潘寶山 羅 敏

（中航工業(yè)黎明導(dǎo)管噴嘴加工廠，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)精密件小巧薄壁，工作表面為內(nèi)孔或者外圓，要求較高的尺寸精度和同軸度，其他加工表面對(duì)其都有技術(shù)要求。由于大多數(shù)零件壁薄，是弱剛性零件，相對(duì)剛度較低，強(qiáng)度較弱，加工工藝性差，特別是在對(duì)零件形狀，尺寸精度要求較高的情況下，對(duì)振動(dòng)、切削力及切削溫度等均十分敏感，加工起來易變形和產(chǎn)生振動(dòng)，不易控制加工精度和提高加工效率。特別是越接近最終加工尺寸時(shí)加工起來越困難。因此實(shí)現(xiàn)精密件的高精度、高效率和高可靠性的切削加工一直是航空制造業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。

圖1為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄壁殼體，壁厚僅有4毫米，內(nèi)孔為工藝基準(zhǔn)，外圓對(duì)內(nèi)孔的同軸度要求達(dá)到0.005毫米，加工難度大，外圓采用先粗車、再精車，最終進(jìn)行磨加工的工藝路線。加工過程中必須使用專用夾具，而且要求夾緊力均勻。

圖1

以往采用鋼性芯軸以孔定位，夾緊兩端面磨削外圓，同軸度超差，廢品率在60%～70%以上。原因是鋼性芯軸即使使用h6（0-0.016）公差精度，與殼體孔的最小定位間隙也達(dá)0.016毫米，最大定位間隙要達(dá)0.041毫米，再加上芯軸本身的誤差，理論上達(dá)不到同軸度0.005毫米的要求。若用零件分組的方法加工，因芯軸與零件孔間隙很?。?.01～0.02毫米），裝卸很不方便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率很低、定位孔易被損傷。而用漲胎也因其芯軸、漲套等零件的累積誤差大于0.04毫米，達(dá)不到零件要求。 經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，采用液性塑料漲緊夾具可以滿足零件加工要求。

2 液性塑料漲緊夾具的結(jié)構(gòu)

液性塑料漲緊夾具是根據(jù)液體在密閉容器里能均勻地向各個(gè)方向傳遞壓力和薄壁金屬彈性變形的原理設(shè)計(jì)的一種彈性心軸結(jié)構(gòu)。夾具主要由底座No1、主軸No2、薄壁套筒No3、螺栓No6、柱塞No13、液性塑料No16等組成。具體結(jié)構(gòu)見圖2。在薄壁套筒內(nèi)腔與主軸孔內(nèi)注滿液性塑料，液性塑料是半透明的凍膠物質(zhì)，具有一定的彈性與機(jī)械強(qiáng)度，在壓力作用下塑料不滲漏，傳遞壓力良好。旋轉(zhuǎn)螺釘時(shí)通過柱塞擠壓液性塑料，使薄壁套筒產(chǎn)生彈性變形，從而漲緊工件。

3 液性塑料夾具的工作原理

在夾具充滿液性塑料的狀態(tài)下，擰緊螺栓No6，推動(dòng)柱塞No13運(yùn)動(dòng)，由于夾具處于密閉狀態(tài)，液性塑料又是不可壓縮的，壓力通過液性塑料均勻地傳導(dǎo)到套筒的內(nèi)外壁，使內(nèi)外壁產(chǎn)生彈性變形，外壁向外擴(kuò)張，內(nèi)壁向內(nèi)收縮，螺釘擰入越多，塑料壓力越大，套筒徑向變形量也越大，套筒與工件之間的間隙逐漸減小而最后形成圓柱面接觸，使工件準(zhǔn)確地定心。

4 薄壁套筒的設(shè)計(jì)

薄壁套筒是液性塑料的重要部件，正確地設(shè)計(jì)薄壁套筒是高精度液性塑料夾具成功的關(guān)鍵。當(dāng)塑料壓力一定時(shí)，套筒徑向變形量是與其壁厚成反比，此外，在使用塑料夾具時(shí)，還要求保證套筒薄壁有足夠的強(qiáng)度和保持其幾何形狀的穩(wěn)定性。因此在設(shè)計(jì)薄壁套筒時(shí)，就必須慎重地選擇套筒的薄壁厚度。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮下列因素：

4.1夾具的工作條件：如工件基準(zhǔn)面的幾何形狀（圓柱面長(zhǎng)度與直徑之比），工件基準(zhǔn)面的公差范圍，加工性質(zhì)（磨、車、銑）和其他等等；

4.2套筒環(huán)狀槽內(nèi)塑料壓力的大??；

4.3薄壁套筒材料的機(jī)械性能：材料的屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度和彈性模數(shù)等；

4.4薄壁套筒的剛性；

4.5夾具的密封性（如柱塞和柱塞孔的配合）。

圖3 薄壁套筒

薄壁套筒的壁厚的計(jì)算(如圖3)：

薄壁套筒直徑40毫米：

L=33毫米，R=20毫米，所以，h取公式〔1〕計(jì)算：h=0.015D+(0.35～0.4)=1毫米

容塑腔深度（H）的確定（圖3）：

容塑腔太淺，傳遞的壓力不足，太深傳遞的壓力受阻，兩者都達(dá)不到預(yù)定的目標(biāo)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，得出如下表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

?

薄壁套筒材料采用彈性好、屈服點(diǎn)高的40C r或30CrMnSiA，以獲得較大的變形量。熱處理淬火，硬度HRC40～45，套筒薄壁厚度要很均勻，否則徑向變形不均勻，會(huì)降低定心精度。與主軸過盈配合H6／s6，過盈 量不取很大，是為了裝入主軸時(shí)避免套筒薄壁受力過大而變形。采用圓柱銷固緊防止套筒相對(duì)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 柱塞和滑柱結(jié)構(gòu)

柱塞的材料選用聚四氟氯乙烯F－4，這 種材料具有良好的耐磨和自潤(rùn)滑性能，頭部使用帶內(nèi)錐孔的結(jié)構(gòu)，這樣可以利用聚四氟氯乙烯的彈性，在推進(jìn)柱塞時(shí)，起到自動(dòng)密封作用。柱塞No13與螺栓No6螺紋連接，柱塞頭部為半球形，可有效避免柱塞與孔別勁。

6 液性塑料漲緊夾具的優(yōu)點(diǎn)

（1）定心準(zhǔn)確度高。不論工件以外圓為基準(zhǔn)或以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，也不論工件基準(zhǔn)面直徑大小如何，都能使工件獲得很高的定心準(zhǔn)確度，壓緊力可均勻地分布在沿薄壁長(zhǎng)度的大部分圓柱面上（可達(dá)整個(gè)薄壁長(zhǎng)度的80%）。（2）縮短生產(chǎn)周期及降低制造成本。塑料夾具是利用套筒的均勻變形來定位與夾緊的，所以工件的裝卸很迅速，能夠顯著地縮短輔助時(shí)間，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及設(shè)備的利用率。（3）液性塑料本身無腐蝕作用，因此長(zhǎng)久不失性能。

結(jié)語

液性塑料漲緊夾具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，定心精度高，夾緊可靠不損傷工件，薄壁零件夾緊不變形等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證精密件的加工精度要求，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄壁殼體使用液性塑料夾具加工后，零件的加工合格率達(dá)到100%，加工效率提高2倍。

[1]徐鴻本.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[C].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004，3.

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