一种薄壁件的快速车加工夹具的制作方法

文档序号：13749812阅读：477来源：国知局

本发明属于机械技术领域，涉及一种夹具，特别是一种薄壁件的快速车加工夹具。

背景技术：

常规的薄壁圆环套环件由于其自身壁比较薄，刚性不足，容易变形，采用常规的夹具，由于夹紧力不均造成零件变形产生误差使其加工精度达不到要求，合格率低；部分工装夹具在仔细装夹下虽然能保证加工精度，但费时费力，加工效率不高，特别是在批量生产中，常规的车加工工装夹具难以满足所要求的加工精度和加工效率。

综上所述，为解决现有夹具结构上的不足，需要设计一种便于薄壁件的加工，且加工精度高，生产效率快的薄壁件的快速车加工夹具。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种装夹省力，且加工精度高，生产效率快的薄壁件的快速车加工夹具。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种薄壁件的快速车加工夹具，包括：

卡盘，安装于机床上；

若干个扇形软爪，沿所述卡盘的轴线方向呈环形阵列设置，且所述扇形软爪可拆卸地安装在所述卡盘上；

其中，所述扇形软爪呈阶梯状，靠近所述卡盘的一面为平面，远离所述卡盘的一面为阶梯面，且所述扇形软爪的外侧圆弧面的厚度大于所述扇形软爪的内侧圆弧面的厚度，形成凹腔。

在上述的一种薄壁件的快速车加工夹具中，沿所述扇形软爪的厚度方向开设有两个通孔，且其中一个所述通孔靠近所述扇形软爪的外侧圆弧面，另一所述通孔靠近所述扇形软爪的内侧圆弧面。

在上述的一种薄壁件的快速车加工夹具中，每一个所述扇形软爪中，位于所述扇形软爪的外侧圆弧面上的所述通孔与位于所述扇形软爪的内侧圆弧面上的所述通孔的连线为所述扇形软爪的轴对称线。

在上述的一种薄壁件的快速车加工夹具中，所述凹腔呈阶梯状，其中，靠近所述卡盘一侧的所述凹腔的弧形半径小于远离所述卡盘一侧的所述凹腔的弧形半径。

在上述的一种薄壁件的快速车加工夹具中，所述通孔为沉孔。

在上述的一种薄壁件的快速车加工夹具中，所述扇形软爪的数量为3个。

作为一种优选，所述卡盘的主体部分为不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，所述添加剂为碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙中的至少一种。本方案通过同时通过添加的添加剂部分，作为钢材在高温环境下(快速车加工产生的热传导和热应力)的保护层以及机械性能增加组织，达到了改善其高温稳定性和耐受性的目的，实现了长期期较高温(高于200摄氏度)的质量稳定。通过添加剂的特定的使用，克服了杂质元素以及晶格缺陷等在结构和强度方面的不良影响。

作为一种优选，所述添加剂占主体总质量的0.1-0.3wt％。

作为一种优选，所述添加剂在主体中掺杂于其表层。

作为一种优选，所述添加剂在主体中掺杂深度不大于0.5mm。

作为一种优选，所述添加剂在主体表层中均匀分布或由表及里地递减(即随着掺杂深度的增加，同一深度中添加剂的含量减少)。

本发明方案中，采用低掺杂量的添加剂仅仅掺杂在合金的表层结构，实现了低掺杂量下的耐高温和机械性能的稳定提升，同时减少了在合金件内部添加剂的含量，而降低内部影响导电性的“杂质”形态物质的含量，从而减少对合金导电性的影响。而在高温形态下，添加剂中存在碳纤维时，其导电性得到增强，而降低高温对合金自身电阻的影响，提升高温区段的导电能力。

作为一种优选，所述添加剂中为碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙时，其表面均预先形成有中间层，所述中间层包括至少一层铝中间层。

作为一种优选，所述中间层中每层铝中间层的厚度为0.1-0.4微米。

作为一种优选，所述中间层中相邻两铝中间层之间还包括有铜过渡层。中间层的铜/铝结构，以改善添加剂的组织相容性，同时起到控制成本的作用。且不影响指出的器件的焊接连接性能。

作为一种优选，所述中间层的总厚度为2-3微米。

本发明中对中间层总厚度以及各层厚度的控制，以适应添加剂对高温耐受性以及对合金组织的相容性，从而在添加部分形成一致且有效的相组成部分，从而在合金组织表层形成高温耐受性好和机械性能突出的组织结构，从而在整体上提升合金的热稳定性、机械性能以及散热性能。

作为一种优选，所述卡盘的侧壁上还设置有硅橡胶材质的凸起结构。本方案中硅橡胶材质使得该凸起结构具有良好的弹性和缓冲恢复能力，从而使其在受到碰撞时，提供良好的柔性缓冲，从而为卡盘提供防护，减少冲击损伤和冲击变形。

作为一种优选，所述卡盘的侧壁上还设置有硬质帽，硬质帽排列设置于侧壁表面或者凸起结构表面。本方案中设置的硬质帽，为主体提供防护的同时，使其不易在使用中被破坏，同时又可以提高耐磨性，防止磨损。硬质帽可以为陶瓷帽，该陶瓷帽可以为碳化硅陶瓷薄片型，其与硅橡胶主体具有良好的相容性，同时又具有质轻，刚性好、耐磨性强的特性，使其对凸起结构提供充分的防护。碳化硅陶瓷薄片型的硬质帽，利用碳化硅陶瓷高强度高硬度的特性并且结合其较薄的厚度，而在受到较大冲击时，优先发生刚性破碎，从而实施刚性-柔性双重防护，从而提升防冲击性能。该方案中碳化硅陶瓷可以为，其原料组成包括，以重量份数计：α-碳化硅100份；氧化铝颗粒和氧化镁颗粒0.3-1.2份；YAG粉3-10份。作为优选，α-碳化硅的粒度为D50≤0.5微米。更优选的，氧化铝颗粒和氧化镁颗粒的粒度为D50≤3.0微米。更优选地，原料经水基球磨制备，其中水基球磨时添加占原料总质量百分数16-20％的PVA水溶液，PVA水溶液的浓度为10wt.％。更优选地，水基球磨时还添加占原料总质量百分数0.05-0.5％的分散剂。

与现有技术相比，本发明提供的薄壁件的快速车加工夹具中，薄壁件与扇形软爪之间采用面接触，使得接触面积大，夹紧力分布均匀，保证了薄壁件的加工精度，从而提高了薄壁件的加工效率。

附图说明

图1是本发明一种薄壁件的快速车加工夹具的实施例的结构示意图。

图2是图1中A-A的剖视图。

图中，100、卡盘；200、扇形软爪；210、凹腔；220、通孔；300、薄壁件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本发明提供的一种薄壁件的快速车加工夹具，包括一卡盘100，安装于机床上；若干个扇形软爪200，沿卡盘100的轴线方向呈环形阵列设置，且扇形软爪200可拆卸地安装在卡盘100上，优选地，通过螺纹紧固件将扇形软爪200与卡盘100相连。优选地，扇形软爪200的数量为3个。

优选地，如图1和图2所示，扇形软爪200呈阶梯状，其中，扇形软爪200与卡盘100相贴合的一面为平面，远离与卡盘100相贴合的一面为阶梯面，且扇形软爪200外侧圆弧面的厚度大于扇形软爪200内侧圆弧面的厚度，使得内外侧圆弧面之间形成凹腔210，作为薄壁件300安装于夹具上时的定位空间。

优选地，如图1和图2所示，沿扇形软爪200的厚度方向开设有两个通孔220，且其中一个通孔220靠近扇形软爪200的外侧圆弧面，另一通孔220靠近扇形软爪200的内侧圆弧面，使得扇形软爪200安装在卡盘100上时，双侧受力，安装更加平稳，从而防止扇形软爪200在安装时发生偏心现象，使得在加工薄壁件300时，加工精度满足加工需求。

优选地，如图1和图2所示，每一个扇形软爪200中，位于扇形软爪200外侧圆弧面上的通孔220与位于扇形软爪200内侧圆弧面上的通孔220的连线为该扇形软爪200的轴对称线。

这样的结构设置，使得扇形软爪200在固定时对称受力，防止扇形在安装时发生偏心现象。

优选地，如图1和图2所示，通孔220为沉孔，使得扇形软爪200与卡盘100相连时，保证扇形软爪200的表面平整、光滑。

优选地，如图1和图2所示，扇形软爪200的内外侧圆弧面之间的凹腔210呈阶梯状，其中，靠近卡盘100一侧的凹腔210的弧形半径小于远离卡盘100一侧的凹腔210的弧形半径，使得薄壁件300定位在扇形软爪200上时，薄壁件300的定位端与扇形软爪200内侧圆弧面之间留有空隙，使得薄壁件300在车削加工时，产生的应力得到释放，防止薄壁件300发生变形。

本发明提供加工夹具的制作安装流程：首先取一实心圆柱钢材制作环形软爪，将环形软爪根据薄壁件300的外圆尺寸放大0.03-0.05mm加工出一环形内腔，且内腔深度为薄壁件300厚度的一半，并在内腔底部加工出一小台阶面，用于定位；其次用线切割的方式将环形软爪均分三等份，形成三个扇形软爪200，并通过螺纹紧固件将三个扇形软爪200固定于卡盘100上，然后将薄壁件300推入凹腔210中定位；最后通过卡盘100推动三个扇形软爪200相内收拢，从而夹紧薄壁件300，实现薄壁件300的装夹。

本发明提供的加工夹具中，薄壁件300与扇形软爪200之间采用面接触，使得接触面积大，夹紧力分布均匀，保证了薄壁件300的加工精度，从而提高了薄壁件300的加工效率。

以下为卡盘主体的实施例(其中卡盘的主体部分材质选用304不锈钢为例，而非对本申请技术方案的限定，其同样可以采用包括而不限于201、202、302、316、304L、316L、321在内的其它不锈钢材料)

实施例1

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维在主体中含量为0.13wt％。

实施例2

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂陶瓷纤维在主体中含量为0.3wt％。

实施例3

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂氮化钛在主体中含量为0.2wt％。

实施例4

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳酸钙在主体中含量为0.1wt％。

实施例5

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、陶瓷纤维在主体中含量分别为0.1wt％、0.13wt％。

实施例6

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、碳酸钙在主体中含量分别为0.01wt％、0.16wt％wt％。

实施例7

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、氮化钛在主体中含量分别为0.15wt％、0.13wt％。

实施例8

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂陶瓷纤维、氮化钛在主体中含量分别为0.1wt％、0.18wt％。

实施例9

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂陶瓷纤维、碳酸钙在主体中含量分别为0.05wt％、0.05wt％。

实施例10

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂氮化钛、碳酸钙在主体中含量分别为0.01wt％、0.23wt％。

实施例11

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛在主体中含量分别为0.1wt％、0.03wt％、0.13wt％。

实施例12

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、陶瓷纤维、碳酸钙在主体中含量分别为0.04wt％、0.08wt％、0.12wt％。

实施例13

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、氮化钛、碳酸钙在主体中含量分别为0.15wt％、0.07wt％、0.04wt％。

实施例14

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙在主体中含量分别为0.01wt％、0.23wt％、0.03wt％。

实施例15

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙在主体中含量分别为0.11wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.11wt％。

实施例16

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、碳酸钙在主体中含量分别为0.08wt％、0.03wt％。

实施例17

本实施例的卡盘的主体部分为304不锈钢材质，其表层以添加剂进行掺杂，添加剂碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙在主体中含量分别为0.08wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.10wt％。

表1实施例1-17试样机械导电性能

表1测试值均为相应试样随机抽取100件，重复测试区平均值，试样规格均为3mm*1*10的板材。

上表中可以看出，与相应技术相比较，除了在导电和高温机械性能上的提升外，材料性能的高温稳定性也有较大的提高。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以以上实施例1-17作为代表说明本发明申请优异之处。

包括而不限于以下实施例在内的内容，为包括而不限于上述实施例1-17所列举的技术方案的进一步优化(经过测定，优化后测试温度200摄氏度时高温机械性能相较于上表1对应所示均得到10-40％左右的提升)，而非对本发明保护范围的限定。

与上述实施例相区别的是，添加剂在主体中掺杂于其表层，即在整个主体的合金组织中成非均匀分布形态，主要集聚于合金的表层部分。

与上述实施例相区别的是，添加剂在主体中掺杂深度为0.5mm(添加剂在主体中掺杂深度还可以为0.17mm、0.29mm、0.36mm、0.48mm、0.32mm、0.4mm、0.24mm、0.25mm、0.21mm、0.18mm、0.30mm、0.33mm、0.14mm、0.22mm、0.103mm、0.02mm、0.05mm、0.07mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.15mm、0.25mm、0.35mm、0.45mm以及其它不大于0.5mm的值)。当集聚成一个非常小的厚度是，合金表面形成了一个主要由添加剂组成以合金为粘接剂的壳层，此时具有良好的耐磨性和耐高温性能。此时，添加剂可以在主体中掺杂深度内的合金表层中均匀分布；也可以含量由表及里地递减，即随着掺杂深度的增加，同一深度中添加剂的含量减少。

与上述实施例相区别的是，添加剂中为碳纤维、陶瓷纤维、氮化钛、碳酸钙时，其表面均预先形成有中间层，中间层包括一层铝中间层(中间层还可以包括两层铝中间层或者三层铝中间层或者四层铝中间层或者五层铝中间层或者五层以上的铝中间层)。

与上述实施例相区别的是，中间层中每层铝中间层的厚度为0.1微米(中间层中每层铝中间层的厚度还可以为0.17微米、0.29微米、0.36微米、0.18微米、0.32微米、0.4微米、0.24微米、0.25微米、0.21微米、0.13微米、0.30微米、0.33微米、0.14微米、0.22微米、0.103微米、0.02微米、0.19微米、0.37微米、0.28微米、0.1微米、0.2微米、0.15微米、0.25微米、0.35微米、0.125微米以及0.1-0.4微米范围内其它任意值)。

与上述实施例相区别的是，中间层中相邻两铝中间层之间还可以有铜过渡层——即在中间层中形成铝中间层/铝中间层或者铝中间层/铜过渡层的结构。铜过渡层的厚度为0.1微米(铜过渡层的厚度还可以为0.17微米、0.129微米、0.136微米、0.18微米、0.132微米、0.14微米、0.124微米、0.125微米、0.121微米、0.13微米、0.1230微米、0.133微米、0.14微米、0.122微米、0.103微米、0.02微米、0.19微米、0.167微米、0.188微米、0.141微米、0.2微米、0.15微米、0.195微米、0.175微米、0.135微米以及0.1-0.2微米范围内其它任意值)。

与上述实施例相区别的是，中间层的总厚度为2微米(中间层的总厚度还可以为2.17微米、2.29微米、2.36微米、2.18微米、2.32微米、2.4微米、2.24微米、2.25微米、2.21微米、2.13微米、2.30微米、2.33微米、2.14微米、2.22微米、2.103微米、2.02微米、2.19微米、2.37微米、2.28微米、2.1微米、2.2微米、2.5微米、2.25微米、2.35微米、2.6微米、2.7微米、2.8微米、2.9微米、3微米、2.125微米、2.15微米、2.45微米、2.55微米、2.65微米、2.75微米、2.85微米、2.95微米以及2-3微米范围内其它任意值)。

与包括而不限于上述实施例相区别的，卡盘的侧壁上还设置有硅橡胶材质的凸起结构。

与包括而不限于上述实施例相区别的，卡盘的侧壁上还设置有硬质帽，硬质帽排列设置于侧壁表面。

与包括而不限于上述实施例相区别的，卡盘的侧壁上还设置有硬质帽，硬质帽排列设置于凸起结构表面。

与包括而不限于上述实施例相区别的，硬质帽为碳化硅陶瓷薄片型。

与包括而不限于上述实施例相区别的，碳化硅陶瓷的硬质帽可以通过包括而不限于如下所述的制备实施例得到：

制备实施例1

本制备实施例中，陶瓷的原料组成为α-碳化硅100份；氧化铝颗粒和氧化镁颗粒0.3份；YAG粉5份，上述原料经混料球磨、喷雾干燥、干压成型、低温烧结等工艺后得到烧结陶瓷硬质帽，

其中低温烧结为在高温真空炉内氩气保护下烧结，烧结温度为1875℃，炉内温度达到烧结温度后保温烧结时间为1.3h，氩气在高温真空炉预热至1500℃时充入。