口小腔大薄壁曲面零件的组合夹具及装夹方法

2015-11-23北京遥测技术研究所100076

金属加工(冷加工) 2015年5期

关键词：心轴内腔锥度

■北京遥测技术研究所（100076）

姚建华

1. 零件结构概况

该零件为我所某型号产品上的结构件，属于薄壁曲面难加工零件，具有“口小腔大”的特点（见图1）。材料为聚四氟乙烯，壁厚最薄处不足2mm，内腔尺寸最深处达130mm，内腔公差要求均在0.1mm以内，表面粗糙度值要求Ra=1.6μm。

2. 常规加工方法

图 1

在加工口小腔大、薄壁、易变形材质的曲面腔体零件时，常规加工方法是设计专用模具通过注塑或铸造的方法成型，但是即使精密铸造出来的零件在尺寸公差、表面粗糙度等方面也不能达到较高精度，而且每加工一种零件就要设计一套模具，适用于批量生产的低精度零件加工，对于高精度要求的小批量零件加工时则会费时费力、工程量巨大且达不到设计精度。

3. 零件加工难点

（1）零件材料特点。聚四氟乙烯质软易变形，加工过程中产生带状切屑，容易缠屑将零件挤压变形，造成尺寸超差且使表面粗糙度达不到要求。

（2）加工过程难点。零件进行完内腔加工后，外形无装夹部位，需设计专用夹具。当设计夹具将零件内腔撑起进行外形轮廓加工时，由于零件内腔具有口小腔大的特点，若制作完全符合零件内腔轮廓的心轴采用常规方法则无法放入其中；若心轴不完全符合零件内腔轮廓，由于零件壁薄，加上零件材质易变形，心轴不能将内腔完全撑起，零件内腔存在空隙部分，刀具加工到空隙部分外形时，容易使内腔变形，甚至将零件车破，造成零件报废，难以得到设计图样要求。

4. 组合夹具设计

关于组合夹具的设计方案，总思路是把内腔完全支撑起来加工外形，既防止内腔变形，也防止加工外形时内腔中空把零件车破。

（1）夹具材料选择。由于需要将零件内腔撑起，因此我们选择具有一定弹性形变特点的黄铜作为制作夹具的材料，既能满足撑起要求，又便于切削加工。

（2）夹具设计理念。组合夹具由3部分构成，分别为螺纹锥度心轴（见图2）、米字花瓣胀胎（见图3）和仿形组合心轴（见图4），夹紧方式选择螺纹配合锥度撑起方案。其中仿形组合心轴要满足将内腔完全撑起来，切割瓣数要选用最少，如果采用2瓣，3瓣的切割方式均不能放入零件内腔，经验证切割瓣数最少为4瓣。选择线切割加工以保证最小的切削量，否则夹具组合后间隙过大，加工过程中易将零件外形车破。

图2 螺纹锥度心轴

图4 仿形组合心轴

图3 米字花瓣胀胎

（3）夹具加工要点。组合夹具的难点是如何将仿形组合心轴装入零件口小腔大的内腔，夹具设计巧妙之处在于仿形组合心轴的切割方法。仿形组合心轴分成4瓣时，首先采用线切割加工方式加工第1瓣，第1瓣的截面为120°扇形，大小为仿形组合心轴的1/3；然后对剩下部分从第1瓣扇形原点开始沿直径方向左右各30°切割仿形组合心轴最大直径的1/2后，再向外进行直角切割，形成3瓣，其中第2、3瓣为对称结构，另一瓣称为第4瓣（见图4）。仿形组合心轴的直径尺寸比薄壁零件内腔尺寸小0.02～0.05mm，这样既能使零件容易安装在心轴上，又能保证一定的摩擦力而实现车削加工。若心轴与零件内腔配合间隙过大，零件安装后因没有足够的摩擦力而导致零件无法与心轴同时旋转，从而无法进行车削加工。

（4）夹具装夹技巧。组合夹具装夹方法步骤如下：第一步，首先将仿形组合心轴的第一瓣装入口小腔大薄壁零件内腔中，然后对称装入第2瓣、第3瓣，将前3瓣拼好后，向零件内腔中推入第4瓣（注意4瓣心轴装入顺序不能颠倒，否则不能将仿形组合心轴装入零件中），形成整体仿形组合心轴；第二步，将米字花瓣胀胎推入仿形组合心轴的内腔中，组成一个组合体；第三步，将组合体利用内外螺纹配合方式旋入在机床上找正的螺纹锥度心轴上，利用锥度配合将零件内腔适当撑起，即可进行外形轮廓的加工（见图5）。

5. 组合夹具优势

该组合夹具与现有技术相比有益效果为：

（1）该组合夹具解决了加工口小腔大薄壁零件类产品内腔后因外形没有装夹部分而无法进行后续加工的难题。加工时，仿形组合心轴完全符合零件内腔轮廓，零件内腔没有中空部分，能给零件提供相应支撑，避免了刀具将薄壁零件车破的问题。零件加工后，内腔变形小，平行度、同轴度、表面粗糙度以及厚度误差可控制在很小的范围内，满足设计的精度要求。