鑄造工件工裝設(shè)計(jì)案例

張世君

山東浩信集團(tuán)有限公司 山東濰坊 261307

1 序言

在數(shù)控加工中為了更好的提升設(shè)備綜合效率OEE（以下稱OEE），制造技術(shù)人員不斷的設(shè)計(jì)裝夾較快的工模具，例如：具有熱流道的塑膠模具，裝有機(jī)械手的大型模具；液壓、氣動(dòng)夾具。在車削加工中，液壓自定心卡盤(pán)、液壓兩爪卡盤(pán)提升了工裝裝夾工件的便捷性，減少了裝夾時(shí)間，提升了產(chǎn)品加工的OEE[1]。

2 胖閥體開(kāi)放式兩半型腔車削用夾具

1）分析胖閥體加工圖樣（見(jiàn)圖1），上端底孔φ42.86mm，加工1-3/4-16UN-2B螺紋，有2個(gè)止口。①根據(jù)圖樣安排工藝：車削上面內(nèi)孔；以內(nèi)孔定位，旋轉(zhuǎn)180°車削兩端螺紋。②參考教科書(shū)來(lái)設(shè)計(jì)車削1件夾具的話，一般會(huì)考慮使用彎板加兩個(gè)V形塊，再使用壓板壓緊的辦法。③設(shè)計(jì)缺陷及問(wèn)題點(diǎn)：數(shù)控車削加工一般采用液壓卡爪，設(shè)計(jì)這樣的夾具比較困難，裝夾時(shí)間長(zhǎng)，還需要進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，不利于高速加工。

圖1 閥體

2）夾具改善思路：加工兩半型腔，使用液壓兩爪卡盤(pán)或液壓自定心卡盤(pán)夾持，采用六點(diǎn)定位原理，車削綠色部位作為裝夾工件定位部位（V形塊原理），紅色為避空部位，避讓2～3mm（見(jiàn)圖2、圖3）[2]。

圖2 夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明示意

圖3 加工尺寸要求

3）液壓卡盤(pán)裝夾如圖4、圖5所示。

圖4 液壓三爪卡爪裝夾示意

圖5 液壓兩包爪裝夾示意

4）制造技術(shù)：①材質(zhì)45鋼，調(diào)質(zhì)28～32HRC。②利用設(shè)計(jì)模具型腔方法設(shè)計(jì)本套夾具。③設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)式夾具，兩半間隔距離3～5mm。④根據(jù)六點(diǎn)定位原理選取閥體兩端六方為定位基準(zhǔn)，要求外圓與六方加工輪廓度相對(duì)于外圓及V形定位中心定位控制在0.1mm以內(nèi)。⑤其他曲面及型腔避空2～3mm，避開(kāi)因毛坯鑄造精度產(chǎn)生的誤差。

5）加工工藝：①圓棒料，線切割對(duì)半割開(kāi)。②打表后進(jìn)行型腔加工。③加工完畢去除尖角毛刺。加工后的產(chǎn)品照片如圖6所示。

圖6 加工完畢產(chǎn)品

6）批量較大時(shí)可以加工兩套，進(jìn)行機(jī)內(nèi)、機(jī)外切換。

7）通過(guò)加工統(tǒng)計(jì)：相比較V形塊及壓板壓緊夾具，其時(shí)間減少45%以上。

8）裝夾牢靠，切削參數(shù)進(jìn)行提升，使效率提升105%以上。

3 汽車法蘭兩爪液壓專用卡爪夾具

小汽車排氣管法蘭如圖7所示。

圖7 法蘭

1）改善前工藝：①銑削。先前工藝是用永磁鐵吸盤(pán)吸住，銑削右端面，控制總厚度。②車削。以右端面、外輪廓為基準(zhǔn)，車削內(nèi)孔。③加工中心加工。以內(nèi)孔定中心，外輪廓定位，壓住斜面，銑削左面，鉆2×φ10mm孔。

2）改善前工藝存在的問(wèn)題：忽略了1.5°模鍛斜度方向，導(dǎo)致沒(méi)有防錯(cuò)措施，有60%工件加工相反，導(dǎo)致大批量產(chǎn)品不良，客戶投訴嚴(yán)重，進(jìn)行報(bào)廢處理。

3）問(wèn)題分析：模鍛斜度沒(méi)有防錯(cuò)，導(dǎo)致問(wèn)題的發(fā)生，重新設(shè)計(jì)工裝，增加防錯(cuò)措施，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，質(zhì)量得到保證，效率得到提升。

4）解決方案：①增加防錯(cuò)措施。加工時(shí)識(shí)別模鍛斜度（在模具上增加標(biāo)識(shí)，產(chǎn)品毛坯面標(biāo)識(shí)后具有防錯(cuò)功能）。②刪減銑削工序，右端面與內(nèi)孔車削加工合并，增加專用工裝。設(shè)計(jì)工裝如圖8所示。③采用加工中心。夾持外形，銑左端面、鉆孔及倒角。

圖8 工裝（法蘭兩爪夾具）示意

5）工裝夾具設(shè)計(jì)制造。夾具材料為45鋼，焊接加工前調(diào)質(zhì)處理28～32HRC。加工工藝步驟：①軟爪安裝完畢后，焊接固定輪廓板（兩塊），卡爪夾緊狀態(tài)，加工中心銑削工裝內(nèi)輪廓（輪廓較工件內(nèi)偏置0.5～1.0mm），并且加工模鍛斜度1.5°，加工完畢，將輪廓夾緊板翻轉(zhuǎn)180°，讓模鍛斜度朝下。②加工液壓夾緊量調(diào)整為5～10kg/mm2，夾緊以后，法蘭的1.5°模鍛斜度與鉗口體的反向模鍛斜度吻合，反扣在里面，不用擔(dān)心工件甩出來(lái)，保證了裝夾的有效性。

6）經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，整體加工效率提升60%以上，內(nèi)孔及端面一次車削加工完成，保質(zhì)、保量，并且一次性解決了模鍛斜度出錯(cuò)的失效問(wèn)題。

4 精密鑄造彎管車削、銑削兩用工裝

精密鑄造彎管如圖9所示。

圖9 精密鑄造彎管

1）改善前工藝：采用加工中心加工，采取兩半凹模進(jìn)行裝夾，凹模外形是方形，放在工作臺(tái)上加工，壓緊裝夾都要把一半移開(kāi)后再安裝[3]。缺點(diǎn)是受鑄造變形的影響，定位精度不高，篩選裝夾后再加工，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。經(jīng)過(guò)改造，采取兩卡爪焊接鉗口的方法加工，裝夾快速。

2）設(shè)計(jì)制造思路：加工中心加工，以三角法蘭處端面及外形定位進(jìn)行銑削加工，加工圓口端面及內(nèi)孔。如圖10所示。

圖10 銑削加工中心夾具方案（普通兩爪卡盤(pán)）

3）制造工藝：①材料為45鋼，調(diào)質(zhì)28～32HRC。②銑鉗口板外輪廓。③整體焊接到卡爪。④打表找正卡爪側(cè)面在0.05mm左右，作為基準(zhǔn)，打刻標(biāo)識(shí)，找卡盤(pán)中心或外圓為XY方向原點(diǎn)，銑削輪廓，需要把設(shè)計(jì)輪廓放大偏移0.5～1.0mm。⑤銑削完畢，使用4～6mm直徑的銑刀從中間銑削開(kāi)，兩側(cè)鉗口變成了自動(dòng)定心裝夾，定位精準(zhǔn)。⑥使用內(nèi)輪廓夾持工件進(jìn)行加工。

4）經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，裝夾效率由原來(lái)的4min優(yōu)化成30s，裝夾效率提升700%。因裝夾牢靠，切削參數(shù)提升有了保證，總加工時(shí)間由原來(lái)的8min降到3min，整體效率提升167%。

5 其他鑄造大型程兩爪工裝夾具展示

部分鑄造殼體車削用工裝如圖11所示，這些工裝夾具在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中需注意以下問(wèn)題。

圖11 部分鑄造殼體車削用工裝

1）充分考慮六點(diǎn)定位原理，設(shè)計(jì)時(shí)不能過(guò)定位，曲面的部分少用，圓的部分多用V形，能避空的盡量避空，過(guò)多的面接觸會(huì)導(dǎo)致過(guò)支撐，發(fā)生干涉會(huì)導(dǎo)致裝夾不牢，造成飛車問(wèn)題。

2）因?qū)ρb配精度有要求，所以需要考慮裝夾變形、考慮留有夾緊余量和考慮夾具加工的工藝流程，這是該類夾具是否合理，最終是否好用的關(guān)鍵。

3）工裝材料推薦45鋼，大批量考慮調(diào)質(zhì)后加工，采用加工中心及線切割加工，采取工序集中原則降低多次定位帶來(lái)的積累誤差。

4）必要時(shí)可以設(shè)計(jì)增加硬質(zhì)合金棘爪，增加夾緊力，防止飛件。相關(guān)輔助支撐壓緊零部件如圖12所示。

圖12 相關(guān)輔助支撐壓緊零部件

5）加工完畢有可能部分干涉，需要試裝配，多裝夾幾個(gè)來(lái)驗(yàn)證，打表驗(yàn)證裝夾精度，如果沒(méi)有干涉，裝夾校正后再加工，這樣可以保證安全生產(chǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)驗(yàn)證，采取兩半模夾具及大行程液壓兩爪設(shè)計(jì)的夾具，方案是可行的，對(duì)提升OEE有著舉足輕重的作用。希望此文能起到拋磚引玉的作用，給廣大機(jī)加工設(shè)計(jì)制造人員以啟迪。