薄壁环形件用激光打孔夹具结构改进

朱立云 孟宪国 刘金华 邱兆峰

摘 要：以激光作为加工手段的机床，具有加工精度好、效率高等优点，在机械加工中，特别是薄壁零件加工中应用越来越广泛；本文针对在薄壁环形件沿周打孔过程中，经常出现定位夹具熔屑排出不畅问题，给予论述并提出解决方案，改进后的夹具已经应用于现场加工，效果很好。

关键词：薄壁环形件；激光打孔；定位夹具

中图分类号：TG75 文献标识码：A

1 零件加工要求及夹具结构分析

需要加工的零件为薄壁环形件，壁厚为0.5mm～0.8mm，外圆为φ351mm，其圆周上分布800余个φ2小孔（如图1所示），需要在五坐标激光机床上加工。

夹具结构采用胀块涨紧结构，下端是基础座，上面安装圆盘，圆盘上有4处槽，胀块在槽中滑动，上端为盖板，起限位作用，中心为圆锥体，圆锥体上端为螺母；工作时，旋转螺母，圆锥体向下运动，推动胀块向外运动，进而将待加工的薄壁环形件固定到胀块外圆上，随着胀块向外运动，实现加工零件胀紧定位；其中胀块沿周设计有一圈熔屑槽，保证加工中存储熔屑。

2 夹具使用中出现的问题

激光加工薄壁环形件上各孔时，会有大部分材料被切割掉，形成大量的熔屑，熔屑随保护氩气流动，粘结到夹具胀块的熔屑槽内；随着零件不断加工，夹具胀块的熔屑槽空间不断缩小，同时熔屑会随氩气气流，重新粘结到加工零件上，零件需要加工后进行清理，降低了零件表面的完整性。熔屑堆积在胀块熔屑槽内，材料硬度非常高，采用手工或机械手段清理熔屑非常困难；当胀块被熔屑堵死后，就需要进行工装返修，更换新胀块，大大影响了加工效率。

3 夹具结构改进

通过对夹具结构分析及现场使用过程中出现问题的分析，确定了如何有效的清理熔屑，提高夹具的使用寿命是夹具结构改进的关键。

3.1 胀块结构改进

胀块为定位件，在外圆定位面中间设计了熔屑槽（如图3所示），现场使用过程中需要现场工人不定期的清理熔屑，胀块熔屑槽9mm宽，尺寸小，清理时费时费力，加工一段时间后熔屑很容易堵死环槽。

针对现场加工时出现的问题，在胀块带有熔屑槽的基础上，每块胀块中又增加了4处排屑槽（如图4所示），使激光切割时零件的熔屑能够随着保护氩气排到胀块内部，保证胀块不被堵塞，同时防止熔屑粘结到加工零件上。

3.2 圆盘结构改进

由于夹具体的胀块与圆盘之间的间隙小，所以如何加大胀块排屑槽与夹具体之间的间隙就成为了要解决的首要问题；圆盘的上平面设计了4处滑槽，控制胀块的滑动角向，圆盘没有容屑空间，如图5所示。

为了能够增大胀块与夹具体之间的空隙，在保证能够压紧胀块的前提下，尽可能把圆盘上端面做出容屑空间，并要求容屑空间区域尽量开放，熔屑排到容屑空间里，钳工可以通过扁铲清理堆积的熔屑；同时，在做容屑空间时要注意圆盘中间部分要连接，不能铣通，防止熔屑排到中间位置，粘到圆锥体上，如图6所示，改进后可以发现夹具上的空隙变大了。

3.3 盖板结构改进

通过以上改进，增加了容屑空间，通过分析夹具结构发现，盖板采用圆饼结构，直接将圆盘与胀块压紧，盖板与圆盘形成一个密闭空间，如图7所示，激光切割后产生的熔屑排到容屑空间里，密闭的空间结构，不利于工人清理熔屑。

如果将空间开放，必须对盖板进行结构改进，由于盖板主要作用是與圆盘形成方槽，用于胀块前后滑动，将圆形盖板结构改为4块压板结构，通过螺钉和销子与圆盘固定，保证胀块在其中滑动，这样就可以把圆盘上增加的容屑空间完全开放，当加工完零件后，熔屑会排到圆盘的容屑空间内，工人会很容易在开放的空间，用扁铲清理熔屑。如图8所示，图9为夹具装配后效果图。

结语

夹具结构改进后，容屑空间大大增加，并实现容屑空间对外开放，有利于清理激光加工中产生的熔屑，延长了夹具的使用寿命，经过生产验证，改进后的夹具，加工的零件数量是改进前加工数量的3～5倍。

参考文献

[1]邱兆峰.激光切割技术在航空发动机制造中的应用[J].金属加工（热加工），2015（02）.

[2]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009.