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工裝材料及熱處理的常見問題解答

在工裝夾具的設(shè)計和制造、使用和修理中,常常會遇到因材料及熱處理選擇不當(dāng)而發(fā)生的問題,影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。在處理這些問題時,往往不能單從材料及熱處理范圍內(nèi)進行改進,還需要對工裝夾具結(jié)構(gòu)進行更改。


 

問題一

用V 型塊作為定位件對圓形工件進行定位時,如果需用加大的夾緊力進行徑向夾緊,采用45鋼或20Cr進行滲碳淬火,則由于定位表面與工件為線接觸,單位面積上的壓力較大,并且材料表面硬、內(nèi)部軟,容易產(chǎn)生凹坑,從而降低了V型塊的使用壽命。


處理方法:V 型塊的材料可采用碳素工具鋼T8A、T10A或合金工具鋼CrWMn、CrMn,淬火硬度為58~63HRC,這樣就可以提高V 型塊的使用壽命。



 

問題二

對于那些形狀特殊或厚薄相差很懸殊的零件,因熱處理時冷卻速度不均勻,容易產(chǎn)生裂紋。如圖1所示的零件,若用碳素工具鋼制造(設(shè)計時應(yīng)盡量避免),在淬火時很容易產(chǎn)生裂紋,甚至整圈斷裂。


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圖1 極易產(chǎn)生淬火裂紋的零件

(箭頭所指為易裂的部位)

 

處理方法:

①改尖角為圓角,避免淬火時產(chǎn)生應(yīng)力集中,并且適當(dāng)增加厚度;

②降低零件的硬度要求,采用先熱處理、后機械加工的辦法制造;

③選用淬透性好,用較緩慢冷卻也能淬硬的合金鋼來制造;

④對容易產(chǎn)生裂紋的部位及其附近不進行淬硬處理。



 

問題三

厚度不均而且?guī)в兄苯敲娴拇笮投ㄎ患ㄈ鐖D2a所示的大型V型塊),如用碳素工具鋼T8A或合金工具鋼CrMn等制造,淬火時也容易產(chǎn)生裂紋,如圖中斷裂線所示處。


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圖2 大型V形塊的相對其結(jié)構(gòu)的影響

 

處理方法:

①將直角轉(zhuǎn)接處改成圓角過渡,如圖2b所示;

②改用組合式結(jié)構(gòu),如圖2c所示,在定位面上鑲以高硬度的墊片,這樣V型塊的主體則可以不采用高硬度材料。此處墊片用螺釘和銷子進行固定,但采用這種結(jié)構(gòu)會影響V型槽面的平整性,對清理定位表面會帶來一定的麻煩;

③如果V型槽所受的夾緊力不大,則可以采用滲碳鋼(35鋼或20Cr),這樣也可以減少淬火開裂的可能性。



 

問題四

對于需要配鉆的銷子孔零件,若不考慮其配鉆的方向和材料硬度的關(guān)系,就會發(fā)生不能配鉆的問題。


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圖3 配鉆零件材料硬度的選擇

 

處理方法:如圖3所示兩個需要配鉆的零件,其配鉆方向為從上往下,在選擇材料硬度時應(yīng)注意下部底板配鉆部位的硬度不能高,否則將不能進行配鉆。如果底板的其它部位需要高硬度,可以采用滲碳鋼進行局部滲碳來滿足這一要求。



 

問題五

對于需要壓套的部件,如不考慮其材料的硬度對保證位置精度及壓套方便性的影響,則不能滿足制造要求和使用要求。如圖4所示的壓套部件,襯套內(nèi)孔需要有較高的硬度。當(dāng)它的位置尺寸L的公差δ要求較嚴(yán)時,由于主體安裝孔需要在熱處理后進行加工,因此這一部位的硬度不能高,否則將難以用坐標(biāo)鏜床進行加工。


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圖4 壓套部件材料硬度的選擇

 

處理方法:如果主體的其它部位需要有較高的硬度要求,則可用滲碳鋼來制造,并進行局部滲碳來滿足使用的要求。但在某些情況下,如果主體需要采用全部為高硬度的材料,則襯套外圓應(yīng)保持低硬度,以避免“硬碰硬”的壓套方式;此時,襯套可采用滲碳鋼,其內(nèi)孔進行局部滲碳以達到高硬度,而其外圓不滲碳以保持低硬度。



 

 

問題六

對于大型平板型底座,如圖5a所示,當(dāng)上下平面的平面度及相互之間的平行度要求較高,需要用刮削加工來保證時,如果采用鋼料(如45鋼),則使刮削困難,而且容易自然變形,不容易保證精度要求。


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圖5 大型平板形底座的材料選擇及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)

 

處理方法:大型平板底座以采用鑄件(如HT21-40)較好,因此其結(jié)構(gòu)形狀也應(yīng)作相應(yīng)更改,如圖5b所示。此處應(yīng)注意,鑄件剛性的好壞,主要取決于合理的截面形式,即合理布置加強筋,而不宜單純增加其壁厚。關(guān)于鑄件的壁厚,對工裝夾具來說,通常取12~16mm即可。



 

問題七

尺寸較大而硬度和精度要求較高的零件,如圖6a所示兩孔很近但壁厚很不均勻的整體式鉆模板,即使采用熱處理變形較小的合金工具鋼,先進行精加工再進行熱處理,也容易產(chǎn)生較大的變形,破壞熱處理前精加工所獲得的精度,保證不了鉆模板的精度要求,而且用料也不經(jīng)濟。但若采用硬度不高的材料如45鋼在熱處理后進行精加工,則在使用時又容易磨損。


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圖6 整體式鉆模板的熱處理變形及削扁鉆套的應(yīng)用

 

處理方法:對于這種鉆模板可采用硬度不高的材料,鑲上兩個磨削扁的鉆套,如圖6b所示。因為磨削扁的鉆套的內(nèi)外圓及扁平面,都可以在熱處理后再進行精加工,這樣就可以保證尺寸精度的要求。



 

問題八

對于使用時容易磨損的滲碳表面,在返修時往往會將滲碳層磨掉,而且滲碳表面越往里硬度越低,這樣就會影響工裝夾具的使用壽命。

 

處理方法:對磨損嚴(yán)重的、經(jīng)常需要返修的表面,最好采用組合式結(jié)構(gòu),在容易磨損處鑲高硬度的碳素工具鋼或合金工具鋼制成的零件。



 

問題九

大面積的滲碳表面,因淬火后變形較大,制造過程中磨去變形量后,兩端滲碳層也就被磨去,影響使用性能。

 

處理方法:

①減少滲碳表面的面積,改為斷續(xù)表面,這樣可以減少變形量,并可減少所磨去的滲碳層。

②主體零件不采用滲碳材料,而在上面鑲上用高硬度的碳素工具鋼或合金工具鋼制造的零件,改成組合式結(jié)構(gòu)。



 

問題十

采用鑄鋁作為工裝夾具主體時,對于與它進行過盈配合的零件(如定位銷、定位軸等),當(dāng)受到交變載荷或較大的切削力時,由于鑄鋁的組織比較疏松,容易發(fā)生松動。

 

處理方法:把工裝夾具的主體材料由鑄鋁改為鑄鐵或鋼料,這樣可增加過盈配合的牢固性。


 

 

問題十一

夾緊裝置與工裝夾具上其它零件相接觸的摩擦表面,由于受力較大而沒有設(shè)置耐磨墊進行保護,因此會因磨損快而影響工裝夾具正常工作,并需要經(jīng)常返修。

 

處理方法:在工裝夾具受力較大而磨損較嚴(yán)重的部位,應(yīng)設(shè)置耐磨墊進行保護。這里耐磨墊應(yīng)采用硬度較高的材料來制造,如選用T8A等材料,硬度為53~58HRC。


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