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编者按

弹射座椅被誉为蓝天上的“生命之舟”，其中动力机构为弹射座椅提供动力，撞针位于动力机构的击发部位，是弹射座椅中实现顺利弹射的重要零件。针对因其结构特征，导致采用传统方法加工剪切销孔，尺寸精度无法保证，影响产品按时交付的问题，设计了剪切销孔的镗孔夹具，有效地解决了问题。

1序言

在对叉形零件的叉头有垂直度要求的孔或槽加工时，往往需要拼装夹具，目前现有的拼装夹具，结构简单的无法保证工件的精度要求，结构复杂的虽精度比简单的更高，但是装夹比较繁琐，极其不方便。

2撞针的结构特点及工艺分析

（1）撞针的结构特点各型号弹射座椅中均含有不同型号的撞针，这些撞针功能相同、外形结构相近。

以某型号的撞针为例进行介绍，如图1所示，撞针为回转类零件，一端呈圆柱形，另一端有两个呈叉形结构的圆柱形击针，零件中部有一个剪切销孔。

图1撞针

（2）工艺性分析由图1可以看出，撞针一端为的圆柱形，另一端有两个径向对称的击针，零件中部为一个φ1.1mm的剪切销孔，剪切销孔相对A基准的对称度公差为0.1mm，相对B基准的垂直度公差为0.1mm。剪切销孔孔深15mm，孔径比为13.6（L/D＝15mm/1.1mm＝13.6），属于典型的深小孔加工。

3剪切销孔加工中存在的问题

（1）剪切销孔相对A基准对称度的偏差在车削击针时，两击针相对于φ15mm圆柱对称度会产生偏差，在镗削剪切销孔时因夹持击针而造成相对A基准的对称度偏差不可避免。

（2）剪切销孔相对B基准垂直度的偏差剪切销孔相对B基准垂直度是指在以圆柱击针构成的平面为基准，剪切销孔实际轴线必须位于直径公差值φ0.1mm且垂直于B基准平面的圆柱内。在夹持击针镗剪切销孔时，两击针直径尺寸差异在定位时产生角度偏差，镗孔时产生垂直度偏差。

4撞针剪切销孔镗孔夹具结构分析与工作原理

4.1撞针剪切销孔镗孔夹具（以下简称夹具）设计要点

1）两击针与剪切销孔方向定位。

2）剪切销孔相对零件外圆径向定位以及零件的轴向定位。

3）夹具具有通用性。

通过对传统夹具结构进行分析，确定了新的夹具模型，如图2所示。

图2夹具模型

4.2夹具结构方案

夹具由夹具主体、滑块体、滑块、弹簧、压紧螺杆、紧固螺钉和保护垫块等组成（见图3），工作过程中将夹具主体固定于机床工作台，主体中设有90°异形多边通槽定位撞针，其中90°异形多边通槽的V形结构可以装夹多种外圆直径的撞针，可实现夹具的通用性；垂直方向设有方形通槽安装滑块体，滑块体中有T形槽，T形槽底端设有弹簧安装孔和紧固螺钉孔，滑块置于滑块体的T形槽中，通过弹簧受力，滑块在滑块体方槽中滑动，可实现击针方向定位；撞针击针部分与滑块中工型面接触受力，手动给滑块体一个预紧力使撞针与滑块紧密接触，通过紧固螺钉固定滑块体，旋转压紧螺杆固定撞针，压紧过程中撞针击针由于弹簧力的相互作用自动调节方向，以精准控制击针方向，滑块体侧面定位撞针轴向位置，90°异形多边通槽定位撞针径向位置。

图3夹具结构

1—紧固螺钉2—弹簧3—压紧螺杆4—保护垫块5—夹具主体6—滑块7—滑块体

4.3夹具工作过程

将夹具主体固定于机床工作台面，使夹具主体平行或垂直于工作台面，如图4所示。

图4使用夹具加工撞针

将滑块放置于滑块体上T形槽内，依次放入弹簧、紧固螺钉，通过紧固螺钉调节弹簧使滑块在滑块体内产生一定的预紧力，然后将滑块体放入夹具主体的方槽内；将撞针放置于夹具主体90°异形多边通槽内，使两击针与滑块接触，撞针端面与滑块体接触，旋转压紧螺杆使撞针产生预紧力；移动滑块体通过弹簧使滑块与两击针产生预紧力，旋紧紧固螺钉固定滑块体，松开压紧螺杆重新固定撞针，压紧过程中两击针受弹簧力的平衡作用，使两击针与滑块接触，完成撞针方向与位置的定位。

4.4夹具工作原理

夹具的设计遵循六点定位原理，即要完全确定零件在夹具的位置，必须考虑零件在夹具中6个自由度的限制[1]。夹具主体90°异形多边槽块限制撞针的两个旋转和两个移动，滑块限制撞针沿90°异形多边通槽块方向移动，弹簧弹力推动滑块，滑块受力与两击针接触产生力差，撞针沿轴向旋转，直至两击针完全与滑块贴合，实现两击针方向定位。滑块定位属于浮动定位，避免零件过定位。零件在夹具内限制撞针的6个自由度，属于完全定位。

4.5夹具的设计

1）夹具主体的设计如图5所示。夹具主体采用优质合金钢30CrMnSiA制作，夹具设计要点体现在夹具功能性的实现，90°异形多边通槽与外形的平行度与垂直度均≤0.02mm。

图5夹具主体设计

2）滑块体的设计如图6所示。滑块体的外形与夹具主体方槽配合，T形通槽与滑块配合，保证相应的平行度与垂直度。

图6滑块体设计

3）滑块的设计如图7所示。滑块安装在滑块体内，要实现滑块的灵活滑动，表面粗糙度值Ra需为0.4μm。

图7滑块设计

5夹具主要部件的制造工艺

夹具采用优质合金刚30CrMnSiA制作，加工工艺如下。

1）普通铣削铣成大小适合的毛坯，留精加工余量。

2）热处理：采用℃淬火（油），℃回火（水或油），硬度38～42HRC[2]。

3）磨削相对面平行度和相邻面垂直度≤0.02mm。

4）慢走丝制90°异形多边通槽，T形通槽。

5）钳工制2×M6螺纹孔，去毛刺。

6夹具、撞针制造偏差对加工精度的影响

（1）滑块体与滑块之间配合间隙对零件定位精度的影响滑块体槽尺寸为，长度8mm，工型滑块尺寸，有效配合长度8mm，配合最大间隙0.02mm。如图8所示。

图8滑块体与滑块之间配合间隙对零件定位精度的影响

（2）撞针制造偏差对零件定位精度的影响撞针击针的直径最大偏差为0.05mm，则两击针相对垂直度定位偏差在8mm长度最大为0.05mm/2＝0.mm[3]。以两击针作为方向基准定位，则在圆柱面最大偏差为：（7.5＋1.25）/8×0.＝0.（mm），垂直度最大偏差φ0.mm，如图9所示。

图9撞针制造偏差对零件定位精度的影响

综上所述，夹具、撞针制造偏差对加工精度的影响：当零件击针加工到极限尺寸，且夹具中滑块体与滑块配合间隙最大时，撞针剪切销孔垂直度最大偏差为0.02＋0.＝0.（mm），即φ0.mm，满足撞针加工要求。

7使用效果

通过使用夹具，在实际生产中取得成效如下。

（1）大幅提高零件质量测量对称度，偏差值在0.03mm以内，解决了零件对称度超差的问题；测量垂直度，偏差值在φ0.06mm以内，解决了零件垂直度超差的问题。

（2）夹具的通用性由于采用了90°异形多边通槽设计，滑块体可以进行位置调节，使夹具具有了通用性，可以加工多种直径的撞针。

8结束语

本文介绍了撞针中剪切销孔的镗孔夹具的设计制造过程，重点分析了夹具结构与工作原理，阐述了夹具主要部件的制造工艺。该夹具经生产实践验证，设计合理，使用方便，完全满足了撞针的工艺技术要求，大幅提高了撞针剪切销孔镗削质量，取得了很好的效果。

参考文献：

[1]吴冬祖.工件自由度判断的几何定理及应用[D].太原：太原科技大学，[-12-16].

[2]李杰.海洋工程用高强钢的设计制备和热处理工艺研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，[-05-16].

[3]张荣宁.飞机机身壁板件多工位装配偏差分析与建模[D].南京：南京航空航天大学，[-02-16].

本文发表于《金属加工（冷加工）》年第4期43~46页，作者：航空工业航宇救生装备有限公司陈永峰、胡炜、李向阳、姚远，原标题：《撞针中剪切销孔的镗孔夹具设计》。