撞針中剪切銷孔的鏜孔夾具設(shè)計

陳永峰，胡煒，李向陽，姚遠

航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司 湖北襄陽 441007

1 序言

在對叉形零件的叉頭有垂直度要求的孔或槽加工時，往往需要拼裝夾具，目前現(xiàn)有的拼裝夾具，結(jié)構(gòu)簡單的無法保證工件的精度要求，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雖精度比簡單的更高，但是裝夾比較繁瑣，極其不方便。

2 撞針的結(jié)構(gòu)特點及工藝分析

（1）撞針的結(jié)構(gòu)特點 各型號彈射座椅中均含有不同型號的撞針，這些撞針功能相同、外形結(jié)構(gòu)相近。

以某型號的撞針為例進行介紹，如圖1所示，撞針為回轉(zhuǎn)類零件，一端呈圓柱形，另一端有兩個呈叉形結(jié)構(gòu)的圓柱形擊針，零件中部有一個剪切銷孔。

圖1 撞針

（2）工藝性分析 由圖1可以看出，撞針一端為φ15-0.06-0.08mm的圓柱形，另一端有兩個徑向?qū)ΨQ的φ2.5-0-0.05mm擊針，零件中部為一個φ1.1mm的剪切銷孔，剪切銷孔相對A基準(zhǔn)的對稱度公差為0.1mm，相對B基準(zhǔn)的垂直度公差為0.1mm。剪切銷孔孔深15mm，孔徑比為13.6（L/D＝15mm/1.1mm＝13.6），屬于典型的深小孔加工。

3 剪切銷孔加工中存在的問題

（1）剪切銷孔相對A基準(zhǔn)對稱度的偏差 在車削2×φ2.5-0-0.05mm擊針時，兩擊針相對于φ15-0.06-0.08mm圓柱對稱度會產(chǎn)生偏差，在鏜削剪切銷孔時因夾持2×φ2.5-0-0.05mm擊針而造成相對A基準(zhǔn)的對稱度偏差不可避免。

（2）剪切銷孔相對B基準(zhǔn)垂直度的偏差 剪切銷孔相對B基準(zhǔn)垂直度是指在以2×φ2.5-0-0.05mm圓柱擊針構(gòu)成的平面為基準(zhǔn)，剪切銷孔實際軸線必須位于直徑公差值φ0.1mm且垂直于B基準(zhǔn)平面的圓柱內(nèi)。在夾持2×φ2.5-0-0.05mm擊針鏜剪切銷孔時，兩擊針直徑尺寸差異在定位時產(chǎn)生角度偏差，鏜孔時產(chǎn)生垂直度偏差。

4 撞針剪切銷孔鏜孔夾具結(jié)構(gòu)分析與工作原理

4.1 撞針剪切銷孔鏜孔夾具（以下簡稱夾具）設(shè)計要點

1）兩擊針與剪切銷孔方向定位。

2）剪切銷孔相對零件外圓徑向定位以及零件的軸向定位。

3）夾具具有通用性。

通過對傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu)進行分析，確定了新的夾具模型，如圖2所示。

圖2 夾具模型

4.2 夾具結(jié)構(gòu)方案

夾具由夾具主體、滑塊體、滑塊、彈簧、壓緊螺桿、緊固螺釘和保護墊塊等組成（見圖3），工作過程中將夾具主體固定于機床工作臺，主體中設(shè)有90°異形多邊通槽定位撞針，其中90°異形多邊通槽的V形結(jié)構(gòu)可以裝夾多種外圓直徑的撞針，可實現(xiàn)夾具的通用性；垂直方向設(shè)有方形通槽安裝滑塊體，滑塊體中有T形槽，T形槽底端設(shè)有彈簧安裝孔和緊固螺釘孔，滑塊置于滑塊體的T形槽中，通過彈簧受力，滑塊在滑塊體方槽中滑動，可實現(xiàn)擊針方向定位；撞針擊針部分與滑塊中工型面接觸受力，手動給滑塊體一個預(yù)緊力使撞針與滑塊緊密接觸，通過緊固螺釘固定滑塊體，旋轉(zhuǎn)壓緊螺桿固定撞針，壓緊過程中撞針擊針由于彈簧力的相互作用自動調(diào)節(jié)方向，以精準(zhǔn)控制擊針方向，滑塊體側(cè)面定位撞針軸向位置，90°異形多邊通槽定位撞針徑向位置。

圖3 夾具結(jié)構(gòu)

4.3 夾具工作過程

將夾具主體固定于機床工作臺面，使夾具主體平行或垂直于工作臺面，如圖4所示。

圖4 使用夾具加工撞針

將滑塊放置于滑塊體上T形槽內(nèi)，依次放入彈簧、緊固螺釘，通過緊固螺釘調(diào)節(jié)彈簧使滑塊在滑塊體內(nèi)產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，然后將滑塊體放入夾具主體的方槽內(nèi)；將撞針放置于夾具主體90°異形多邊通槽內(nèi)，使兩擊針與滑塊接觸，撞針端面與滑塊體接觸，旋轉(zhuǎn)壓緊螺桿使撞針產(chǎn)生預(yù)緊力；移動滑塊體通過彈簧使滑塊與兩擊針產(chǎn)生預(yù)緊力，旋緊緊固螺釘固定滑塊體，松開壓緊螺桿重新固定撞針，壓緊過程中兩擊針受彈簧力的平衡作用，使兩擊針與滑塊接觸，完成撞針方向與位置的定位。

4.4 夾具工作原理

夾具的設(shè)計遵循六點定位原理，即要完全確定零件在夾具的位置，必須考慮零件在夾具中6個自由度的限制[1]。夾具主體90°異形多邊槽塊限制撞針的兩個旋轉(zhuǎn)和兩個移動，滑塊限制撞針沿90°異形多邊通槽塊方向移動，彈簧彈力推動滑塊，滑塊受力與兩擊針接觸產(chǎn)生力差，撞針沿軸向旋轉(zhuǎn)，直至兩擊針完全與滑塊貼合，實現(xiàn)兩擊針方向定位?；瑝K定位屬于浮動定位，避免零件過定位。零件在夾具內(nèi)限制撞針的6個自由度，屬于完全定位。

4.5 夾具的設(shè)計

1）夾具主體的設(shè)計如圖5所示。夾具主體采用優(yōu)質(zhì)合金鋼30CrMnSiA制作，夾具設(shè)計要點體現(xiàn)在夾具功能性的實現(xiàn)，90°異形多邊通槽20+0.02+0mm×20+0.02+0mm與外形的平行度與垂直度均≤0.02mm。

圖5 夾具主體設(shè)計

2）滑塊體的設(shè)計如圖6所示。滑塊體的外形與夾具主體方槽配合，T形通槽與滑塊配合，保證相應(yīng)的平行度與垂直度。

圖6 滑塊體設(shè)計

3）滑塊的設(shè)計如圖7所示?；瑝K安裝在滑塊體內(nèi)，要實現(xiàn)滑塊的靈活滑動，表面粗糙度值Ra需為0.4μm。

圖7 滑塊設(shè)計

5 夾具主要部件的制造工藝

夾具采用優(yōu)質(zhì)合金剛30CrMnSiA制作，加工工藝如下。

1）普通銑削銑成大小適合的毛坯，留精加工余量。

2）熱處理：采用880℃淬火（油），520℃回火（水或油），硬度38～42HRC[2]。

3）磨削相對面平行度和相鄰面垂直度≤0.02mm。

4）慢走絲制90°異形多邊通槽，T形通槽。

5）鉗工制2×M6螺紋孔，去毛刺。

6 夾具、撞針制造偏差對加工精度的影響

（1）滑塊體與滑塊之間配合間隙對零件定位精度的影響 滑塊體槽尺寸為3+0.01+0mm，長度8mm，工型滑塊尺寸3-0-0.01mm，有效配合長度8mm，配合最大間隙0.02mm。如圖8所示。

圖8 滑塊體與滑塊之間配合間隙對零件定位精度的影響

（2）撞針制造偏差對零件定位精度的影響 撞針擊針2×φ2.5-0-0.05mm的直徑最大偏差為0.05mm，則兩擊針相對垂直度定位偏差在8mm長度最大為0.05mm/2＝0.025mm[3]。以2×φ2.5-0-0.05mm兩擊針作為方向基準(zhǔn)定位，則在φ15-0.06-0.08mm圓柱面最大偏差為：（7.5＋1.25）/8×0.025＝0.028（mm），垂直度最大偏差φ0.056mm，如圖9所示。

圖9 撞針制造偏差對零件定位精度的影響

綜上所述，夾具、撞針制造偏差對加工精度的影響：當(dāng)零件擊針加工到極限尺寸，且夾具中滑塊體與滑塊配合間隙最大時，撞針剪切銷孔垂直度最大偏差為0.02＋0.028＝0.048（mm），即φ0.096mm，滿足撞針加工要求。

7 使用效果

通過使用夾具，在實際生產(chǎn)中取得成效如下。

（1）大幅提高零件質(zhì)量 測量對稱度，偏差值在0.03mm以內(nèi)，解決了零件對稱度超差的問題；測量垂直度，偏差值在φ0.06mm以內(nèi)，解決了零件垂直度超差的問題。

（2）夾具的通用性 由于采用了90°異形多邊通槽設(shè)計，滑塊體可以進行位置調(diào)節(jié)，使夾具具有了通用性，可以加工多種直徑的撞針。

8 結(jié)束語

本文介紹了撞針中剪切銷孔的鏜孔夾具的設(shè)計制造過程，重點分析了夾具結(jié)構(gòu)與工作原理，闡述了夾具主要部件的制造工藝。該夾具經(jīng)生產(chǎn)實踐驗證，設(shè)計合理，使用方便，完全滿足了撞針的工藝技術(shù)要求，大幅提高了撞針剪切銷孔鏜削質(zhì)量，取得了很好的效果。