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)

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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(duì)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(jì)技術(shù)要求的分析，并提出了加工難點(diǎn)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(jì)了專(zhuān)用夾具，有效避免了零件在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)的彈性收縮變形問(wèn)題，成功實(shí)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(zhuān)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(lèi)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(duì)該系列連接器中一款插頭鎖緊套零件的機(jī)械加工工藝路線，以及加工過(guò)程中難點(diǎn)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(jì)了專(zhuān)用夾具，順利實(shí)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(jiǎn)圖和設(shè)計(jì)圖紙。

該款零件屬典型圓形套筒類(lèi)結(jié)構(gòu)，外形由4個(gè)階梯圓構(gòu)成，主要加工工序是在車(chē)床上完成。套筒類(lèi)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(kāi)口槽端在功能實(shí)現(xiàn)上需要有很好的彈性收縮性能，以實(shí)現(xiàn)插頭主體順暢的自鎖功能。此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)效果的好壞會(huì)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(jiǎn)圖

鎖緊套零件的徑向定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，由于鍵長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(jì)圖紙

3 工藝路線

3.1 零件毛坯、材料的選擇

制造毛坯種類(lèi)常見(jiàn)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(lèi)和制造方法應(yīng)全面考慮其機(jī)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(lèi)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(diǎn)及使用時(shí)的工作條件等。

根據(jù)鎖緊套的外形結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能和零件材料的機(jī)械加工性，選擇采用QBe2棒材加工，鈹青銅在經(jīng)過(guò)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(jì)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(jī)械加工工藝路線原則。薄壁處在加工過(guò)程中因?yàn)榍邢髁蜔嶙冃蔚木C合影響而引起彈性變形，為防止上述變形，將粗、精加工分開(kāi)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(chē)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(chē)外形→切斷→掉頭鏜孔→平總長(zhǎng)→插銑一字鍵→熱處理→精鏜小孔→開(kāi)槽。

4 加工難點(diǎn)分析

4.1 鎖緊套的薄壁問(wèn)題

本零件為薄壁套類(lèi)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(shí)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(chē)刀的主偏角和前角，在加工時(shí)保證車(chē)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(shí)，采用銑開(kāi)槽方式加工過(guò)程中會(huì)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(kāi)槽加工時(shí)需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具輔助。

4.2 等分槽的加工

對(duì)于8等分開(kāi)口槽的加工，由于開(kāi)槽數(shù)量多、位置精度要求高且徑向均布的特點(diǎn)，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(fèi)用成本。

批量生產(chǎn)時(shí)，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(kāi)口槽徑向均布，因此使用了分度頭附件，將工件徑向四個(gè)工位的開(kāi)槽通過(guò)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(kāi)口槽的過(guò)程中，還要考慮開(kāi)槽過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致零件薄壁處向內(nèi)傾斜收縮變形的問(wèn)題，需要增加一個(gè)反向力抵消其向內(nèi)傾斜變形的彈性勢(shì)能。為了有效控制上述彈性變形的發(fā)生，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用夾具。

5 專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)

專(zhuān)用夾具，顧名思義是為了零件的某一道工序加工而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的，在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)模式中使用；在生產(chǎn)過(guò)程中專(zhuān)用夾具的使用能有效地降低工作時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度、從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、同時(shí)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(kāi)口槽的過(guò)程中，需要防止8等分開(kāi)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(jì)圖紙要求，此專(zhuān)用夾具在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)：1、保證零件在裝夾和加工過(guò)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(qiáng)的部位，確保零件的加工尺寸精度；2、要裝夾簡(jiǎn)便，輕巧、定位精準(zhǔn)、效率高，且要達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果；3、夾具體須要選用硬度較高，剛性好、耐磨性強(qiáng)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(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)三維簡(jiǎn)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(jì)有開(kāi)口槽，臺(tái)階圓與零件內(nèi)孔間隙配合。當(dāng)鎖緊套在插入芯軸時(shí)，芯軸開(kāi)口槽與鎖緊套一字鍵契合實(shí)現(xiàn)零件的徑向定位。在芯軸小外圓端設(shè)計(jì)8等分開(kāi)口槽，開(kāi)口槽長(zhǎng)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(kāi)槽時(shí)順暢排削，同理，在小外圓端面中心處設(shè)計(jì)沉孔方便排削。為了防止直接用三爪卡盤(pán)夾持零件會(huì)導(dǎo)致零件外圓表面上產(chǎn)生硬傷變形，這里設(shè)計(jì)用開(kāi)口彈性?shī)A套的方式使夾緊力不集中在零件的某一個(gè)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(wèn)題。夾具結(jié)構(gòu)三維簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖4。

圖3 專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)三維簡(jiǎn)圖

圖4 夾具結(jié)構(gòu)三維簡(jiǎn)圖

6 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析，得出以下結(jié)論：(1)根據(jù)零件的使用場(chǎng)合選擇了合適的毛坯材料和種類(lèi)，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(duì)薄壁處熱處理變形的問(wèn)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(duì)零件的加工難點(diǎn)從工序設(shè)定和專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了綜合考慮，詳實(shí)地分析了加

工控制點(diǎn)，有效的規(guī)避了加工風(fēng)險(xiǎn)。

薄壁套筒類(lèi)零件除了在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)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(duì)零件加工過(guò)程中難點(diǎn)的研究和分析，合理科學(xué)地進(jìn)行加工工藝路線設(shè)計(jì)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(xiǎn)，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(jì)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(jī)械加工的生產(chǎn)效率，并能從根本上真實(shí)地、高效地降低加工產(chǎn)品制造的總成本。

[1] 孟繁智.機(jī)械加工先進(jìn)工藝竅門(mén)，黑龍江文化電子音像出版社, 2007.

[2] 周賢賓.塑性加工技術(shù)的發(fā)展[J]，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社，1991.

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2015-11-01

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.06.006

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