直播回顾 | 薄壁类零件夹持难点大盘

夹具侠2019-06-14 12:45:06

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【前言】

薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门,因为它具有重量轻,节约材料,结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题,原因是薄壁零件刚性差,强度弱,在加工中极容易变形,使零件的形位误差增大,不易保证零件的加工质量。


本次直播将从薄壁件加工变形原因、夹具的选择、夹具的设计三个方面与大家分享。


薄壁件加工变形原因

对薄壁空心件进行车削加工时容易出现的一个问题是工件受卡盘夹持力的影响而发生变形,如环或外壳等工件必须接受牢固的夹持,即便在切削力的作用下也不会松动。很强的夹持力将不可避免地造成工件变形,变形量的大小取决于工件的形状和壁厚;同时,材质也起到很重要的作用。铸铁、黄铜、青铜和铝合金部件由于其弹性模数较小,因此要比钢件更加脆弱,特别是在对配合件进行车削时,夹持变形会造成所给定的公差范围超限,并导致废品产生。


对于车削过程中薄壁零件装夹变形,

大家一般是有哪些方法来解决的?


  用户1 

端面夹紧


  用户2  

套芯


  用户3  

做夹套


  用户4  

内撑加外夹紧


1.1如何减少工件形变

针对于工件内部应力,对苛刻表面的试车削、松弛和精车削,或在加工之前对原料工件进行自由退火,将有助于提高工件的质量。


针对于夹持变形,最简单的办法就是考虑降低夹持压力。对此,必须注意卡盘在此状况下是否还有足够的夹持力,因为磨光工序通常需要较高的切削速度和转速。


如果夹持力的降低没有带来令人满意的结果,则可以建议对所使用的卡盘进行分析。


  用户5 

车轴类的,方法大家都知。扁平板类的,面积够,用真空。轴类薄壁回转类,装夹方法是很成熟的,没必要讨论,不了解的可以买本书参考。我的个人经验是:理论指导实践。年轻时,做不好东西,我会问老师傅,但最多是跑书店和图书馆。找到一本好书,什么都会了,如《日本经典技能系列丛书》。


  用户6 

薄壁零件个人认为要从夹具、刀具、程序三方面优化,不能按常规思路去设计夹具,使用刀具上要动脑筋将切削力和热降到最低,程序优化到极致。


夹具的选择

2.1卡盘的选择

2.1.1硬质阶梯式卡盘

如灰口铸铁的外壳件等原料工件,往往采用硬质标准阶梯状卡盘进行夹持(图1)。其夹持面的卡齿在较长时间的使用之后,会自然磨损而逐渐变钝,夹持和紧固效果减弱,工件在加工过程中打滑或从卡盘脱出的危险性由此逐步增加。


图1  带有硬质卡钳的强力卡盘

 

新型硬质阶梯式卡盘由于其夹持效果好,所需的夹持力可以较低,因此工件的变形程度较小。带有锥角齿的爪形卡盘(图2)可以提供更高的安全性,这种卡盘可以抓住工件的表面,在与铺路砖一齿的阶梯卡盘具有同等夹持力的情况下,可以实现双倍的切削力,同时所需投入的费用也低,有助于提高加工质量和加工安全性。


图2  爪形卡盘(a)和扇形卡盘(b)

 

2.1.2摆爪式卡盘

在夹持敏感的原料工件使用摆爪式卡盘(图3),摆动桥把夹持力分配到双倍数量的夹持点上,每个夹持点都只承受一半的力,工件上各夹持点之间的弯曲弹性范围得以缩小。如果夹持点的分布达到最佳的程度(均匀地分布在圆周上),则工件的变形大约可以减小到原变形量的10%,而无需降低卡盘的夹持力。


图3  摆爪式卡盘

 

2.1.3 硬质强力卡盘

在已经车削完毕的工件直径上夹持的状况下,可以使用应用范围更加广泛的硬质卡盘(图4)。旋入的夹持直径在整个圆周上支撑工件,即使在较大的夹持力下工件也不会发生变形。这种卡盘可以由不同的厂商提供,属于特殊造型,可依据工件图纸进行最佳的设计和制造。


图4 带有大尺度卡钳的硬质强力卡盘

 

2.1.4杠杆平衡卡盘

针对大批量相同或类似工件的加工,可以采用特殊的夹持器械。尤其对于薄壁的环,使用带有6或12个直径为400~4000mm卡盘的机械传动式杠杆平衡卡盘,可以获得很好的效果(图5)。在各个卡盘之间形成一种夹持量和夹持力的均衡状态,因此,即使工件的圆周存在误差,工件也可以安全且无变形地被夹持住。此外,夹具还可以通过手动和自动被切换到一种纯中心夹持方式。


图5  快速可调卡钳型六卡钳杠杆平衡卡盘


能解释一下以上卡盘的原理吗?

怎么保持均衡


  用户7 

类似于浮动卡盘,周全辅助支撑中心下压。中心压可以用碟簧辅助支撑用弹簧,同时力要可调。


  用户8 

车床不好搞的零件,换个思路用加工中心做就变简单了。


  用户9 

不要浮动式,离心。用软爪,芯轴,端面压。简单,方便,牢靠,成本低。


图6 浮动卡盘原理结构


2.2 液胀式夹具

对于薄壁件加工来说,最好的夹具还是液胀式的夹具,举个例子。图7是外抱式静压膨胀夹具的结构示意图。在夹具主体与夹紧孔薄内壁之间有一个环形封闭油腔。当拧紧胀紧螺钉时,油腔内油压升高,使夹紧孔薄内壁承受均匀外压,向中心均匀收缩而抱紧被夹持工件的外圆柱面;当松开胀紧螺钉时,油腔内油压回落,夹紧孔薄内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松开被夹持工件


图7 外抱式静压膨胀夹具的结构示意图

 

外抱式静压膨胀夹具应用:在机床上常用卡盘夹持工件外圆,例如在车床、磨床上用卡盘夹持工件。但是当工件是薄壁件或者要求夹持精度≤10μm时,卡盘就难以满足要求,此时静压膨胀夹具就可以显示出它的优越性。图8是一种用于车床的外抱式静压膨胀夹具,夹具直接与车床主轴连接,被夹持工件是一种薄壁轴套,轴套上的二个外圆柱面是一次装夹加工出来的。


图8 用于车床的外抱式静压膨胀夹具

 

 

2.3 柔性夹具

对于薄壁零件加工,柔性工装夹具也有所应用。根据薄壁回转体类零件特征设计液压柔性工装系统,形成轴向夹紧位置可调,夹紧与浮动支撑结合,多点自动定心的柔性夹紧技术,可以满足不同直径和不同长度的回转体类零件夹紧需求。


舱体、端框等结构件属于典型薄壁回转体类零件,这类结构件的数控铣削加工柔性工装可用于零件周向孔、槽、口框、型腔的铣削、钻削与镗削加工,而长度方向和直径方向的夹持范围均可在一定范围内调整,工装系统夹紧力范围也可调,从而适应多品种相似结构产品的装夹需求,其外圆车削夹具、内腔与端面车削夹具均具备软爪卡盘装夹功能,以适应薄壁结构的小变形装夹需求。


根据薄壁回转体类零件特征设计液压柔性工装系统,形成轴向夹紧位置可调,夹紧与浮动支撑结合,多点自动定心的柔性夹紧技术,从而满足不同直径和不同长度的回转体类零件夹紧需求,柔性夹具示意图如图9所示。


图9 薄壁回转体类零件数控铣削加工

柔性工装示意图

 

多类型号的舱体、端框等薄壁回转体类结构件均可采用图9所示的同一套夹具装夹,柔性夹具的轴向行程径向行程均可以调整,轴向夹紧位置可以随舱体外形加工的位置而改变,解决加工干涉问题。通过液压站控制系统压力和夹紧力大小,采用有限元仿真分析不同夹紧力条件下,零件装夹变形情况,从而确定最优夹紧力。夹具底部采用360度转台,能够实现舱体等回转体类结构件不同位置的旋转和加工。


  用户10 

薄壁回转零件夹持,绝不是多点,是面,是面。关键是端面与轴线的垂直。不理解的朋友去车床上做几个件,用表打个跳动就可以理解。


薄壁零件的夹具设计

3.1常用工装方法

3.1.1 压板装夹

压板装夹是用螺栓和压板将工件装夹在工作台面上,这种装夹方式使用较广泛,但比较麻烦且效率不高。


3.1.2测力虎钳装夹

测力虎钳是一种能调节和控制夹紧力的虎钳,装夹方便。一般小型壳体(200 mm×200 mm×50mm)可以将工件直接装夹在虎钳的钳口上加工。装夹的关键是校准虎钳,选择工件上合适的位置夹紧,并调节和控制好夹紧力,防止零件夹紧变形或因夹紧力过小而夹不住零件。


3.1.3组合夹具

组合夹具是一种高度标准化、系列化、通用化的先进夹具。利用组合夹具元件和合件经过几小时的组装就能成为满足零件加工所需的成套夹具。组合夹具灵活多变,适应性强,同时夹具可以装、拆,元件可以循环使用直至磨损报废。它是目前国内外机械制造中应用最多的夹具。


3.1.4真空吸附装夹

通过真空管抽真空以及橡皮密封圈的密封作用,使夹具的密闭空腔产生真空,依靠大气压力将工件压紧。尽管压差所产生的夹紧力较小,但分布均匀,吸附面积大,故适用于夹紧非导磁薄片工件或刚性差的大型薄壳工件。

 


▲ 加工案例1



▲ 加工案例2



3.1.5磁力吸附

加工件底面缝槽应采用磁力吸附的方式,因为工件与夹具无法密封而不能使用真空吸附装夹。磁力吸附装夹如图2所示。采用磁力吸附应在关闭真窄泵前进行,在不需开槽的表面布置磁块,磁块应使用橡皮套包住,避免压伤已加工的表面。磁块分布密度应结合工件的大小,均匀排布。


3.2 设计要点

 

图10


图11


图12


 结  语 

直播进行的过程中,用户分享了这样一个夹具设计示意图,希望和大家进行技术交流,你怎么看?


图13


(以上为正文)


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