一種斜口法蘭制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)探究

引言

法蘭是一種常見(jiàn)的連接零件，一般用于管端的連接，也有的是用于在設(shè)備的出入口連接兩個(gè)設(shè)備。如圖1所示，該零件為液體攪拌機(jī)中一個(gè)入口法蘭零件，零件整體呈“工”字型，材質(zhì)為45#鋼材，最大外圓直徑φ130 mm，最大長(zhǎng)度82 mm。其中φ130外圓公差要求較高，為f7級(jí)，內(nèi)孔及其他外圓均為自由公差。

1工藝制定

1.1基面的選擇

能約束工件自由度最多的定位面稱為第一基準(zhǔn)面[1]。正確、合理地選擇基準(zhǔn)面可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，可以有效減少加工過(guò)程中問(wèn)題的出現(xiàn)，避免零件大批報(bào)廢。

在第一道工序中，以毛坯外圓及毛坯端面作為粗基準(zhǔn)定位。第二道工序中，根據(jù)基準(zhǔn)重合原則，選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，即以已加工過(guò)的端面B和外圓A為定位的精基準(zhǔn)面，如圖2所示，如此可以消除因?yàn)榛鶞?zhǔn)不重合引起的定位誤差。

1.2加工方法的選擇

依據(jù)零件加工要求及工藝特點(diǎn)，選擇能達(dá)到要求并有很好的經(jīng)濟(jì)性的加工方案。表面的加工方案確定如下：

（1）外圓、端面槽、內(nèi)孔、內(nèi)孔槽。根據(jù)加工要求及加工特點(diǎn)，采用車床加工。其中φ130外圓公差等級(jí)IT7，加工。

（2）4一φ19孔。根據(jù)加工要求及特點(diǎn)，采用加工中心來(lái)加工。雖然該孔是自由公差，但是表面粗糙度為Ra3.2，一般鉆削難以保證表面粗糙度及定位需求，所以要通過(guò)銑削來(lái)加工。

（3）φ20孔。該孔為自由公差，表面粗糙度為Ra6.8，但是由于加工錐面上的沉頭孔需要用該孔作為銷孔來(lái)達(dá)到分度的目的，所以要通過(guò)加工中心進(jìn)行銑削、僅削加工來(lái)保證其尺寸精度及表面粗糙度。

（4）8—φ12沉頭孔。該孔為自由公差，表面粗糙度為Ra3.2，需要采用鉆床進(jìn)行鉆孔及鉆沉頭孔加工。

1.3加工工藝制定

工序1：備料φ135X86；

工序2：粗、精車端面，φ124外圓，外圓梯形槽；

工序3：調(diào)頭安裝粗、精車端面，φ130外圓，端面槽，內(nèi)孔，內(nèi)孔槽；

工序4：粗、精銑φ20孔；

工序5：精僅φ20孔；

工序6：粗、精銑4—φ19孔；

工序7：鉆8—φ12孔及φ17沉頭孔；

工序8：檢測(cè)入庫(kù)。

2夾具設(shè)計(jì)

夾具概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)出滿足工件裝夾要求的夾具結(jié)構(gòu)，是后續(xù)機(jī)加夾具詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，這一階段的決策將對(duì)夾具的最終性能產(chǎn)生直接影響[2]。

2.1夾具定位方案分析

根據(jù)加工工藝，需要設(shè)計(jì)夾具用于鉆床上鉆削錐面上的8個(gè)φ12沉頭孔。定位方案采用大平面加V型擋板的方式限制工件的五個(gè)自由度。

夾具總體如圖3所示

2.2夾具體

如圖4所示，夾具體是夾具的關(guān)鍵零件，它承載著定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)向裝置等，并保證了元件與元件之間的相對(duì)位置關(guān)系。

（1）此夾具用于鉆床鉆削位于錐面的沉頭孔。該沉頭孔與水平面夾角為60O，所以?shī)A具體也應(yīng)該有相應(yīng)的傾斜。根據(jù)夾具的大平面與短套的定位方案，夾具用于定位的大平面要與水平面有30O夾角。

（2）夾具體還承擔(dān)著工件定位的作用，所以?shī)A具體上要有與定位方案相對(duì)應(yīng)的特征。因此在夾具的平面上銑削圓孔，以避免與法蘭的干涉。

（3）根據(jù)入口法蘭的特征，需要鉆削的沉頭孔共有8個(gè)，均勻環(huán)形分布在法蘭的錐面上。為了方便加工，簡(jiǎn)化加工步驟，需要增加分度裝置。為了配合分度裝置，需要在夾具上加工8個(gè)用于分度的定位孔。

（4）為了配合導(dǎo)向裝置、夾緊裝置等，需要在夾具體上鉆削銷孔、螺紋孔等。

2.3定位方案

在工件定位方案設(shè)計(jì)中可應(yīng)用多種技術(shù)[3—4]。該套夾具的定位方案為大平面與V型擋板，且定位部分與夾具體為一體，即在夾具體的斜面上銑削兩個(gè)擋板呈90OV型。以凹臺(tái)的底面作為定位的大平面，以凹臺(tái)的側(cè)壁作為定位的短套。根據(jù)法蘭在專用夾具上的定位基準(zhǔn)面設(shè)計(jì),凹臺(tái)深（8.87士0.01）mm。

2.4鉆套

鉆套是專用機(jī)床夾具上重要的組成部分,其主要作用是保證刀具與工件正確的相對(duì)位置及引導(dǎo)刀具、提高刀具剛度?；趯Ｓ脢A具柔性化設(shè)計(jì)的考慮,為了方便同類零件不同尺寸的孔的加工,選用快換導(dǎo)套。根據(jù)GB/T 2263—1991《機(jī)床夾具零件及部件鉆套用襯套》要求,快換導(dǎo)套與襯套配合一般為F7/m6（間隙配合）,襯套與鉆模板的配合為H7/r6（過(guò)盈配合）。導(dǎo)套與鉆頭之間屬于間隙配合,鉆擴(kuò)孔時(shí),鉆套公差為F7,..。

鉆套的導(dǎo)向長(zhǎng)度H一般根據(jù)工件材料、孔距精度、工件表面形狀等因素決定,通常取H=1~2.5d。長(zhǎng)度越長(zhǎng),刀具的剛性就越好,但是會(huì)加劇鉆套與鉆頭之間的磨損。這里由于所要加工的孔位于錐面上,所以取H=2.5d。

鉆套最底端到所要加工的工件之間的距離會(huì)影響鉆屑的排出和麻花鉆的穩(wěn)定性,距離越大,越容易排屑,但過(guò)大的距離也會(huì)導(dǎo)致麻花鉆穩(wěn)定性下降。在加工鋼件時(shí),間隙一般為9.7~1.5倍的孔徑。因?yàn)樵摽资窃阱F面上加工,為了保證加工的穩(wěn)定性,選取最小值。

此外,還要注意在鉆削時(shí),鉆頭是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的,所以快換鉆套的削邊應(yīng)該是逆時(shí)針旋出,這樣可以避免鉆頭將導(dǎo)套旋出。

最終由于法蘭零件形狀特殊,需要進(jìn)一步改進(jìn)鉆套,以避免鉆套無(wú)法在法蘭夾緊的狀態(tài)下取出。

綜上所述,鉆套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

2.5夾緊裝置

夾緊裝置一般由三部分組成：動(dòng)力裝置、夾緊元件、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其作用是防止工件因受到加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削力、重力等作用力而產(chǎn)生位移、振動(dòng)等現(xiàn)象。詳情如圖6所示。

在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)要注意：（1）在夾緊工件的過(guò)程中,工件不能因受夾緊力作用而偏離定位要求；（2）夾緊裝置要操作簡(jiǎn)單方便,能夠?qū)崿F(xiàn)迅速夾緊；（3）夾緊力方向與切削力方向一致,且?jiàn)A緊力大小適度。

這里選用螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)。但由于螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)容易在夾緊過(guò)程中帶動(dòng)工件一起旋轉(zhuǎn),而且在實(shí)現(xiàn)快速夾緊方面也有欠缺,所以將普通的夾緊機(jī)構(gòu)與壓塊結(jié)合,這樣在夾緊過(guò)程中螺桿旋轉(zhuǎn)而壓塊不轉(zhuǎn)動(dòng),而且通過(guò)抽放壓塊可以實(shí)現(xiàn)快速夾緊功能。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著科技不斷發(fā)展,機(jī)械制造領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)備也不斷革新發(fā)展,會(huì)出現(xiàn)效率更高、經(jīng)濟(jì)性更好的工藝。作為該行業(yè)的從業(yè)人員,不應(yīng)故步自封,要不斷創(chuàng)新、不斷探索,方得始終。