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夾具是機械制造過程中的一個重要工具，它用于夾持工件，保證零件的加工速度及品質(zhì)。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，液壓夾具裝卸方便，使零件加工質(zhì)量穩(wěn)定，越來越得到行業(yè)的認可，廣泛應(yīng)用于零件加工過程中。但是由于液壓夾具制造需要內(nèi)置液壓元件所需的油路，使得夾具本體厚度增加，從而增加了夾具整體的質(zhì)量，加重了設(shè)備的負荷，導(dǎo)致設(shè)備導(dǎo)軌及絲杠等原件磨損加快，從而影響了設(shè)備的使用穩(wěn)定性。

 

液壓夾具雖然已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，但是其質(zhì)量較大，加工時存在兩方面問題：一是加工設(shè)備負荷大；二是加工設(shè)備的導(dǎo)軌及絲杠磨損加快，影響設(shè)備的使用壽命。

 

減小夾具質(zhì)量的對策

 

為了減小設(shè)備的負荷，提高加工設(shè)備的使用壽命，夾具輕量化越來越得到行業(yè)的重視。本文從以下三個方面，介紹夾具輕量化的方法。

 

1. 新材料研究

 

夾具本體一般占夾具質(zhì)量的50%以上，如果能找到質(zhì)量輕、強度高的材料代替它，就可以大幅度減小夾具的質(zhì)量。

 

通過了解國內(nèi)外先進夾具制造技術(shù)和市場調(diào)研，可以使用高強度鋁合金代替鋼件，作為夾具本體使用。

 

其性能對比見表1。

高強度鋁合金的密度為45鋼的36%，同體積情況下，其質(zhì)量會降低至少60%。

 

針對此種材料的鋁合金，做了夾具試驗。具體步驟如下：

 

購置600mm×600mm×50mm尺寸的鋁板，在車間進行了加工試驗，優(yōu)勢見表2所示。

從表2可以看出，鋁合金夾具本體的加工時間縮短了37min，平面度和平行度得到了提升，且減少了磨削工序，降低了加工成本。

 

1）對鋁合金夾具本體進行表面處理后，其表面硬度達到HBW9級以上。

 

2）對夾具進行裝配，裝配完成后，對夾具質(zhì)量進行了檢測，鋁合金夾具本體的質(zhì)量為79.4kg，45鋼材料的夾具質(zhì)量為149.5kg。質(zhì)量減輕了70.1kg（見圖1）。

 

3）鋁合金夾具投入現(xiàn)場使用（見圖2）。對夾具進行了為期半年的跟蹤，具體情況如下：加工的零件銑面時沒有出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，加工的零件孔徑及位置度合格。6個月后檢測夾具精度，其精度與夾具出廠精度差在0.01mm以內(nèi)。

通過以上跟蹤，鋁合金本體的夾具穩(wěn)定性良好，其精度和強度完全滿足夾具要求。

 

同一套夾具，使用鋁合金本體的夾具，其質(zhì)量減輕了70.1kg，大大降低了設(shè)備的負荷，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備的使用壽命。

 

2. 油路設(shè)計

 

內(nèi)置油路：油路在本體內(nèi)部。

 

外置油路：液壓元件通過油管連接，在夾具外部。

 

液壓夾具的本體在設(shè)計時，一般會布置3～5層油路。當油路為內(nèi)置油路時，為了防止油路貫通，每層油路之間距離間隔在10mm以上。當液壓夾具的動作復(fù)雜時，油路層數(shù)會變多，則夾具本體的厚度隨之逐層增加，從而增加了夾具質(zhì)量。

 

如圖3所示，夾具本體上需要布置5層油路，為了保證油路的間隔，則其夾具厚度為60mm。如果將其中3層油路設(shè)計成內(nèi)置油路，另外2層設(shè)計為外置油路，則其本體厚度可以減少20mm，本體厚度變?yōu)?0mm。

原本體（厚度60mm）質(zhì)量為68.509kg，進行外置油路設(shè)計后，其本體（厚度為40mm）質(zhì)量為43.541 kg，質(zhì)量減輕了24.968kg。

 

通常情況下，為了減小本體厚度，可以選擇內(nèi)置油路和外置油路相結(jié)合的方法，將部分液壓元件通過油管連接，以減少其質(zhì)量。

 

3. 緊湊化設(shè)計

 

（1）本體緊湊化 夾具本體占夾具質(zhì)量的50%以上。夾具設(shè)計過程中，使用緊湊化設(shè)計，減小夾具本體的外形，則可以減少夾具的質(zhì)量。

 

在夾具的設(shè)計過程中，本體設(shè)計是一個重要環(huán)節(jié)。本體多余出來的尺寸多，會導(dǎo)致其質(zhì)量增加；夾具本體上的元件放置不緊湊，且本體邊緣和元件之間的距離大，導(dǎo)致本體的長度和寬度增大，從而導(dǎo)致夾具質(zhì)量增加。

 

如果將本體上的元件，在設(shè)計時進行緊湊擺放，本體邊緣和夾具元件之間的距離盡可能縮小，只需要保證夾緊效果，則可以大大壓縮本體的外形尺寸，從而達到減輕質(zhì)量的目的。

 

圖4所示是同一種夾具的設(shè)計方案，其本體厚度為46mm。圖4a所示夾具，夾具元件擺放松散，本體邊緣和元件之間的距離最大處為66mm，質(zhì)量為170.654kg；圖4b所示夾具，夾具元件擺放緊湊，本體邊緣和元件之間的距離最大處為9.1mm，且進行了2-50×45°倒角，質(zhì)量為140.624kg。通過緊湊設(shè)計，夾具本體質(zhì)量減輕了30.03kg。

（2）其余零件的緊湊化 夾具上本體除外，其余的零件也決定著夾具的質(zhì)量。

 

在夾具的設(shè)計過程中，將一些零件的不必要部分去掉，則可以減小其體積，從而減輕其質(zhì)量。如圖5所示，設(shè)計同一個零件，圖5a是常規(guī)設(shè)計的圖樣，圖5b 為經(jīng)過緊湊化設(shè)計的圖樣，比圖5a的高度減少了30mm，寬度減少了30mm，圖5a所示零件質(zhì)量為6.078kg，經(jīng)過緊湊設(shè)計后，圖5b所示零件為5.362kg，其質(zhì)量減輕了0.716kg。

如果每個零件都緊湊如果每個零件都緊湊化設(shè)計，積少成多，則夾具整體質(zhì)量會得到大幅度減輕。

 

結(jié) 語

 

本文通過新材料研究、外置油路設(shè)計和緊湊化設(shè)計三個方面，論述了減輕夾具質(zhì)量的方法及步驟。

 

通過以上方法，可以減輕夾具的整體質(zhì)量，從而提高設(shè)備的使用壽命，提高加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低加工成本。