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实战教学丨从工件缺陷分析到夹具改进

实战教学丨从工件缺陷分析到夹具改进

下图所示是某公司产品的重要零件。

 

壳体

 

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

 

一、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φmmφmm及长度,最后精车外圆,保证尺寸φmmφmm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φ75.375.6 mm,不能满足产品图φmm的要求。

 

精车外圆夹具

 

1.2:原因分析

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。

 

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。

 

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。

 

二、改进措施

针对壳体产生变形的原因,提出以下改进措施:

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。

 

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。

 

三、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。

改进后的精车外圆夹具

 

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

将已经过内腔加工的工件左端根据内腔尺寸φmm径向定位,并通过M72×2-6H的螺纹装入心轴3中,并拧紧到位。然后,将连接套4旋人工件右端并到位,将夹紧套5与连接套4旋紧,并用螺丝刀将螺钉顶紧。最后将整个精车外圆夹具装到数控车床上,用前后顶尖顶人心轴两端的中心孔并顶紧,而后进行精车外圆加工。加工完成后,卸下精车外圆夹具,旋下夹紧套5,再用螺丝刀将螺钉松开,卸下连接套4,最后将工件从心轴3上卸下。

 

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。

 

四、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。

4 心轴

心轴选用45钢制造,热处理250280HB

 

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。

5 连接套

连接套选用45钢制造,热处理250280HB

 

五、生产中注意的问题

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24H以上,方可转入下一道工序。

 

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0.15 mm;第2工步精车外圆,保证各尺寸。

 

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。