薄壁鑄件機械加工工裝設計

楊小軍 姜偉

引言

在航空、航天、機械制造行業中，鑄件被大量使用，許多薄壁鑄件是精密儀器、儀表的載體，形位精度及其尺寸穩定性要求很高。在薄壁鑄件機械加工過程中，加工工裝是保證鑄件加工質量的關鍵。通常使用的鑄件加工工裝，找正精度較低，裝夾變形較大。本文結合薄壁鑄件機械加工狀況，采用理論和實踐相結合的方法，介紹了一種薄壁鑄件加工工裝。

1.工裝改進原因

1.1 鑄件應用

目前，鑄件在航空、航天等行業中大量使用，鑄造技術的優點決定了其在金屬成形方法中不可替代的地位。金屬的成形方法較多，與其他成形工藝相比，鑄造工藝具有以下優點：能夠成形鍛造及切削加工不能完成的復雜外形的零件；生產成本低廉；鑄件的尺寸和質量不受限制，小到幾克的硬幣，大到萬噸的輪船殼體，都是鑄造的杰作；鑄造是機械制造業應用最廣泛的一種工藝方法，工業上常用的金屬材料都可鑄造，且生產的批量不限。

1.2常用鑄件機械加工工裝應用狀況

1.2.1加工精度低

鑄件精基準面是保證加工精度，特別是加工表面的相互位置精度以及零件安裝方便可靠的基礎。常用鑄件機械加工工裝找正精度較低，約為0.4mm，加工精度較差。很多框架類鑄件不僅壁薄，而且體積較大，對精基準面的加工精度要求較高，否則后續加工中易出現壁厚不均勻現象，造成廢品。

1.2.2裝夾變形較大

常用鑄件機械加工工裝應用于薄壁鑄件，裝夾變形較大。在機械加工過程中，裝夾變形導致的殘余應力是影響零件尺寸穩定性的重要因素。為了減少裝夾變形，不僅要從加工精度和定位精度選擇裝夾方案，還要對夾緊力的方向、作用點、大小進行優選。

2.工裝主要結構設計

2.1支撐改制

依據三點決定一個平面的理論，設計改制了工裝的零件支撐，將常用的平頭支撐改為球頭支撐（圖1、圖2示），球頭支撐由底座和球頭螺柱組成，它改變了原來平頭支撐的面接觸方式，使鑄件毛坯底面與球頭螺柱的球頭形成點接觸，旋轉球頭螺柱可以調整鑄件劃線基準面的位置，找正便捷，找正精度約為0.2mm。

2.2 凹形壓板

凹形壓板由矩形鋼板和兩塊磁鐵組成（圖3示），磁鐵吸附在矩形鋼板上。通過移動矩形鋼板兩端的磁鐵，可以改變在零件上的壓緊力作用點。矩形鋼板的尺寸可以根據鑄件裝夾位置、空間自行制作。

2.3 裝夾方式對比

圖4、圖5分別是常用鑄件機械加工工裝、薄壁鑄件基準面加工工裝的局部裝夾結構圖。圖4中，壓緊力作用點在鑄件體上，作用點處零件局部懸空。圖5中，壓緊力作用于凹形壓板，將凹形壓板兩端的磁鐵移至兩個球頭支撐的球頭位置，使夾緊力的作用點對應作用在兩個球頭支撐上，改變了原來直接壓緊鑄件的裝夾方式。

通常，框架類薄壁鑄件鑄造余量約為2mm～3mm，體積較大，粗加工基準面切削力較大，因此，加工時所需裝夾力較大，在鑄件壓緊力作用點局部會產生較大的變形，薄壁鑄件加工工裝提高了工藝系統的接觸剛度，有利于減小鑄件變形，減小裝夾引起的殘余應力。

3.薄壁鑄件機械加工工裝

3.1 組成

薄壁鑄件機械加工裝夾工裝（圖6示）包括兩個圓柱底座2、兩個螺柱3、矩形鋼板4、兩塊磁鐵5、兩組螺栓組件8、兩塊壓板9、三個球頭螺柱10、三個圓錐底座11。其中圓柱底座2和螺柱3以螺紋連接；磁鐵5吸附在矩形鋼板4上且位置可以移動；球頭螺柱10和圓錐底座11以螺紋連接；兩組螺栓組件8壓緊壓板9，通過矩形鋼板4將鑄件固定在機床工作臺上。

3.2 應用舉例

圖6為薄壁鑄件銑基準面裝夾示意圖，裝夾方法：首先，根據鑄件結構，初定三個球頭支撐（10、11）在工作臺1上的位置；將已劃線的鑄件放在球頭上，選擇鑄件底面的實體結構，確定三個球頭支撐及兩塊磁鐵5的位置，兩塊磁鐵5的位置對應于兩個球頭支撐，第三個球頭支撐在另兩個球頭支撐的對稱中心線上，并且距離要盡量遠；然后，分別旋轉球頭螺柱10，調整鑄件劃線基準面的位置，利用主軸上的劃針7，找正劃線確定的基準面在0.2mm范圍內；移動兩塊磁鐵至相應的球頭螺柱球頭位置；根據鑄件位置，確定兩個圓柱底座2的位置；根據球頭支撐的球頭位置，確定兩塊壓板9的其中兩個壓緊點，一塊作用點在凹形壓板上且在兩個球頭支撐的中間位置，另一塊作用點在鑄件上且在第三個球頭支撐位置；根據壓板9的壓緊點高度，調整兩個螺柱3的頂面高度；利用兩組螺栓組件8壓緊兩塊壓板9，將鑄件6固定在機床工作臺1上；最后，將主軸上的劃針換成銑刀進行精基準面的加工。

3.3 應用效果

通常，框架類薄壁鑄件鑄造余量約為2mm～3mm，體積較大，粗加工基準面切削力較大，因此，加工時所需裝夾力較大，在鑄件壓緊力作用點局部會產生較大的變形，薄壁鑄件機械加工工裝具備以下優點：

3.3.1提高基準面加工精度和加工效率

薄壁鑄件加工工裝通過球頭支撐，使鑄件毛坯底面與三個球頭形成點接觸，不僅使鑄件基準面加工精度提高，而且找正便捷，易操作，可以提高生產效率。

3.3.2裝夾變形小

薄壁鑄件加工工裝通過凹形壓板的凹形結構，改變了鑄件的受力作用點，提高了工藝系統的接觸剛度，有利于減小鑄件變形，減小裝夾引起的殘余應力。

4.結束語

本文提供了一種薄壁鑄件機械加工工裝，該工裝不但能提高鑄件基準面的加工精度、生產效率，還可以提高工藝系統接觸剛度，減少鑄件裝夾變形導致的殘余應力，解決了薄壁鑄件機械加工精度低、變形大的問題。