薄壁模具零件特殊夾具的設(shè)計

王娟

摘要：目前，我國是科學技術(shù)快速發(fā)展的新時期，薄壁零件在機械加工里是較常見的一種零件，其直徑方向厚度較薄，裝夾困難，在車削加工里是較棘手的難題。車床裝夾過程中容易產(chǎn)生彈性變形與塑性變形，其表面剛性差、強度弱，當夾爪松開拆下零件后，零件變形位置會慢慢縮回，直徑方向產(chǎn)生不規(guī)則的變形量，幾何誤差從而增大，尺寸各個精度無法保證，容易產(chǎn)生報廢件，從而浪費公司材料成本與加工成本。本次研究主要通過探討薄壁零件的裝夾難點與加工難點來設(shè)計一種特殊的夾具實現(xiàn)快速車削加工。

關(guān)鍵詞：模具;薄壁零件;工裝夾具;橫向鎖緊;彈性變形;同心度

0引言

擠壓鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，為創(chuàng)新工藝水平提供了新的契機?，F(xiàn)代工藝在加工方面需求不斷增長，而擠壓鑄造技術(shù)立足于加工和鍛造，對所生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)部的構(gòu)造零件進行標準匹配，對其中功能齊全卻較為復雜的零件進行了深入優(yōu)化，能夠極大提高產(chǎn)品的使用效率。同時，大型擠壓鑄造的涌入，提高了原有工藝生產(chǎn)步驟的科學化和工業(yè)化水準，而其中，設(shè)計工藝流程是最為關(guān)鍵的步驟，本文對此進行研究分析。

1數(shù)控加工技術(shù)在薄壁塑料零件注塑模具加工中的優(yōu)勢

數(shù)控加工技術(shù)在薄壁塑料零件的注塑模具加工中有著廣泛的應用，主要有以下優(yōu)勢：第一，得到的模具產(chǎn)品性能好且穩(wěn)定，計算機技術(shù)得到的編程程序通過數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)對機床等設(shè)備的智能控制，計算機系統(tǒng)極大的存儲能力和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可使得到的產(chǎn)品精度更高;第二，能夠加工復雜結(jié)構(gòu)的零件，依賴于人工操作制造模具產(chǎn)品，無法快速完成多曲線尤其是三維曲線的操作，而這些復雜曲線正是結(jié)構(gòu)復雜零件中常見的，采用CAD繪圖軟件可快速實現(xiàn)三維作圖，其放大、縮小和移動編輯功能可以輕松完成復雜的工作;第三，極大地提高了生產(chǎn)效率，數(shù)控技術(shù)可用計算機編程程序控制模具的加工過程，能夠控制整個生產(chǎn)流程，調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝，短時間內(nèi)完成大量工作，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

2薄壁模具零件特殊夾具的設(shè)計

2.1? 脫模機構(gòu)

考慮到塑件壁澆薄，并且還帶有凸臺、加強筋等結(jié)構(gòu)，在出模過程中就可能會出現(xiàn)損壞的問題。沿著厚度的方向，塑件收縮較小，同時，保壓壓力較高，就會讓其收縮更小，加強筋的位置上也容易出現(xiàn)黏合，為了避免黏模與頂穿的出現(xiàn)，就要求要比常規(guī)注塑成型數(shù)量更多，并且尺寸更大的頂出推桿使用。所以，最好能夠選擇推件板與中心推桿的相互組合。針對爪、鉤以及需要將螺釘安裝在塑件內(nèi)部的，其脫模結(jié)構(gòu)復雜度較高?？紤]到塑件壁厚澆薄，其中需要利用自攻螺釘來進行緊固出現(xiàn)，其圓柱的厚度也要比塑件厚度大，其表面會有凹坑的出現(xiàn)。為避免這一種缺陷，就需要在直接將螺釘柱設(shè)置成為懸空的結(jié)構(gòu)，并且也應該將磨具脫模的設(shè)計直接形成斜頂結(jié)構(gòu)。從模具之中直接推出螺釘柱，然后推桿實現(xiàn)側(cè)向的移動，雖然需要利用人工的方式來完善產(chǎn)品脫模，具有較高的復雜習慣，但是能夠有效的解決凹坑等問題。

2.2? 特殊夾具的設(shè)計

基于以上兩種裝夾方式作為理論基礎(chǔ)，提出一種特殊工裝夾具的設(shè)計方案。夾具由一個直徑140mm、厚度50mm的圓盤材料制作而成，在直徑120mm的端面上加工4 個均分90°M12×1.75mm的螺紋孔，在中心位置加工M16、深30mm的螺紋孔。在端面φ88mm的位置上加工一個寬5mm、深5mm的工藝環(huán)形槽，兩邊端面外圓上各倒1mm×45°的工藝倒角。工藝環(huán)形槽的目的是為了讓鏜刀車削φ88mm的通孔時，能完全車削整個輪廓到底部，其作為避空效果。加工外圓可以不使用此避空槽，因尾部有1mm×45°的倒角，車削時終點距離留0.1～0.4mm的余量即可。零件上的4 個R9.5mm圓弧槽作為車削內(nèi)孔時的裝夾位置，M12的螺釘鎖緊在R9.5mm的圓弧槽里，制作4 個開口等高墊片支撐在螺釘下面。由于M12的螺釘一半鎖緊在R9.5mm的圓弧槽里，一半是懸空狀態(tài)，這樣鎖緊力不穩(wěn)定，車削力較大，零件容易松動。制作4 個開口等高墊片作為懸空部分的輔助支撐塊，高度與R9.5mm圓弧槽下半部分的高度相一致，使得4個螺釘接觸面同步，鎖緊力均勻平穩(wěn)，零件安裝牢固。墊片每次拆裝方便，能直接插入在螺桿外部和快速拔出。夾具體中間加工M16的螺紋孔來作為車削外圓的裝夾位置，車削好內(nèi)孔后，先不拆卸4 個M12的螺釘，通過M16的螺桿與螺母把圓形墊片鎖緊在零件的內(nèi)孔臺階面上，再卸下M12的螺釘，達到了零件一次裝夾加工成形的目的，能方便快速車削外圓，這樣節(jié)省了后續(xù)第二次裝夾所有的輔助時間，大幅提高了批量生產(chǎn)效率。由于這種裝夾方式?jīng)]有采用徑向夾持，兩次都是橫向固定的方法，零件不會發(fā)生裝夾的彈性變形。由于是橫向鎖緊，安裝牢固可靠、剛性極好，加工時不會產(chǎn)生切削力的振動，尺寸精度與表面粗糙度較好。

2.3? 較大尺寸的薄壁塑料零件

尺寸較大的薄壁塑料零件在脫模時易出現(xiàn)問題，由于零件壁厚相對于零件長度和寬度更小，注塑后較薄的零件壁上更易出現(xiàn)尺寸上的缺陷，計算機輔助編程能夠更精確地控制模具結(jié)構(gòu)，減少缺陷的產(chǎn)生。家用轎車的天窗邊框?qū)儆谳^大尺寸的薄壁塑料零件，實際應用中不暴露于外，因此外觀要求較低，但裝配精度要求高，在此基礎(chǔ)上，利用Pro-E軟件和Mold-flow軟件，設(shè)計分型面、澆注和冷卻系統(tǒng)，可得到模具的總裝配圖，隨后運用CAE模擬分析，結(jié)合正交試驗，優(yōu)化工藝參數(shù)，得到的注塑制品的翹曲變形量相比于未經(jīng)過計算機輔助設(shè)計的注塑工藝下降了0.4mm以上，得到了很大的改善。薄壁塑料零件注塑模具設(shè)計中，數(shù)控加工過程也應充分考慮注塑后得到的注塑制品質(zhì)量，模擬注塑成型工藝過程、優(yōu)化工藝參數(shù)，設(shè)計出更適合實際生產(chǎn)使用的模具。

2.4? 薄壁塑件注塑工藝

在生產(chǎn)薄壁塑件中，注塑工藝參數(shù)非常關(guān)鍵，因為注射壓力的增大，時間的不斷縮短，這樣就會對生產(chǎn)帶來影響，所以，就需要利用換門的薄壁注射劑。因為其本身的厚度較薄，單件的重量輕，所以，每一次注塑量較少。針對薄壁注射劑的機筒，其實際的容積較小，這樣就可以規(guī)避因為長時間停留帶來的分解。不同壁厚塑件的注塑成型，其對應的參數(shù)也會有所不同，對于壁厚小于1mm的塑件，注射壓力范圍為138～241MPa，注射時間為0.1～1s;壁厚在1～2mm的塑件，注射壓力范圍為110～138MPa，注射時間為1～2s;壁厚在2～3mm的塑件，注射壓力范圍為62～97MPa，注射時間通常大于2s。

2.5? 澆注系統(tǒng)設(shè)計

一般在應用中心澆注方法時，由于內(nèi)部呈現(xiàn)擴張的壓力形態(tài)，大量的零件會被不同程度地附著在金屬內(nèi)壁，使用金屬液進行充型時必須保證所澆注的范圍能完整覆蓋內(nèi)部的零件，之前根據(jù)外圍測量的陰影面積可以大致得出澆注覆蓋的可能性，從而為選擇金屬液的數(shù)量以及體積提供了依據(jù)。但是仍需要對澆注的系統(tǒng)進行精確設(shè)計，這是防止零件打亂的有效措施，鑄件底部較厚，可以抵消足夠大的壓強，當零件在澆注過程中脫落時，也可使金屬液隨著零件共同在底部壓縮，所以澆道需設(shè)置在型腔底部;相反，如果將澆道設(shè)置在型腔頂端或者鑄造儀器其他部分，由于零件結(jié)構(gòu)復雜、壁厚不均，會使金屬液停留在上半部分，受到俯沖力反彈，無法使零件全部成型。

3結(jié)語

薄壁零件無論在車床裝夾上還是銑床裝夾上都是較棘手的難題，首先要解決的是裝夾彈性變形的問題，其次才是加工尺寸各個精度的問題。很多時候雖然有了普通夾具的安裝，但是避免不了還要經(jīng)過第二次裝夾或多次裝夾來完成最終的加工，這樣無形中又發(fā)生了n次微量變形，使得零件同軸度（同心度）也很難保證。此次的研究能很好地解決該薄壁零件裝夾彈性變形的難題，又能快速有效地在一次裝夾中完成所有輪廓的車削，同心度得到了很好的保證，生產(chǎn)效率也得到了很大的提高。

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