散热器零件的夹具设计

2021-04-24潘志杰张利贤

南方农机 2021年6期

陈艳，潘志杰，张利贤

（1.陕西机电职业技术学院，陕西宝鸡 721001；2.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721000）

电子元件中常常采用铝合金薄片散热器进行散热，而铝合金的加工性能较差，在切削加工时极容易变形，对此必须采取提高工艺系统刚度的方法进行加工，同时选择合适的加工工艺，才能保证加工质量。

1 散热器的结构分析

现有某散热器零件如图1 所示，该零件为铝合金的圆状薄壁片，共11片，中间为凹槽状圆环，整体尺寸为77.7 mm×50.5 mm，其中薄片厚度为2 mm，两侧的薄壁面拔模斜度为1°，各薄片间的距离为6 mm。该零件加工时要求批量生产，工件周边无毛刺，无变形，机加工表面毛刺高度小于0.05 mm。同时必须保证薄壁与底面垂直度为0.1 mm，高度尺寸（3±0.05）mm，此为重要装配尺寸。

图1 散热器工程图

加工时提供了半成品毛坯，如图2所示，前端与薄壁部分已经加工完毕，需进行工件外形加工，毛坯尺寸为77.7 mm×77.7 mm×50.5mm，为方形。

2 散热器的夹具设计

2.1 装夹分析

图2 毛坯图

毛坯外形为方形，如果采用传统的三爪卡盘装夹将无法进行装夹，且铝合金薄壁件夹紧时容易产生变形，难以保证尺寸精度，批量生产效率低，产品质量无法保证，因此需要选用专用夹具对工件进行装夹。综合工件与毛坯的结构特点，笔者认为分两次进行装夹加工比较适合。毛坯中的铝合金薄片为同向分布，前端厚度为5 mm，不宜只对此部分进行装夹加工，但是后端由多片薄壁排列构成，有较好的强度与刚度，可以进行装夹加工，因此应先加工前端，再加工工件回转外形。

由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，要求车床夹具与主轴的轴线有较高的同轴度，且要连接可靠，故应采用圆形夹具，夹具体上的各元件不伸出夹具体直径之外。

2.2 加工前端所用夹具

针对毛坯零件的结构特点，在加工前端时应设计弹性车床夹具。加工前端时只需加工底座即可，且加工的余量不大。此外，将夹具设计成轴状时装夹效果更好，同时应将夹紧薄壁部位做成与薄壁片所组成的方形一致，将夹具用线切割分成4片，起到柔性装夹的作用，以保证这种结构不会因夹紧力过大而导致毛坯工件损坏[1]。

装夹方式如图3所示。弹簧夹头将新毛坯夹持住，数控机床主轴通孔前端为锥孔，同时弹簧夹头中间一端为锥度，以便与主轴通孔相配合。用连接杆通过主轴通孔与弹簧夹头连接，通过连接杆将弹簧夹头抽紧以保证弹簧夹头有足够的夹紧力。加工时，毛坯、弹簧夹头、主轴通孔和连接杆连成一体，实现了对工件底座的加工，有效地减小了工件在切削过程中的变形，并能有效保证高度尺寸。

2.3 加工后端所用夹具

图3 底面夹具装配图

在薄壁片进行加工时，由于径向受力不均衡，很容易使薄壁片发生较大变形，因此，如何保证在加工薄壁片时不发生过大变形是加工该部分的关键。笔者结合工件薄壁片特点设计了如图4 所示的组合夹紧装置，为了使离心力平衡，故将外形都设计为圆形。定位装置为开缝结构，可用于对工件前端进行调节固定，如图4a）所示；夹紧装置的一端设计成与工件能配合的薄壁片，起到提高薄壁片刚度和抗力的作用，保证在加工过程中工件不会变形，如图4b）所示[2]。

图4 顶面组合夹具

顶面组合夹具装配图如图5 所示。定位装置与夹紧装置组合装夹时刚好与工件的薄壁片相互配合，能有效地达到“变空心为实心”的效果，提高刚度，避免加工时对工件产生的扭转应力。与车床主轴回转中心同轴，既可为工件径向定位，又能承受切削时的径向力，这样对毛坯工件的前端与后端同时进行夹紧，通过连接螺钉实现工件的轴向受力，更加有利于工件的夹紧定位，加工时有效地保证了薄壁片对底座面的垂直度[3]。

图5 顶面组合夹具装配图

3 零件加工工艺

零件加工的工艺流程为：钻通孔（主轴转速600 r/min)→粗车端面和外圆（主轴转速1 000 r/min，进给0.08 mm/r)→精车端面和外圆（主轴转速1 500 r/min，进给0.04 mm/r)→调头→粗车圆弧和外圆（主轴转速1 000 r/min，进给0.06 mm/r)→精车圆弧和外圆（主轴转速1 500 r/min，进给0.04 mm/r)→车槽和倒圆弧（主轴转速800 r/min，进给0.04 mm/r)→车圆弧（主轴转速800 r/min，进给0.04 mm/r)[4]。