柯昌全，高軍軍

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粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔問題探究

柯昌全，高軍軍

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710117）

隨著快換快檢項(xiàng)目的持續(xù)進(jìn)行，粘接漲套在我公司的應(yīng)用越來越多，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔的問題時(shí)有發(fā)生。文章主要從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，分析了造成粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔的可能原因，并給出了相應(yīng)的解決方法，希望藉此減少粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔事件的發(fā)生。

粘接漲套；內(nèi)孔劃傷；曲率半徑；毛刺

1 目前現(xiàn)狀

1.1 粘接漲套的使用情況

近年來，粘接漲套在精車、插齒、鉆孔和磨齒等工序上取代過去的薄壁開槽漲套，得到大量應(yīng)用。

粘接漲套的主要優(yōu)勢(shì)在于其漲量（徑向1mm）遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)薄壁開槽漲套的漲量（徑向0.2mm）。在松開狀態(tài)下，粘接漲套外徑與工件內(nèi)孔的配合間隙更加，大大提高了裝卸工件的效率和便捷性；同時(shí)，也為車削、插齒、磨齒等工序的自動(dòng)上下料提供了更大的調(diào)整空間。

但與此同時(shí)，由于粘接漲套本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（由多個(gè)切瓣組成，有諸多棱角）和一些設(shè)計(jì)上未充分注意到的地方，目前所使用的粘接漲套，偶爾會(huì)對(duì)工件的內(nèi)孔造成較輕微劃傷。這種輕微劃傷，對(duì)大部分工件影響不大，但是對(duì)于個(gè)別內(nèi)孔表面精度要求極高的零件，就成了質(zhì)量問題。

圖1 粘接漲套實(shí)物圖

鑒于以上情況，本文根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論推倒，從設(shè)計(jì)的角度分析了粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔問題的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并給出了相關(guān)建議。

1.2 粘接漲套的結(jié)構(gòu)和原理簡介

粘接漲套主要由切瓣和粘膠兩部分組成，各切瓣通過粘膠粘接在一起。其外圓為柱面，與工件的內(nèi)孔接觸；內(nèi)孔主要工作面為錐面，與車削、插齒和磨齒等夾具的本體錐面配合。

圖2 粘接漲套結(jié)構(gòu)圖

粘接漲套通常與拉桿作為一個(gè)裝配件整體使用。

工作過程中，拉桿帶動(dòng)漲套向下運(yùn)動(dòng)，在錐面的作用下，各個(gè)切瓣均勻徑向漲開，從而達(dá)到漲緊工件內(nèi)孔的目的。由于粘膠的存在，切瓣不會(huì)松散，且漲量較大。

2 原因分析

通過對(duì)問題現(xiàn)場的分析和對(duì)理論數(shù)據(jù)的探究，筆者認(rèn)為粘接漲套劃傷工件內(nèi)孔的原因主要有以下三個(gè)方面。

（1）粘接漲套切瓣的軸向棱邊劃傷工件內(nèi)孔

圖3 漲緊工件和軸向棱邊

如圖所示，當(dāng)工件沒有完全漲緊之前，粘接漲套和工件之間存在相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果粘接漲套的軸向邊緣的毛刺沒有清理干凈，那么就相當(dāng)于刀具的刃口，會(huì)在工件的內(nèi)孔留下切痕，也就是我們看到的劃痕。

圖4 工件內(nèi)孔被劃傷

圖5 劃傷原理分析圖

如圖所示，設(shè)切瓣外圓與側(cè)面的交匯點(diǎn)為M，粘膠頂點(diǎn)為N，直線AB與切瓣外圓在M點(diǎn)相切，切瓣數(shù)量為n，外圓半徑為r，切槽寬度為k，則：

結(jié)合式（1）和式（3）可知，當(dāng)切槽寬度k越小，切瓣半徑r越大時(shí)，圓心角MON越小，切瓣棱角MOC越大，漲套越不容易劃傷工件內(nèi)孔。

切瓣半徑r受工件內(nèi)孔尺寸限制，可供改動(dòng)的空間極小，所以影響切瓣棱角MOC的主要因素是切槽寬度r。理論上，切槽寬度r越小越好，但是考慮到粘膠填充空間的需求及粘接強(qiáng)度，切槽寬度r也不宜過小，通常在6mm、8mm兩個(gè)規(guī)格中選擇。

式（3）指出，切瓣棱角MOC的大小與切瓣數(shù)量n沒有關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用過程中，更多的切瓣數(shù)量意味著將填入更多的粘膠，整個(gè)漲套將擁有更大的漲量，因此切槽數(shù)量在允許的范圍內(nèi)可以適當(dāng)增多。但與此同時(shí)，更多的切瓣數(shù)量意味著更多的劃傷風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從這一角度來看，切槽數(shù)量越少越好。

綜合以上情況，切瓣數(shù)量應(yīng)該兼顧兩者，取均衡值為宜。目前，常用的切槽數(shù)量n一般在6、8、10中選擇。

（2）漲套外圓與工件內(nèi)孔的曲率半徑偏差造成內(nèi)孔劃傷。

圖6 曲率半徑偏差示意圖

如圖4所示，我們以外側(cè)整圓表示工件內(nèi)孔，內(nèi)側(cè)圖形表示漲套切瓣，由于漲套切瓣外圓的曲率半徑與工件內(nèi)孔曲率半徑無法保證完全相同，所以切瓣外圓與工件內(nèi)孔的實(shí)際配合情況有圖中所示的A、B、C三種情況。

A：漲套切瓣的曲率半徑大于工件內(nèi)孔的曲率半徑。工作過程中，實(shí)際是漲套切瓣的兩側(cè)棱邊與工件內(nèi)孔線（2條）接觸。由上文可知，切瓣兩側(cè)棱邊所在角為銳角，劃傷工件內(nèi)孔的風(fēng)險(xiǎn)較大。且漲套切瓣曲率半徑與工件內(nèi)孔曲率半徑的差值越大，接觸點(diǎn)越趨近于銳角棱邊中心，劃傷工件內(nèi)孔的風(fēng)險(xiǎn)越大。

B：漲套切瓣的曲率半徑小于工件內(nèi)孔的曲率半徑。工作過程中，實(shí)際是漲套切瓣的頂部與工件內(nèi)孔線（1條）接觸。此時(shí)，漲套切瓣與工件內(nèi)孔的有效接觸面積減少，但由于接觸區(qū)域光滑平緩，所以劃傷工件內(nèi)孔的風(fēng)險(xiǎn)較小。

C：漲套切瓣的曲率半徑等于工件內(nèi)孔的曲率半徑。這種情況屬于理想情況。在該種情況下，切瓣外圓與工件內(nèi)孔完全貼合，屬于面接觸，穩(wěn)定且較少劃傷工件內(nèi)孔的風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際應(yīng)用過程中，我們盡量向情況C靠攏，但由于制造公差的存在，很難保證完全符合相關(guān)要求。也就是說，實(shí)際生產(chǎn)過程中，大多數(shù)配合都屬于情況A和情況B。綜合以上對(duì)情況A和情況B的分析，從減少內(nèi)孔劃傷的角度看，情況B是更好的選擇。

因此，本文建議，在設(shè)計(jì)粘接漲套的過程中，應(yīng)保證漲套在漲開狀態(tài)下，切瓣的外圓曲率半徑小于或等于工件內(nèi)孔的曲率半徑。

而漲套漲套漲開時(shí)切瓣的曲率半徑，主要由切瓣前漲套環(huán)料的曲率半徑?jīng)Q定，所以粘接漲套的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在漲套外徑上標(biāo)明工件的內(nèi)孔尺寸，方便粘接漲套的加工人員在制作時(shí)對(duì)漲套外圓的曲率半徑與工件內(nèi)孔曲率半徑進(jìn)行比較。

（3）漲套自由端超出本體錐面造成內(nèi)孔劃傷

圖7 漲套自由端伸出長度示意圖

如圖所示，漲套1與本體2通過錐面配合進(jìn)行工作。K為本體上的錐面，T為本體上與錐面K相鄰的圓柱面，M點(diǎn)為二者的交線。

本體上的錐面K由于精度要求較高，一般為磨削形成；而圓柱面T表面精度要求一般，通常為車削形成。由于兩相鄰表面的加工狀態(tài)不一樣，所以其交線M上容易形成肉眼難見但指甲可以感受到的毛刺。

目前所使用的漲套，由于其長度的不同，與本體錐面配合的情況有三種，如上圖所示，分別為：配合D、配合E和配合F。

D：在該配合中，粘接漲套的自由端（下端）超過錐面上的M線，即伸長到M線以下，M線上的微觀毛刺會(huì)局部頂起漲套，損失掉粘接漲套的部分精度，進(jìn)而對(duì)工件內(nèi)孔造成劃傷或其它影響。同時(shí)也會(huì)加劇粘接漲套內(nèi)錐面的磨損。

E：該種情況下，粘接漲套的自由端在M線以上，與本體錐面的整個(gè)配合都屬于單一工況表面配合，精度較高。

F：部分工藝人員喜歡采用該種配合對(duì)粘接漲套進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)榭瓷先スふ煽?。事?shí)上，由于M線上的翻邊毛刺具有一定的區(qū)域性，該種情況造成的影響與情況D本質(zhì)上是一樣的，只是程度輕重的差別而已。

圖8 K線毛刺影響示意圖

綜上，本文建議，粘接漲套的自由端應(yīng)該在M線以上，且保持0.5mm以上的間距為宜。

3 解決方案

3.1 棱邊倒圓角減少工件內(nèi)孔劃傷

由前文分析可知，切瓣兩側(cè)的銳角外棱邊是劃傷工件內(nèi)孔的罪魁禍?zhǔn)字弧榱私鉀Q該問題，筆者在實(shí)際生產(chǎn)中為相關(guān)粘接漲套的外棱邊處加上了倒圓角，經(jīng)過驗(yàn)證，效果良好。因此，建議同行業(yè)設(shè)計(jì)人員在后續(xù)設(shè)計(jì)粘接漲套的過程中，為其外棱邊添加適當(dāng)?shù)膱A角，以緩解其對(duì)內(nèi)孔可能造成的劃傷。

圖9 棱邊倒圓角

此外，粘接漲套的切槽寬度不宜過寬，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的長期經(jīng)驗(yàn)，6mm是比較適宜的切槽寬度。個(gè)別外徑很大（超過Φ135mm）的零件，建議切槽寬度選取8mm。

3.2 選擇稍小于工件內(nèi)孔直徑的切槽環(huán)料加工粘接漲套

據(jù)相關(guān)粘接漲套制造廠家介紹，粘接漲套的制造流程通常為：將毛坯車削為預(yù)定尺寸的環(huán)料——切瓣——粘接——研磨漲套外圓。

在此過程中，車削后的環(huán)料外圓尺寸將對(duì)粘接漲套成品與工件內(nèi)孔的接觸方式產(chǎn)生直接影響（如上文原因分析（2）所述）。因此，建議粘接漲套設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)給出工件內(nèi)孔的實(shí)際尺寸，粘接漲套制作廠家在車削環(huán)料外圓時(shí)，應(yīng)將環(huán)料外圓尺寸車削至工件內(nèi)孔尺寸下差以下，以避免漲套被漲開后，兩側(cè)棱邊與工件內(nèi)孔線接觸。

3.3 嚴(yán)格控制粘接漲套長度，不讓其自由端超過K線

鑒于目前使用的車削、插齒、磨齒等夾具本體K線處的毛刺無法保證完全去除干凈，所以建議在設(shè)計(jì)粘接漲套時(shí)，拉緊狀態(tài)下粘接漲套的自由端不要超過本體上的K線，從而盡量減少K線處毛刺可能對(duì)粘接漲套造成的影響。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

粘接漲套的制作水平直接影響到了其在實(shí)際加工中的使用，也直接影響到了其所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。但實(shí)際上，設(shè)計(jì)中所需要注意的細(xì)節(jié)和考慮的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，才是影響其性能的第一步階梯。因此，在設(shè)計(jì)粘接漲套的過程中，我們一定要求精求細(xì)，理論聯(lián)系實(shí)際，消除可能造成影響的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而讓夾具制造廠家生產(chǎn)出更便捷有效的夾具，也讓我們自己的產(chǎn)品質(zhì)量，更上一層樓！

[1] 沈鴻等.機(jī)械工程手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版,1982.12.

[2] 田培棠等.齒輪刀具設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)[M].國防工業(yè)出版社出版, 2011.1.

Research on the problem of inner hole of workpiece with adhesive sleeve

Ke Changquan, Gao Junjun

( Shaanxi fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710117 )

With the continuous development of the quick change and quick inspection project, the application of the adhesive sleeve is more and more in our company. But in the actual production process, the problem of scratching the inner hole of the workpiece by the adhesive sleeve often occurs. From the point of view of design, this paper analyzes the possible causes of scratching the inner hole of workpiece by sticking the expanding sleeve, and gives the corresponding solutions, hoping to reduce the occurrence of scratching the inner hole of workpiece by sticking the expanding sleeve.

Adhesive sleeve;Internal hole scratching;Radius of curvature;Skin needling

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1671-7988(2018)18-239-04

TG721

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1671-7988(2018)18-239-04

CLC NO.: TG721

柯昌全，就職于陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.083