3基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准本身的精度及各基准表面间的互相位置精度，对被加工表面位置准确性的保证有着重大的影响。基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有精基准与粗基准之分，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。反之，用加工过的表面作定位基准，称

14、为精基准。在选择定位基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，由工艺路线向前反推，最后考虑选用哪一表面作粗基准才能把精基准加工出来。2.3.1精基准的选择由产品零件图纸（见附页）可知华菱重卡汽车前板簧支座的设计基准为直角X向平面（即A面），并且安装孔4-15在该平面上。直角安装另一平面及开档内侧平面有一定的尺寸要求，因此可选用A面与安装四孔中两孔组合成一面两销定位，加工出几乎全部待加工表面和孔。因此，根据基准重合原则（尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准）和统一基准原则（不同工序中尽可能使用同一定位基准）选取A面为基准表面，加工时可采用一面两销定位，必要时可采用适当的辅助定位支持，以保证所

15、要加工的表面质量。2.3.2粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面

16、有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。由于精基准为A面，故粗基准也就是第一道工序的加工直角两平面的定位基准的选择需根据精基准而确定，按照有关粗基准的选择原则综合考虑应选择毛坯左侧边为粗基准，加工第一道钻孔工序时设计一定位块,X向粗定位。2.4确定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能够得到合理的保证，在保证生产纲领已确定为大批

17、量生产的条件下，工序集中与分散相结合的加工方案，既可提高生产效率，保证加工质量，而且还可降低生产成本，使经济效率得到更好的发挥。2.4.1工艺流程 前板簧支架经分析，工艺流程图如下：2.4.2工艺路线分析10.铣平面:使用立式铣床（型号：X5032A）加工直角安装面，机床中转速档位选择475r/min，使用机用平口钳夹紧加工件，刀具选用50合金螺旋立铣刀，使用划针校平直角中一面（与A面垂直）。加工90面应一次装夹加工加工完成以确保两面垂直。加工时应考虑后序开档尺寸，保证开档内侧加工余量较为均匀。机加工后基本尺寸为10。掉面铣加工M14x1.5螺孔所在平面，厚度尺寸为45。20.钻直角一侧三孔：

18、使用普通摇臂钻床（型号：Z3050）加工直角中一面（与A面垂直）3-15安装孔，刀具配备：15钻头，32锪孔钻。本道工序设计有专用钻夹具，以保证孔位的准确性提高生产效率。30.铣开档：使用卧式铣床（型号：X6132A）加工支架开档尺寸94 ，机床中转速档位选择475r/min，刀具选用200锯片铣刀，将两片200锯片铣刀装在刀杆上，中间使用隔套，隔套装配后刀具总宽度要求94 。将加工件按视图方向倒置装夹在方箱上，垂直进刀加工。40.铣修毛坯：使用立式铣床（型号：X5032A）加工12.5锁销孔两侧毛坯面，机床中转速档位选择475r/min，刀具选用24立铣刀，加工后控制宽度尺寸56保证两侧面平

19、整。50.钻直角另侧四孔：使用普通摇臂钻床（型号：Z3050）加工A面4-15安装孔，刀具配备：15钻头，32锪孔钻。本道工序设计有专用钻夹具，以保证孔位的准确性提高生产效率。60.钻孔背面螺孔：使用普通摇臂钻床（型号：Z3050）加工4-M14螺孔底孔4-12.5，攻M14X1.5螺孔。70.铣钻销孔：为了控制12.5锁销孔与30销孔中心距尺寸公差160.1，将本道工序安排在卧式铣床加工。另外，通常加工将12.5孔工序放在30孔后序加工。然而，通过实践加工可知，该工序安排不可取。因加工12.5孔时30孔已加工，钻头加工时存在半边切削，钻头加工呈倾斜状切削，160.1无法控制。本道工序所使用卧

20、式铣床（型号：X6132A）加工12.5锁销孔，机床中转速档位选择630r/min，设计有专用铣钻夹具，方便定位装夹，在设计该夹具时应将前板簧支座夹具设计为一体，减少夹具更换校正参数，以提高生产效率。80. 车30孔：本道工序为前板簧支座加工关键工序，本道工序通常在钻床加工，设计钻夹具，然而钻夹具加工时装夹不便，尺寸公差30 及同轴度要求0.03无法保证。因此，将本道工序安排在车床加工，加工时进给量选取0.2mm/转档位。将车床卡盘卸除，定制专用刀具装在车床转轴莫氏4#锥柄套内。卸除车床中托盘上刀架，将夹具装配在中托盘上。夹具设计时应考虑将前板簧支座夹具设计为一体，减少夹具更换校正次数，以提高

21、生产效率。专用刀具如下图所示：90. 铣锁紧槽：使用卧式铣床（型号：X6132A）加工支架3mm宽度锁紧槽，将零件按视图方向倒置安装在方箱上，刀具配有100x3锯片铣刀，机床中转速档位选择475r/min，垂直进刀加工。100.电泳：电泳工序通常委托由专业酸洗电泳公司加工。第3章 相关工序专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。本次设计为20序钻直角一侧三孔、50序钻直角另侧四孔、60序钻孔背面螺孔、70序铣钻销孔、80序车30孔的专用夹具，夹具图纸见附页。3.1 前板簧支座钻夹具20序钻直角一侧三孔：本道工序主要加工3-15安装孔，图纸要求中心距公差

22、为0.2。由传统加工方法：划线钉样冲印钻孔，无法满足公差要求，且工序繁杂。设计一钻夹具，简化工序、装夹方便且孔位精确。夹具设计钻模板孔间距精度要求为0.02，机加工后产品可满足产品图纸0.2公差要求。因前板簧支座为左右对称件，夹具设计应左右对称各一套。夹具体为防止变形材质使用铸件（牌号为HT200），需经人工时效处理；压紧装置材质为45#调质处理（T235）；钻套材质为CrWMn淬火处理（HRC53-58）。夹具以直角面安装面及毛坯左侧边定位装夹，侧方位压紧。夹具图示如下：夹具设计时应考虑钻加工3-15过程中排屑，若排屑不畅，积压后会影响加工精度，且加快刀具磨损。夹具为确保钻套孔中心与直角面距

23、离尺寸400.02，制作夹具时钻模板与夹具体装配后销孔配钻，装配定位销后按照夹具总装图加工钻套装配孔3-22H7。若按常规方式将钻模板中钻套装配孔加工后装配，存在装配误差，尺寸要求难以控制。50序钻直角另侧四孔：本道工序主要加工直角另侧平面4-15安装孔，同理为简化工序、装夹方便且孔位精确，设计一钻模，采用一面两销定位，其中两孔为作为后续定位孔，先加工至14.8后铰孔至15H7。夹具图示如下：60序钻孔背面螺孔：本道工序设计钻模用于加工5-M14x1.5螺纹底孔5-12.5,使用20序所加工两孔作为定位基准，加工背面螺纹底孔，确保中心距同时，提高生产效率。夹具图示如下：3.2 前板簧支座铣销孔

24、夹具本道工序加工12.5锁紧销孔，通常将钻孔工序安排在钻床加工，本设计将该道工序安排在卧式铣床加工，将锥柄弹性夹头安装在卧式铣床转轴锥柄套内，装夹12.5钻头。设计一套夹具安装在卧式铣床工作台上，通过X向、校正圆校正后铣钻销孔，本套夹具设计时将前板簧支座夹具设计为一体，方便零件装卸，且减少工装拆卸、校正次数。铣销孔夹具如下图所示：铣销孔夹具设计以加工件四孔安装面（即A面）上图所示两孔，使用圆柱销和菱形销一面两销定位，两根M14x45螺栓紧固。本道工序使用夹具加工后可保证产品12.5锁紧销孔与安装孔间距公差为0.02，即满足产品图纸公差要求。3.3 前板簧支座车30孔夹具本道工序加工30销孔是关

25、键工序，常规使用钻床加工难以控制孔径公差要求 及同轴度要求0.03，若使用精度较高加工中心，产品精度可以保证，但批量生产时占用整台加工中心且加工效率一般。本设计将该工序安排在常见普通卧式车床（型号：CA6140）上加工，生产成本低，装夹简易，且加工效率高。本道工序加工除了需要配置专用刀具（前面已介绍）外，另需设计一套专用夹具，夹具设计应考虑装夹方便，校正简易。本道工序使用夹具加工后产品30销孔与直角安装面间距为0.02，即满足产品图纸0.2公差要求；因使用专用刀具一次装夹加工，即可完成本道工序30销孔的加工。车夹具图示如下：本夹具设计思路仍以一面两销定位，加工前对夹具进行校正，通过校正圆确保主轴中心与加工件30毛坯孔同心，切削较为均匀。通过两销孔控制30孔与安装四孔相对位置尺寸精度要求。结 论通过以上进行的研究和设计，现得出以下结论：1、在加工工艺方面：本次设计中所使用的机床设备为常见设备，通过夹具、刀具配置可加工产品精度要求较高的零件。如车30销孔，本道工序通过刀具、夹具设计在普通卧式车床CA6140中可加工出精度要求较高的销孔；另外，工序安排考虑到