夹具对箱体加工变形影响研究

朱海波，卢继平，樊红丽，孙 健

（北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081）

0 引言

发动机箱体结构复杂，壁薄多孔，加工易变形，其加工质量直接影响发动机的性能，所以，发动机箱体件的加工工艺一直是研究重点，其中箱体夹具设计是其工艺的重要组成部分，也是工艺技术革新和改造的一个主要方向［1］。研究表明，夹具引起的误差占工件加工误差的20 %～60 %［2］。在实际生产中引起工件加工变形的影响因素有很多，而切削力、夹紧力以及毛坯的残余应力是影响加工误差的主要因素［3］。在箱体加工中，夹紧力使箱体发生变形，不合理的装夹使箱体产生加工误差［4］。

本研究首先建立了箱体铣削力模型，计算铣削力，采用3－2－1 定位方式［5］，通过有限元法，仿真分析了不同夹紧位置和不同夹紧力对箱体加工变形的影响。

1 箱体模型简化

研究对象为某发动机的上曲轴箱体，如图1所示，所选加工工序为铣削结合面。

由于该箱体模型结构复杂，在有限元分析时，对其模型进行适当简化。在箱体加工中，假定工艺系统是刚性的，切削过程是稳定的。则夹紧力计算公式［6］：

图1 发动机箱体模型

式中μ1为夹具元件与工件间的摩擦系数；μ2为夹具支撑面与工件间的摩擦系数；K 为安全系数，若安全系数计算结果K 小于2.5 时，取2.5；F 为铣削力。

铣削力计算公式［7］：

箱体定位采用3－2－1 完全定位方式，由箱体底面的4 个凸台组成平面为第一定位面，如图2所示，限制3 个自由度；选如图3 所示侧面为第二定位面，由侧面上的一条水平线上选取对称的两点（关于垂直线对称）限制2 个自由度；……