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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(jì)和制造、使用和修理中，常常會(huì)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(shí)，往往不能單從材料及熱處理范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)，還需要對(duì)工裝夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改。


 

問題一

用V 型塊作為定位件對(duì)圓形工件進(jìn)行定位時(shí)，如果需用加大的夾緊力進(jìn)行徑向夾緊，采用45鋼或20Cr進(jìn)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(duì)于那些形狀特殊或厚薄相差很懸殊的零件，因熱處理時(shí)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(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免），在淬火時(shí)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(shí)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(jī)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(duì)容易產(chǎn)生裂紋的部位及其附近不進(jìn)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(shí)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(duì)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(jìn)行固定，但采用這種結(jié)構(gòu)會(huì)影響V型槽面的平整性，對(duì)清理定位表面會(huì)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(duì)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(huì)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(gè)需要配鉆的零件，其配鉆方向?yàn)閺纳贤?，在選擇材料硬度時(shí)應(yīng)注意下部底板配鉆部位的硬度不能高，否則將不能進(jìn)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(jìn)行局部滲碳來滿足這一要求。



 

問題五

對(duì)于需要壓套的部件，如不考慮其材料的硬度對(duì)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(shí)，由于主體安裝孔需要在熱處理后進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)，襯套可采用滲碳鋼，其內(nèi)孔進(jìn)行局部滲碳以達(dá)到高硬度，而其外圓不滲碳以保持低硬度。



 

 

問題六

對(duì)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(shí)，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(qiáng)筋，而不宜單純?cè)黾悠浔诤瘛ｊP(guān)于鑄件的壁厚，對(duì)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(jìn)行精加工再進(jìn)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(jì)。但若采用硬度不高的材料如45鋼在熱處理后進(jìn)行精加工，則在使用時(shí)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(duì)于這種鉆模板可采用硬度不高的材料，鑲上兩個(gè)磨削扁的鉆套，如圖6b所示。因?yàn)槟ハ鞅獾你@套的內(nèi)外圓及扁平面，都可以在熱處理后再進(jìn)行精加工，這樣就可以保證尺寸精度的要求。



 

問題八

對(duì)于使用時(shí)容易磨損的滲碳表面，在返修時(shí)往往會(huì)將滲碳層磨掉，而且滲碳表面越往里硬度越低，這樣就會(huì)影響工裝夾具的使用壽命。

 

處理方法：對(duì)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(shí)，對(duì)于與它進(jìn)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(shí)，由于鑄鋁的組織比較疏松，容易發(fā)生松動(dòng)。

 

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(jìn)行保護(hù)，因此會(huì)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(jìn)行保護(hù)。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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