一种免保养弹性夹具的设计

一种免保养弹性夹具的设计

严卫富

身份证号码：3310231982****3418

摘要

变速器齿轮加工中，珩齿加工是特别重要的环节。在实际加工过程中，会出现砂轮打刀、齿面黑皮，齿向交叉、齿形凸点等常见加工缺陷，而产生这些问题的原因是夹具在夹紧工作过程中，出现了夹紧力衰减导致。

本文通过对弹性夹具的结构研究，分析影响夹紧力主要因素，通过设计一套免保养弹性夹具解决夹紧力衰退问题，使变速器珩齿加工出高品质的产品，并且减少设备故障率，降低设备维修成本。

关键词

珩齿；弹性夹具；夹紧力；带胶涨套

绪论

通过改进带胶涨套内孔结构，提前打磨出退刀槽极限宽度，使其不参与夹紧，是免保养夹具设计的关键之一。如何设计储油槽，增加密封，形成内腔密封润滑，是设计免保养夹具另一关键点。

一、夹紧力衰减原因分析

对带胶涨套内孔出现台阶的案例进行剖析研究，工件和带胶涨套的磨损属于固定结合面微动磨损，微动会导致连接件表面接触区域材料的去除，改变机械零件的表面轮廓尺寸，磨损较为严重的情况下，会使已经产生磨损的接触表面直接与外部环境相连，进一步加快接触表面的磨损。带胶涨套在使用过程中，因被夹持工件上有一个退刀槽，退刀槽部位不接触涨套，理论上磨损量极小，其余部位急剧磨损后，就行成了一个台阶。

见此台阶弊端很大，由于工件退刀槽在轴向位置距离存在加工偏差，未磨损部位优先参与夹紧，此时，夹持面非常小，只有台阶参与夹紧，对夹紧力衰减影响较大，本文通过改进涨套内孔结构，提前打磨出退刀槽极限宽度，使其不参与夹紧，可有效解决此故障模式引起的夹紧力衰退。

针对故障案例进行分析，多次夹紧力不足，不考虑维持周期情况下，通过保养就能恢复一定的夹紧力。证明夹具润滑失效引起夹紧力衰退。

二、免保养弹性夹具设计

设计思路启发于每次夹具夹紧力不足，通过保养都能维持一段时间的夹紧力，如何通过对带胶涨套结构进行改进，维持长时间的润滑状态，甚至达到一定周期内不需要保养的理想状态。夹具参与夹紧的主要件如图1所示。其关键件是带胶涨套（3）和夹具本体（4），带胶胶涨在夹具本体（4）内前进松开工件（1），反之后退夹紧工件。两者每参与一次夹紧和松开都需要产生运动。运动部位为降低摩擦副的摩擦阻力，减缓其磨损，必须要足够的润滑。此套夹具需要润滑主要有3处位置。第一处位置是前端带胶涨套（3）和夹具本体（4）锥面结合处，即8度锥面。此面的润滑非常关键，一旦润滑失效，两者之间的摩擦力增加，会导致夹具动作卡顿，严重时卡死无法前进或后退。导致夹具的夹紧力夹紧延迟或衰减。第二处润滑部位，处于夹具的中间位置，此处位置作用时，带胶涨套（3）在夹具本体（4）内的导向作用。两者之间的间隙在0.005mm，一旦润滑失效，带胶涨套（3）受热膨胀，与本体之间的间隙量减小，无足够间隙量的情况下，带胶涨套（3）将会与夹具本体（4）产生过渡或过盈配合。其阻力大于弹簧力时，将无法实现夹紧，也是夹紧力衰减甚至失效原因之一。第三处润滑部位，处于夹具的后端位置。此处位置作用，主要保证带胶涨套（3）在夹具本体（4）内的直线度，其润滑失效，会使夹具本体（4）内孔加剧磨损，或者带胶涨套（3）外径加剧磨损，磨损后，两者之间间隙增大，导致工件偏拉。影响到夹持面的有效夹持面积，导致夹紧力衰减。所以如何保证夹具内三处润滑部位能充分润滑，是本文研究的难题之一，也是免保养夹具设计的突破点。

带胶涨套在三处润滑处，都是粗糙度Ra0.4的抛光面。润滑剂能够牢固地附在机件摩擦面上，形成一种油膜，这种油膜和机件的摩擦面结合力很强，两个摩擦面被润滑剂隔开，使机件间的摩擦变为润滑剂的本身分子间的摩擦，从而起到减少机件间的摩擦和磨损的作用。实际珩齿过程中，在切削液的冲屑和飞溅下，带胶涨套无密封，切屑液很容易被带入涨套和本体内部。润滑油和切削液的成分都是不一样的，混合之后会就产生一些化学反应。少量的可以忽略，但大量的可能会导致润滑油的成分和功能降低。从而使润滑失效。

图1夹具润滑部位示意图

对涨套设计上进行改进，前端8°斜面上增加密封槽，槽宽2.9mm，槽深2mm，尾端靠近端面3mm处，同样设计一个槽宽2.9mm，槽深2mm的密封槽。再利用0型圈密封，形成一个密封腔，在密封腔内储存润滑介质，实现免保养或长时间进行一次注油的理想状态。

夹具在频繁夹具松开过程，润滑介质会随着摩擦被挤压流出，使运动面上的润滑介质越来越少。通过开槽增加0型圈密封的设计，作用一：有效避免润滑介质流失，保证工作面内部有充足的润滑介质。从而减少夹具异常磨损，降低工作面摩擦力。确保夹紧力。作用二：防止外部杂质或切削液等非润滑物质进入夹具内部。若切削泥等杂质进入夹具内部，在工作面上受挤压。甚至嵌入运动面，产生高点或凹坑。既影响夹具精度，也增加了两结合面的摩擦力。从而导致夹紧力衰减。切屑液进入夹具内部，会导致润滑介质化学反应失效。润滑介质也会随着切屑液的冲洗流失，从而导致结合面形成的润滑膜失效，失去润滑作用，导致夹具夹紧力衰减。

针对被加工工件的结构特性，工件夹持位置有一个退刀槽1.8mm，退刀槽与基准面的距离在加工过程中存在公差，每次装夹过程，工件与带胶涨套内孔存在一定的摩擦，导致带胶涨套内孔磨损，但因退刀槽部位与夹持面有效避让，不参与夹紧。其位置基本不磨损，当其余夹持工作面有轻微磨损后，就产生了一定高度的台阶，带胶涨套内孔磨损,这个台阶的宽度决定于工件退刀槽的宽度，因不同批次的工件退刀槽与定位面之间的距离存在公差，使产生的台阶尺寸不能完成包容退刀槽。每次夹紧工件过程，带胶涨套上未磨损面台阶面先参与夹紧，使有效接触面变小，此时夹紧力衰减最严重。

结合退刀槽基准尺寸，在距离定位面23.8mm的位置,增加一个宽度2.4mm的预挖空槽,如图3所示，空槽的宽度2.4mm，包容产品退刀槽（宽度1.8mm）的极限位置尺寸。通过优化，可以有效避免因被加工工件退刀槽原因，导致夹具磨损出台阶，夹持过程中，只有台阶参与夹紧导致夹紧力衰减的问题。

三、免保养夹具研究成果：

1）制定完整的设计方案，为解决珩齿加工设备弹性夹具夹紧力衰减问题提供方向；

2）延长了夹具的使用寿命，节省了本体、带胶涨套、珩磨轮损坏年成本：230.4万元；

3）夹具免去日常保养润滑。年节约保养时间：40320分钟。

参考文献

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[2]王东岭. 内啮合强力珩齿工艺及珩削特性研究[D]. 合肥工业大学，2018：6

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