新型液压胀紧心轴

单位：四川凌峰航空液压机械有限公司

随着当今世界航空工业的快速发展，各种新型材料不断涌现，并得到广泛应用。近年来，我国航空工业发展比较迅速，航空产品也在不断的改变，新材料得到广泛应用。在我厂的机械加工过程中，部分产品使用了铝合金材料。铝合金材料软，在装夹过程中稍不小心，极易产生划伤或压痕。解决和总结铝合金材料的高精度加工方式，具有十分重要的意义。

我厂生产的产品主要有助力器、作动筒、蓄压器和起落架等，同时还承接了一些研究所的航空产品加工任务，在转包加工航空新品零件中，遇到了如图1所示的精密铝合金零件，按照传统的加工方法，先后采用几种弹性定心夹紧机构来加工零件，均未能满足产品的技术要求。在此情况下，笔者设计了一种新型液压胀紧心轴，在使用中完全满足了技术要求，由于使用可靠、方便，受到了工人师傅的好评。

图　1

１

液压胀紧心轴的设计

（1）产品零件的精度与定位夹紧分析。如图1所示的产品零件法兰，材料为7050硬铝。该图为精密数控车工序图，由图可知，以本工序中的内孔φ（38.16±0.008）mm为定位基准来加工大外环厚度为9.5（+0.1，0）mm的两侧面。两侧面对定位孔的跳动量要求≤0.02mm；要加工φ66.42（0，-0.04）mm外圆及φ61.98（0，-0.04）mm×4.65（+0.23，0）mm槽，且外圆及槽对定位孔的同轴度要求≤φ0.015mm；此外，还要加工φ60（0，-0.013）mm×1.3（0，-0.1）mm外圆及端面。同样，外圆对定位孔的圆跳动量要求≤φ0.01mm。从该工序的加工内容及技术要求可知，该零件公差小，几何公差要求非常严格，要加工出合格零件非常困难。加之铝合金材料软，在装夹过程中稍不小心，极易产生划伤或压痕，造成零件不合格。

从图1中可以看出，零件的工序基准为内孔，选择合理的定位夹紧方式是本工序的关键。按照零件的特点以及定位基准的要求，应当选用弹性套筒定心夹紧，液性塑料定心夹紧机构，或者采用与零件选配的无间隙心轴用端面压紧的方式是比较适宜的。但生产中使用这些方案都不能保证零件的技术要求。原因有：①3种工装由于自身的制造误差和在机床上安装的误差经叠加后，基本上都超过了零件工序中规定的几何公差。②弹簧套外圆上开有槽，胀紧像铝合金这样较软的零件时，极易对产品零件的内孔产生压痕。③弹簧套筒心轴和液性塑料心轴结构复杂，制造难度较大。

经过反复的摸索和试验，设计了如图2所示的一种新的定心夹紧机构——液压胀紧心轴，在使用中完全满足了技术要求。

图　2

1、7.螺钉　2.心轴　3、6.柱塞　4、5.密封圈

8、10、12.螺母　9、13.垫圈

11.液压油　14.三爪自定心卡盘或弹簧套

（2）液压胀紧心轴的结构设计与工作原理。液压心轴的结构如图2所示，其中的关键零件为心轴，心轴内部有一个薄壁内腔，内腔装有粘度较大的液压油，内腔两端都分别设置有与柱塞、Yx型孔用密封圈相配合的孔和螺纹。心轴工作时，D1端由车床的三爪自定心卡盘或弹簧套夹紧，装上工件，拧紧螺钉7，心轴空腔内装满的液压油在柱塞的压力下，产生的压力胀大薄壁处的外圆，这样就实现了对工件的定位夹紧，由于薄壁处的外圆为光滑外圆，它和工件采用φ38.16f8/H7的配合精度，工作时产生的力量对工件产生夹紧，不会对工件内孔造成压痕并且垫圈轻轻靠在产品上，形成双定位防止产品滑动，防止对内孔壁造成伤害。

（3）心轴空腔处壁厚的确定。心轴空腔壁厚的确定，参照液性塑料定心夹紧结构中薄壁套筒壁厚h的计算方法来求得。计算方法按附表公式选取。

薄壁套筒壁厚计算表

２

液压胀紧心轴的使用

液压胀紧心轴可以按图2所示的那样，全部按工装设计图样的精度要求制造完成后使用，也可以将心轴做成半成品，待心轴使用时，将心轴工作外圆精车后再使用。两种方法的使用各有其特点，如果按照第1种方法，使用心轴前，把心轴夹紧在车床三爪自定心卡盘上，要找正心轴的工作外圆和车床主轴同轴，否则不能保证产品质量。但是，找正同轴难度较大。在加工如图1所示的零件时，因为零件精度太高，所以采用第2种方法。

在加工图1所示法兰零件时，为了保证零件的精度，心轴在交付使用时，其夹紧外圆D2按工装要求精车成，以方便心轴在机床定位可靠。心轴的内腔按工装图镗至尺寸，灌满液压油，两端的柱塞和密封圈调节到刚好压紧的状态。而心轴的工作外圆D通常留有1mm的精车余量，心轴的工作外圆前端的外螺纹不车，螺纹大径留有1～2mm余量。当心轴使用时，将心轴在车床三爪自定心卡盘或弹簧套上夹紧，然后精车工作外圆D及工作外圆前端的外螺纹，这样工作外圆及螺纹便和机床主轴保证同心，避免了按方法1夹紧时产生的夹具安装误差，工件在心轴上定位精度得到提高。

使用心轴时装上工件，用螺母压紧工件，但此压紧力不能大，只用手指带紧螺母，让工件贴紧工作外圆D的端面即可。然后旋紧螺钉7，用手用力扳不动心轴上的工件时，说明工件已被心轴夹紧可靠，可以使用了。

３

液压心轴的优点

液压胀紧心轴和过去传统的弹性定心夹紧机构弹簧夹头以及液性塑料心轴相比，有明显的优点：

（1）结构简单，制造容易，成本低。弹簧夹头主要零件是弹簧套和心轴，弹簧套使用60Si2Mn或50CrV，机加制造过程和热处理过程要求较高，要保证高的精度难度较大，液性塑料心轴的结构更为复杂，其心轴和定位套筒的机加难度更大。且液性塑料心轴要浇注液态的塑料，浇注中心轴要排气，否则不容易灌满，制作过程也较麻烦。而图2所示的液压心轴则可以用45钢经调质后（急用时也可不调质）精车成，制造过程十分简单，成本相当低。

（2）制造过程无污染、方便。液性塑料心轴在制作过程中，需要将聚氯乙烯树脂等3种不同的化学树脂加热到140～168℃，加热过程中释放出的气味难闻，对环境污染大。而液压心轴制作过程中直接灌液压油，不存在这些问题。

４

结语

虽然液压胀紧心轴有如上的优点，但它不可能替代弹簧套心轴和液性塑料夹紧心轴，传统的定心夹紧机构也有自身的优点。尽管如此，液压胀紧心轴仍然是一种新颖的定心夹紧形式，尤其是在新品研制中，作为一种短、频、快且有着高精度定心的夹紧工装，有它无限的生命力。

参考文献：

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