可更換式組合夾具在電火花加工中的應用研究

段海峰

（華南理工大學 廣州學院，廣州 510800）

0 引言

隨著模具應用的高速發展，作為模具加工的常用機床電火花成型機床的應用也越來越多，但是現有的電火花機床夾具過于單一，使得很多零件都難以裝夾，尤其是薄壁、細長零件等特殊零件。而如何提高產品的質量，如何更好地裝夾各種零件，以及如何提高生產效率已成為當前一個重要問題。我們希望設計一個有效的電火花微型組合夾具，可以提高電火花加工中零件的裝夾效率以及適用范圍。

1 當前電火花常用夾具常出現的問題

當前電火花加工所用夾具多為磁盤夾具。不可否認磁性裝夾確實快速且方便，但是其限制較多：它只能裝夾鋼鐵，對于其他金屬材料，比如鋅鋁合金等便不能裝夾；它只能裝夾一般的板型零件，對于特殊的零件，尤其是薄壁零件、深孔型零件以及通孔型零件的裝夾還存在比較大的問題，下面具體分析。

1.1 裝夾不方便

不同的零件需要不同的夾具，磁盤只適合盲孔型板料零件，適用范圍極度單一。我們希望設計一種夾具，可以直接放在磁盤上，根據不同的需要，更換一部分部件，從而實現不同零件（薄壁零件、深孔型零件以及通孔型零件）的加工，提高零件的裝夾范圍。

1.2 冷卻不好

電火花加工屬于高溫加工，冷卻方式至關重要，采用磁盤裝夾，其冷卻方式往往是油管式冷卻，對于一般小型零件的表面加工自然可以達到冷卻要求，但是換成大型零件，或者深孔型零件，以及通孔型零件，這種冷卻方法就很難達到冷卻效果。例如，加工較深的模具型腔零件時，就會出現積碳現象，導致零件加工速度減慢，精度降低；加工通孔型零件時，由于冷卻液噴不均勻，加工時經常出現著火現象，導致加工困難或者無法加工。也有的機床為了達到冷卻效果，直接采用淹沒式加工，但是工作臺過大，冷卻液極度浪費，機床密封不嚴等現象也經常發生，并且淹沒式加工常會造成積碳無法正常排出，導致加工效果比較差等情況。

2 電火花微型組合夾具的設計

2.1 機構的原理圖及其組成

圖1 為該夾具的原理圖，其中底盤1、工作臺2、導軌3、小夾具4 為整個夾具的4 個組成部分，冷卻液從入油口5 噴入，在泵壓的作用下，其冷卻油將從各個方向向上流動，尤其是流油口7 處最多，最終淹沒零件，從而達到冷卻的效果。在泵壓的作用下，其中流油口7 既可以使得通孔型零件達到更好的冷卻效果，也可以起到沖屑的作用。由于底盤、工作臺、小夾具可以拆裝，因此我們可以根據需要更換小夾具4，利用導軌3 來定位和裝夾不同零件，從而增加其適用范圍。

圖1 電火花夾具原理圖

2.2 底盤的設計

圖2 底盤設計

圖2 為我們設計的底盤，由于電火花加工屬于不接觸加工，整個加工過程中幾乎沒有力的作用，所以對于電火花夾具而言，不需要把夾具固定在機床上，只要放在磁盤上，其質量就可以保證其穩定，不用另外裝夾，所以，該底盤采用不銹鋼材料就可以滿足要求，該底盤有3 個作用：1）底盤下面設計了兩個相互垂直的入油口2，即加工時，冷卻液可以從下噴入夾具，進而淹沒零件從而達到更好的冷卻效果。2）中間有6 個安裝凸臺1 可以根據不同需要安裝不同的工作臺，而下面的方槽更有利于冷卻液的流出。3）底盤上端有4 個出油口3，更加便于工作液的循環以及熔屑的排出。

2.3 工作臺的設計

根據要裝夾的零件不同，可以根據需要更換不同的工作臺以完成裝夾。限于篇幅，我們只設計一種工作臺，希望可以達到拋磚引玉的作用。由于主要針對小型零件進行加工，且電火花加工基本沒有切削力的存在，對力學要求不高，所以工作臺選用鋁作為其材料，如圖3 所示。其中4 個較大階梯孔為和底盤相連接的4 個固定孔，用來裝夾在底盤上，而中間的口為流油孔（也方便細長零件或者軸類零件的裝夾），尤其是針對通孔性零件，可以達到很好的冷卻作用。其中4 個較小的階梯孔為和導軌的鏈接孔，用來鏈接導軌用。

2.4 導軌的設計

圖4 為夾具用的導軌，一方面它將被固定在工作臺上；另一方面，小夾具可以根據需要在其上滑動，便于定位和裝夾。

圖3 工作臺設計

圖4 導軌的設計

2.5 小夾具的設計

根據前面工作臺的設計，在這里我們將設計3 種小夾具，分別對應矩形零件、弧形零件以及軸類零件的加工，包括通孔零件和盲孔零件，分別如圖5～圖7 所示。且夾具下面的2 個安裝孔可以直接安裝在導軌上，從而實現定位，而另外2 個孔則可以采用銷釘來實現裝夾。

1）矩形零件夾具的設計。矩形零件主要指長方形、正方形零件。該小夾具采用平口裝夾方式，可以裝夾各種小型矩形零件，尤其是不能用磁盤吸住的材料的零件，且由于工作臺中心有一圓孔，在矩形零件上加工通孔時不用再另外設計夾具，而淹沒式冷卻方法可以避免通孔型零件加工時下面無法冷卻的情況。

圖5 矩形零件夾具的設計圖

2）弧形零件夾具的設計。弧形零件主要指有弧度的零件，比如圓形零件。該小夾具采用V 型槽裝夾方式，可以裝夾各種弧形小零件，包括不能用磁盤吸住的材料的零件，同樣由于工作臺中心有一圓孔，在零件上加工通孔時，由于其屬于淹沒式冷卻，更方便加工及冷卻。

3）軸類深孔型或通孔型零件的夾具設計。軸類深孔型或通孔型零件指的主要是在軸類零件的軸向加工深孔或者通孔的零件，由于其往往較細長，且加工較深，電火花加工通常都需要配專門夾具才行。該小夾具采用V 型槽裝夾方式，不過和上面不同的是它采用的是通孔型V 型槽，可以裝夾各種軸類小零件，尤其是不能用磁盤吸住的非鋼鐵類零件，且由于工作臺中心有一圓孔，軸類零件可以直接裝夾。

圖6 弧形零件夾具的設計圖

圖7 軸類零件夾具的設計圖

3 新夾具的特點

1）具有可更換性，可以提高夾具的使用范圍。該夾具共分為4 部分，可以根據需求重新設計工作臺和小夾具，從而實現更多零件的裝夾，增加其適用范圍。本文用3 種零件（矩形零件、弧形零件、軸類零件）來說明其可更換性。

2）采用了特殊的冷卻方式。不但可以起到較好的冷卻作用，還可以起到較好的沖屑作用，避免積碳現象的發生，從而提高零件的加工質量。電火花加工中，冷卻是極其重要的事情，為了解決冷卻問題，采用從下往上噴油，淹沒式加工的方式來進行冷卻，以求可以達到更好的冷卻效果。而由下而上的入油方式更是可以起到較好的沖屑作用，避免積碳現象的發生，從而提高零件的加工質量。

3）可以直接安裝在機床上，簡單易行。新夾具底座采用鋼材，可以直接利用磁性吸附在磁盤上，可以直接安裝在機床上，簡單易行，不會影響零件的實際加工。

4 結語

設計了一整套夾具，可以實現3 種零件的定位裝夾，根據需要也可以改進工作臺和小夾具，實現更多零件裝夾，且和傳統電火花的夾具相比，該夾具擁有更好的冷卻性和適用范圍，希望可以起到拋磚引玉的作用，使得電火花加工朝著更好的方向發展。

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