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              車削滾子的彈簧夾頭的改進

               瓦房店軸承集團公司技術中心
                 王江山 劉家駿 溫少英

   每一種加工方法都不是萬能的、完美無缺的,都各有利弊,  應從需要和可能出發,從經濟、實用、有效、可靠的角度出發,選擇最佳的結構設計方法。在車削各種滾子外徑表面時,采用彈簧夾具定位,因其定位精度較高,裝夾方式可靠,故在各種滾子外徑生產加工中起到了重要的作用。由于彈簧夾頭結構形式的不合理,彈簧夾頭在實際使用中過早地出現裂紋和疲勞損壞問題,需頻繁更換彈簧夾頭,造成極大的不必要的浪費;工人勞動強度大,嚴重影響滾子生產加工質量,也影響了生產滾子的生產周期,這是一個急需解決的問題。
    1.改進前彈簧夾頭存在的缺陷
  彈簧夾頭主要用于夾緊滾子棒料,進行車加工各種滾子外徑表面和滾子小端面及倒角或硬車滾子倒角,按滾子直徑確定夾頭尺寸范圍為¢28~¢55mm,由于夾頭彈性變形區直徑壁厚偏小,常常產生彎曲疲勞造成夾頭裂紋。由于夾頭彈性變形區直徑壁厚4mm尺寸偏小,抗變形能力太差,在加工中易產生裂紋現象,夾頭內部過渡圓角R5mm和R10mm尺寸偏小(見圖1),在熱處理淬火后應力集中,這是造成夾頭過早疲勞損壞的主要原因。原來彈簧夾頭在淬火時端部6個彈簧瓣開口沒有焊死,造成淬火后彈簧瓣開口脹大變形為喇叭形,夾頭在夾緊滾子棒料時端部與棒料存在間隙,而彈簧夾頭與棒料接觸時夾緊力嚴重不均勻,這樣夾具與棒料在旋轉時,在離心力的作用下形成微喇叭形,即擺動太大;另外,由于夾頭反復使用很容易使齒形變鈍,這樣就造成夾頭內部圓周方向高低不圓,導致裝夾滾子定位不穩定,棒料與機床主軸不同心,滾子與夾頭有一定的偏心量,滾子外徑車削量不均勻,出現滾子外徑一邊車得多,一邊車得少,甚至留量不夠用。造成車滾子外徑表面有時出現批量廢品。另外,在加工滾子硬車倒角時,原來彈簧夾頭內部有橫向齒形和縱向齒形,由于橫向齒形的存在,彈簧夾頭一般夾住2/3滾子長度,減少了滾子與夾頭內接觸面積,也會導致滾子在夾頭內定位不穩定,從而減小夾頭對滾子的夾緊力,同樣由于反復使用容易造成夾頭磨鈍,導致滾子存在一定的偏心,就造成滾子倒角偏差,出現廢品。
          
                圖1:改進前彈簧夾頭結構示意圖
    2.改進后彈簧夾頭結構及淬火方式
  (l)對滾子彈簧夾頭結構進行了改進設計,同時改變彈簧夾頭熱處理淬火方式。通過增加彈簧夾頭彈性變形區壁厚、增大工作部位與彈性變形區外交接處過渡圓角R、增大內部過渡圓角R,來改善彈簧夾頭的性能。彈簧夾頭內過渡圓角由R5mm增至R15mm和R10mm增至R20mm,角度由3O°減小為25°,外過渡圓角由R5mm增至R10mm,這樣有利于車刀刃部的磨削,增加了車刀的壽命,最大限度減少車刀的磨損,更重要的是減少了彈簧夾頭應力過于集中問題。由于彈簧夾頭尾部直徑¢94mm偏大,彈簧夾頭經淬火后尺寸脹大,工人在裝、卸夾頭時費時費力,直接影響安裝彈簧夾頭效率,增加了輔助時間,為此,對于彈簧夾頭尾部直徑¢94mm減小為¢92mm,這樣裝卸彈簧夾頭十分方便,提高了工作效率。彈簧夾頭變形區壁厚由4mm增加到5mm,以增加彈性變形區壁厚,這樣可以充分減小彈簧夾頭在夾持過程中的彎曲程度,大大提高了抗疲勞強度(見圖2)。對于硬車滾子倒角工序,改進后將夾緊夾頭內部的橫向齒形取消,只保留縱向齒形(見圖3),這樣使滾子在夾具中定位穩定,且滾子與夾頭的同心度好,解決了硬車滾子倒角偏的質量問題。
           
                 圖2:改進后夾滾子棒料彈簧夾頭示意圖
            
                     圖3:改進后硬車滾子倒角彈簧夾頭示意圖
   (2)由于彈簧夾頭結構形式的不合理,導致彈簧夾頭淬火應力過于集中,當內應力大于材料的斷裂強度時,就會出現裂紋,
多年來一直被人們沿襲使用。彈簧夾頭材料采用65Mn,彈簧夾頭在圓周方向分別開有6個彈簧瓣開口槽,開口起到收縮的作用,改進后彈簧夾頭在淬火時端部6個彈簧瓣開口槽焊死,防止淬火后夾頭脹大變形為喇叭形,淬火后再將焊死的6個彈簧瓣開口槽切開,避免了彈簧夾頭彈簧瓣開口脹大變形。這種彈簧夾頭工作部位和彈性變形區要求是分段淬火,與滾子接觸工作部分和彈性變形區部分淬火硬度分別為58~61HRC和40~45HRC,保證了彈簧夾頭工作部位有足夠的硬度,由于工作部分和彈性變形區的厚度不等,導致夾頭在內、外過渡圓角產生應力集中,造成彈簧夾頭早期疲勞損壞。改進后增大了彈性變形區的壁厚,既保證了彈簧夾頭的彈性變形區的彈性,又提高了彈簧夾頭的抗疲勞強度。通過增大彈簧夾頭內外過渡圓角,從而避免產生熱處理淬火應力集中的因素,極大地減輕了淬火應力不均勻問題,提高了彈簧夾頭淬火質量。
   3.結束語
  任何一項工藝、工裝設計的改進,有時需要一定的技術含量和科學方法,但有些工裝的改進方法是很簡單的事情,只要我們在實際生產中留心觀察,一點點的改進工裝結構設計,就會給生產加工帶來極大的方便。改進了彈簧夾頭的結構,同時改變了夾頭熱處理淬火方式,滿足了加工滾子的質量要求,達到了預期的效果。

  ★獨處慎于思,與人處慎于言。
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