盤狀密封薄板加工的夾具設計及應用

張文麗

（南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211106）

在當前采用的渦輪冷卻器產品中，其密封板組件以密封關鍵件形式為主，如圖1所示。該密封板1材料為硬鋁2A12-T4，內孔配合壓入澆鑄好巴氏合金的不銹鋼襯套2，屬于典型的盤狀薄壁零件，長徑比值最薄處達1：52，且尺寸和形位公差要求非常嚴，在加工過程中，零件極易產生變形。

圖1 渦輪冷卻器密封板組件

1 密封板組件的結構特點及加工難點

該密封板組件屬于典型的薄壁盤狀零件，設計圖紙要求內外圓同軸度不大于準0.005mm，內孔對大端面垂直度不大于準0.008mm，且尺寸精度高，要保證嚴格的形位公差和高精度尺寸要求，一次裝夾定位加工保證顯然非常困難。在工序的安排過程中必然會有多次裝夾產生，而這類薄型零件在普通裝夾狀態下極易產生變形，特別是左端大端面變形嚴重，因此，合理地裝夾定位就成了解決零件變形問題的關鍵所在。

2 密封板組件的工藝方案分析

毛坯選用棒料，采用先粗后精的工藝方案，制定總體流程大致如下：毛坯→粗車→時效→半精車→鉆孔及倒沉孔→研大端面→半精車→壓襯套→精車。

為了防止零件產生變形，在此采用了熱處理時效和多次車削加工相結合的方法，在密封板1內孔中通過過盈配合壓入澆鑄好巴氏合金的襯套2之后再進行最后的精車加工。精車之前尺寸和形位公差要求嚴的型面都留有適當的加工余量，內孔留有單邊0.4mm加工余量，大外圓留有單邊0.2mm余量，左端面留有0.3mm余量，且左端面經過研磨，要求平面度在0.012mm以內，內孔對左端面垂直度為準0.01mm。精車分三個工步進行，如圖2所示，粗實線表示此工步需加工的表面，裝夾定位用圖中簡化符號來表示。

圖2 密封板組件示意圖

3 設計端面定位和膨脹定位夾具

為了有效地防止裝夾變形，充分利用該零件的結構特點，在精車工步1中，以左端大端面定位，以6處準4.3孔及沉孔上沉頭螺釘3將工件2緊固在端面定位盤1上，設計圖3所示的端面定位夾具。在之前的研磨工序中，研左端大端面平面度在0.012mm以內，做好該工步的端面定位基準，以左端面定位固定在端面定位盤1上來加工內孔。

圖3 端面定位夾具

在精車工步2中，考慮到不能直接裝夾工件外圓，只能利用工件結構中的孔來進行定位。以小端面和工步1已加工內孔定位，設計圖4所示的膨脹定位夾具來加工大端面，保證壁厚要求。膨脹芯軸3膨脹產生的裝夾力均勻地分布在工件的圓周上，以減少裝夾產生的工件變形，通過螺栓5將膨脹芯軸3和工件2、端面定位盤1緊固在一起，螺栓5既起到連接的作用，又提供了膨脹芯軸的膨脹力。膨脹芯軸3的結構如圖5所示。

圖4 膨脹定位夾具

圖5 膨脹芯軸結構

精車工步3與工步1裝夾方式相同，夾具圖如圖3所示，以工步2加工的大端面為準進行定位，將定位盤1用三爪夾在車床上，見光其端面，以消除夾具與機床之間的裝夾誤差，利用大端面定位，用6個沉頭螺釘緊固工件，在一次定位裝夾中完成大外圓、內孔的加工，以滿足內外圓同軸度不大于準0.005 mm和內孔對端面垂直度不大于準0.008mm的要求。

精車工序3個加工工步最大限度地利用了該密封板組件固有的結構特點，大大減少了因裝夾產生的變形問題，而且精車工步1和3的裝夾方式也與該零組件在裝配后的工作狀態一致。

4 結束語

由于在實際生產中使用了這兩種專用的定位工裝夾具，經過多批次的生產實踐和三坐標測量儀的測量檢測，該零件尺寸均達到圖紙設計要求，形位公差的合格率達到90%以上，產品品質得到了可靠地保證，零件變形問題得到很好的控制，加工效率大大提高。

[1]陳宏鈞.《機械加工工藝裝備設計員手冊》[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]蔡 蘭.《機械零件工藝性手冊》（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2006.