薄壁套类零件线切割夹具的设计

2022-09-01张忠信

机械制造 2022年6期

□ 张忠信

沈阳创推科技有限公司沈阳 110141

1 设计背景

薄壁套类零件,特别是壁特别薄的套类零件,在机械加工过程中会产生变形,很难满足图纸要求的尺寸公差和形位公差要求,合格率很低。由此,薄壁套类零件对机械加工工艺方案、工艺技术,以及加工中各工序的工装夹具有较高的要求。某外圆直径为350 mm,长度为100 mm,壁厚为4 mm,内壁有轴向均匀分布沟槽的薄壁套类零件,尺寸公差、形位公差要求比较高,线切割加工后尺寸公差、形位公差都无法满足技术要求。针对这一问题,可以从两方面采取措施。一方面是外部因素,从制造工艺方案考虑,减小机械加工前各工序产生的残余应力,进而减小残余应力在机械加工过程中释放产生的变形。另一方面是内部因素,减小线切割加工中由于受力不均匀产生应力导致变形超差的问题。改进线切割加工工艺,可以减小应力,设计合理的夹具,效果则更明显。为了避免薄壁套类零件在线切割加工中装夹受力不均匀,设计了薄壁套类零件线切割夹具。

2 设计方案

零件线切割加工中常用的装夹方法有压板、螺钉、垫块组合装夹,胶水粘合,磁性吸盘吸附,采用专用夹具等几种。常规装夹方法不能满足薄壁套类零件的线切割加工,会产生变形,因此只能设计专用夹具。设计专用夹具的基本原则是保证薄壁套类零件的加工质量,满足薄壁套类零件定位稳定性和可靠性要求,具有足够的承载或夹持力度。线切割加工中产生的切削力极小,因此主要考虑定位准确和均匀受力问题,避免不均匀受力产生应力,导致变形。

设计薄壁套类零件线切割夹具的目的是装夹均匀受力,减小不均匀受力产生应力导致的变形,所采用的技术方案由三部分组成。

第一,采用圆周均匀分布的三点施力,如图1所示。对薄壁套类零件端面上均匀分布的三个点施力,三点施力装夹的稳定性最好,可以保证定位稳定性和可靠性,具有足够的承载和夹持力度。三点施力的受力均匀性好,产生的应力小,产生的变形也小。

第二,采用面接触、点受力,如图2所示。面接触、点受力是由压盘体、均力盘、三个传力柱组成的双层结构,属于精细化的创新改进,可以进一步提高受力的均匀性,产生的应力更小,导致的变形也更小。

第三,采用三等分轴向线支撑,如图3所示。三等分轴向线支撑是产生应力最小、变形最小的支撑方法。线切割加工中,薄壁套类零件的支撑由压盘夹紧支撑和V形铁支撑双重作用产生,并且从完全压盘夹紧支撑逐步过渡到V形铁支撑。线切割加工前,压盘夹紧属于三点施力,均匀受力。随着线切割加工的进行,压盘夹紧的力越来越不均匀,由此产生应力,V形铁支撑可以减小应力或阻止应力不均匀。

3 制造

薄壁套类零件线切割夹具如图4所示,主要由支撑体、压盘和一对分体V形铁组成。

支撑体由水平放置的支撑座和竖直放置的支撑侧板组成,支撑座、支撑侧板焊接组合后进行机械加工,有垂直度要求。支撑座上开有固定V形铁的螺栓孔、滑动槽,以及将支撑体固定在线切割机床上的固定孔,通过螺栓将夹具固定在线切割机床上。支撑侧板上开有两个固定压盘的固定孔、一个中心工艺孔、两个顶角吊装孔。压盘由压盘体、均力盘、固定杆,以及两个连接螺柱、三个圆周均布的传力柱组成,压盘体、传力柱、均力盘焊接组合后进行机械加工,两个连接螺柱焊接在固定杆上后再点焊在均力盘上,确保薄壁套类零件均匀受力。分体V形铁由左V形铁和右V形铁组成,左V形铁和右V形铁之间的距离可以调节。通过调整左V形铁和右V形铁之间的距离,使薄壁套类零件与左V形铁、右V形铁的接触线在薄壁套类零件圆周三等分处,通过螺栓固定在支撑座上。