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    實戰教學丨從工件缺陷分析到夾具改進

    實戰教學丨從工件缺陷分析到夾具改進

    下圖所示是某公司產品的重要零件。

     

    殼體

     

    材料為2A12-T4,規格為φ80mm x 4mm的鋁管材。該零件為一典型的細長薄壁筒形件,且外徑有3φmm。零件生產批量較大,年產2萬件。

     

    一、生產中出現的問題及原因分析

    該零件的加工工藝為:下料后,平端面并粗車外圓,然后加工內腔尺寸φmmφmm及長度,最后精車外圓,保證尺寸φmmφmm及各長度尺寸。由于該零件壁厚較薄,為保證零件各尺寸要求,在車外圓工序中,必須合理設計車外圓夾具。設計的殼體精車外圓夾具如圖2所示。

     

    1.1:生產中出現的問題

    將工件裝入精車外圓夾具后夾緊。加工后在數控車床上測量工件,其尺寸精度和幾何形狀精度都符合要求。卸下工件后,由于夾緊力消失,彈性恢復,工件外圓尺寸大部分都在φ75.375.6 mm,不能滿足產品圖φmm的要求。

     

    精車外圓夾具

     

    1.2:原因分析

    由于該工件毛坯采用管材,而管材經過固溶處理和自然時效后,內部存在較大的殘余內應力。

     

    由于該工件壁厚較薄,如果夾具與工件被夾部位接觸面積太小,夾緊時,工件就會產生過大的彈性變形。工件加工完成從夾具上卸下后,夾緊力消失,工件產生彈性恢復致使外徑超差。

     

    由于選擇切削用量過大,工件在切削過程中,受到較大的切削力作用,使工件產生彈性變形。

     

    二、改進措施

    針對殼體產生變形的原因,提出以下改進措施:

    采用高低溫循環處理工藝

    為減小材料內部的殘余內應力,一般采用高低溫循環處理工藝。雖然能減小材料內部的殘余內應力,但增加了能量消耗。

     

    合理選擇切削用量

    要減小夾緊力而又不致使工件在切削過程中發生打滑現象,只有減小切削用量,同時,適當提高切削速度,并合理選擇刀具角度。

     

    采用上述兩種措施后,通過試驗,加工后的工件外徑大部分仍然超差。

     

    三、精車外圓夾具改進

    為減小工件的彈性變形,決定改進夾具的夾緊方式,將原來的徑向夾緊改為軸向拉緊。改進后的精車外圓夾具如圖3所示。

    改進后的精車外圓夾具

     

    3.1:夾具結構

    該精車外圓夾具的結構主要由定位及夾緊兩部分組成。定位部分主要由撥桿1、法蘭盤2、心軸3組成;夾緊部分主要由連接套4、夾緊套5組成。

     

    3.2:夾具工作過程

    將已經過內腔加工的工件左端根據內腔尺寸φmm徑向定位,并通過M72×2-6H的螺紋裝入心軸3中,并擰緊到位。然后,將連接套4旋人工件右端并到位,將夾緊套5與連接套4旋緊,并用螺絲刀將螺釘頂緊。最后將整個精車外圓夾具裝到數控車床上,用前后頂尖頂人心軸兩端的中心孔并頂緊,而后進行精車外圓加工。加工完成后,卸下精車外圓夾具,旋下夾緊套5,再用螺絲刀將螺釘松開,卸下連接套4,最后將工件從心軸3上卸下。

     

    3.3:效果

    采用改進后精車外圓夾具加工的工件,尺寸精度和幾何形狀精度都完全滿足產品圖的要求。

     

    四、夾具主要零件的設計

    4.1心軸的設計

    心軸是殼體精車外圓夾具中比較重要的一個零件,主要是用來定位和連接夾具上其他零件,因此,要求心軸具有良好的綜合機械性能。設計的心軸如圖4所示。

    4 心軸

    心軸選用45鋼制造,熱處理250280HB

     

    4.2:連接套的設計

    連接套也是夾具中重要的一個零件,主要是用來定位和夾緊工件。設計的連接套如圖5所示。

    5 連接套

    連接套選用45鋼制造,熱處理250280HB

     

    五、生產中注意的問題

    工件在精車外圓前,必須先粗車外圓。其目的是切除外表面的大部分余量,以保證之后精車外圓的加工精度。經過粗車外圓的工件,在常溫下,必須放置24H以上,方可轉入下一道工序。

     

    精車外圓工序采用兩個工步,第1工步先半精車外圓,外圓留加工余量0.15 mm;第2工步精車外圓,保證各尺寸。

     

    結語

    該夾具結構緊湊,拆裝方便,制造簡單,加工出的工件完全滿足產品圖要求。同時,該夾具結構也為同類型工件的加工提供了借鑒。

     

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