薄壁模具零件特殊夹具的设计

王娟

摘要：目前，我国是科学技术快速发展的新时期，薄壁零件在机械加工里是较常见的一种零件，其直径方向厚度较薄，装夹困难，在车削加工里是较棘手的难题。车床装夹过程中容易产生弹性变形与塑性变形，其表面刚性差、强度弱，当夹爪松开拆下零件后，零件变形位置会慢慢缩回，直径方向产生不规则的变形量，几何误差从而增大，尺寸各个精度无法保证，容易产生报废件，从而浪费公司材料成本与加工成本。本次研究主要通过探讨薄壁零件的装夹难点与加工难点来设计一种特殊的夹具实现快速车削加工。

关键词：模具;薄壁零件;工装夹具;横向锁紧;弹性变形;同心度

0引言

挤压铸造技术的不断发展，为创新工艺水平提供了新的契机。现代工艺在加工方面需求不断增长，而挤压铸造技术立足于加工和锻造，对所生产的产品内部的构造零件进行标准匹配，对其中功能齐全却较为复杂的零件进行了深入优化，能够极大提高产品的使用效率。同时，大型挤压铸造的涌入，提高了原有工艺生产步骤的科学化和工业化水准，而其中，设计工艺流程是最为关键的步骤，本文对此进行研究分析。

1数控加工技术在薄壁塑料零件注塑模具加工中的优势

數控加工技术在薄壁塑料零件的注塑模具加工中有着广泛的应用，主要有以下优势：第一，得到的模具产品性能好且稳定，计算机技术得到的编程程序通过数控技术实现对机床等设备的智能控制，计算机系统极大的存储能力和数据转换功能，可使得到的产品精度更高;第二，能够加工复杂结构的零件，依赖于人工操作制造模具产品，无法快速完成多曲线尤其是三维曲线的操作，而这些复杂曲线正是结构复杂零件中常见的，采用CAD绘图软件可快速实现三维作图，其放大、缩小和移动编辑功能可以轻松完成复杂的工作;第三，极大地提高了生产效率，数控技术可用计算机编程程序控制模具的加工过程，能够控制整个生产流程，调节生产工艺，短时间内完成大量工作，提高企业的生产效益。

2薄壁模具零件特殊夹具的设计

2.1  脱模机构

考虑到塑件壁浇薄，并且还带有凸台、加强筋等结构，在出模过程中就可能会出现损坏的问题。沿着厚度的方向，塑件收缩较小，同时，保压压力较高，就会让其收缩更小，加强筋的位置上也容易出现黏合，为了避免黏模与顶穿的出现，就要求要比常规注塑成型数量更多，并且尺寸更大的顶出推杆使用。所以，最好能够选择推件板与中心推杆的相互组合。针对爪、钩以及需要将螺钉安装在塑件内部的，其脱模结构复杂度较高。考虑到塑件壁厚浇薄，其中需要利用自攻螺钉来进行紧固出现，其圆柱的厚度也要比塑件厚度大，其表面会有凹坑的出现。为避免这一种缺陷，就需要在直接将螺钉柱设置成为悬空的结构，并且也应该将磨具脱模的设计直接形成斜顶结构。从模具之中直接推出螺钉柱，然后推杆实现侧向的移动，虽然需要利用人工的方式来完善产品脱模，具有较高的复杂习惯，但是能够有效的解决凹坑等问题。

2.2  特殊夹具的设计

基于以上两种装夹方式作为理论基础，提出一种特殊工装夹具的设计方案。夹具由一个直径140mm、厚度50mm的圆盘材料制作而成，在直径120mm的端面上加工4 个均分90°M12×1.75mm的螺纹孔，在中心位置加工M16、深30mm的螺纹孔。在端面φ88mm的位置上加工一个宽5mm、深5mm的工艺环形槽，两边端面外圆上各倒1mm×45°的工艺倒角。工艺环形槽的目的是为了让镗刀车削φ88mm的通孔时，能完全车削整个轮廓到底部，其作为避空效果。加工外圆可以不使用此避空槽，因尾部有1mm×45°的倒角，车削时终点距离留0.1～0.4mm的余量即可。零件上的4 个R9.5mm圆弧槽作为车削内孔时的装夹位置，M12的螺钉锁紧在R9.5mm的圆弧槽里，制作4 个开口等高垫片支撑在螺钉下面。由于M12的螺钉一半锁紧在R9.5mm的圆弧槽里，一半是悬空状态，这样锁紧力不稳定，车削力较大，零件容易松动。制作4 个开口等高垫片作为悬空部分的辅助支撑块，高度与R9.5mm圆弧槽下半部分的高度相一致，使得4个螺钉接触面同步，锁紧力均匀平稳，零件安装牢固。垫片每次拆装方便，能直接插入在螺杆外部和快速拔出。夹具体中间加工M16的螺纹孔来作为车削外圆的装夹位置，车削好内孔后，先不拆卸4 个M12的螺钉，通过M16的螺杆与螺母把圆形垫片锁紧在零件的内孔台阶面上，再卸下M12的螺钉，达到了零件一次装夹加工成形的目的，能方便快速车削外圆，这样节省了后续第二次装夹所有的辅助时间，大幅提高了批量生产效率。由于这种装夹方式没有采用径向夹持，两次都是横向固定的方法，零件不会发生装夹的弹性变形。由于是横向锁紧，安装牢固可靠、刚性极好，加工时不会产生切削力的振动，尺寸精度与表面粗糙度较好。

2.3  较大尺寸的薄壁塑料零件

尺寸较大的薄壁塑料零件在脱模时易出现问题，由于零件壁厚相对于零件长度和宽度更小，注塑后较薄的零件壁上更易出现尺寸上的缺陷，计算机辅助编程能够更精确地控制模具结构，减少缺陷的产生。家用轿车的天窗边框属于较大尺寸的薄壁塑料零件，实际应用中不暴露于外，因此外观要求较低，但装配精度要求高，在此基础上，利用Pro-E软件和Mold-flow软件，设计分型面、浇注和冷却系统，可得到模具的总装配图，随后运用CAE模拟分析，结合正交试验，优化工艺参数，得到的注塑制品的翘曲变形量相比于未经过计算机辅助设计的注塑工艺下降了0.4mm以上，得到了很大的改善。薄壁塑料零件注塑模具设计中，数控加工过程也应充分考虑注塑后得到的注塑制品质量，模拟注塑成型工艺过程、优化工艺参数，设计出更适合实际生产使用的模具。

2.4  薄壁塑件注塑工艺

在生产薄壁塑件中，注塑工艺参数非常关键，因为注射压力的增大，时间的不断缩短，这样就会对生产带来影响，所以，就需要利用换门的薄壁注射剂。因为其本身的厚度较薄，单件的重量轻，所以，每一次注塑量较少。针对薄壁注射剂的机筒，其实际的容积较小，这样就可以规避因为长时间停留带来的分解。不同壁厚塑件的注塑成型，其对应的参数也会有所不同，对于壁厚小于1mm的塑件，注射压力范围为138～241MPa，注射时间为0.1～1s;壁厚在1～2mm的塑件，注射压力范围为110～138MPa，注射时间为1～2s;壁厚在2～3mm的塑件，注射压力范围为62～97MPa，注射时间通常大于2s。

2.5  浇注系统设计

一般在应用中心浇注方法时，由于内部呈现扩张的压力形态，大量的零件会被不同程度地附着在金属内壁，使用金属液进行充型时必须保证所浇注的范围能完整覆盖内部的零件，之前根据外围测量的阴影面积可以大致得出浇注覆盖的可能性，从而为选择金属液的数量以及体积提供了依据。但是仍需要对浇注的系统进行精确设计，这是防止零件打乱的有效措施，铸件底部较厚，可以抵消足够大的压强，当零件在浇注过程中脱落时，也可使金属液随着零件共同在底部压缩，所以浇道需设置在型腔底部;相反，如果将浇道设置在型腔顶端或者铸造仪器其他部分，由于零件结构复杂、壁厚不均，会使金属液停留在上半部分，受到俯冲力反弹，无法使零件全部成型。

3结语

薄壁零件无论在车床装夹上还是铣床装夹上都是较棘手的难题，首先要解决的是装夹弹性变形的问题，其次才是加工尺寸各个精度的问题。很多时候虽然有了普通夹具的安装，但是避免不了还要经过第二次装夹或多次装夹来完成最终的加工，这样无形中又发生了n次微量变形，使得零件同轴度（同心度）也很难保证。此次的研究能很好地解决该薄壁零件装夹弹性变形的难题，又能快速有效地在一次装夹中完成所有轮廓的车削，同心度得到了很好的保证，生产效率也得到了很大的提高。

参考文献：

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].5版.北京：机械工业出版社，2010.

[2]邢敏.机械制造手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2006.