薄壁環形件用激光打孔夾具結構改進

朱立云 孟憲國 劉金華 邱兆峰

摘 要：以激光作為加工手段的機床，具有加工精度好、效率高等優點，在機械加工中，特別是薄壁零件加工中應用越來越廣泛；本文針對在薄壁環形件沿周打孔過程中，經常出現定位夾具熔屑排出不暢問題，給予論述并提出解決方案，改進后的夾具已經應用于現場加工，效果很好。

關鍵詞：薄壁環形件；激光打孔；定位夾具

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A

1 零件加工要求及夾具結構分析

需要加工的零件為薄壁環形件，壁厚為0.5mm～0.8mm，外圓為φ351mm，其圓周上分布800余個φ2小孔（如圖1所示），需要在五坐標激光機床上加工。

夾具結構采用脹塊漲緊結構，下端是基礎座，上面安裝圓盤，圓盤上有4處槽，脹塊在槽中滑動，上端為蓋板，起限位作用，中心為圓錐體，圓錐體上端為螺母；工作時，旋轉螺母，圓錐體向下運動，推動脹塊向外運動，進而將待加工的薄壁環形件固定到脹塊外圓上，隨著脹塊向外運動，實現加工零件脹緊定位；其中脹塊沿周設計有一圈熔屑槽，保證加工中存儲熔屑。

2 夾具使用中出現的問題

激光加工薄壁環形件上各孔時，會有大部分材料被切割掉，形成大量的熔屑，熔屑隨保護氬氣流動，粘結到夾具脹塊的熔屑槽內；隨著零件不斷加工，夾具脹塊的熔屑槽空間不斷縮小，同時熔屑會隨氬氣氣流，重新粘結到加工零件上，零件需要加工后進行清理，降低了零件表面的完整性。熔屑堆積在脹塊熔屑槽內，材料硬度非常高，采用手工或機械手段清理熔屑非常困難；當脹塊被熔屑堵死后，就需要進行工裝返修，更換新脹塊，大大影響了加工效率。

3 夾具結構改進

通過對夾具結構分析及現場使用過程中出現問題的分析，確定了如何有效的清理熔屑，提高夾具的使用壽命是夾具結構改進的關鍵。

3.1 脹塊結構改進

脹塊為定位件，在外圓定位面中間設計了熔屑槽（如圖3所示），現場使用過程中需要現場工人不定期的清理熔屑，脹塊熔屑槽9mm寬，尺寸小，清理時費時費力，加工一段時間后熔屑很容易堵死環槽。

針對現場加工時出現的問題，在脹塊帶有熔屑槽的基礎上，每塊脹塊中又增加了4處排屑槽（如圖4所示），使激光切割時零件的熔屑能夠隨著保護氬氣排到脹塊內部，保證脹塊不被堵塞，同時防止熔屑粘結到加工零件上。

3.2 圓盤結構改進

由于夾具體的脹塊與圓盤之間的間隙小，所以如何加大脹塊排屑槽與夾具體之間的間隙就成為了要解決的首要問題；圓盤的上平面設計了4處滑槽，控制脹塊的滑動角向，圓盤沒有容屑空間，如圖5所示。

為了能夠增大脹塊與夾具體之間的空隙，在保證能夠壓緊脹塊的前提下，盡可能把圓盤上端面做出容屑空間，并要求容屑空間區域盡量開放，熔屑排到容屑空間里，鉗工可以通過扁鏟清理堆積的熔屑；同時，在做容屑空間時要注意圓盤中間部分要連接，不能銑通，防止熔屑排到中間位置，粘到圓錐體上，如圖6所示，改進后可以發現夾具上的空隙變大了。

3.3 蓋板結構改進

通過以上改進，增加了容屑空間，通過分析夾具結構發現，蓋板采用圓餅結構，直接將圓盤與脹塊壓緊，蓋板與圓盤形成一個密閉空間，如圖7所示，激光切割后產生的熔屑排到容屑空間里，密閉的空間結構，不利于工人清理熔屑。

如果將空間開放，必須對蓋板進行結構改進，由于蓋板主要作用是與圓盤形成方槽，用于脹塊前后滑動，將圓形蓋板結構改為4塊壓板結構，通過螺釘和銷子與圓盤固定，保證脹塊在其中滑動，這樣就可以把圓盤上增加的容屑空間完全開放，當加工完零件后，熔屑會排到圓盤的容屑空間內，工人會很容易在開放的空間，用扁鏟清理熔屑。如圖8所示，圖9為夾具裝配后效果圖。

結語

夾具結構改進后，容屑空間大大增加，并實現容屑空間對外開放，有利于清理激光加工中產生的熔屑，延長了夾具的使用壽命，經過生產驗證，改進后的夾具，加工的零件數量是改進前加工數量的3～5倍。

參考文獻

[1]邱兆峰.激光切割技術在航空發動機制造中的應用[J].金屬加工（熱加工），2015（02）.

[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，2009.