发动机缸套超声振动珩磨专用夹具的设计

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传统发动机缸套的珩磨加工在加工方式和夹具设计中均有缺陷存在，为克服这些缺陷采用功率超声振动珩磨这种加工方式加工缸套，并设计了符合此种加工方式的新型夹具。

加工时既要保证珩磨头振动时与主轴之间必要的浮动量，又要保证缸套外圆与内孔传统夹具采用工件立放，以缸套的外壁及上端面为基准，用液压缸轴向压紧缸套另-端面，底部由支撑底座支撑，这种方式在的同轴度，这就使得在加工中调整珩磨头变得很难，此种定位方式使缸套全长上受压应力，尤其在粗珩时，加工余量较大，容易使薄壁从而就提高了工件的加工难度。另外，缸套产生轴向的弯曲变形，对缸套的形位要求产生影响。要克服这些问题，从工艺调整上难度大，为此涉及了-种新型夹具，该夹具采用外抱式结构，在夹具体和缸套之间填充液性塑料这种介质，由此介质均匀的将力施加到弹性套上，从而实现了缸套的轴向夹紧。夹紧变形很小，实现定心定位，使各项指标都达到生产要求。

2功率超声振动珩磨发动机是汽车的核心部件，发动机的关键零件又是缸套，所以缸套珩磨加工质量的好坏，直接影响发动机的性能，传统的珩磨工艺远远不能满足发动机的要求，采用功率超声振动珩磨技术加工缸套能够很好的满足缸套设计加工的基准，使缸套各项性能显著提高。功率超声振动珩磨是功率超声振动这-技术在珩磨中的应用，原理就是通过在普通珩磨的油石上施加功率超声振动，以进行珩磨。与普通珩磨相比，这种加工方法在加工时产生的珩磨力较孝珩磨温度低 、在提高表面质量的同时油石磨损较小 、最重要是9n-r精度高。此前的众多研制实践表明，此加工技术是加工发动机缸套的-种新型、高效、高质的途径。而在加工过程中传统的夹具已经不能适应此种新型加工方法，需要针对功率超声振动珩磨的加工特点，重新设计符合其加工方式，突显其加工优势的新型夹具。

3零件的工艺特点发动机是各种移动式机械的主要配套动力，是将其他形式来稿日期：2012-03-14基金项目：国家 自然科学基金资助项 目资助(5o975265)；太原市大学生创新创业专项(120164060)作者简介：史丽嫒，(1987-)，女，山西人，硕士在读，现主要从事精密与特种加工研究；祝锡晶，(1969-)，男，山西太原，教授，博士生导师，主要从事精密与特种加工研究18 史丽媛等：发动机缸套超声振动珩磨专用夹具的设计 第 1期的能量转变为机械能的-种动力装置。为此在发动机气缸体的内表面有活塞作高速往复运动，所以经常和高温高压的燃烧气相接触要求汽缸体的材质必须是耐腐蚀、耐高温、耐磨损的。为满足这些要求通常采用加入微量的稀有金属的优质合金铸铁，经过珩磨加工，从而得到粗糙度、形位精度较高的工作表面。但是，如若全部采用上述优质材料制造气缸体，成本较高，过分浪费。所以采用活络的可拆卸的工作表面-缸套，成为发动机制造的必须。如此缸套内表面就成了活塞作高速往复运动的导行面，但是在高温、高压及有着固体微粒与腐蚀介质的工况下，对缸套和活塞环这对摩擦副的润滑条件极为不利。由于过度的磨损可能会造成漏气、漏油、功率下降和活塞环的快速报废，最终甚至导致事故发生，所以这对摩擦副应具有良好的润滑性能以及耐磨、耐高温、抗腐蚀的特点。所以缸套内孔的表面的加工质量直接影响了发动机的质量。因此不断优化缸套的加工方式和加工过程是提高缸套性能的关键因素，在采用功率超声振动珩磨加工缸套的前提下，设计出能够定位精准、装卸方便、容易操作的夹具也是提高缸套加工的表面质量的-种方式。

4夹具的设计4.1传统的定位方案传统的珩磨加工中缸套的定位夹紧方式为由缸套外圆及端面定位，工件直立放置，这种方式既要保证珩磨头振动时与主轴之间必要的浮动量，又要保证缸套外圆与内孔的同轴度，这就使得在加工中调整珩磨头变得很难 ，从而就提高了工件的加工难度。此外由于被加工的缸套是薄壁件(厚度为7mm)，而超声振动珩磨加工又是最后-道精加工工序，不允许在工件夹紧时发生变形，传统的夹紧方式受力面积小，受力不均匀很难保证这-点。

4.2改进后的定位方案通过对传统方案的分析，影响缸套加工的主要两个方面：(1)径向夹紧力的大小；(2)受力面积的大小，为此涉及了-种新型夹具，如图1所示。夹具是用液压缸压紧，通过液性塑料介质传递力到弹性套上，从而对缸套施加均匀的夹紧力，能可靠的保证缸套在夹紧时不发生变形。

4.3夹具的工作原理1.挡块 2.夹具体 3.液l生塑料 4.弹性套 5.套管 6.端盖7.液压缸体 8.活塞环图1夹具体示意图Fig.1 Specific Clamp Schematic Diagram工作原理如下：由分配器(转阀)控制四个油缸，其中，液压缸为夹紧油缸，如图 1所示。当油缸给活塞 8施加压力时，柱塞向左运动挤压液性塑料 3，如此使弹性套4变形。在夹具体内腔与弹性套之间用液性塑料充满，并使这两个空间呈密封状态。由于在 100C下，液性塑料是呈半固体状态的，所以几乎是不可以压缩的，如此当缸套被安装入夹具体时，在液压缸的推动作用下，柱塞就会向夹具体内施加压力，这样液性塑料就会把力均匀的通过弹性套的膨胀再传递到缸套的各个部位，从而达到高精度定位的要求；与此同时另两缸处于松开状态，只在上、下腰带处抱紧缸套，可装卸工件；当缸套加工完毕时，只要松开液压缸，使夹具以内壁和缸套外壁产生空间，释放液性塑料，弹性套就会恢复原始的状态，是缸套便捷地取下。

5缸套夹具的设计关键对于本夹具设计的关键有两部分：(1)在夹紧时弹性套的变形是否能够恢复；(2)弹性套提供的夹紧力是否能够克服珩磨过程中的磨削力。这都要求对夹紧力进行估算它。

5.1理论所需夹紧力矩的计算当缸套夹紧时径向余量为(0.08-0.12 mm，珩磨头 V180dmin，径向进给取 61xm/r，行程数 n30--40，油石长 i.14o，所用条数 n6，宽度Js 7；珩磨行程lL2a-/，2152x140/4-140145mm，最大速度 V Ⅱ- 1 1·lm/s。

图2缸套受力示意图Fig.2 Cylinder Force Diagram由于不再有轴向夹紧力，故轴向磨削力 、 、径向力 、凸肩处摩擦力矩 都较小，竖直方向力不必验算，所以仅验算夹紧力矩，按粗珩取珩磨头压力 (O.2 1.0)MPa，安全系数 k0.81.2，摩擦系数 0.4，则有：跏 S油1.Ox1.2×140×6×77056N；FtzF.O.4x70562822.4NMHED 2822.4105296.352N·m因J)l 、脾慨l平衡，忽略尬，，夹紧力 需偏大更安全，故需夹紧力矩：‰ ( )D296.352N。m，F FnFB296.352/(120x10-30.4)6174N5.2可实现的夹紧力矩得计算在此，以实际实验过程中某-设计为例，缸套的上下腰带尺，-J-nT：上腰带D 为咖124 mm，下腰带为 mm，则弹性套筒尺寸 r d124o，DT-Ftj q5122删o 。

No.1Jan.2013 机 械 设 计 与制造在未夹紧时，弹性套定位面与缸套间配合间隙如下：△-。124.o4-(124-0.083)--0.123，A l124-(124-0.043)-0.043，△ 122.035-(122-0 .071)-0.106，A 122-(122-0.036)0.036。

弹性套允许最大变形△D-及薄壁处厚度h：ADm(0.003～0.002)D ，取中间值故有 △D-lo.305，ADm-0.3，h-0.02Dr2.44。

在夹紧时，弹性套产生的变形量：△D △ ，故 0.182，A--0.194，m2h/DrO.039产生的夹紧力矩： 2x5xl03mAslDr，218.278Nm，MT2x5xl03mAs2D 225.225N。I1。

6夹具的特点液塑夹具克服了传统夹具夹紧变形的缺点，通过挤压液性塑料使弹性套的膨胀来定心定位，能够较好地保证工件中心与珩磨头中心-致，提高了缸套珩磨的质量，而且液性塑料本身无腐蚀作用，因此长久不失性能，夹具、珩磨头安装调整方便简单，减轻了工人劳动强度，提高了工效。