鑄造工件工裝設計案例

張世君

山東浩信集團有限公司 山東濰坊 261307

1 序言

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

2 胖閥體開放式兩半型腔車削用夾具

1）分析胖閥體加工圖樣（見圖1），上端底孔φ42.86mm，加工1-3/4-16UN-2B螺紋，有2個止口。①根據圖樣安排工藝：車削上面內孔；以內孔定位，旋轉180°車削兩端螺紋。②參考教科書來設計車削1件夾具的話，一般會考慮使用彎板加兩個V形塊，再使用壓板壓緊的辦法。③設計缺陷及問題點：數控車削加工一般采用液壓卡爪，設計這樣的夾具比較困難，裝夾時間長，還需要進行靜平衡試驗，不利于高速加工。

圖1 閥體

2）夾具改善思路：加工兩半型腔，使用液壓兩爪卡盤或液壓自定心卡盤夾持，采用六點定位原理，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（見圖2、圖3）[2]。

圖2 夾具設計說明示意

圖3 加工尺寸要求

3）液壓卡盤裝夾如圖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：①材質45鋼，調質28～32HRC。②利用設計模具型腔方法設計本套夾具。③設計對開式夾具，兩半間隔距離3～5mm。④根據六點定位原理選取閥體兩端六方為定位基準，要求外圓與六方加工輪廓度相對于外圓及V形定位中心定位控制在0.1mm以內。⑤其他曲面及型腔避空2～3mm，避開因毛坯鑄造精度產生的誤差。

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

圖6 加工完畢產品

6）批量較大時可以加工兩套，進行機內、機外切換。

7）通過加工統計：相比較V形塊及壓板壓緊夾具，其時間減少45%以上。

8）裝夾牢靠，切削參數進行提升，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，車削內孔。③加工中心加工。以內孔定中心，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題：忽略了1.5°模鍛斜度方向，導致沒有防錯措施，有60%工件加工相反，導致大批量產品不良，客戶投訴嚴重，進行報廢處理。

3）問題分析：模鍛斜度沒有防錯，導致問題的發生，重新設計工裝，增加防錯措施，經過驗證，質量得到保證，效率得到提升。

4）解決方案：①增加防錯措施。加工時識別模鍛斜度（在模具上增加標識，產品毛坯面標識后具有防錯功能）。②刪減銑削工序，右端面與內孔車削加工合并，增加專用工裝。設計工裝如圖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）工裝夾具設計制造。夾具材料為45鋼，焊接加工前調質處理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，加工中心銑削工裝內輪廓（輪廓較工件內偏置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180°，讓模鍛斜度朝下。②加工液壓夾緊量調整為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，不用擔心工件甩出來，保證了裝夾的有效性。

6）經過驗證，整體加工效率提升60%以上，內孔及端面一次車削加工完成，保質、保量，并且一次性解決了模鍛斜度出錯的失效問題。

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，采取兩半凹模進行裝夾，凹模外形是方形，放在工作臺上加工，壓緊裝夾都要把一半移開后再安裝[3]。缺點是受鑄造變形的影響，定位精度不高，篩選裝夾后再加工，費時、費力。經過改造，采取兩卡爪焊接鉗口的方法加工，裝夾快速。

2）設計制造思路：加工中心加工，以三角法蘭處端面及外形定位進行銑削加工，加工圓口端面及內孔。如圖10所示。

圖10 銑削加工中心夾具方案（普通兩爪卡盤）

3）制造工藝：①材料為45鋼，調質28～32HRC。②銑鉗口板外輪廓。③整體焊接到卡爪。④打表找正卡爪側面在0.05mm左右，作為基準，打刻標識，找卡盤中心或外圓為XY方向原點，銑削輪廓，需要把設計輪廓放大偏移0.5～1.0mm。⑤銑削完畢，使用4～6mm直徑的銑刀從中間銑削開，兩側鉗口變成了自動定心裝夾，定位精準。⑥使用內輪廓夾持工件進行加工。

4）經過驗證，裝夾效率由原來的4min優化成30s，裝夾效率提升700%。因裝夾牢靠，切削參數提升有了保證，總加工時間由原來的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，這些工裝夾具在設計制造過程中需注意以下問題。

圖11 部分鑄造殼體車削用工裝

1）充分考慮六點定位原理，設計時不能過定位，曲面的部分少用，圓的部分多用V形，能避空的盡量避空，過多的面接觸會導致過支撐，發生干涉會導致裝夾不牢，造成飛車問題。

2）因對裝配精度有要求，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，最終是否好用的關鍵。

3）工裝材料推薦45鋼，大批量考慮調質后加工，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的積累誤差。

4）必要時可以設計增加硬質合金棘爪，增加夾緊力，防止飛件。相關輔助支撐壓緊零部件如圖12所示。

圖12 相關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，多裝夾幾個來驗證，打表驗證裝夾精度，如果沒有干涉，裝夾校正后再加工，這樣可以保證安全生產。

6 結束語

經驗證，采取兩半模夾具及大行程液壓兩爪設計的夾具，方案是可行的，對提升OEE有著舉足輕重的作用。希望此文能起到拋磚引玉的作用，給廣大機加工設計制造人員以啟迪。