瓶蓋模牙板夾具的研制

摘 要：本文從瓶蓋模牙板夾具的研制入手，介紹了較為簡捷高效的瓶蓋模牙板加工方法，操作方便，不用花時間找正，能一次裝夾車出一整套牙板，加工效率高。

關鍵詞：瓶蓋模牙板夾具 不用找正 提高效率 保證精度

正規飲品、藥品、調味品企業為了防止其他不法廠家使用原廠塑料瓶，通常將瓶蓋邊緣制作成與瓶蓋主體只有點狀連接的防偽扭斷環，這樣用戶憑瓶蓋是否完好就可輕易判斷產品真偽。

筆者學校校企合作企業宏長實業公司所承接的出口運動飲料瓶蓋（如圖1）模具訂單就有這種防偽要求。而要生產出這種防偽扭斷環，在瓶蓋模中就要設計制作兩塊能拼合成一個圓孔的鑲件（實物如圖2），兩塊鑲件在瓶蓋模具廠的名稱叫“牙板”，因為它與型芯的碰邊要在火花機上打牙孔。

圖1

圖2

一、牙板傳統加工方法的弊端

牙板在合模時要互相拼合又要與型芯碰合，受合模力的作用它會慢慢損壞，是模具中的易損件，并且一套瓶蓋模具同時生產多個瓶蓋，要用到多個牙板，所以牙板是批量加工的。筆者學校開始曾經嘗試在數控銑床上加工牙板孔，但由于數控銑床具有高轉速、小背吃刀量的加工特點，造成加工效率很低；且數控銑床工作臺旋轉的離心力造成孔的圓度誤差，特別是在過象限部位圓度誤差較大，很難滿足牙板的圓度要求；另外，用數控銑床加工，刀痕明顯，難以達到粗糙度要求。

后來轉為在數控車床上加工牙板孔。牙板外形是方形，以往企業不用專用夾具，而是直接把材料夾在四爪卡盤上，把牙板鑲件一件一件車出來。但是在四爪卡盤上加工，每次裝夾都要花大量的時間去找正，效率低，而且在四爪卡盤上仍不能滿足牙板粗糙度、尺寸精度尤其是圓度的要求。

二、設計思路

針對傳統加工方法的弊端，筆者為圖2所示牙板研制了一套專用夾具，以改善在四爪卡盤上加工的弊端。

1.要求

專用夾具必須具備夾具體、定位元件、夾緊裝置三個基本要素。

2.作用

專用夾具在生產中應起著以下重要作用：提高勞動生產率；保證工件的加工精度，穩定工件的加工質量；改善工人勞動條件，降低對操作工人的技術等級要求；降低工件的制造成本。

而車床上的專用夾具除了應達到以上條件外，還應滿足以下要求。

一是夾具上定位裝置的結構和布置必須保證工件被加工表面軸線與車床主軸軸線重合。二是夾緊裝置應產生足夠的夾緊力。車床夾具多安裝在主軸上，工作時隨主軸一起旋轉產生較大離心力，因此夾緊裝置應保證夾緊元件不松脫。三是結構要緊湊，懸伸長度要短。夾具的懸伸長度L與輪廓直徑D之比應控制如下：直徑小于150mm的夾具，L/D≤2.5；直徑在150mm～300mm之間的夾具，

L/D≤0.9；直徑大于300mm的夾具，L/D≤0.6。四是夾具應基本平衡。必要時應設置平衡塊或加工減重孔來達到夾具的基本平衡，以減少振動和主軸軸承的磨損。五是夾具體應制成圓形。車床夾具的夾具體應設計成圓形，夾具上（包括工件）的各個元件不應伸出夾具體的圓形輪廓之外，以免工作時碰傷操作者。

3.重點

針對牙板，主要從以下兩點著手。

（1）左右兩塊鑲件合起來正好是一個孔。在數控車床上加工一個圓孔比加工半圓孔效率更高、精度更高。裝夾夾具應該把左右兩塊鑲件合在一起加工，保證配合精度要求，滿足產品使用要求。

（2）該牙板尺寸為70mm×70mm，夾具尺寸不算大，重量不算大，夾具的一端可設計成圓柱，能直接用三爪進行裝夾。牙板材料能在夾具上快速定位夾緊，不用拖表找正。

三、夾具的結構

夾具體外形部分設計成一小一大兩個圓柱（見圖3）。小圓柱部分就是被三爪直接夾持的部分；大圓柱端面有方形型腔，就是用于定位擺放牙板坯料，方形型腔底下的圓形盲孔作為加工時的避空孔，讓刀具穿過牙板坯料加工通孔。大圓柱外圓上還開一缺口，有兩個螺栓加一個墊塊，可以推動牙板坯料落位并限制工件的一個徑向自由度。方形型腔四角有四個孔，是方便裝卸牙板用的工藝孔。另有一個圓形端蓋（見圖4）作為夾緊元件，等牙板坯料定好位后，用螺栓上緊圓形端蓋將牙板坯料壓緊，防止加工過程中受切削力影響移位、飛出。

圖3

圖4

四、夾具的技術要求與加工方案

牙板部分作為塑料瓶蓋成型的重點、難點部分，要保證防偽扭斷環與瓶蓋主體部分的同軸度要求，即保證成型后的塑料瓶蓋防偽環部位與瓶蓋主體的點狀連接可靠，擰開瓶蓋時又能輕易分離，滿足防偽的使用要求。那么，夾具中定位牙板的部位，即方形型腔的精度和小圓柱圓度都要保證在0.01mm以內。夾具體的圓柱外形用數控車床精車出，可保證0.01mm圓度精度；方形型腔包括避空盲孔和缺口部位利用數控銑銑出，數控銑加工也能保證其方形型腔0.01mm精度要求。

五、定位裝夾與加工

35mm×70mm的s136不銹鋼材料，六個平面都在數控銑床加工后，表面粗糙度達Ra1.6和尺寸精度達±0.01mm，同時在數控銑床上粗加工孔，單邊留5mm余量。將兩塊拼合的牙板坯料橫放輕壓入夾具方形型腔中，收緊兩個螺栓將兩塊牙板坯料推壓到位并壓緊，牙板坯料比方形型腔高出0.5mm。然后合上夾緊壓蓋，用螺栓上緊，再將夾具小圓柱放在三爪卡盤上，夾具體臺階作軸向定位，上緊卡爪，不用百分表找正。對刀則用內孔刀試切對刀，使用的刀具是涂層硬質合金刀具。考慮到材料是s136不銹鋼，韌性比較大，加工分粗車、半精車和精車，轉速和進給量粗車取S200、F0.13，半精車取S350、F0.12，精車取S380、F0.08。

六、使用效果

經過實際使用檢驗，本夾具具有三大優點：一是結構簡單，制造和安裝方便；二是工人使用操作方便，不用花時間找正；三是瓶蓋生產質量穩定，瓶蓋生產廠正常使用周期內，產品合格率98%以上。