液性塑料夾具在加工薄壁、高精度零件方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

以下先對(duì)液性塑料夾具優(yōu)點(diǎn)、液性塑料配方、壓注過(guò)程以及液性塑料夾具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)等做了詳細(xì)敘述，為想要設(shè)計(jì)液性塑料夾具的人員提供了基本參考資料，之后介紹了兩個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用的案例，為同類零件的加工提供了新的思路。

一、液性塑料夾具基本設(shè)計(jì)思路

1．什么是液性塑料夾具

液性塑料夾具是利用液性塑料的不可壓縮性，將壓力均勻地傳給薄壁套筒，并通過(guò)套筒的變形來(lái)定位和夾緊工件?？蓱?yīng)用于磨、車、銑、鉆、鏜、齒輪加工（滾齒、插齒、刨齒）、蝸輪加工等。機(jī)械加工工序中還可應(yīng)用于檢驗(yàn)和工具制造。使液性塑料產(chǎn)生壓力的來(lái)源有：手動(dòng)、氣壓及液壓。在某些場(chǎng)合下。液性塑料產(chǎn)生的壓力主要起定位作用，而壓緊工件是采用氣壓或液壓。

2．液性塑料夾具的優(yōu)點(diǎn)

（1）定心精度高：液性塑料夾具與被加工零件是圓柱面接觸．接觸面可達(dá)整個(gè)薄壁長(zhǎng)度的80％，定位誤差小。加工精度高，可以保證被加工表面的同軸度在0．002－0．003 mm以內(nèi)。

（2）提高生產(chǎn)率：使用液性塑料夾具，不需耍用百分表找正工件，操作方便，輔助時(shí)間可降低80％左右。塑料夾具夾緊工件是沿圓柱表面均勻接觸，零件基準(zhǔn)面不會(huì)因壓夾而損壞．從而減少了廢品。

（3）夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低制造成本，塑料夾具與彈簧夾頭比較，更容易制造。制造成本比普通夾具平均可降低20％一30％左右。

3．液性塑料的配制和壓注過(guò)程

液性塑料的配方有聚氯乙烯樹(shù)脂、磷苯二甲酸二丁脂、硬脂酸鈣、真空油（或透平油）。

配制時(shí)先將磷苯二甲酸二丁脂和真空油混合并攪拌均勻，再將聚氯乙烯樹(shù)脂與硬脂酸鈣拌合。最后將上述兩種混合物均勻混合在一起，并把它放置一天，使聚氯乙烯樹(shù)脂在增塑劑中充分膨脹和擴(kuò)散。熔化塑料在壓注裝置里進(jìn)行。將配好的混合物放入加熱爐中，用電爐緩慢加熱，并不斷攪拌。開(kāi)始時(shí)塑料為白色液體，在逐漸加熱過(guò)程中變成漿糊狀，最后為透明的半液體，能拉長(zhǎng)絲。此時(shí)保溫10－30min，使氣泡上浮后進(jìn)行壓注。在壓注前須將夾具體預(yù)熱到130℃～140℃。從而使塑料在夾具內(nèi)腔緩慢冷卻，不使形成氣泡。

注意：塑料熔化時(shí)，會(huì)分解出有害氣體，所以室內(nèi)必須有良好的通風(fēng)，或者在專門(mén)的通氣柜中進(jìn)行。攪拌時(shí)應(yīng)用鐵棒，緩慢而均勻地?cái)嚢?，否則會(huì)產(chǎn)生氣泡。

4．薄壁套筒的設(shè)計(jì)

塑料管道內(nèi)允許壓力不能過(guò)大，一般最大不超過(guò)30Mpa，壓力過(guò)大時(shí)塑料可能滲漏，或?qū)⒈”谔淄裁浟选Ｒ虼?，用于定心兼夾緊工件時(shí)，工件的定位面精度要高；用于多位夾緊工件時(shí)，工件耍小。同時(shí)，薄壁脹量又與套筒的直徑有關(guān)，套筒直徑愈大，在相同的液性塑料壓力下愈易脹開(kāi)。

5．注意事項(xiàng)

（1）工件較長(zhǎng)時(shí)，如果采用單階段型式薄壁套筒，會(huì)形成腰鼓形，工件夾緊不穩(wěn)定。改成如圖4的雙階段型式，即可彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。

（2）管道的澆口位置應(yīng)高于共他部位，以便利用塑料的重量下流到各處。

（3）多位液性塑料夾具的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量避免塑料直接承受切削力，工件安放位置應(yīng)盡量靠近，以縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間和管道長(zhǎng)度。

（4）防止液性塑料的滲漏：液性塑料的滲漏是不可忽視的。應(yīng)正確地選擇液性塑料的配方、滑柱長(zhǎng)度、滑柱和孔的配合間隙。同時(shí)，可以采用迷宮密封、鋼球密封、錐孔密封裝置（如圖5）和加橡膠墊圈等結(jié)構(gòu)如果在使用過(guò)程中，液性塑料已滲漏使夾具失靈時(shí)，只要用塑料粒填入內(nèi)腔，即可使用。若泄露特別嚴(yán)重，則需要更換滑柱。

二、在孔精確定位中的應(yīng)用

1．待加工零件

在許多零件的加工中為了達(dá)到孔與孔之間很高的位置精度，常常需要對(duì)已加工的孔進(jìn)行精確定位。如在加工連桿銅套孔（如圖6）時(shí)，為了保證位置尺寸則需要對(duì)已加工好的孔進(jìn)行精確定位。采用一般錐面擠脹的方法進(jìn)行定位裝夾存在一個(gè)缺陷：將工件從夾具上取下來(lái)將花費(fèi)很多輔助時(shí)間，生產(chǎn)效率低。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)夾具進(jìn)行了改進(jìn)，采用液性塑料夾具，使生產(chǎn)效率有了很大的提高。

2．夾具的改進(jìn)

采用液性塑料夾具，改進(jìn)后的夾具結(jié)構(gòu)如圖7所示。芯軸6通過(guò)螺紋聯(lián)結(jié)固定在夾具體1上，而薄皮外套3通過(guò)過(guò)盈配合固定在芯軸6上。芯軸6直徑為24mm，軸向有一個(gè)長(zhǎng)60mm、直徑12mm孔，前端是長(zhǎng)30mm、M16的螺孔，縱向有兩個(gè)直徑為8mm的通孔，這兩個(gè)縱向孔與軸向孔相通；薄皮外套3材料為彈簧鋼，厚度為0．5mm，并經(jīng)過(guò)淬火處理，外圓直徑為φ430 －0．1mm，與連桿大孔的間隙保證在0．05－0．1mm?；钊?與芯軸6采用小間隙配合，雙邊間隙為0．01－0．02mm；芯軸6與薄皮外套3采用加熱過(guò)盈配合。芯軸孔和薄皮外套內(nèi)腔填充液性塑料2，液性塑料2是自行配制的化學(xué)制品。先將液性塑料2加熱至100℃以上，此時(shí)其黏度很低，流動(dòng)性很好，可以很快充滿芯軸孔和薄皮外套內(nèi)腔。

3．操作方法

裝夾時(shí)首先將工件大端套在薄皮外套3上，小端用定位銷8定位，然后將擠壓螺釘4擰緊，這樣液性塑料2在擠壓螺釘4的作用下將會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，薄皮外套3在壓力的作用下向四周脹開(kāi)，將工件7夾緊定位，最后擰緊固緊螺釘9拔出定位銷8。加工結(jié)束后，首先松開(kāi)擠壓螺釘4，由于沒(méi)有擠壓螺釘4的擠壓作用，液性塑料2的壓力將會(huì)消失，薄皮外套3將恢復(fù)到自由狀態(tài)，回到原來(lái)的尺寸。

4．應(yīng)用結(jié)果

采用液性塑料夾具進(jìn)行連桿孔的加工，所有工件經(jīng)檢測(cè)位置尺寸都符合要求，并且生產(chǎn)效率有了很大的提高，由10件／h提高到30件／h，這為工件的大批量生產(chǎn)提供了保證，也為同類零件的加工提供了新的思路。

三、在航空發(fā)動(dòng)機(jī)精密件加工中的應(yīng)用

航空發(fā)動(dòng)機(jī)精密件小巧薄壁，工作表面為內(nèi)孔或者外圓，要求較高的尺寸精度和同軸度，其他加工表面對(duì)其都有技術(shù)要求。實(shí)現(xiàn)精密件的高精度、高效率和高可靠性的切削加工一直是航空制造業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。

1．加工要求

圖8為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄壁殼體，壁厚僅有4毫米，內(nèi)孔為工藝基準(zhǔn)，外圓對(duì)內(nèi)孔的同軸度要求達(dá)到0．005毫米，加工難度大，外圓采用先粗車、再精車，最終進(jìn)行磨加工的工藝路線。加工過(guò)程中必須使用專用夾具，而且要求夾緊力均勻。

以往采用鋼性芯軸以孔定位，夾緊兩端面磨削外圓，同軸度超差，廢品率在60％～70％以上。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)采用液性塑料漲緊夾具可以滿足零件加工要求。

2．液性塑料漲緊夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液性塑料漲緊夾具是根據(jù)液體在密閉容器里能均勻地向各個(gè)方向傳遞壓力和薄壁金屬?gòu)椥宰冃蔚脑碓O(shè)計(jì)的一種彈性心軸結(jié)構(gòu)。夾具主要由底座1、主軸2、薄壁套筒3、螺栓6、柱塞13、液性塑料16等組成。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。在薄壁套筒內(nèi)腔與主軸孔內(nèi)注滿液性塑料，液性塑料是半透明的凍膠物質(zhì)，具有一定的彈性與機(jī)械強(qiáng)度，在壓力作用下塑料不滲漏，傳遞壓力良好。旋轉(zhuǎn)螺釘時(shí)通過(guò)柱塞擠壓液性塑料，使薄壁套筒產(chǎn)生彈性變形，從而漲緊工件。

3．液性塑料漲緊夾具工作原理

在夾具充滿液性塑料的狀態(tài)下，擰緊螺栓6，推動(dòng)柱塞13運(yùn)動(dòng)，由于夾具處于密閉狀態(tài)，液性塑料又是不可壓縮的，壓力通過(guò)液性塑料均勻地傳導(dǎo)到套筒的內(nèi)外壁，使內(nèi)外壁產(chǎn)生彈性變形，外壁向外擴(kuò)張，內(nèi)壁向內(nèi)收縮，螺釘擰入越多，塑料壓力越大，套筒徑向變形量也越大，套筒與工件之間的間隙逐漸減小而最后形成圓柱面接觸，使工件準(zhǔn)確地定心。

4．薄壁套筒的設(shè)計(jì)

當(dāng)塑料壓力一定時(shí)，套筒徑向變形量是與其壁厚成反比，同時(shí)為了保證套筒薄壁有足夠的強(qiáng)度和保持其幾何形狀的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)薄壁套筒時(shí)，必須慎重地選擇套筒的薄壁厚度。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮下列因素：

（1）夾具的工作條件：如工件基準(zhǔn)面的幾何形狀（圓柱面長(zhǎng)度與直徑之比），工件基準(zhǔn)面的公差范圍，加工性質(zhì)（磨、車、銑）和其他等等；

（2）套筒環(huán)狀槽內(nèi)塑料壓力的大小；

（3）薄壁套筒材料的機(jī)械性能：材料的屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度和彈性模數(shù)等；

（4）薄壁套筒的剛性；

（5）夾具的密封性（如柱塞和柱塞孔的配合）

5．柱塞和滑柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

柱塞的材料選用聚四氟氯乙烯F－4，這種材料具有良好的耐磨和自潤(rùn)滑性能，頭部使用帶內(nèi)錐孔的結(jié)構(gòu)，這樣可以利用聚四氟氯乙烯的彈性，在推進(jìn)柱塞時(shí)，起到自動(dòng)密封作用。柱塞13與螺6螺紋連接，柱塞頭部為半球形，可有效避免柱塞與孔干涉。

6．液性塑料漲緊夾具的優(yōu)點(diǎn)

定心準(zhǔn)確度高，不論工件以外圓為基準(zhǔn)或以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，也不論工件基準(zhǔn)面直徑大小如何，都能使工件獲得很高的定心準(zhǔn)確度；縮短生產(chǎn)周期及降低制造成本，塑料夾具是利用套筒的均勻變形來(lái)定位與夾緊的，所以工件的裝卸很迅速，能夠顯著地縮短輔助時(shí)間，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及設(shè)備的利用率；液性塑料本身無(wú)腐蝕作用，因此長(zhǎng)久不失性能。

結(jié)語(yǔ)

夾具的設(shè)計(jì)是一個(gè)精密的設(shè)計(jì)過(guò)程，需要平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累。液性塑料夾具是夾具中的一種。它依靠液性塑料的彈性力固定工件，屬“軟接觸”，在薄壁、精密、大型殼體零件的加工中發(fā)揮了不可替代的作用。

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