一種夾頭及加工工藝探討

張 翔

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315012）

細(xì)長精密儀器儀表工件在切削力的作用下，容易產(chǎn)生較大的彎曲變形，進(jìn)而會影響到加工精度。為了減少這類細(xì)長工件在切削過程中的受力變形，在機(jī)床的床身中部或主軸箱的前面都會安裝固定夾頭，如圖1所示，該夾頭起著支撐細(xì)長工件的作用，可以用來直接承受加工時(shí)的切削力。

圖1 固定夾頭

1 夾頭工作原理[1]

由于工件在加工過程中轉(zhuǎn)動，則工件與夾頭的內(nèi)孔之間還應(yīng)保持一定的間隙；當(dāng)夾頭和工件之間的間隙過大時(shí)，會影響加工工件的精度，當(dāng)夾頭和工件之間的間隙過小時(shí)，則會損傷工件表面的光潔度和精度，嚴(yán)重時(shí)會產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。因此，夾頭和工件之間的間隙應(yīng)該控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，以保證工件能夠在夾頭內(nèi)正常的旋轉(zhuǎn)和沿軸向的進(jìn)料移動。

2 夾頭結(jié)構(gòu)及問題

該類夾頭一般加工精密儀器儀表類零件中使用，加工零件的棒料直徑為?0.5-?2.5 mm，加工零件直徑偏差為±0.003 mm，夾頭內(nèi)孔表面粗糙度Ra0.1，工作表面粗糙度Ra0.2；夾頭結(jié)構(gòu)如圖2[2]。

圖2 夾頭結(jié)構(gòu)

目前，存在的問題是工件和夾頭之間直接接觸，兩者之間會產(chǎn)生摩擦，很容易磨損，最終會造成工件和夾頭軸孔的同心度差，加工工件的精度降低和夾頭磨損造成報(bào)廢。

3 夾頭問題的解決方法

為了提高夾頭的精度、壽命和耐磨性。在夾頭前端固定嵌設(shè)有硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金具有可供工件轉(zhuǎn)動穿設(shè)的管孔（如圖3）。

圖3 夾頭前端嵌設(shè)硬質(zhì)合金

工件在加工過程中，因?yàn)樽饔迷趭A頭頭部的切削力而引起靠近夾頭頭部的內(nèi)孔面的磨損，故硬質(zhì)合金呈微小倒錐形，倒錐形結(jié)構(gòu)既方便工件進(jìn)料時(shí)的插入，又能夠有效防止因?yàn)轭^部內(nèi)孔直徑的變大而造成工件在夾頭內(nèi)孔中晃動產(chǎn)生的彎曲變形（如圖4）。

圖4 倒錐形

4 夾頭加工工藝

為了保證夾頭的質(zhì)量、彈性等工藝[3]。該夾頭加工工藝包括有以下步驟：

（1）下料，得到坯料；

（2）對坯料進(jìn)行熱處理，并退火，得到硬度不大于197HB的毛坯料；

（3）對退火后的坯料進(jìn)行車加工，得到所需尺寸的夾頭；

（4）檢驗(yàn)車加工后夾頭的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的進(jìn)入下一道工序；

（5）將硬質(zhì)合金套管焊接（銅焊）固定于夾頭坯料的內(nèi)孔前端；

（6）對焊接有硬質(zhì)合金套管的所述夾頭坯料進(jìn)行熱處理，并退火，退后的坯料硬度控制在197 HB～200HB；

（7）檢驗(yàn)熱處理后的夾頭是否有碎裂、脫焊及明顯不正中現(xiàn)象，符合要求的進(jìn)入下一道工序；

（8）對合格的焊接有硬質(zhì)合金套管的夾頭坯料的頭部沿徑向銑槽，形成均分的多個(gè)爪瓣；

（9）檢驗(yàn)銑削后的夾頭尺寸是否符合要求，符合要求的進(jìn)入下一道工序；

（10）對夾頭進(jìn)行再次熱處理：整體淬硬HRC50～55，然后進(jìn)行低溫回火，再用100℃熱水煮夾頭坯料10～15分鐘進(jìn)行定型；

（11）研磨夾頭的內(nèi)孔，使該內(nèi)孔粗糙度在Ra0.2～Ra0.4之間，并作為夾頭后續(xù)加工的基準(zhǔn)；

（12）對夾頭的外周面進(jìn)一步進(jìn)行磨削加工，得到能與夾頭裝夾體進(jìn)行裝配的外周面尺寸；

（13）檢驗(yàn)夾頭的粗糙度，并檢驗(yàn)該夾頭是否符合裝配尺寸的要求，符合要求的進(jìn)入下一道工序；

（14）在電鏜磨床上對夾頭的內(nèi)孔進(jìn)行電鏜磨加工（要求倒錐形）；

（15）用100℃熱水煮所述夾頭坯料1～2小時(shí)，定型并消除夾頭應(yīng)力；

（16）用線切割把硬質(zhì)合金套管切割成為夾頭的頭部爪瓣相對應(yīng)的多個(gè)基片；

（17）將夾頭的內(nèi)孔撐大并定型，保證夾頭的內(nèi)孔大于工件的直徑；

（18）對夾頭的內(nèi)孔進(jìn)行研磨，直至達(dá)到規(guī)定的尺寸要求；

（19）綜合檢驗(yàn)。

上述為夾頭的加工工藝。

為了保證硬質(zhì)合金套管和夾頭之間的連接可靠性，防止脫落、碎裂，所述步驟(5)通過以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）按規(guī)格選用硬度為85～90HRA的硬質(zhì)合金套管，去黑皮，所述硬質(zhì)合金套管的內(nèi)徑余量為0.2～0.4 mm，磨削硬質(zhì)合金套管的管孔與外圓，并且保證硬質(zhì)合金套管的管孔與外圓同心度不超過0.05 mm；

（2）清洗硬質(zhì)合金套管及夾頭坯料，以鉛筆芯棒封堵硬質(zhì)合金套管的管孔；

（3）將所述硬質(zhì)合金套管裝入并固定于夾頭坯料中，使得硬質(zhì)合金套管的外圓與夾頭坯料的內(nèi)孔進(jìn)行過渡配合；

（4）將所述夾頭坯料與所述硬質(zhì)合金套管銅焊成一體。

為了方便后道工序的機(jī)械加工，所述步驟（6）的熱處理采用如下方式實(shí)現(xiàn)：在750～770℃下加熱并保溫1～2小時(shí)，爐冷到550～580℃出爐空冷，完成退火。

為了防止破壞焊接層，確保硬質(zhì)合金套管的連接可靠度，所述步驟（8）銑槽后的槽深距離所述夾頭坯料的焊接層為0.5～1 mm。

考慮到夾頭和工件均為剛性部件，為了減少兩者因相對運(yùn)動產(chǎn)生的應(yīng)力，提高夾頭的彈性，所述銑槽后的爪瓣為三瓣結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，所述步驟(16)中的硬質(zhì)合金套管沿周向被均勻分成三等份。夾頭的爪瓣和硬質(zhì)合金套管優(yōu)選地均分呈三等分，能夠達(dá)到最佳的效果，若小于三等份，則分割數(shù)量太少，彈性不佳；若分割數(shù)量太多，則硬質(zhì)合金套管與夾頭之間的焊接接觸面積減小，容易造成切割后的硬質(zhì)合金套管掉落，因此，選擇均分為三等份為最佳優(yōu)選方案。

（5）為了方便工件的安裝，同時(shí)防止靠近車刀的工件在受力作用下產(chǎn)生較大的變形，所述步驟(18)研磨后的夾頭內(nèi)孔自靠近車刀的位置向后呈微小的倒錐形，并且，所述研磨后的夾頭內(nèi)孔的表面粗糙度小于Ra0.2，該粗糙度能夠保證夾頭對工件的夾持效果，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)工件相對于夾頭內(nèi)孔的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

5 結(jié)論

通過該夾頭試制和大批量加工制造，夾頭內(nèi)孔中固定有硬質(zhì)合金，減小了夾頭工作過程中夾頭內(nèi)孔的磨損，提高了夾頭的耐磨性，延長了夾頭的使用壽命，加工零件完全符合圖紙的技術(shù)要求，提高了零件加工的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和可靠性。

［1］郭偉，商順強(qiáng).特殊專用工裝夾具［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2011，40（10）：126，127.

［2］朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］郭陽寬，李穎暉，許瑋.電容彈性夾頭的制造工藝探討［J］.機(jī)械制造，2005（9）：63.