内燃机车增压系统排气总管夹具设计与应用

作者：田建忠

单位：太原机车车辆配件厂

来源：《金属加工（冷加工）》杂志

　　排气总管是内燃机车增压系统中用于排放燃气的主要通道，由于和内燃机其他部件相连接，加工时要求保证空间各部尺寸，加工质量的优劣对其能否正确安装和有效使用有很大的影响。

排气总管结构分析

　　排气总管共有三种结构型式，如图1所示。

（a）排气总管1

（b）排气总管2

（c）排气总管3

图1　三种排气总管结构型式

　　排气总管在使用时， 主管内腔通过燃气并与两端增压器相连接，支管口与内燃机排气支管口相连接，两端挂耳用于安装排气管支架，起到支撑与稳定的作用。安装位置如图2所示。

图2　排气总管在内燃机中的安装位置

排气总管加工工艺分析

　　内燃机车工作时， 排气总管内腔通过高温燃气并伴有剧烈振动，为此排气总管的材质选用蠕虫状石墨铸铁，其特点是耐高温、易吸振和切削加工性能好。

　　现以排气总管3为例进行分析，其加工尺寸要求如图3所示。根据排气总管3的加工尺寸要求可知，主管两端法兰及内腔直径通过普通卧式车床三爪自定心卡盘夹持就可完成加工，两端支耳平面可在双面卧式铣床上一次加工到位，支耳部位的M12螺纹孔借助钻模也很容易加工，难点是两支管口的加工，该部位有纵向（124±0.2）mm的中心距要求，横向有（205±0.5）mm的中心距要求，还有31°18′的空间夹角，所有这些要求给加工带来了一定的难度，如何有效解决两支管口的加工工艺问题，保证其空间尺寸要求，是我们要重点解决的技术问题。

图3　排气总管3加工尺寸要求

排气总管支管口专用车夹具设计

　　为满足排气总管支管口的空间尺寸要求，我们选用CW61100普通卧式车床加工，通过设计专用夹具（见图4）来加以解决。专用夹具主要由直角弯板、底板、过渡板、转盘及分度装置、预找正装置和压紧装置等零部件组成。专用夹具使用时需卸掉车床三爪自定心卡盘上的所有卡爪，将过渡板通过卡盘定位导槽及中心孔，定位后以T形槽用螺栓进行固定联接。过渡板上平面加工有纵向导槽，用于底板的定位与导向。底板的上平面加工有横向定位导槽，用于直角弯板的定位与导向。转盘装入直角弯板的安装孔内，其立面加工有定位止口，用于工件主管内径的定位，工件在转盘上夹紧后，可通过安装在直角弯板上的分度装置进行旋转定位，在直角弯板的端面侧壁还安装有中分预定位装置，用于工件的中分预定位。排气总管支管口专用车夹具装配图如图4所示。

图4　排气总管支管口专用车夹具装配图

1、28、31.M24六角螺母 2.M24×145 T形槽用螺栓

 3.转盘 4.M110×2圆螺母 5.挡圈 6.M20六角螺母

 7.平垫圈 8.锁紧销9.M6×40沉头螺钉 10.导套 

11.1.6×22×35弹簧 12.定位销 13.手柄 14.6×40圆锥销

 15.M12六角螺母 16.导销 17.2×25×38弹簧

18.定位轴 19.支架 20.M12×60六角螺栓 

21.8×50圆锥销22.限位块 23.M12×30内六角螺栓

 24.卡盘 25.过渡板 26.底板27.M24×90 T形槽用螺栓

 29.直角弯板 30.拉力螺杆 32.压板

　　为了形象、直观地表达出夹具的结构型式，画出排气总管支管口专用车夹具三维线框图如图5所示。

图5　排气总管支管口专用车夹具三维线框图

1.过渡板 2.限位板 3.底板 4.分度装置 5.直角弯板

6.夹紧装置 7.工件 8.中分预定位装置 9.卡盘

排气总管支管口专用车夹具使用方法

　　排气总管支管口专用车夹具在具体使用时应按以下步骤操作：

　　（1）工件中分预定位：通过已加工好的工件主管内径240mm孔与转盘止口定位（配合精度H8/f8），左右旋转调整工件，使两支管开口处壁与定位心轴正好接触为宜（定位心轴在弹簧作用下可伸缩运动），通过拉力螺杆与压板将工件压紧，工件中分预定位三维示意图如图6所示。

图6　工件中分预定位三维示意图

　　（ 2 ） 工件旋转分度预定位：按图4所示，松开圆螺母及锁紧螺母，通过手柄将定位销从转盘中拔出，转盘与工件逆时针旋转31°18′后，定位销通过弹簧的作用自动弹入转盘定位锥孔内，将圆螺母、锁紧螺母锁紧，此时工件支管口端面已与车床主轴端面保持了平行状态，只是中心位置还没有找正而已，工件旋转分度预定位三维示意图如图7所示。

图7　工件旋转分度预定位三维示意图

　　（3）工件快速位移准确定位：工件快速位移的目的是为了使支管口的中心与机床主轴中心重合，这一过程分两步进行。第一步如图4所示，松开螺母，工件连同转盘、直角弯板在底板导槽内向上位移， 位移的距离为（110±0.02）mm，靠紧限位块后锁紧螺母。第二步是松开螺栓，工件连同转盘、直角弯板和底板在过渡板导槽内向左移动，位移距离为（124±0.02）mm，贴靠在过渡板限位挡块位置后锁紧螺栓，至此工件支管口的中心已与车床中心重合， 工件快速位移准确定位三维示意图如图8所示。

图8　工件快速位移准确定位三维示意图

　　为保证支管口端面与回转中心（274.5±0.5）mm的距离要求，刀具应紧贴弯板A面（此时A面起对刀块作用）进刀，如图7所示。

　　加工完一处支管后，工件向相反方向调整对另一处支管口进行加工，方法同上。由于工件准确定位后， 工件连同夹具的重心位置与机床主轴中心不重合，加工时会产生离心力， 为保证机床运动的平稳性，应加配重块（配重块位置及质量可通过三维设计软件精确设定）。

　　排气总管1 加工时， 为保证（105±0.2）mm的中心高要求，需在转盘止口处加装高度为（19±0.02）mm的过渡套，工件同样以主管内径240mm孔与过渡套止口定位，此时旋转工件使支管口端面与机床主轴端面平行后将工件夹紧，快速位移方法同上。排气总管1加工尺寸要求如图9所示。

图9　排气总管1加工尺寸要求

　　排气总管2加工方法与排气总管3的方法完全相同。排气总管2加工尺寸要求如图10所示。

图10　排气总管2加工尺寸要求

结语

　　内燃机车排气总管增压系统用排气总管支管口的加工，通过设计专用夹具，同时满足了三种产品结构型式的加工要求，具有操作方便、找正快捷、定位准确和生产效率高等特点。自投入使用以来，极大地方便了现场工人的操作和使用，对满足产品的加工工艺要求起到了至关重要的作用。由于该夹具采用了夹具设计中的回转分度装置、快速位移找正装置、中分预定位装置和对刀装置等典型结构，对加工类似不规则形状的产品也具有一定的借鉴作用。

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