撞針中剪切銷孔的鏜孔夾具設計

陳永峰，胡煒，李向陽，姚遠

航空工業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，目前現有的拼裝夾具，結構簡單的無法保證工件的精度要求，結構復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 撞針的結構特點及工藝分析

（1）撞針的結構特點 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、外形結構相近。

以某型號的撞針為例進行介紹，如圖1所示，撞針為回轉類零件，一端呈圓柱形，另一端有兩個呈叉形結構的圓柱形擊針，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，另一端有兩個徑向對稱的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基準的對稱度公差為0.1mm，相對B基準的垂直度公差為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基準的對稱度偏差不可避免。

（2）剪切銷孔相對B基準垂直度的偏差 剪切銷孔相對B基準垂直度是指在以2×φ2.5-0-0.05mm圓柱擊針構成的平面為基準，剪切銷孔實際軸線必須位于直徑公差值φ0.1mm且垂直于B基準平面的圓柱內。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生角度偏差，鏜孔時產生垂直度偏差。

4 撞針剪切銷孔鏜孔夾具結構分析與工作原理

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。

通過對傳統夾具結構進行分析，確定了新的夾具模型，如圖2所示。

圖2 夾具模型

4.2 夾具結構方案

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形結構可以裝夾多種外圓直徑的撞針，可實現夾具的通用性；垂直方向設有方形通槽安裝滑塊體，滑塊體中有T形槽，T形槽底端設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節方向，以精準控制擊針方向，滑塊體側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 夾具結構

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，依次放入彈簧、緊固螺釘，通過緊固螺釘調節彈簧使滑塊在滑塊體內產生一定的預緊力，然后將滑塊體放入夾具主體的方槽內；將撞針放置于夾具主體90°異形多邊通槽內，使兩擊針與滑塊接觸，撞針端面與滑塊體接觸，旋轉壓緊螺桿使撞針產生預緊力；移動滑塊體通過彈簧使滑塊與兩擊針產生預緊力，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生力差，撞針沿軸向旋轉，直至兩擊針完全與滑塊貼合，實現兩擊針方向定位。滑塊定位屬于浮動定位，避免零件過定位。零件在夾具內限制撞針的6個自由度，屬于完全定位。

4.5 夾具的設計

1）夾具主體的設計如圖5所示。夾具主體采用優質合金鋼30CrMnSiA制作，夾具設計要點體現在夾具功能性的實現，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 夾具主體設計

2）滑塊體的設計如圖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，保證相應的平行度與垂直度。

圖6 滑塊體設計

3）滑塊的設計如圖7所示。滑塊安裝在滑塊體內，要實現滑塊的靈活滑動，表面粗糙度值Ra需為0.4μm。

圖7 滑塊設計

5 夾具主要部件的制造工藝

夾具采用優質合金剛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，在實際生產中取得成效如下。

（1）大幅提高零件質量 測量對稱度，偏差值在0.03mm以內，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，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°異形多邊通槽設計，滑塊體可以進行位置調節，使夾具具有了通用性，可以加工多種直徑的撞針。

8 結束語

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