薄壁铸件机械加工工装设计

杨小军 姜伟

引言

在航空、航天、机械制造行业中，铸件被大量使用，许多薄壁铸件是精密仪器、仪表的载体，形位精度及其尺寸稳定性要求很高。在薄壁铸件机械加工过程中，加工工装是保证铸件加工质量的关键。通常使用的铸件加工工装，找正精度较低，装夹变形较大。本文结合薄壁铸件机械加工状况，采用理论和实践相结合的方法，介绍了一种薄壁铸件加工工装。

1.工装改进原因

1.1 铸件应用

目前，铸件在航空、航天等行业中大量使用，铸造技术的优点决定了其在金属成形方法中不可替代的地位。金属的成形方法较多，与其他成形工艺相比，铸造工艺具有以下优点：能够成形锻造及切削加工不能完成的复杂外形的零件；生产成本低廉；铸件的尺寸和质量不受限制，小到几克的硬币，大到万吨的轮船壳体，都是铸造的杰作；铸造是机械制造业应用最广泛的一种工艺方法，工业上常用的金属材料都可铸造，且生产的批量不限。

1.2常用铸件机械加工工装应用状况

1.2.1加工精度低

铸件精基准面是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度以及零件安装方便可靠的基础。常用铸件机械加工工装找正精度较低，约为0.4mm，加工精度较差。很多框架类铸件不仅壁薄，而且体积较大，对精基准面的加工精度要求较高，否则后续加工中易出现壁厚不均匀现象，造成废品。

1.2.2装夹变形较大

常用铸件机械加工工装应用于薄壁铸件，装夹变形较大。在机械加工过程中，装夹变形导致的残余应力是影响零件尺寸稳定性的重要因素。为了减少装夹变形，不仅要从加工精度和定位精度选择装夹方案，还要对夹紧力的方向、作用点、大小进行优选。

2.工装主要结构设计

2.1支撑改制

依据三点决定一个平面的理论，设计改制了工装的零件支撑，将常用的平头支撑改为球头支撑（图1、图2示），球头支撑由底座和球头螺柱组成，它改变了原来平头支撑的面接触方式，使铸件毛坯底面与球头螺柱的球头形成点接触，旋转球头螺柱可以调整铸件划线基准面的位置，找正便捷，找正精度约为0.2mm。

2.2 凹形压板

凹形压板由矩形钢板和两块磁铁组成（图3示），磁铁吸附在矩形钢板上。通过移动矩形钢板两端的磁铁，可以改变在零件上的压紧力作用点。矩形钢板的尺寸可以根据铸件装夹位置、空间自行制作。

2.3 装夹方式对比

图4、图5分别是常用铸件机械加工工装、薄壁铸件基准面加工工装的局部装夹结构图。图4中，压紧力作用点在铸件体上，作用点处零件局部悬空。图5中，压紧力作用于凹形压板，将凹形压板两端的磁铁移至两个球头支撑的球头位置，使夹紧力的作用点对应作用在两个球头支撑上，改变了原来直接压紧铸件的装夹方式。

通常，框架类薄壁铸件铸造余量约为2mm～3mm，体积较大，粗加工基准面切削力较大，因此，加工时所需装夹力较大，在铸件压紧力作用点局部会产生较大的变形，薄壁铸件加工工装提高了工艺系统的接触刚度，有利于减小铸件变形，减小装夹引起的残余应力。

3.薄壁铸件机械加工工装

3.1 组成

薄壁铸件机械加工装夹工装（图6示）包括两个圆柱底座2、两个螺柱3、矩形钢板4、两块磁铁5、两组螺栓组件8、两块压板9、三个球头螺柱10、三个圆锥底座11。其中圆柱底座2和螺柱3以螺纹连接；磁铁5吸附在矩形钢板4上且位置可以移动；球头螺柱10和圆锥底座11以螺纹连接；两组螺栓组件8压紧压板9，通过矩形钢板4将铸件固定在机床工作台上。

3.2 应用举例

图6为薄壁铸件铣基准面装夹示意图，装夹方法：首先，根据铸件结构，初定三个球头支撑（10、11）在工作台1上的位置；将已划线的铸件放在球头上，选择铸件底面的实体结构，确定三个球头支撑及两块磁铁5的位置，两块磁铁5的位置对应于两个球头支撑，第三个球头支撑在另两个球头支撑的对称中心线上，并且距离要尽量远；然后，分别旋转球头螺柱10，调整铸件划线基准面的位置，利用主轴上的划针7，找正划线确定的基准面在0.2mm范围内；移动两块磁铁至相应的球头螺柱球头位置；根据铸件位置，确定两个圆柱底座2的位置；根据球头支撑的球头位置，确定两块压板9的其中两个压紧点，一块作用点在凹形压板上且在两个球头支撑的中间位置，另一块作用点在铸件上且在第三个球头支撑位置；根据压板9的压紧点高度，调整两个螺柱3的顶面高度；利用两组螺栓组件8压紧两块压板9，将铸件6固定在机床工作台1上；最后，将主轴上的划针换成铣刀进行精基准面的加工。

3.3 应用效果

通常，框架类薄壁铸件铸造余量约为2mm～3mm，体积较大，粗加工基准面切削力较大，因此，加工时所需装夹力较大，在铸件压紧力作用点局部会产生较大的变形，薄壁铸件机械加工工装具备以下优点：

3.3.1提高基准面加工精度和加工效率

薄壁铸件加工工装通过球头支撑，使铸件毛坯底面与三个球头形成点接触，不仅使铸件基准面加工精度提高，而且找正便捷，易操作，可以提高生产效率。

3.3.2装夹变形小

薄壁铸件加工工装通过凹形压板的凹形结构，改变了铸件的受力作用点，提高了工艺系统的接触刚度，有利于减小铸件变形，减小装夹引起的残余应力。

4.结束语

本文提供了一种薄壁铸件机械加工工装，该工装不但能提高铸件基准面的加工精度、生产效率，还可以提高工艺系统接触刚度，减少铸件装夹变形导致的残余应力，解决了薄壁铸件机械加工精度低、变形大的问题。