壳体精车外圆夹具设计

隋信举 赵松林

(烟台南山学院，山东 烟台 265713)

图1所示是笔者公司产品的重要零件。

材料为2A12—T4，规格为φ80mm×4mm的铝管材。该零件为一典型的细长薄壁筒形件，且外径有3处φ 75.60－0.10mm。零件生产批量较大，年产2万件。

1 生产中出现的问题及原因分析

该零件的加工工艺为:下料后，平端面并粗车外圆，然后加工内腔尺寸mm和mm及长度，最后精车外圆，保证尺寸mm、mm及各长度尺寸。由于该零件壁厚较薄，为保证零件各尺寸要求，在车外圆工序中，必须合理设计车外圆夹具。设计的壳体精车外圆夹具如图2所示。

1.1 生产中出现的问题

将工件装入精车外圆夹具后夹紧。加工后在数控车床上测量工件，其尺寸精度和几何形状精度都符合要求。卸下工件后，由于夹紧力消失，弹性恢复，工件外圆尺寸大部分都在φ75.3～75.6mm，不能满足产品图 φ 75.60－0.10mm的要求。

1.2 原因分析

(1)由于该工件毛坯采用管材，而管材经过固溶处理和自然时效后，内部存在较大的残余内应力。

(2)由于该工件壁厚较薄，如果夹具与工件被夹部位接触面积太小，夹紧时，工件就会产生过大的弹性变形。工件加工完成从夹具上卸下后，夹紧力消失，工件产生弹性恢复致使外径超差。

(3)由于选择切削用量过大，工件在切削过程中，受到较大的切削力作用，使工件产生弹性变形。

2 改进措施

针对壳体产生变形的原因，提出以下改进措施:

(1)采用高低温循环处理工艺

为减小材料内部的残余内应力，一般采用高低温循环处理工艺。虽然能减小材料内部的残余内应力，但增加了能量消耗。

(2)合理选择切削用量

要减小夹紧力而又不致使工件在切削过程中发生“打滑”现象，只有减小切削用量，同时，适当提高切削速度，并合理选择刀具角度。

采用上述两种措施后，通过试验，加工后的工件外径大部分仍然超差。

3 精车外圆夹具改进

为减小工件的弹性变形，决定改进夹具的夹紧方式，将原来的径向夹紧改为轴向拉紧。改进后的精车外圆夹具如图3所示。

3.1 夹具结构

该精车外圆夹具的结构主要由定位及夹紧两部分组成。定位部分主要由拨杆1、法兰盘2、心轴3组成;夹紧部分主要由连接套4、夹紧套5组成。

3.2 夹具工作过程

3.3 效果

采用改进后精车外圆夹具加工的工件，尺寸精度和几何形状精度都完全满足产品图的要求。

4 夹具主要零件的设计

4.1 心轴的设计

心轴是壳体精车外圆夹具中比较重要的一个零件，主要是用来定位和连接夹具上其他零件，因此，要求心轴具有良好的综合机械性能。设计的心轴如图4所示。

心轴选用45钢制造，热处理250～280 HB。

4.2 连接套的设计

连接套也是夹具中重要的一个零件，主要是用来定位和夹紧工件。设计的连接套如图5所示。

连接套选用45钢制造，热处理250～280 HB。

5 生产中注意的问题

(1)工件在精车外圆前，必须先粗车外圆。其目的是切除外表面的大部分余量，以保证之后精车外圆的加工精度。经过粗车外圆的工件，在常温下，必须放置24 h以上，方可转入下一道工序。

(2)精车外圆工序采用两个工步，第1工步先半精车外圆，外圆留加工余量0.15mm;第2工步精车外圆，保证各尺寸。

6 结语

该夹具结构紧凑，拆装方便，制造简单，加工出的工件完全满足产品图要求。同时，该夹具结构也为同类型工件的加工提供了借鉴。

［1］哈尔滨工业大学，上海工业大学.机床夹具设计［M］.上海:上海科学技术出版社，1987.

［2］上海柴油机厂设计处.金属切削机床夹具设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1987.