薄壁模具零件特殊夾具的設計

王娟

摘要：目前，我國是科學技術快速發展的新時期，薄壁零件在機械加工里是較常見的一種零件，其直徑方向厚度較薄，裝夾困難，在車削加工里是較棘手的難題。車床裝夾過程中容易產生彈性變形與塑性變形，其表面剛性差、強度弱，當夾爪松開拆下零件后，零件變形位置會慢慢縮回，直徑方向產生不規則的變形量，幾何誤差從而增大，尺寸各個精度無法保證，容易產生報廢件，從而浪費公司材料成本與加工成本。本次研究主要通過探討薄壁零件的裝夾難點與加工難點來設計一種特殊的夾具實現快速車削加工。

關鍵詞：模具;薄壁零件;工裝夾具;橫向鎖緊;彈性變形;同心度

0引言

擠壓鑄造技術的不斷發展，為創新工藝水平提供了新的契機?，F代工藝在加工方面需求不斷增長，而擠壓鑄造技術立足于加工和鍛造，對所生產的產品內部的構造零件進行標準匹配，對其中功能齊全卻較為復雜的零件進行了深入優化，能夠極大提高產品的使用效率。同時，大型擠壓鑄造的涌入，提高了原有工藝生產步驟的科學化和工業化水準，而其中，設計工藝流程是最為關鍵的步驟，本文對此進行研究分析。

1數控加工技術在薄壁塑料零件注塑模具加工中的優勢

數控加工技術在薄壁塑料零件的注塑模具加工中有著廣泛的應用，主要有以下優勢：第一，得到的模具產品性能好且穩定，計算機技術得到的編程程序通過數控技術實現對機床等設備的智能控制，計算機系統極大的存儲能力和數據轉換功能，可使得到的產品精度更高;第二，能夠加工復雜結構的零件，依賴于人工操作制造模具產品，無法快速完成多曲線尤其是三維曲線的操作，而這些復雜曲線正是結構復雜零件中常見的，采用CAD繪圖軟件可快速實現三維作圖，其放大、縮小和移動編輯功能可以輕松完成復雜的工作;第三，極大地提高了生產效率，數控技術可用計算機編程程序控制模具的加工過程，能夠控制整個生產流程，調節生產工藝，短時間內完成大量工作，提高企業的生產效益。

2薄壁模具零件特殊夾具的設計

2.1? 脫模機構

考慮到塑件壁澆薄，并且還帶有凸臺、加強筋等結構，在出模過程中就可能會出現損壞的問題。沿著厚度的方向，塑件收縮較小，同時，保壓壓力較高，就會讓其收縮更小，加強筋的位置上也容易出現黏合，為了避免黏模與頂穿的出現，就要求要比常規注塑成型數量更多，并且尺寸更大的頂出推桿使用。所以，最好能夠選擇推件板與中心推桿的相互組合。針對爪、鉤以及需要將螺釘安裝在塑件內部的，其脫模結構復雜度較高。考慮到塑件壁厚澆薄，其中需要利用自攻螺釘來進行緊固出現，其圓柱的厚度也要比塑件厚度大，其表面會有凹坑的出現。為避免這一種缺陷，就需要在直接將螺釘柱設置成為懸空的結構，并且也應該將磨具脫模的設計直接形成斜頂結構。從模具之中直接推出螺釘柱，然后推桿實現側向的移動，雖然需要利用人工的方式來完善產品脫模，具有較高的復雜習慣，但是能夠有效的解決凹坑等問題。

2.2? 特殊夾具的設計

基于以上兩種裝夾方式作為理論基礎，提出一種特殊工裝夾具的設計方案。夾具由一個直徑140mm、厚度50mm的圓盤材料制作而成，在直徑120mm的端面上加工4 個均分90°M12×1.75mm的螺紋孔，在中心位置加工M16、深30mm的螺紋孔。在端面φ88mm的位置上加工一個寬5mm、深5mm的工藝環形槽，兩邊端面外圓上各倒1mm×45°的工藝倒角。工藝環形槽的目的是為了讓鏜刀車削φ88mm的通孔時，能完全車削整個輪廓到底部，其作為避空效果。加工外圓可以不使用此避空槽，因尾部有1mm×45°的倒角，車削時終點距離留0.1～0.4mm的余量即可。零件上的4 個R9.5mm圓弧槽作為車削內孔時的裝夾位置，M12的螺釘鎖緊在R9.5mm的圓弧槽里，制作4 個開口等高墊片支撐在螺釘下面。由于M12的螺釘一半鎖緊在R9.5mm的圓弧槽里，一半是懸空狀態，這樣鎖緊力不穩定，車削力較大，零件容易松動。制作4 個開口等高墊片作為懸空部分的輔助支撐塊，高度與R9.5mm圓弧槽下半部分的高度相一致，使得4個螺釘接觸面同步，鎖緊力均勻平穩，零件安裝牢固。墊片每次拆裝方便，能直接插入在螺桿外部和快速拔出。夾具體中間加工M16的螺紋孔來作為車削外圓的裝夾位置，車削好內孔后，先不拆卸4 個M12的螺釘，通過M16的螺桿與螺母把圓形墊片鎖緊在零件的內孔臺階面上，再卸下M12的螺釘，達到了零件一次裝夾加工成形的目的，能方便快速車削外圓，這樣節省了后續第二次裝夾所有的輔助時間，大幅提高了批量生產效率。由于這種裝夾方式沒有采用徑向夾持，兩次都是橫向固定的方法，零件不會發生裝夾的彈性變形。由于是橫向鎖緊，安裝牢固可靠、剛性極好，加工時不會產生切削力的振動，尺寸精度與表面粗糙度較好。

2.3? 較大尺寸的薄壁塑料零件

尺寸較大的薄壁塑料零件在脫模時易出現問題，由于零件壁厚相對于零件長度和寬度更小，注塑后較薄的零件壁上更易出現尺寸上的缺陷，計算機輔助編程能夠更精確地控制模具結構，減少缺陷的產生。家用轎車的天窗邊框屬于較大尺寸的薄壁塑料零件，實際應用中不暴露于外，因此外觀要求較低，但裝配精度要求高，在此基礎上，利用Pro-E軟件和Mold-flow軟件，設計分型面、澆注和冷卻系統，可得到模具的總裝配圖，隨后運用CAE模擬分析，結合正交試驗，優化工藝參數，得到的注塑制品的翹曲變形量相比于未經過計算機輔助設計的注塑工藝下降了0.4mm以上，得到了很大的改善。薄壁塑料零件注塑模具設計中，數控加工過程也應充分考慮注塑后得到的注塑制品質量，模擬注塑成型工藝過程、優化工藝參數，設計出更適合實際生產使用的模具。

2.4? 薄壁塑件注塑工藝

在生產薄壁塑件中，注塑工藝參數非常關鍵，因為注射壓力的增大，時間的不斷縮短，這樣就會對生產帶來影響，所以，就需要利用換門的薄壁注射劑。因為其本身的厚度較薄，單件的重量輕，所以，每一次注塑量較少。針對薄壁注射劑的機筒，其實際的容積較小，這樣就可以規避因為長時間停留帶來的分解。不同壁厚塑件的注塑成型，其對應的參數也會有所不同，對于壁厚小于1mm的塑件，注射壓力范圍為138～241MPa，注射時間為0.1～1s;壁厚在1～2mm的塑件，注射壓力范圍為110～138MPa，注射時間為1～2s;壁厚在2～3mm的塑件，注射壓力范圍為62～97MPa，注射時間通常大于2s。

2.5? 澆注系統設計

一般在應用中心澆注方法時，由于內部呈現擴張的壓力形態，大量的零件會被不同程度地附著在金屬內壁，使用金屬液進行充型時必須保證所澆注的范圍能完整覆蓋內部的零件，之前根據外圍測量的陰影面積可以大致得出澆注覆蓋的可能性，從而為選擇金屬液的數量以及體積提供了依據。但是仍需要對澆注的系統進行精確設計，這是防止零件打亂的有效措施，鑄件底部較厚，可以抵消足夠大的壓強，當零件在澆注過程中脫落時，也可使金屬液隨著零件共同在底部壓縮，所以澆道需設置在型腔底部;相反，如果將澆道設置在型腔頂端或者鑄造儀器其他部分，由于零件結構復雜、壁厚不均，會使金屬液停留在上半部分，受到俯沖力反彈，無法使零件全部成型。

3結語

薄壁零件無論在車床裝夾上還是銑床裝夾上都是較棘手的難題，首先要解決的是裝夾彈性變形的問題，其次才是加工尺寸各個精度的問題。很多時候雖然有了普通夾具的安裝，但是避免不了還要經過第二次裝夾或多次裝夾來完成最終的加工，這樣無形中又發生了n次微量變形，使得零件同軸度（同心度）也很難保證。此次的研究能很好地解決該薄壁零件裝夾彈性變形的難題，又能快速有效地在一次裝夾中完成所有輪廓的車削，同心度得到了很好的保證，生產效率也得到了很大的提高。

參考文獻：

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