一種夾頭及加工工藝探討

張 翔

（浙江工商職業技術學院，浙江寧波 315012）

細長精密儀器儀表工件在切削力的作用下，容易產生較大的彎曲變形，進而會影響到加工精度。為了減少這類細長工件在切削過程中的受力變形，在機床的床身中部或主軸箱的前面都會安裝固定夾頭，如圖1所示，該夾頭起著支撐細長工件的作用，可以用來直接承受加工時的切削力。

圖1 固定夾頭

1 夾頭工作原理[1]

由于工件在加工過程中轉動，則工件與夾頭的內孔之間還應保持一定的間隙；當夾頭和工件之間的間隙過大時，會影響加工工件的精度，當夾頭和工件之間的間隙過小時，則會損傷工件表面的光潔度和精度，嚴重時會產生咬死現象。因此，夾頭和工件之間的間隙應該控制在一個合適的范圍內，以保證工件能夠在夾頭內正常的旋轉和沿軸向的進料移動。

2 夾頭結構及問題

該類夾頭一般加工精密儀器儀表類零件中使用，加工零件的棒料直徑為?0.5-?2.5 mm，加工零件直徑偏差為±0.003 mm，夾頭內孔表面粗糙度Ra0.1，工作表面粗糙度Ra0.2；夾頭結構如圖2[2]。

圖2 夾頭結構

目前，存在的問題是工件和夾頭之間直接接觸，兩者之間會產生摩擦，很容易磨損，最終會造成工件和夾頭軸孔的同心度差，加工工件的精度降低和夾頭磨損造成報廢。

3 夾頭問題的解決方法

為了提高夾頭的精度、壽命和耐磨性。在夾頭前端固定嵌設有硬質合金，該硬質合金具有可供工件轉動穿設的管孔（如圖3）。

圖3 夾頭前端嵌設硬質合金

工件在加工過程中，因為作用在夾頭頭部的切削力而引起靠近夾頭頭部的內孔面的磨損，故硬質合金呈微小倒錐形，倒錐形結構既方便工件進料時的插入，又能夠有效防止因為頭部內孔直徑的變大而造成工件在夾頭內孔中晃動產生的彎曲變形（如圖4）。

圖4 倒錐形

4 夾頭加工工藝

為了保證夾頭的質量、彈性等工藝[3]。該夾頭加工工藝包括有以下步驟：

（1）下料，得到坯料；

（2）對坯料進行熱處理，并退火，得到硬度不大于197HB的毛坯料；

（3）對退火后的坯料進行車加工，得到所需尺寸的夾頭；

（4）檢驗車加工后夾頭的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的進入下一道工序；

（5）將硬質合金套管焊接（銅焊）固定于夾頭坯料的內孔前端；

（6）對焊接有硬質合金套管的所述夾頭坯料進行熱處理，并退火，退后的坯料硬度控制在197 HB～200HB；

（7）檢驗熱處理后的夾頭是否有碎裂、脫焊及明顯不正中現象，符合要求的進入下一道工序；

（8）對合格的焊接有硬質合金套管的夾頭坯料的頭部沿徑向銑槽，形成均分的多個爪瓣；

（9）檢驗銑削后的夾頭尺寸是否符合要求，符合要求的進入下一道工序；

（10）對夾頭進行再次熱處理：整體淬硬HRC50～55，然后進行低溫回火，再用100℃熱水煮夾頭坯料10～15分鐘進行定型；

（11）研磨夾頭的內孔，使該內孔粗糙度在Ra0.2～Ra0.4之間，并作為夾頭后續加工的基準；

（12）對夾頭的外周面進一步進行磨削加工，得到能與夾頭裝夾體進行裝配的外周面尺寸；

（13）檢驗夾頭的粗糙度，并檢驗該夾頭是否符合裝配尺寸的要求，符合要求的進入下一道工序；

（14）在電鏜磨床上對夾頭的內孔進行電鏜磨加工（要求倒錐形）；

（15）用100℃熱水煮所述夾頭坯料1～2小時，定型并消除夾頭應力；

（16）用線切割把硬質合金套管切割成為夾頭的頭部爪瓣相對應的多個基片；

（17）將夾頭的內孔撐大并定型，保證夾頭的內孔大于工件的直徑；

（18）對夾頭的內孔進行研磨，直至達到規定的尺寸要求；

（19）綜合檢驗。

上述為夾頭的加工工藝。

為了保證硬質合金套管和夾頭之間的連接可靠性，防止脫落、碎裂，所述步驟(5)通過以下工藝步驟實現：

（1）按規格選用硬度為85～90HRA的硬質合金套管，去黑皮，所述硬質合金套管的內徑余量為0.2～0.4 mm，磨削硬質合金套管的管孔與外圓，并且保證硬質合金套管的管孔與外圓同心度不超過0.05 mm；

（2）清洗硬質合金套管及夾頭坯料，以鉛筆芯棒封堵硬質合金套管的管孔；

（3）將所述硬質合金套管裝入并固定于夾頭坯料中，使得硬質合金套管的外圓與夾頭坯料的內孔進行過渡配合；

（4）將所述夾頭坯料與所述硬質合金套管銅焊成一體。

為了方便后道工序的機械加工，所述步驟（6）的熱處理采用如下方式實現：在750～770℃下加熱并保溫1～2小時，爐冷到550～580℃出爐空冷，完成退火。

為了防止破壞焊接層，確保硬質合金套管的連接可靠度，所述步驟（8）銑槽后的槽深距離所述夾頭坯料的焊接層為0.5～1 mm。

考慮到夾頭和工件均為剛性部件，為了減少兩者因相對運動產生的應力，提高夾頭的彈性，所述銑槽后的爪瓣為三瓣結構，相應地，所述步驟(16)中的硬質合金套管沿周向被均勻分成三等份。夾頭的爪瓣和硬質合金套管優選地均分呈三等分，能夠達到最佳的效果，若小于三等份，則分割數量太少，彈性不佳；若分割數量太多，則硬質合金套管與夾頭之間的焊接接觸面積減小，容易造成切割后的硬質合金套管掉落，因此，選擇均分為三等份為最佳優選方案。

（5）為了方便工件的安裝，同時防止靠近車刀的工件在受力作用下產生較大的變形，所述步驟(18)研磨后的夾頭內孔自靠近車刀的位置向后呈微小的倒錐形，并且，所述研磨后的夾頭內孔的表面粗糙度小于Ra0.2，該粗糙度能夠保證夾頭對工件的夾持效果，同時又能夠實現工件相對于夾頭內孔的旋轉運動。

5 結論

通過該夾頭試制和大批量加工制造，夾頭內孔中固定有硬質合金，減小了夾頭工作過程中夾頭內孔的磨損，提高了夾頭的耐磨性，延長了夾頭的使用壽命，加工零件完全符合圖紙的技術要求，提高了零件加工的生產效率、經濟效益和可靠性。

［1］郭偉，商順強.特殊專用工裝夾具［J］.機電工程技術，2011，40（10）：126，127.

［2］朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［3］郭陽寬，李穎暉，許瑋.電容彈性夾頭的制造工藝探討［J］.機械制造，2005（9）：63.