劉林鋒 張博 武晨昌 柴文斌 王波 楊全理

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

關(guān)于解決框架類(lèi)零件裝夾變形的協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)

劉林鋒 張博 武晨昌 柴文斌 王波 楊全理

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

小批量試制加工通常采用虎鉗、三爪等通用夾具或壓板工裝板等組合夾具進(jìn)行裝夾，但這些裝夾方式會(huì)產(chǎn)生裝夾應(yīng)力，使得零件產(chǎn)生不規(guī)則變形，而膠粘技術(shù)能很好的解決這一加工難題。本文主要介紹了膠粘法的裝夾原理和方案、具體應(yīng)用以及創(chuàng)新點(diǎn)，通過(guò)使用此方法，成功解決了由于裝夾時(shí)零件變形導(dǎo)致孔的圓度和尺寸超差問(wèn)題，零件最終質(zhì)量達(dá)到圖紙要求，使用良好。

框架類(lèi)零件；裝夾應(yīng)力；變形；膠粘法

1 裝夾方式介紹

隨著科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展，在機(jī)械制造業(yè)內(nèi)對(duì)產(chǎn)品零件的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也有了越來(lái)越高的要求，如零件的精度要求不斷提高，零件的表面粗糙度也要求越來(lái)越高，零件的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形態(tài)更加多樣化。要實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步必然會(huì)在實(shí)際加工中帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。而在加工過(guò)程中對(duì)零件各項(xiàng)工藝要求影響最大的一項(xiàng)就是裝夾方式的選擇。

圖1 虎鉗裝夾

現(xiàn)階段通常采用虎鉗、三爪等通用夾具或壓板工裝板等組合夾具進(jìn)行裝夾，這些裝夾方式勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生裝夾應(yīng)力。

如圖1所示的虎鉗裝夾，零件在切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力和切削熱的作用下，產(chǎn)生變形和內(nèi)應(yīng)力，且有向外延伸的趨勢(shì)。但由于虎鉗鉗口的作用力恒定，使零件不能自由地實(shí)現(xiàn)平行方向的延展，而只能向上凸起，如虛線所示，因此加工后會(huì)造成中心部位被切除的更多一些，這就導(dǎo)致零件壁厚尺寸不一致，達(dá)不到尺寸及表面粗糙度的設(shè)計(jì)要求。另外，在虎鉗裝夾時(shí)，由于受夾緊部位厚度的限制，零件的厚度不能太小，使得需要加工整個(gè)厚度平面的零件和外形四周有臺(tái)階的零件的加工受到限制。

圖2 壓板裝夾

圖3 膠粘裝夾方式

圖4 壓板裝夾方式

如圖2所示，在組合夾具（壓板）裝夾的情況下，由多個(gè)點(diǎn)接觸對(duì)零件施加壓緊力，這樣的裝夾方式會(huì)造成零件受力不均，且零件受壓緊力的影響必然會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力分布不均的現(xiàn)象。銑削時(shí)零件產(chǎn)生的變形和熱膨脹在壓板附近較小，而在距離壓板較遠(yuǎn)處較大，因此會(huì)使零件產(chǎn)生局部的凸起，導(dǎo)致零件在加工后厚度方向尺寸不一致，局部的表面粗糙度達(dá)不到要求。另外，在用壓板裝夾時(shí)，由于受壓板的妨礙，加工中常常需要逐次松開(kāi)和移動(dòng)壓板，以加工壓板部位；在加工完之后，又得逐次裝上和壓緊壓板，以便繼續(xù)加工。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且會(huì)影響表面粗糙度。

以上兩種裝夾方式，當(dāng)松開(kāi)虎鉗或壓板取下零件后，由于不再有外力限制，加工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以釋放，從而使得零件產(chǎn)生較大的不規(guī)則變形。這是零件在加工完之后產(chǎn)生扭曲變形的主要原因。裝夾的實(shí)際優(yōu)勢(shì)，就能很好的解決由平面度、平行度、零件形變量、加工應(yīng)力不均等技術(shù)指標(biāo)帶來(lái)的的加工難題。它能有效提升產(chǎn)品的合格率，是一種具有很高應(yīng)用能力的工藝方法。

如圖3所示，使用502膠水將零件粘接在一塊平板上，使零件能夠承受剪切力和剝離力，在加工中零件在垂直方向上不發(fā)生位移，從而能夠獲得一致的加工厚度尺寸。同時(shí)零件沒(méi)有附加的外力限制，在變形時(shí)處于一種相對(duì)自由的狀態(tài)，使加工過(guò)程中應(yīng)力得以釋放。

由于502膠水的快速固化性質(zhì)，墊板凸臺(tái)端面和零件貼合度比較好，膠水很難溶到貼合面，只是將貼合面四周進(jìn)行固化，就像用彩泥將零件四周與墊板凸臺(tái)端面固定一樣，只不過(guò)力量比彩泥要大很多。為了提高粘接力，在工藝臺(tái)中間兩側(cè)各加工一個(gè)10mm×5mm×0.1mm沉臺(tái)的溶膠槽，以方便膠水能夠該空間提高粘接面積，所以加工后，零件變形相對(duì)較小，克服了虎鉗和壓板裝夾的不足。

2 膠粘法裝夾原理與方案

由于很多產(chǎn)品精度要求比較高，因此在精加工環(huán)節(jié)中希望盡量避免零件裝夾引起的裝夾變形以及加工產(chǎn)生的應(yīng)力變形。這是在加工過(guò)程中急需解決的最大難題。

經(jīng)我們課題小組從零件“零”應(yīng)力裝夾概念出發(fā)，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械加工中廣泛應(yīng)用膠粘技術(shù)，充分發(fā)揮膠粘

3 膠粘法裝夾在某典型零件應(yīng)用

直X項(xiàng)目中的某萬(wàn)向架零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。精加工工序原裝夾方式如圖4所示，使用4個(gè)壓板，主要裝夾力量在4個(gè)壓板承受，容易產(chǎn)生零件向內(nèi)或者向外擴(kuò)張?，F(xiàn)裝夾方式去掉四周4個(gè)壓板壓緊，用膠粘4個(gè)工藝臺(tái)代替壓板。

操作步驟和注意事項(xiàng)：

（1）檢查零件裝夾工藝臺(tái)的平面度（能夠進(jìn)行研磨效果更好）；

（2）將墊板用壓板固定在機(jī)床床面上；

（3）在墊板上加工與零件工藝臺(tái)位置一致的凸臺(tái)（尺寸比零件工藝臺(tái)大20mm左右）；

（4）凸臺(tái)端面須進(jìn)行精加工，以保證與零件有很好的貼合度（這樣可以避免墊板加工誤差和定位誤差對(duì)加工精度的影響）；

（5）放置零件到墊板凸臺(tái)面進(jìn)行研合；

（6）將502膠水均勻涂在貼合面四周，等待膠水固化；

圖5 某萬(wàn)向架零件φ117H7孔

（7）加工過(guò)程中嚴(yán)防大的切削用量，半徑和底刃吃刀最好在0.1—0.2mm之間，刀具要鋒利，避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象；

（8）加工完成后用刀片將貼合面周?chē)z水剝離，刀刃輕輕地從貼合面處將零件均勻翹起；

（9）重新裝夾時(shí)要將凸臺(tái)面的膠水殘余清理干凈，接觸面進(jìn)行一次微修復(fù)；

（10）加工時(shí)配合壓板輔助裝夾，防止加工過(guò)程中由于意外導(dǎo)致零件飛離。輔助裝夾的壓板在裝夾過(guò)程中只需要輕輕帶住即可，基本不產(chǎn)生裝夾應(yīng)力。

4 膠粘法裝夾的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過(guò)膠粘法加工精度高：如圖5所示，加工直X項(xiàng)目某萬(wàn)向架零件φ117H7孔圓度能夠達(dá)到0.02mm，其它三孔圓度達(dá)到0.01mm以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（2）“零”裝夾力：裝夾力幾乎為零，對(duì)零件的影響可以忽略不計(jì)；

（3）加工無(wú)死角：對(duì)于端面有凸臺(tái)、臺(tái)階的零件，無(wú)需倒壓板，可以一次裝夾全部加工，避免裝夾誤差，提高加工效率；

（4）“零”殘余應(yīng)力：零件沒(méi)有附加的外力限制，在變形時(shí)處于一種相對(duì)自由的狀態(tài)，使加工過(guò)程中應(yīng)力得以釋放，避免加工后殘余應(yīng)力導(dǎo)致零件扭曲變形。

5 結(jié)論

膠粘法已經(jīng)在多個(gè)產(chǎn)品的萬(wàn)向架零件加工中使用。通過(guò)使用此方法，成功解決了之前加工由于裝夾時(shí)零件變形導(dǎo)致孔的圓度和尺寸超差問(wèn)題，零件最終質(zhì)量達(dá)到圖紙要求，使用良好。

通過(guò)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推廣使用膠粘法裝夾技術(shù)，在加工精度要求較高的零件時(shí)由于消除了裝夾應(yīng)力，明顯提高了零件的裝夾和加工精度，而且節(jié)約了時(shí)間。某萬(wàn)向架零件原來(lái)的加工方法為壓板壓工藝臺(tái)裝夾，精度需要耗費(fèi)時(shí)間多次搭表測(cè)量來(lái)保證，且φ117H7孔的圓度只能保證在0.07mm以內(nèi)。0.07mm的精度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，只能留余量后用搭表法調(diào)整壓板的壓緊力（使零件盡可能處于自由狀態(tài)）后再次進(jìn)行精加工來(lái)保證精度。在使用膠粘法裝夾后公差能控制在0.03mm內(nèi)，與此同時(shí)每件零件加工時(shí)間縮短了50min。加工中心每年因使用膠粘法可以節(jié)約成本數(shù)十萬(wàn)元人民幣，增效創(chuàng)益的效果可觀。

該項(xiàng)工藝技能創(chuàng)新方法的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，不只局限于某萬(wàn)向架零件，像薄板飛面、薄板槽銑等零件加工經(jīng)實(shí)踐都可運(yùn)用。該方法對(duì)加工異形且容易產(chǎn)生變形的零件有很好的裝夾指導(dǎo)作用，對(duì)零件加工過(guò)程中顫動(dòng)問(wèn)題的避免也有一定的借鑒作用。一些懸臂較長(zhǎng)零件可利用膠粘無(wú)應(yīng)力的裝夾方法進(jìn)行加固，同時(shí)一些薄壁類(lèi)零件中間懸空問(wèn)題通過(guò)點(diǎn)膠也能得到相應(yīng)的解決。該方法適合機(jī)械加工類(lèi)零件的操作推廣。

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劉林峰( 1978- ) ，男，長(zhǎng)期從事數(shù)控加工工作，對(duì)易變形、難裝夾、精度高等復(fù)雜零件的加工有豐富的經(jīng)驗(yàn)。