趙運(yùn)航 潘寶山 羅 敏

(1、中航工業(yè)黎明產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，遼寧 沈陽 110043 2、中航工業(yè)黎明導(dǎo)噴廠，遼寧 沈陽 110043)

1 引言

隨著飛機(jī)性能要求的進(jìn)一步提高，其結(jié)構(gòu)具有輕量化、薄壁化和整體化的特點(diǎn)。因?yàn)楸”诹慵哂兄亓枯p，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代航空工業(yè)中。環(huán)形薄壁件在軍民品生產(chǎn)中都占有極大的比例。

所謂薄壁零件就是圓直徑與壁厚之比D/б=50～150，壁厚 б 介于 0.25～2mm 之間的零件，這種零件是典型的弱剛性零件，相對(duì)剛度較低，強(qiáng)度較弱，加工工藝性差，特別是在對(duì)零件形狀，尺寸精度要求較高的情況下，它們對(duì)振動(dòng)、切削力及切削溫度等均十分敏感，加工起來易變形和產(chǎn)生振動(dòng)，不易控制加工精度和提高加工效率。特別是越接近最終加工尺寸時(shí)加工起來越困難。對(duì)此類航空薄壁零件實(shí)現(xiàn)高精度、高效率和高可靠性的切削加工一直是航空制造業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。

2 被加工零件工藝簡(jiǎn)介

某薄壁結(jié)構(gòu)件中介外部機(jī)匣（結(jié)構(gòu)圖見圖1）直徑近400mm，局部壁厚只有1.14mm，且其壁厚要求均勻，壁厚差要求控制在0.05mm以內(nèi)，而且它的內(nèi)壁具有16.28°的傾角，使得加工更加困難。在加工過程中，為了減少零件的變形，保證加工質(zhì)量和精度，雖然在工藝上采用了諸多辦法，例如控制材料質(zhì)量，合理采用工藝方法，預(yù)留合理的加工余量，合理選擇加工參數(shù)等，但如果能在加工過程中采用一些輔助工裝，減少或消除加工中的振動(dòng)，則相當(dāng)于減少了加工變形系數(shù)，從而提高加工質(zhì)量和精度，經(jīng)過反復(fù)地研究論證，最后我們?cè)O(shè)計(jì)了一種用于環(huán)形薄壁件加工的減振脹緊裝置，用以解決薄壁件加工變形問題，提高產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率。

圖1 被加工零件圖

3 脹緊減振夾具的設(shè)計(jì)

環(huán)形薄壁件在加工過程中產(chǎn)生振動(dòng)和變形的根本原因是切削過程中切削力在各種因素的干擾下產(chǎn)生的，為使夾具在零件加工中起到減振和防止變形的作用，必須滿足以下幾個(gè)條件：

(1)夾具表面必須緊貼于被加工零件表面；(2)要有適當(dāng)及足夠的脹緊力；(3)夾具選材要有一定的減振功能；(4)夾具便于調(diào)整和裝卸。

為此在設(shè)計(jì)時(shí)我們采用了雙錐體自定心脹緊結(jié)構(gòu)，利用聚氨脂橡膠做脹緊材料，聚氨脂橡膠耐磨損，減振緩沖等性能良好，工作狀態(tài)下，聚氨脂橡膠脹環(huán)能與被加工零件表面緊密貼合，接觸面均勻，能有效地消除薄壁件加工過程中的振動(dòng)及變形，同時(shí)避免損傷零件基準(zhǔn)面，使零件達(dá)到預(yù)期的加工效果。夾具具體結(jié)構(gòu)見圖2，其中脹環(huán)N01采用聚氨脂橡膠做材料，其它部件均采用45#鋼。

圖2 環(huán)形薄壁件用脹胎減振夾具裝配圖

3.1 工作原理

工作時(shí)，先將夾具放入工件內(nèi)，使其位于工件要求脹緊的位置，然后，擰緊螺母N010，通過夾緊力使其上斜環(huán)NO3和下斜環(huán)NO2同時(shí)向中間移動(dòng)，在上、下斜環(huán)斜面的作用下，脹環(huán)NO1得以變形脹緊，緊貼于工件的內(nèi)表面，當(dāng)脹緊力達(dá)到理想狀態(tài)時(shí)，再將限位桿N06調(diào)到位，擰緊螺母N011起固定作用，然后便可加工零件。零件加工完成后，松開螺母N010，上、下斜環(huán)在彈簧N09的作用下，向相背方向移動(dòng)，脹環(huán)NO1恢復(fù)自然狀態(tài)，零件可以順利取出。

減振脹緊夾具是輔助夾具，因此夾具要考慮與主夾具的定位問題，本夾具通過N02下斜環(huán)的底面和外圓實(shí)現(xiàn)與主夾具相配定位，如果需要角向定位則可以增加角向銷定角向。

3.2 聚氨脂橡膠脹環(huán)的設(shè)計(jì)原則

如圖3所示，在設(shè)計(jì)脹環(huán)時(shí)，我們采用聚氨脂橡膠作脹緊材料，因?yàn)榫郯敝鹉z具有耐磨耗、高強(qiáng)度、高彈性、耐高壓、減振性強(qiáng)、高承載和減振緩沖等良好性能，加工上既可機(jī)械加工成型，又可壓鑄成形，由于脹環(huán)在夾具中主要起減振防變形的作用，所以尺寸要求不需很嚴(yán)格，型面只要能保證設(shè)計(jì)要求，能在脹緊狀態(tài)下與工件貼合即可。

脹環(huán)設(shè)計(jì)有外斜面與工件相配合，設(shè)計(jì)有錐體面與上下斜環(huán)相貼合。為達(dá)到良好的減振作用，它的厚度值應(yīng)盡量取得大一些，但如果厚度值過大會(huì)產(chǎn)生脹緊量不均的現(xiàn)象，通過反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)出其厚度值一般為半徑R的10%左右較為合理，在與工件貼合表面直徑值一般取與工件尺寸單邊有0.2～0.5mm間隙值即可，這樣在裝卸工件時(shí)方便可靠，脹緊時(shí)又能達(dá)到要求。

圖3 聚氨脂橡膠脹環(huán)

3.3 上下斜環(huán)的設(shè)計(jì)原則

上斜環(huán)No3，下斜環(huán)No2一方面起主體支架的作用，另一方面起著產(chǎn)生脹緊力的作用，上，下斜環(huán)設(shè)計(jì)有錐體面，其角度設(shè)計(jì)既要考慮脹緊值的大小，又要考慮具有足夠的行程，并保證與脹環(huán)角度相符，角度一般在10～18度之間。其結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)盡量簡(jiǎn)單合理，重量不宜過重。由于上斜環(huán)與心軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較頻繁，磨損量較大，因此在上斜環(huán)處設(shè)計(jì)有襯套，以便于維修和拆換。在兩斜環(huán)中間裝有彈簧，作用是松開螺母時(shí)，上，下斜環(huán)在彈簧力的作用下自動(dòng)脫開，恢復(fù)到自然狀態(tài)。

4 推廣與發(fā)展

本研究成果已應(yīng)用于航空用環(huán)形薄壁件的加工中，夾具利用兩斜面在壓緊時(shí)脹緊聚氨脂橡膠脹環(huán)，保證適當(dāng)并有足夠的脹緊力，通過螺母和螺紋限位桿調(diào)節(jié)，便于調(diào)整和裝卸。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造使用都很方便，解決了零件加工變形和振動(dòng)難題，環(huán)形薄壁零件的加工質(zhì)量和零件加工精度都有大幅度的提高，零件加工合格率提高到90%以上，降低了單件加工成本。

目前許多國(guó)家的航空企業(yè)在加工環(huán)形薄壁件時(shí)均采用一些內(nèi)脹，外卡輔助工裝進(jìn)行減振防變形。在國(guó)內(nèi)的軍民品生產(chǎn)中，環(huán)形薄壁件較多，產(chǎn)品加工后變形較大，往往影響加工和裝配質(zhì)量。應(yīng)用這種脹緊減振夾具將極大地提高環(huán)形薄壁件的加工質(zhì)量和精度。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，薄壁零件將日益廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代航空工業(yè)中，因此，這種環(huán)形薄壁件用脹緊減振夾具將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

[1]徐鴻本主編.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè).遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2004.3

[2]劉守勇主編.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具.機(jī)械工業(yè)出版社.1994

[3]黃奇葵等.機(jī)械制造基礎(chǔ).華中理工大學(xué)出版社.1993