周 峰

(貴州航天電器股份有限公司泰州事業(yè)部)

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工藝與材料

一款連接器插頭鎖緊套零件的加工

周 峰

(貴州航天電器股份有限公司泰州事業(yè)部)

對一款連接器插頭的鎖緊套零件進(jìn)行外形結(jié)構(gòu)和設(shè)計技術(shù)要求的分析，并提出了加工難點的控制要求，擬定了合適的加工路線和工藝規(guī)程，并設(shè)計了專用夾具，有效避免了零件在加工過程中容易出現(xiàn)的彈性收縮變形問題，成功實現(xiàn)了該款鎖緊套零件的高質(zhì)量、高效率加工。

鎖緊套；薄壁；變形；工藝路線；專用夾具

1 引言

超小型高密度系列差分連接器是用于千兆以太網(wǎng)的傳輸系統(tǒng)，此類連接器一般采用推拉式或螺紋連接方式。該系列連接器具有體積小、防轉(zhuǎn)、防誤插，快速插拔與自鎖功能。本文對該系列連接器中一款插頭鎖緊套零件的機械加工工藝路線，以及加工過程中難點的控制，進(jìn)行了分析和探討，并提出了可行有效的解決措施，設(shè)計了專用夾具，順利實現(xiàn)了零件的加工。

2 零件結(jié)構(gòu)分析

圖1、圖2分別為某電連接器插頭鎖緊套的三維簡圖和設(shè)計圖紙。

該款零件屬典型圓形套筒類結(jié)構(gòu)，外形由4個階梯圓構(gòu)成，主要加工工序是在車床上完成。套筒類零件常用作在回轉(zhuǎn)體零件中的空心壁薄件，主要起支撐和導(dǎo)向作用。

鎖緊套零件等分開口槽端在功能實現(xiàn)上需要有很好的彈性收縮性能，以實現(xiàn)插頭主體順暢的自鎖功能。此項功能的實現(xiàn)效果的好壞會直接決定該零件的優(yōu)劣，乃至于整套產(chǎn)品的優(yōu)劣。

圖1 連接器插頭鎖緊套三維簡圖

鎖緊套零件的徑向定位機構(gòu)設(shè)計是采用常規(guī)的鍵定位方式，一般鍵的加工在新品試制送樣階段建議采用普通插銑的加工方式。批量生產(chǎn)時，由于鍵長只有3.5mm，可以采用沖制的方式替代插銑。這樣能有效地大幅度降低生產(chǎn)周期，是提高產(chǎn)能，降低成本的有效手段。

鎖緊套零件關(guān)鍵加工點是在小孔端的薄壁處，外圓、內(nèi)孔之間壁厚只有0.25mm，加工不當(dāng)極易產(chǎn)生失圓變形。8等分槽的加工也是一大難點和關(guān)鍵點，控制不當(dāng)會導(dǎo)致整個薄壁處向內(nèi)傾斜彈性收縮變形。

圖2 連接器插頭鎖緊套設(shè)計圖紙

3 工藝路線

3.1 零件毛坯、材料的選擇

制造毛坯種類常見有鑄造件、鍛造件、擠壓件、管材、棒材、型材等，選擇何種毛坯的種類和制造方法應(yīng)全面考慮其機械加工的經(jīng)濟(jì)性和毛坯的制造成本，從而達(dá)到零件制造總成本降低的目的。套筒類零件毛坯材料的選擇主要取決與零件的功能要求、外形結(jié)構(gòu)特點及使用時的工作條件等。

根據(jù)鎖緊套的外形結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能和零件材料的機械加工性，選擇采用QBe2棒材加工，鈹青銅在經(jīng)過淬火調(diào)質(zhì)熱處理后，具有較高的耐磨性、彈性疲勞極限和耐熱性，在大氣、淡水和海水中抗腐蝕性能極好。這里選用QBe2棒材完全能滿足零件的設(shè)計要求。

3.2 加工工序的安排

遵循"先粗后精、先面后孔、先主后次"的機械加工工藝路線原則。薄壁處在加工過程中因為切削力和熱變形的綜合影響而引起彈性變形，為防止上述變形，將粗、精加工分開進(jìn)行，使在粗加工中產(chǎn)生的變形量在精加工中得以消除和歸零。

把熱處理工序安排在粗加工和精加工之間，這樣的排序可以有效減少和糾正熱處理變形的影響。

考慮薄壁處作為最后精加工車出清工步，所以應(yīng)將大孔一字鍵槽端作為精基準(zhǔn)首先加工。該零件加工路線擬為：平端面→鉆孔→鏜孔→車外形→切斷→掉頭鏜孔→平總長→插銑一字鍵→熱處理→精鏜小孔→開槽。

4 加工難點分析

4.1 鎖緊套的薄壁問題

本零件為薄壁套類結(jié)構(gòu)，受切削力和熱變形影響后抵抗變形的能力較弱，所以在加工時需要采取措施：1、在一次安裝中完成內(nèi)、外表面及端面的加工，薄壁處內(nèi)孔留精鏜余量，這樣可消除工件的安裝誤差并獲得很好的相互位置精度；2、增大車刀的主偏角和前角，在加工時保證車刀刃口鋒利，從而減小徑向切削力；3、考慮熱處理變形的影響，將其放在粗加工之后、精加工之間進(jìn)行，適當(dāng)加大精加工余量。4、大批量生產(chǎn)時，采用銑開槽方式加工過程中會導(dǎo)致薄壁處向內(nèi)傾斜彈性收縮變形，為防止彈性變形在銑開槽加工時需要設(shè)計專用夾具輔助。

4.2 等分槽的加工

對于8等分開口槽的加工，由于開槽數(shù)量多、位置精度要求高且徑向均布的特點，依據(jù)不同的生產(chǎn)綱領(lǐng)考慮加工的經(jīng)濟(jì)性要求，需要采取不同的加工方案。

在送樣試制階段，因產(chǎn)品需求數(shù)量少，顯然選用線切割方式比較經(jīng)濟(jì)合理，既能保證產(chǎn)品順利加工，又省去了夾具制造的費用成本。

批量生產(chǎn)時，考慮到加工效率和交貨周期的壓力，線切割加工方式顯然不能滿足要求。這里采用鋸片銑削的方式替代 。由于開口槽徑向均布，因此使用了分度頭附件，將工件徑向四個工位的開槽通過一次定位裝夾完成加工，采用帶分度頭附件的數(shù)控銑床加工可以有效降低零件加工成本、提升效率。

在選用銑加工8等分開口槽的過程中，還要考慮開槽過程中會導(dǎo)致零件薄壁處向內(nèi)傾斜收縮變形的問題，需要增加一個反向力抵消其向內(nèi)傾斜變形的彈性勢能。為了有效控制上述彈性變形的發(fā)生，設(shè)計了專用夾具。

5 專用夾具設(shè)計

專用夾具，顧名思義是為了零件的某一道工序加工而專門設(shè)計制造的，在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)模式中使用；在生產(chǎn)過程中專用夾具的使用能有效地降低工作時的勞動強度、從而提高勞動生產(chǎn)效率、同時亦能獲得較高的零件加工精度。

分析鎖緊套零件的結(jié)構(gòu)特征，在加工8等分開口槽的過程中，需要防止8等分開口槽內(nèi)傾斜彈性收縮變形，保證尺寸形狀精度達(dá)到設(shè)計圖紙要求，此專用夾具在設(shè)計時應(yīng)主要考慮以下幾點：1、保證零件在裝夾和加工過程中，不發(fā)生變形，夾緊力的位置宜選在鎖緊套零件剛性較強的部位，確保零件的加工尺寸精度；2、要裝夾簡便，輕巧、定位精準(zhǔn)、效率高，且要達(dá)到預(yù)期設(shè)計效果；3、夾具體須要選用硬度較高，剛性好、耐磨性強的材料，這里考慮選用Cr12能滿足使用要求。

根據(jù)上述分析，繪制了專用夾具結(jié)構(gòu)三維簡圖，如下圖3。夾具體外形為階梯芯軸結(jié)構(gòu)，大外圓軸向面上設(shè)計有開口槽，臺階圓與零件內(nèi)孔間隙配合。當(dāng)鎖緊套在插入芯軸時，芯軸開口槽與鎖緊套一字鍵契合實現(xiàn)零件的徑向定位。在芯軸小外圓端設(shè)計8等分開口槽，開口槽長度和寬度大于鎖緊套自身8等分槽尺寸，這樣能便于在加工開槽時順暢排削，同理，在小外圓端面中心處設(shè)計沉孔方便排削。為了防止直接用三爪卡盤夾持零件會導(dǎo)致零件外圓表面上產(chǎn)生硬傷變形，這里設(shè)計用開口彈性夾套的方式使夾緊力不集中在零件的某一個徑向截面上，分布到零件表面較大的面積上，從而減小零件單位面積上所承受的夾緊力，有效地避免了零件外表面夾傷變形的問題。夾具結(jié)構(gòu)三維簡圖見下圖4。

圖3 專用夾具結(jié)構(gòu)三維簡圖

圖4 夾具結(jié)構(gòu)三維簡圖

6 結(jié)束語

綜合上述分析，得出以下結(jié)論：(1)根據(jù)零件的使用場合選擇了合適的毛坯材料和種類，進(jìn)行粗加工、精加工的選擇，擬出合適的加工工藝路線；(2)針對薄壁處熱處理變形的問題予以充分考慮安排在精加工之間進(jìn)行，讓變形量在精加工段得以糾正和歸零；(3)對零件的加工難點從工序設(shè)定和專用夾具設(shè)計兩方面進(jìn)行了綜合考慮，詳實地分析了加

工控制點，有效的規(guī)避了加工風(fēng)險。

薄壁套筒類零件除了在設(shè)計階段需要對零件的整體尺寸和形狀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行綜合考慮外，更重要的是對零件加工過程中難點的研究和分析，合理科學(xué)地進(jìn)行加工工藝路線設(shè)計和加工工序排序，可以有效降低鎖緊套零件的制造難度，規(guī)避風(fēng)險，既保證了零件的加工精度又提高了生產(chǎn)效率。

因此，首先在滿足設(shè)計圖紙要求的大前提下，優(yōu)先選用經(jīng)濟(jì)合理的加工工藝路線以提高機械加工的生產(chǎn)效率，并能從根本上真實地、高效地降低加工產(chǎn)品制造的總成本。

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2015-11-01

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.06.006

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