1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目： 液性塑料心轴夹具设计及分析学生姓名：学 号： 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 机械 06-8 班指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书I液性塑料心轴夹具设计及分析摘 要心轴定位是机械加工中常见的一种定位方式，广泛应用于车、铣、钻、磨等工序中，主要应用于要求以内孔为定位基准，并保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求或者螺栓孔对于中心孔有位置度要求的情况。本设计将以加工轴套类零件外表面为例来对塑料心轴进行设计与制造，并对其夹紧力进行分析，使其能准确的夹紧工件，实现高精度加工液性塑料定心夹紧机构是弹性定心夹紧机构的一种, 是适应近年来机械行业对零件的
2、高精度要求出现的，效率高且极大的降低了成本.它以液性塑料作为介质，利用其不可压缩性,可以将压力均匀地传递给薄壁套筒或滑柱,使薄壁套筒或滑柱产生均匀的径向弹性变形或位移而将工件定位和夹紧.液性塑料定心夹紧机构的优点在于定心精度高,其定心精度一般可以达0.005mm0. 01mm ,最高达0.001 mm ,同轴度可达0.01mm0.02mm. 另外还用于多位夹紧,其夹紧迅速,夹紧力大且可靠.但对目前现在存在的各种局限性也做了相关例举。全套图纸，加 153893706关键词: 液性塑料； 薄壁 ； 高精度 ； 心轴 ； 夹具； 弹性变形内蒙古科技大学毕业设计说明书IIThe fixture des
3、ign and analysi of the liquid plasticsAbstractThe location is a mechanical in a common alignment, it is widely used in cars, innovation, and worn for implementation, the main application for a position to within a benchmark and make sure that the outer circle of axes and the axis of the hole in the
4、request or bolt hole in the center of a good location for the requirements.This design will be processed the parts of the external surface of type of plastic made to the design and manufacture, and analysis, the force to be precise grip, high precision work to the heart of plastics processing betwee
5、n the agencys authority centring between a, in recent years machinery industry to the parts of high-precision demand, high efficiency and reduce the cost of great。With the fluid nature of the plastic for a medium, using its compressibility, you can not be evenly on to a tube or traveller unwieldily
6、flimsy, or slide columns that are unwieldily flimsy set it produces even the radial displacement compliances or and aligning workpieces and grip. Liquid plastic between sexual heart of heart is high precision, the heart of the general can 0.005mm0.01mm, up to 0.001 mm, coaxial degrees of 0.01mm0.02m
7、m. also used for more grip and the clamping force fast and reliable. but now there are various limitations and the relevant cases.。Keywords: the nature of the plastic； thin-wall； high accuracy； spindle； fixture； elastic deformation内蒙古科技大学毕业设计说明书III目 录摘 要 IAbstract .II第一章 概 述11.1 液性塑料夹具的研究背景11.2 液性塑料
8、夹具的工作机理21.3 液性塑料夹具的特点及应用31.3.1 液性塑料夹具的特点：31.3.2 液性塑料夹具的应用：31.4 液性塑料心轴的具体应用及其实际过程41.5 设计步骤51.5.1 设计研究内容51.5.2 设计预期目标51.5.3 设计方法和路线5第二章 液性塑料心轴夹具的结构设计62.1 采用液性塑料心轴的定位夹紧方案62.2 薄壁套筒的设计.72.2.1 薄壁套筒的结构72.2.2 薄壁套筒材料的选用82.2.3 薄壁套筒参数设计82.2.4 套筒的夹紧力及产生的力矩 【2】 .162.3 心轴基体的设计172.4 加压螺钉和滑柱的设计182.4.1 加压螺钉182.4.2 滑
9、柱192.4.3 加压螺钉与滑柱的设计19内蒙古科技大学毕业设计说明书IV第三章 液性塑料心轴的制造和使用223.1 液性塑料心轴的制造工艺223.1.1 薄壁套筒的制造工艺223.1.2 心轴基体的制造工艺243.1.3 液性塑料心轴的装配253.2 液性塑料的浇注253.2.1 液性塑料的配置273.2.2 液性塑料配置工艺及应注意的几个问题283.3 设计和制造液性塑料夹具应注意的几个问题293.4 液性塑料心轴夹具的使用与维护30第四章 液性塑料心轴夹具的有限元分析与优化314.1 基于 ANSYS 平台的薄壁套筒参数分析 314.1.1 液性塑料心轴有限元模型的建立324.1.2 工
10、件夹紧变形对加工精度的影响454.1.3 薄壁套筒参数对心轴性能的影响规律464.2 薄壁套筒参数的优化设计494.2.1 薄壁套筒参数的优化方法494.2.2 优化设计结果504.3 结论50参考文献51结束语52附录 1.53附录 2.56附录 3.58内蒙古科技大学毕业设计说明书1第一章 概 述1.1 液性塑料夹具的研究背景 套类零件是车削加工中最常见的零件，也是各类机械上常见的零件，在机器上占有较大比例，通常起支撑、导向、连接及轴向定位等作用, 如导向套、固定套、轴承套等。套类零件一般由外圆、内孔、端面、台阶和沟槽等组成，这些表面不仅有形状精度、尺寸精度和表面粗糙度的要求，而且位置精度
11、要求较高， 有的零件壁较薄，加工中容易变形。而套类零件现在面临的最大的问题就是薄壁零件的加工上精度的保证。高精度的薄壁套筒装夹困难、易产生加工变形,我们结合液性介质定心夹具设计原理和套筒的工作原理,设计了一种心轴定位夹具。以往以圆柱形内孔为定位基准的时候，定位元件常为圆柱心轴或小锥度心轴；对于带有锥孔、螺纹孔、花键孔的工件定位，常用专用的锥体心轴、螺纹心轴或花键心轴。这种心轴定位中，为了使工件能很方便的套在心轴上，心轴与工件一般用H7/h6、H7/g6的间隙配合。由于间隙的存在以及工件制造误差的存在，因此，心轴定位精度不高，一般工件的同轴度只能保证在0.02mm0.04mm左右。为了消除间隙，
12、提高心轴的定位精度，心轴可以做成锥体，但锥体的锥度不能太大，否则工件在心轴上会产生歪斜。小锥度心轴的优点是靠楔紧产生的摩擦力带动工件，不需要其他夹紧装置，定心精度高，可达到0.005mm0.01mm，缺点是工件的轴向无法定位。随着现代制造业高技术的发展，新的工艺技术不断出现，使产品很快转变成杜会的财富。所以现代的工艺装备向着高精度，高效率发展，以满足生产的需要，过去一些翻造粗劣、精度低，操作麻烦又费力，生产周期长的夹具。已不能适应生产的要求，现代生产需要一些定位精度高，使用方便，能提高生产效率，成本又低的夹具，尤其在航天技术上对各种飞行器的质量要求越来越高，这就给结构件的制造提出了更高的要求。
13、尤其是飞行器的薄壁精密型零部件，其形状精度和位置精度均要求很高，采用常用的机械式夹具很难满足要求，为此探索采用高精度定位而装夹变形很小的新型夹具很有必要。在液压传动机床中，例如塑料注射机、油压机、组合机床、磨床、液压数控加工中心等，有大量的薄壁高精度液压缸需要加工，这些液压缸的加工需要定心精度高、夹紧后不变形、生产效率高、成本较低的夹具，即液性塑料心轴夹具，外涨内蒙古科技大学毕业设计说明书2式套筒用于加工外圆及端面，内夹式 K=1.1 1.5(安全系数)套筒用于加工内圆及端面。1.2 液性塑料夹具的工作机理基于以上几种问题的存在，我们要选用合适的夹具工装满足对制造精度的要求，目前广泛采用的方法
14、是液性塑料夹具。液性塑料夹具的工作原理将一种液性的（半固态的）塑料浇注在夹具体内，利用液性塑料的不可压缩性，将压力均匀地传给薄壁套筒，并通过套筒的变形来定位和夹紧工件；或者在多位夹具中，液性塑料作为传动介质，将压力均匀地传给滑柱来夹紧工件。当卸掉压紧力后，薄壁套筒元件迅速恢复原始状态并同时松开工件。塑料在不同条件下的物理状态有三种 ：玻璃态、高弹态和粘流态，它们在一定的条件下可以发生转变。影响转变的因素有：分子结构、化学组成、受力情况和环境温度等，但在塑料组成一定时，转变主要与温度有关。图 1.1 示出了塑料的物理状态与温度的关系。所以塑料熔体的高弹变形与粘性变形均与时间有关，这实际上是一种由
15、塑料大分子结构所决定的力学特性，也是塑料变形与金属变形及一般液体（水 ）的主要区别之处。 温 度 /应变 粘 流 态高 弹 态玻 璃 态1.线性非结晶聚合物 2.线性结晶聚合物 3.金属图 1.1 塑料物理状态与温度的关系图 1.2 示出了塑料的三种变形发展及弹性回复与时间的关系，其中粘性变形将保内蒙古科技大学毕业设计说明书3留在聚合物内不能回复。 时 间 /切应变/弹 性 回 复 阶 段变 形 阶 段图 1.2 塑料的应变时间关系曲线1.3 液性塑料夹具的特点及应用1.3.1 液性塑料夹具的特点：a、定心精度高：液性塑料夹具与被加工零件是圆柱面接触，接触面可达整个薄壁长度的 80%，定位误差
16、小，加工精度高，可以保证被加工表面的不同心度在 0.0020.003mm 。b、提高生产率：使用液性塑料夹具，不需要用百分表找正工件，操作方便，辅助时间可降低 80%左右。c、夹具结构简单，降低制造成本，塑料夹具与弹簧夹头比较，容易制造，制造成本比普通夹具平均可降低一半。1.3.2 液性塑料夹具的应用：液性塑料夹具可应用于车、铣、钻、磨、齿轮加工（ 滚齿、插齿、刨齿 、蜗轮）加工等机械加工工序中,还可应用于检验和工具制造中。使液性塑料产生压力的来源有手动、气压及液压。在某些场合下，液性塑料产生的压力主要起定位作用，而压紧工件是采用气压或液压。但液性塑料夹具应用时应注意：塑料管道内允许压力不能过
17、大，一般最大不超过 300Mpa，压力过大时塑料可能渗漏或将薄壁套筒胀裂。因此，用于定心兼夹紧工件时，工件的定位面精度最好是 IT8 级或 IT7 级以上；用于多位夹紧工件内蒙古科技大学毕业设计说明书4时，工件要小且制造精度应在 IT8 级以上较为适宜。同时，薄壁胀量又与套筒的直径有关，套筒直径越大，在相同的液性塑料压力下越易胀开。归纳起来有以下三种使用范围：（1）零件按 IT6 级精度间隙配合制造时，最小定位直径不小于 12mm。（2）IT7 级精度间隙配合的零件，最小定位直径不小于 22mm 。（3）IT8 级精度间隙配合的零件，最小定位直径不小于 100mm 。1.4 液性塑料心轴的具体
18、应用及其实际过程轴套类零件，其关键工序是重要外圆表面的磨削和内孔磨削。图 1.3 是某轴套类典型零件外圆加工工序图，由图 1.3 可知，该零件对外圆的加工精度有一定的要求，同时在同轴度和垂直度上也有了适当的要求，本工序以工件内孔定位，磨削 90mm和 130mm 两个外圆，要求同轴度达到 0.02mm，并且要求 90mm 的精度达到0.008,是整个工件工艺流程中的关键工序。目前采用的定径心轴加工，存在定位精度低，废品率高的问题。在这个设计中，我们采用液性塑料心轴夹具来装夹加工，就能解决这一问题，达到很高的精度要求。图 1.3 典型轴套类零件内蒙古科技大学毕业设计说明书51.5 设计步骤1.5
19、.1 设计研究内容1） 获得适用于轴套回转体零件的高精度心轴定心加紧结构（液性塑料 心轴）参数的设计及性能分析的方法；2） 探寻适用于液性塑料心轴夹具部件的制造技术；1.5.2 设计预期目标心轴的重复定位精度为 0.005mm1.5.3 设计方法和路线以选定的轴套零件为加工对象，通过原理分析、结构设计、性能分析和参数优化和加工制造来研究高精度心轴定位夹紧技术，提高工序定位精度，满足高精度零件的加工要求。主要技术路线如下：1） 分析典型零件的技术要求和加工工艺路线，并确定零件定位基准和测量基准的方案。2） 根据心轴定位工序的加工精度和切削参数，确定心轴定心夹紧所需的定位精度和夹紧力要求，以此作为
20、心轴定心夹紧机构的设计依据。根据传统的设计方法和经验公式，对液性塑料心轴进行初步的机构设计和参数计算。3） 使用通用有限元分析软件 ANSYS 进行建模，仿真分析液性塑料心轴关键参数对工件的变形量、套筒的应力分布和夹紧力等使用性能的影响规律，并基于仿真分析的结果和心轴结构，使用 ANSYS 优化模块，建立优化模型，实现液性塑料心轴结构参数的优化设计。4） 以上述优化参数为依据，并考虑结构工艺性，进行心轴结构设计和零件设计，建立三维模型和 AutoCAD 二维工程图。5） 从加工和装配的角度，对所设计的心轴部件进行结构工艺性审查，保证零件的可加工性以及整体结构的可装配性，在此基础上，研究关键零件
21、的制造方法，包括工艺方法研究、工艺路线的拟定、装夹方法的确定、工艺参数的设置，研究心轴部件的装配和拆卸顺序、以及获得装配精度的方法。内蒙古科技大学毕业设计说明书6第二章 液性塑料心轴夹具的结构设计1） 总体技术方案的确定通过广泛的文献检索和调研，提出采用基于液性塑料自动定心原理的弹性胀开心轴夹具，即液性塑料心轴夹具，并通过定心夹紧原理分析、结构设计、性能分析、参数优化和加工制造来研究高精度心轴的设计和制造技术，从而提高工序定位精度，满足高精度零件的加工要求。2） 塑料夹具的理论设计与分析 首先利用传统设计方法和经验公式，对液性塑料心轴进行了初步的结构设计和参数计算，然后以有限元分析软件 ANS
22、YS 为平台，建立心轴部件的有限元分析模型，仿真分析液性塑料心轴关键参数对其性能的影响规律，在此基础上，建立心轴的优化模型，实现液性塑料心轴的优化设计，并完成心轴夹具的装配结构设计、零件设计及其工艺性审查，最后研究了心轴夹具的制造方法。以图 1.3 所示的典型零件为对象进行液性塑料心轴的结构设计。首先根据加工要求确定基于心轴的零件定位夹紧方案，然后根据传统的设计方法和经验公式，对液性塑料心轴进行初步的结构设计和参数计算。主要包括薄壁套筒、加压螺钉和柱塞的结构选型、参数计算、材料及技术要求确定，液塑通道设计和心轴基体材料选择，最后对液性塑料心轴的结构密封性、定位精度、工作压力控制问题进行研究。2
23、.1 采用液性塑料心轴的定位夹紧方案表 2.1 典型零件的主要工艺流程工序号 工序内容 使用机床1 粗车外圆，端面 马鞍车床 CW6263B5 粗车内圆，端面 马鞍车床 CW6263B10 半精加工内圆 马鞍车床 CW6263B15 精车右外圆、端面 马鞍车床 CW6263B20 精车左外圆、端面 马鞍车床 CW6263B25 磨外圆、端面 外圆磨床 M1450内蒙古科技大学毕业设计说明书730 精车槽 CW6263B表 2.1 列出了图 1.3 轴套类典型零件与心轴设计有关的工艺流程，后续工序略去。目前，磨外圆工序采用的定位夹紧方案：以右端面和 104mm 内孔定位，在工件左端面使用圆螺母夹
24、紧。由于使用可做端面定位，使得两个加工尺寸长度 90mm 和直径 130mm 的测量不太方便，工件要安装时要先进行定位，再进行夹紧，所以也影响了生产效率和定位精度。使用本项目设计的液性塑料心轴定位夹紧进行外圆的磨削，这样就能保证外圆的跳动满足精度，而且提高加工时工艺系统的刚度。外圆磨削时，工件轴向并不需要非常精确的定位，因此我们使用 104mm 小孔的右端面进行大致的轴向定位，以确定工件和液性塑料心轴薄壁套筒之间的相对位置，使得套筒变形量不超过许用范围。2.2 薄壁套筒的设计液性塑料心轴夹具中的定位元件是中部带薄膜的薄壁套筒。其在夹具中是靠中部薄膜的外涨或内缩对工件进行定位与夹紧。2.2.1
25、薄壁套筒的结构液性塑料夹紧定位元件的结构一般只有外涨式和内夹式两种，如图 2.1 所示：a、外涨式套筒 b、内夹式套筒图 2.1外涨式套筒用于加工外圆及端面，内夹式套筒用于加工内圆及端面，在本设计中，根据图 1.3 零件要求，可选择要加工的表面适合用外涨式套筒。内蒙古科技大学毕业设计说明书82.2.2 薄壁套筒材料的选用加紧定位元件材料应选用弹性极限高的，以保证其具有高的弹性及稳定性。各材料的性能参数如表 2.2 所示。表 2.2 不同钢种的性能由于钢的弹性模量E基本是个定值，均在210 5MPa左右，而安全系数在一定条件下也是个定值。要想要提高套筒的最大允许变形量，应选 较大的材料和适当的热
26、s处理范围，因此我们选用合金钢30CrMnSi ，通过锻造提高其力学性能，淬火到HRC3540，以保证套筒具有良好的弹性和耐磨性。其弹性模量 E=2.04105MPa，泊松比u=0.29。热处理后，屈服极限 =850MPa，保证了套筒具有很高的许用应力。由于s薄壁套筒反复处于涨紧和松开状态，应考虑因应力循环次数而破坏疲劳强度，夹具体与薄壁套筒配合应有过盈量，其内应力不能因时间久而产生应力松弛。热处理后，其硬度应均匀，否则会影响定心精度。2.2.3 薄壁套筒参数设计由于液性塑料心轴夹具的参数设计，没有确定的参考，我们在设计的时候只能查阅相关的资料以及经验公式，通过对所查阅资料的研究比较，选择出一
27、套比较合理的方案。套筒 1由前面的分析可知我们选用的是外胀式薄壁套筒。一般来说当被加工件的长度L定位直径D时，采用如图2.2的结构，而在本题中，被加工件的长度 LD,薄壁套筒较长，钢号弹性模量 E kgc 泊松比 u极限强度 b kgcm 2屈服点 skgc布氏硬度HB在比例极限时的延伸率ep30CrMnSi 2.04106 0.29 11000 8500 363311 4.1610-318CrNiWA 2.04106 0.29 11000 9500 375331 4.6510-312CrNi3A 2.04106 0.29 9500 7000 341269 3.4310-345 2.1106
28、0.29 7000 4000 229197 1.9610-3内蒙古科技大学毕业设计说明书9从而产生较大的径向变形D，使得套筒刚性变差，影响定心精度。此情况最好采用如图2.3带凸肩的薄壁套筒，改善这种现象。图 2.2图 2.3（1） 套筒薄壁长度部分相关尺寸计算：内蒙古科技大学毕业设计说明书10图2.4对于经验公式来计算套筒我们需要综合多种文献，对比得出比较适中的，进而使计算结果更加接近实际。第一种：一般情况下，当套筒不承受切削扭矩或扭矩很小时，如定心用于检具、钻具、精车、精磨夹具等，可取 =0.1。当承受中等负荷时，如粗磨、粗镗等，可取 =0.5。当承 受重载工作时，如切齿加工或其他精加工，可
29、取 =0.8。则有本题取 =0.1。接触系数 ，计算公式为： =lL，其中，l为工件基准长度，L为薄壁套筒长度。表2.3 Lc、hc的尺寸（mm）套筒直径 D Lc Hc306 53050 8 65080 11 980120 16 12120160 22 16160200 28 182002500 36 26H=2 3D则可计算出L=74mm，H=10mm，由表2.3取Lc=11mm，R=5mm，h=4mm制造时，H可考虑在薄壁套筒和夹具体上各占一半。如果夹具体切削过深，则会减低其抗弯刚性，若套筒切削过深，则会使套筒端壁面积增大，而加大轴向压力，使套筒径向弹性减少，缩小了夹具的应用范围。第二种
30、:表 2.4【1】 夹紧定位元件薄壁部分厚度D(mm) 1050 50100LD/2 h=0.015D+0.5 h=0.025DD/2LD/4 h=0.01D+0.5 h=0.020DD/4LD/8 h=0.005D+0.5 h=0.015D其中D为工件定位直径，L为薄壁套筒的薄壁的长度，h为薄壁的厚度。由于该工件内蒙古科技大学毕业设计说明书11LD,可以选用h=0.025D=0.02570=1.75mm2mm表 2.5【1】 夹紧定位元件薄壁部分长度2h/D 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10L 0.175D 0.25D 0.3
31、D 0.35D 0.375D 0.425D 0.45D 0.525D 0.55D 0.575DD为工件定位直径，L为薄壁套筒的薄壁的长度，h为薄壁的厚度。由于2h/D= 22/70=0.057,则L=0.425D=29.75mm30mm，此时L max时，起定心和夹紧作用。 取： D max =D2P/2Eh （1）式中：E加紧定位元件的弹性模数，kPa；P夹紧定位元件最大允许液性塑料压力；P 按下表取值。表 2.6【1】 加紧定位元件最大允许液性塑料压力D(mm) 20 30 40 50 60 70 80 90 100P(MPa) 45 45 40 40 35 35 30 30 25由表 2
32、.6 可知，我们的夹具定位直径为 70mm，所以 P 取 35MPa 合适。我们选用的薄壁套筒材料 30CrMnSi 的弹性模量 E=2.04105MPa，因此，据参考文献【2】计算出D max =D2P/2Eh=70235/22.041054= 0.185mm另一种对 D 的计算是通过胡克定律：D max = sD/EK （2）式中： s薄壁套筒材料的屈服极限（kPa） ，对于我们所选的材料，内蒙古科技大学毕业设计说明书12 s=8.5102MPa；E套筒材料的弹性模数（MPa） ，对于我们所选的材料，E=2.04105MPa；K安全系数，一般取 1.21.5；把上述取值带入公式(2)中，D
33、 max = sD/EK=8.510270/2.04101.5=0.194mm。若工件定位基准较长（L0.3D） ，对合金钢薄壁套筒来说，最大径向涨量 D max大约为 0.003D；若工件定位基准短（L3050 7 65080 8 780120 10 8120180 12 9180250 15 12表中 S 表示套筒固定部分长度，H 表示 1/2 容塑腔深度，由此可见塑料腔环形深度取 7mm，S=8mm。另一种取表 2.3 环槽高度 H=2 =2 =24.2=8.4mm10mm。3D370第三种选取原则见下表：表 2.8 容塑腔高度值直径 D（mm） 高度 H（mm）1030 63050 7
34、5070 87090 990100 10从上面比较，可以看出文献 2 和文献 3 选取的方法不同，但结果相近，所以我们取H=10mm。（6） 液性塑料工作压力：由表 2.6 我们可取 P=35MPa（7） 圆角半径有关于圆角半径的取值原则：薄壁套筒圆角半径是保证液性塑料畅流无阻的重要条件，以避免应力集中。一种是:圆角半径：R=0.04D=0.0470=2.8mm，我们将其取为 3mm。另一种是：Rh ，由上面得出的薄壁的厚度 h 我们可以得出 R=4mm我们选用第二种方法，为了避免应力集中。（8） 套筒与基体的配合过盈量：内蒙古科技大学毕业设计说明书14表 2.9 套筒与基体的配合过盈量工件定
35、位直径 D 过盈量 c50 以下 0.035080 0.0580120 0.07120180 0.10180250 0.15目前在配合上存在不同的看法，有的选择基孔制压配合 、 ，有的选用过度7Hs6配合 ，有的采用控制过盈量，有的既用制压配合，又注上过盈值。一般认为采76Hm用保证过盈值更为可靠。当承受切削力较小时，常用过盈值按上表 2.9 选择。当切削力较大且套筒与夹具体之间又无销钉固定时，可取 =0.0012D。c套筒 2：(1) 套筒薄壁长度部分相关尺寸计算套筒 2 中 L 与 D 的尺寸相差不太大，不会引起刚度方面的减弱，我们可以用普通的图 2.2 的套筒。同例有表2.3中可以计算得
36、出H= H=2 =2 =10mm，取3D3104Lc=16mm，R=6mm，h=6mm制造时，H可考虑在薄壁套筒和夹具体上各占一半。如果夹具体切削过深，则会减低其抗弯刚性，若套筒切削过深，则会使套筒端壁面积增大，而加大轴向压力，使套筒径向弹性减少，缩小了夹具的应用范围。第二种:由表2.4、表2.5计算得出：该段LD,可以选用h=0.025D=0.025104=2.6mm3mm由于2h/D= 23/104=0.058,则L=0.425D=mm44.2mm，此时L max时，起定心和夹紧作用。取 D max =D2P/2Eh式中：E加紧定位元件的弹性模数 (kPa)P夹紧定位元件最大允许液性塑料压
37、力；P 按表 2.6 表取值可知，我们的夹具定位直径为 104mm，所以 P 取 25MPa 合适。我们选用的薄壁套筒材料 30CrMnSi 的弹性模量 E=2.04105MPa 计算出：D max =D2P/2Eh=104225/22.041054=0.291mm。另一种对 D 的计算是通过胡克定律：D max = sD/EK式中： s薄壁套筒材料的屈服极限（MPa） ，对于我们所选的材料， s=8.5102MPa；E套筒材料的弹性模数（MPa） ，对于我们所选的材料，E=2.04105MPa；K安全系数，一般取 1.21.5；把上述取值带入公式，D max = sD/EK=8.510210
38、4/2.041051.5=0.289mm。我们选择第一种的计算结果 D max =0.291mm。（3） 套筒定位面直径最大配合间隙：在未夹紧时工件与套筒定位面间的最大配合间隙： max=D1maxD2min= D+ + d式中：D 1max工件内孔的最大直径；D2min套筒定位面的最小直径；工件定位基准与套筒定位表面间的最小保证间隙； D 及 d工件定位基准及套筒定位表面的制造误差；套筒的壁厚差不超过 0.030.05mm，因此，我们取套筒和工件之间的最小保证间隙为 0.03mm，套筒制造公差取 f5 级精度，故套筒定位面直径 D=104f5=104 mm，0.3651内蒙古科技大学毕业设计
39、说明书16工件 104mm 内孔制造公差为 104 mm，因此，最大可能间隙 max= 0.182+0.018（ 0.051）=0.069 mm。（4） 套筒与工件配合的过盈量： g= D max max=0.2910.069= 0.222mm（5） 塑料腔环形槽深度：由表 2.7 可以选出 S=10mm，H=8mm，综合各文献及工作实际我们取S=10mm，H=12mm。（6） 液性塑料工作压力：由表 2.6 我们可取 P=25MPa（7） 圆角半径有关于圆角半径的取值原则：薄壁套筒圆角半径是保证液性塑料畅流无阻的重要条件，以避免应力集中。一种是：圆角半径：R=0.04D=0.04104=4.
40、2mm，我们将其取为 5mm。另一种是：Rh ，由上面得出的薄壁的厚度 h 我们可以得出 R=6mm我们选用第二种方法，为了避免应力集中。（8） 套筒与基体的配合过盈量：当承受切削力较小时，常用过盈值按上表2.9选择， =0.07，当切削力较大且套筒与夹c具体之间又无销钉固定时，可取 =0.0012D。c2.2.4 套筒的夹紧力及产生的力矩 【2】为保证加工过程中有足够的夹紧力而不发生轴向移动，其所需夹紧力可按下式计算：(4) 610WmHD其中： ， , ，maxHDghR2这种机构所能抵抗的最大扭转力矩，可按下式计算:(5)510M根据以上设计参数，我们能计算出套筒 1 和套筒 2 产生的
41、夹紧力矩。套筒产生的夹紧力矩 Mkp=5105m3/2 gD2， 式中 m=2h/D。内蒙古科技大学毕业设计说明书17薄壁套筒 1 产生的夹紧力矩 Mkp1 =51052（8/70） 3/20.133702=254.16N.m 薄壁套筒 2 产生的夹紧力矩 Mkp2 =5105（12/104） 3/20.2221042= 468.20N.m总夹紧力矩 Mkp= Mkp1 +Mkp2= 254.16+468.20= 722.36N.m。而磨削力矩 Mk= =300N.m，因此，夹紧力足够，设计可行。 DF套筒薄壁部分的壁厚差对定心精度影响很大，因此规定其值不超过 0.05mm。套筒内槽表面粗糙度
42、为 Ra0.8，这不仅有利于液性塑料的流动，是压力传递均匀，同时，工艺上要求淬火后进行磨削，使内孔同轴度提高，薄壁变形均匀，提高了定位精度。套筒外圆的表面粗糙度为 Ra0.4。套筒在抓高配后进行精磨，保证其外圆对心轴两端中心孔的跳动不超过 0.005mm。2.3 心轴基体的设计心轴基体的设计最重要的是设计合理的液性塑料通道，这其中要考虑液性塑图 2.5料浇注排气问题、缩孔问题以及对定位精度的影响（因为液性塑料非绝对流体，要考虑到流动性） 。如图 2. 5 所示：有 5 种液性塑料通道的方案。图中各零件的名称如图2.5e 所示，其余各图中未画出工件，心轴采用两个斜孔将两个液性塑料环形槽相连，拧动
43、两个加压螺钉，推动柱塞挤压塑料，从而将工件定心夹紧。方案 b 采用两个柱塞内蒙古科技大学毕业设计说明书18分别对两个套筒进行加压，方案 c 和 d 分别从大端和小端同时对两个套筒进行加压。比较以上各方案，方案 b 采用独立加压，可以对两个套筒所需的工作压力进行单独控制（两个套筒的工作压力不同且相差较大） ，同时，也容易分别添加排气通道，有利于浇注。但由于工件和心轴很重，夹紧时需要调头，这很不方便，效率低，劳动强度大。方案 a、c、d 同时加压，但要想为两个塑料环形腔同时排气则很困难，因为心轴长度尺寸较大，而排气孔很小，钻孔难度很大。其中 d 方案较前两种在使用上方便性更优，因为装卸工件时，必然
44、是使心轴大端朝下，将工件从小端套入，因此小端加压很方便。另外，小套筒工作压力更大，而液性塑料在流动过程中又一定的压力损失，因此从小端加压可以更好的为两个套筒同时提供各自所需压力。由于上述更方案的种种缺点，我们设计了 e 方案，方案 e 仍采用统一从小端加压的方式，散克服了排气困难的问题。浇注时，采用压注法，放置如图 f 所示位置，取下螺钉和柱塞，利用压力将液性塑料从心轴底部的孔内往上注塑，空气则顺着各个斜孔往上溢出。采用斜孔更有利于空气的排出和液性塑料的流动。但是此种方案统一加压，不能提供两个套筒各自所需的工作压力，因此需要对工作压力和套筒相关参数进行分析和优化设计。根据本设计零件要求，设计出
45、图 2.6 心轴如下：图 2.6 心轴基体基体常用材料为铸铁或中碳钢，但是这些材料热处理硬度不够高，尤其是两端中心孔硬度如果太低就会容易碰伤，降低精度，大大影响心轴的使用寿命。同时，基体上的柱塞孔很容易磨损，这是导致液性塑料渗漏的重要原因。因此我们选用而合金工具钢 Cr5Mn 制造基体，热处理为 T265，淬硬至 60HRC。基体上与两个套筒配合的部分要与套筒配作，以保证过盈量，同时这些外圆对中心孔的跳动要在 0.005mm 以内。柱塞孔也需与柱塞配作，保证间隙不大于 0.01mm，其圆柱度要小于 0.005mm。所有内孔都需铰孔，以提高其粗糙度，利于液性塑料的流动。内蒙古科技大学毕业设计说明
46、书192.4 加压螺钉和滑柱的设计2.4.1 加压螺钉加压螺钉的位置应考虑有足够的轴向移动量，以保证夹紧力，一般情况下螺钉用45号钢，同时要考虑夹具定位偏移的问题。如图2.7（a）所示，螺钉径向放置时，将影响定心精度，尤其是塑料较硬时，若没有足够的移动量，夹具就会失灵，为此最好将加压螺钉改为如图2.7（b）所示的切线方向，（a） （b）图2.72.4.2 滑柱滑柱设计的结果将直接影响夹具的使用效果，液性塑料的渗漏问题是目前液性塑料夹具存在的主要问题之一，为防止液性塑料从滑柱孔中漏出，正确地选用滑柱结构精度是很重要的。滑柱采用T7A钢制造，其硬度要比滑柱孔低，所以热处理后的硬度宜维持在4045H
47、RC。螺钉用45钢，3540HRC。滑柱直径和孔的配合处用研配保证，其间隙不大于0.010.015mm滑柱与孔的椭圆度和锥度不超过0.005mm， 滑柱和孔的粗糙度分别为0.4和0.8。内蒙古科技大学毕业设计说明书202.4.3 加压螺钉与滑柱的设计结构形式加压螺钉和柱塞可采用图 2.8 所示的三种形式。图 2.8（a）为整体式，其优点为螺纹部分与援助部分整体进退，不会出现卡住现象，缺点是制造困难，夹具体上的柱塞孔和螺纹孔的轴线不易一致，同时，圆柱部分旋转也是很不利的，易磨损，塑料容易渗漏。图2.8（a ）为降底滑柱制造成本，可将滑柱和压紧螺钉分开制造，做成图2.8(b)的分体式结构，但为使滑
48、柱取出方便，在无锥度孔的一端攻螺纹孔，其大小为M6M 1O，此结构容易制造，但如果柱塞孔和柱塞配合不好时，容易咬住，影响工作。图2.8（b）综合以上，我们采用图2.8（c）所示的开口槽连接式，制造容易，螺钉和柱塞为点接触，因此柱塞不会跟着螺钉一起旋转，有利于延长使用寿命，提高密封性。图2.8（c ）尺寸设计（a）滑柱直径的计算内蒙古科技大学毕业设计说明书21滑柱的直径利用下表 2.7 所示的公式进行计算。表 2.7套筒的薄壁长度 L 公式D/8LD/4 1.2dDD/4LD/2 5D/2LD .8（b）滑柱 L = (18 2) ，此次我们的设计中有两个薄壁套筒，夹紧时套筒的内环形0d槽的体积增大量都比较大，需要选取较大的滑柱直径，取d 0=18mm，滑柱长度L0=30mm。柱塞直径M18 ，螺距选为1.5mm（细牙螺纹，较小的
