散熱器零件的夾具設(shè)計(jì)

陳 艷 ，潘志杰 ，張利賢

（1.陜西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721001；2.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000）

電子元件中常常采用鋁合金薄片散熱器進(jìn)行散熱，而鋁合金的加工性能較差，在切削加工時(shí)極容易變形，對此必須采取提高工藝系統(tǒng)剛度的方法進(jìn)行加工，同時(shí)選擇合適的加工工藝，才能保證加工質(zhì)量。

1 散熱器的結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)有某散熱器零件如圖1 所示，該零件為鋁合金的圓狀薄壁片，共11片，中間為凹槽狀圓環(huán)，整體尺寸為77.7 mm×50.5 mm，其中薄片厚度為2 mm，兩側(cè)的薄壁面拔模斜度為1°，各薄片間的距離為6 mm。該零件加工時(shí)要求批量生產(chǎn)，工件周邊無毛刺，無變形，機(jī)加工表面毛刺高度小于0.05 mm。同時(shí)必須保證薄壁與底面垂直度為0.1 mm，高度尺寸（3±0.05）mm，此為重要裝配尺寸。

圖1 散熱器工程圖

加工時(shí)提供了半成品毛坯，如圖2所示，前端與薄壁部分已經(jīng)加工完畢，需進(jìn)行工件外形加工，毛坯尺寸為77.7 mm×77.7 mm×50.5mm，為方形。

2 散熱器的夾具設(shè)計(jì)

2.1 裝夾分析

圖2 毛坯圖

毛坯外形為方形，如果采用傳統(tǒng)的三爪卡盤裝夾將無法進(jìn)行裝夾，且鋁合金薄壁件夾緊時(shí)容易產(chǎn)生變形，難以保證尺寸精度，批量生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，因此需要選用專用夾具對工件進(jìn)行裝夾。綜合工件與毛坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者認(rèn)為分兩次進(jìn)行裝夾加工比較適合。毛坯中的鋁合金薄片為同向分布，前端厚度為5 mm，不宜只對此部分進(jìn)行裝夾加工，但是后端由多片薄壁排列構(gòu)成，有較好的強(qiáng)度與剛度，可以進(jìn)行裝夾加工，因此應(yīng)先加工前端，再加工工件回轉(zhuǎn)外形。

由于加工中車床夾具隨車床主軸一起回轉(zhuǎn)，夾具與主軸的連接精度直接影響夾具的回轉(zhuǎn)精度，要求車床夾具與主軸的軸線有較高的同軸度，且要連接可靠，故應(yīng)采用圓形夾具，夾具體上的各元件不伸出夾具體直徑之外。

2.2 加工前端所用夾具

針對毛坯零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在加工前端時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)彈性車床夾具。加工前端時(shí)只需加工底座即可，且加工的余量不大。此外，將夾具設(shè)計(jì)成軸狀時(shí)裝夾效果更好，同時(shí)應(yīng)將夾緊薄壁部位做成與薄壁片所組成的方形一致，將夾具用線切割分成4片，起到柔性裝夾的作用，以保證這種結(jié)構(gòu)不會(huì)因夾緊力過大而導(dǎo)致毛坯工件損壞[1]。

裝夾方式如圖3所示。彈簧夾頭將新毛坯夾持住，數(shù)控機(jī)床主軸通孔前端為錐孔，同時(shí)彈簧夾頭中間一端為錐度，以便與主軸通孔相配合。用連接桿通過主軸通孔與彈簧夾頭連接，通過連接桿將彈簧夾頭抽緊以保證彈簧夾頭有足夠的夾緊力。加工時(shí)，毛坯、彈簧夾頭、主軸通孔和連接桿連成一體，實(shí)現(xiàn)了對工件底座的加工，有效地減小了工件在切削過程中的變形，并能有效保證高度尺寸。

2.3 加工后端所用夾具

圖3 底面夾具裝配圖

在薄壁片進(jìn)行加工時(shí)，由于徑向受力不均衡，很容易使薄壁片發(fā)生較大變形，因此，如何保證在加工薄壁片時(shí)不發(fā)生過大變形是加工該部分的關(guān)鍵。筆者結(jié)合工件薄壁片特點(diǎn)設(shè)計(jì)了如圖4 所示的組合夾緊裝置，為了使離心力平衡，故將外形都設(shè)計(jì)為圓形。定位裝置為開縫結(jié)構(gòu)，可用于對工件前端進(jìn)行調(diào)節(jié)固定，如圖4a）所示；夾緊裝置的一端設(shè)計(jì)成與工件能配合的薄壁片，起到提高薄壁片剛度和抗力的作用，保證在加工過程中工件不會(huì)變形，如圖4b）所示[2]。

圖4 頂面組合夾具

頂面組合夾具裝配圖如圖5 所示。定位裝置與夾緊裝置組合裝夾時(shí)剛好與工件的薄壁片相互配合，能有效地達(dá)到“變空心為實(shí)心”的效果，提高剛度，避免加工時(shí)對工件產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。與車床主軸回轉(zhuǎn)中心同軸，既可為工件徑向定位，又能承受切削時(shí)的徑向力，這樣對毛坯工件的前端與后端同時(shí)進(jìn)行夾緊，通過連接螺釘實(shí)現(xiàn)工件的軸向受力，更加有利于工件的夾緊定位，加工時(shí)有效地保證了薄壁片對底座面的垂直度[3]。

圖5 頂面組合夾具裝配圖

3 零件加工工藝

零件加工的工藝流程為：鉆通孔（主軸轉(zhuǎn)速600 r/min)→粗車端面和外圓（主軸轉(zhuǎn)速1 000 r/min，進(jìn)給0.08 mm/r)→精車端面和外圓（主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min，進(jìn)給0.04 mm/r)→調(diào)頭→粗車圓弧和外圓（主軸轉(zhuǎn)速1 000 r/min，進(jìn)給0.06 mm/r)→精車圓弧和外圓（主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min，進(jìn)給0.04 mm/r)→車槽和倒圓弧（主軸轉(zhuǎn)速800 r/min，進(jìn)給0.04 mm/r)→車圓?。ㄖ鬏S轉(zhuǎn)速800 r/min，進(jìn)給0.04 mm/r)[4]。

4 實(shí)施效果

通過兩套專用夾具對散熱器零件進(jìn)行裝夾，提高了裝夾的效率，也解決了加工中的工件變形問題。經(jīng)過檢測，加工出來的產(chǎn)品能夠完全達(dá)到圖紙的要求，散熱器零件的合格率達(dá)到了99%以上，加工的效率也提高了，取得了令人滿意的效果，如圖6所示。

圖6 散熱器零件圖

5 結(jié)語

長期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該套夾具確實(shí)在保證工件加工精度的前提下，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，降低了成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。此專用夾具有結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠、拆裝方便、夾緊力均勻、整體剛度高、工件加工合格率高、使用壽命長的特點(diǎn)，完全適合批量生產(chǎn)，并可以滿足這種結(jié)構(gòu)的工件的加工精度要求。