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液性塑料夹具在加工薄壁、高精度零件方面具有独特的优势,能够减轻劳动强度,提高劳动生产率。
以下先对液性塑料夹具优点、液性塑料配方、压注过程以及液性塑料夹具设计注意事项等做了详细叙述,为想要设计液性塑料夹具的人员提供了基本参考资料,之后介绍了两个设计应用的案例,为同类零件的加工提供了新的思路。
一、液性塑料夹具基本设计思路
1.什么是液性塑料夹具
液性塑料夹具是利用液性塑料的不可压缩性,将压力均匀地传给薄壁套筒,并通过套筒的变形来定位和夹紧工件。可应用于磨、车、铣、钻、镗、齿轮加工(滚齿、插齿、刨齿)、蜗轮加工等。机械加工工序中还可应用于检验和工具制造。使液性塑料产生压力的来源有:手动、气压及液压。在某些场合下。液性塑料产生的压力主要起定位作用,而压紧工件是采用气压或液压。
液性塑料夹具及其应用案例
图1 一种离合器分离套筒液性塑料夹具结构
2.液性塑料夹具的优点
(1)定心精度高:液性塑料夹具与被加工零件是圆柱面接触.接触面可达整个薄壁长度的80%,定位误差小。加工精度高,可以保证被加工表面的同轴度在0.002-0.003mm以内。
(2)提高生产率:使用液性塑料夹具,不需耍用百分表找正工件,操作方便,辅助时间可降低80%左右。塑料夹具夹紧工件是沿圆柱表面均匀接触,零件基准面不会因压夹而损坏.从而减少了废品。
(3)夹具结构简单,降低制造成本,塑料夹具与弹簧夹头比较,更容易制造。制造成本比普通夹具平均可降低20%一30%左右。
3.液性塑料的配制和压注过程
液性塑料的配方有聚氯乙烯树脂、磷苯二甲酸二丁脂、硬脂酸钙、真空油(或透平油)。
图2液性塑料配方比例
配制时先将磷苯二甲酸二丁脂和真空油混合并搅拌均匀,再将聚氯乙烯树脂与硬脂酸钙拌合。Zui后将上述两种混合物均匀混合在一起,并把它放置一天,使聚氯乙烯树脂在增塑剂中充分膨胀和扩散。熔化塑料在压注装置里进行。将配好的混合物放入加热炉中,用电炉缓慢加热,并不断搅拌。开始时塑料为白色液体,在逐渐加热过程中变成浆糊状,Zui后为透明的半液体,能拉长丝。此时保温10-30min,使气泡上浮后进行压注。在压注前须将夹具体预热到130℃~140℃。从而使塑料在夹具内腔缓慢冷却,不使形成气泡。
注意:塑料熔化时,会分解出有害气体,所以室内必须有良好的通风,或者在专门的通气柜中进行。搅拌时应用铁棒,缓慢而均匀地搅拌,否则会产生气泡。
4.薄壁套筒的设计
图3薄壁套筒
塑料管道内允许压力不能过大,一般Zui大不超过30Mpa,压力过大时塑料可能渗漏,或将薄壁套筒胀裂。因此,用于定心兼夹紧工件时,工件的定位面精度要高;用于多位夹紧工件时,工件耍小。同时,薄壁胀量又与套筒的直径有关,套筒直径愈大,在相同的液性塑料压力下愈易胀开。
5.注意事项
(1)工件较长时,如果采用单阶段型式薄壁套筒,会形成腰鼓形,工件夹紧不稳定。改成如图4的双阶段型式,即可弥补这一缺点。
图4 双阶段式薄壁套筒
(2)管道的浇口位置应高于共他部位,以便利用塑料的重量下流到各处。
(3)多位液性塑料夹具的设计,应尽量避免塑料直接承受切削力,工件安放位置应尽量靠近,以缩短机动时间和管道长度。
(4)防止液性塑料的渗漏:液性塑料的渗漏是不可忽视的。应正确地选择液性塑料的配方、滑柱长度、滑柱和孔的配合间隙。同时,可以采用迷宫密封、钢球密封、锥孔密封装置(如图5)和加橡胶垫圈等结构如果在使用过程中,液性塑料已渗漏使夹具失灵时,只要用塑料粒填入内腔,即可使用。若泄露特别严重,则需要更换滑柱。
图5锥孔密封装置
二、在孔定位中的应用
1.待加工零件
在许多零件的加工中为了达到孔与孔之间很高的位置精度,常常需要对已加工的孔进行定位。如在加工连杆铜套孔(如图6)时,为了保证位置尺寸则需要对已加工好的孔进行定位。采用一般锥面挤胀的方法进行定位装夹存在一个缺陷:将工件从夹具上取下来将花费很多辅助时间,生产效率低。针对这个问题,对夹具进行了改进,采用液性塑料夹具,使生产效率有了很大的提高。
图6连杆零件图
2.夹具的改进
采用液性塑料夹具,改进后的夹具结构如图7所示。芯轴6通过螺纹联结固定在夹具体1上,而薄皮外套3通过过盈配合固定在芯轴6上。芯轴6直径为24mm,轴向有一个长60mm、直径12mm孔,前端是长30mm、M16的螺孔,纵向有两个直径为8mm的通孔,这两个纵向孔与轴向孔相通;薄皮外套3材料为弹簧钢,厚度为0.5mm,并经过淬火处理,外圆直径为φ430-0.1mm,与连杆大孔的间隙保证在0.05-0.1mm。活塞5与芯轴6采用小间隙配合,双边间隙为0.01-0.02mm;芯轴6与薄皮外套3采用加热过盈配合。芯轴孔和薄皮外套内腔填充液性塑料2,液性塑料2是自行配制的化学制品。先将液性塑料2加热至100℃以上,此时其黏度很低,流动性很好,可以很快充满芯轴孔和薄皮外套内腔。
图7液性塑料挤胀夹具
1-夹具体2-液性塑料3-薄皮外套4-挤压螺钉5-活塞