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摘 要：对于工装夹具设计而言，材料的选择与其热处理是两大关键内容，如果处理不当，将会引发各种不良问题。所以，本文将针工装夹具设计之中材料与其热处理相关问题展开分析和探讨，以期延长夹具的使用寿命，创造更大的经济效益。
关键词：工装夹具设计；材料；热处理
1.前言
在工装夹具设计环节，如果不能很好地解决材料与其热处理问题，则会对产品质量造成十分不利的影响。在解决相关问题的过程中，应走出材料与其热处理这一范围的局限，还应考虑是否可以从改进工装夹具结构这一角度入手。
2.材料与其热处理选择不当出现的问题解决方案
2.1.夹具体刚性问题的处理办法
在夹具设计过程中，常常会遇到夹具体刚性不足的问题，进而导致夹具体变形，给加工精度带来不良的影响。处理办法：通常情况下，在设计及制作夹具体的过程中，建议选用铸造件结构，特别是那些相对较大型夹具体通常采用整体铸造这种形式以保证夹具具有足够的精密度。对于那些采用了铸造件的夹具体，对其进行加工之前，应予以必要的退火处理，又或者是人工时效处理；对于采用接件夹具体， 对其进行加工之前，应予以必要的退火处理，从而达到消除残余内应力的效果，避免夹具体在使用的过程中发生内应力释放的问题，从而防止夹具变形，控制定位精度误差在合理的范围之内，保证产品合格[1]。
2.2.形状独特或者厚薄相差非常大的零件处理方法
在热处理环节，受该类零件外形的影响，往往容易发生冷却速度不同步的问题，进而导致裂纹的生成。以图1所示的零件为例[2]，如果采用碳素工具钢这种材料制造而成（在设计环节应予以重点避免），那么在淬火处理时，容易出现裂纹，严重时整圈都会断裂。处理办法：一、用圆角替代尖角，从而缓解甚至消除淬火环节的应力集中问题，另外，最好增加合理的厚度；二、优化处理程序，先进行热处理，再进行机械加工；三、选择性能优异的材料，如CrWMn等；四、对那些容易出现裂纹的区域不予以淬硬处理。
2.3.衬套内孔应有较高的硬度压套部件的处理方法
如图2所示。如果L（指的是零件的位置尺寸）对其公差δ有着较高要求时，考虑到主体安装孔通常需要接受热处理后才能做后续加工，所以，该处的硬度应被控制在后续可加工的水平，如用坐标镗床加工。如果主体其余各处对硬度提出了较高的要求，那么建议采用渗碳钢予以制造，与此同时，对相关局部也予以渗碳处理。特殊情形下，如主体均为高硬度材质，那么衬套外圆则需要适当降低自身硬度，防止在压套过程中发生“硬碰硬”的问题，建议衬套选用渗碳钢这种材料，并对其内孔相关部位予以渗碳处理以满足一定的硬度要求，而外圆则无需相关处理，保持相对较低硬度即可。
2.4.极易磨损或者大面积的渗碳表面的处理方法
对于极易磨损的渗碳表面，在进行相关返修处理时容易把渗碳层磨掉，再加上由渗碳表面到内部，硬度呈逐渐下降趋势，如此一来，便会大幅缩短工装夹具的使用寿命。处理方法：对那些磨损相当严重的表面，建议应用组合式结构予以处理，如在这些部位镶嵌由较高硬度材质（如碳素工具钢等）制作而成的零件，其磨损后也宜于更换且节省材料。
对于大面积的渗碳表面而言，受淬火处理的影响，具有较大的变形性，所以，在制造环节往往需要将变形量磨掉，与此同时，两端渗碳层也就无法幸免，给其使用性造成了不利的影响。处理方法：一、控制渗碳表面积的大小，同时采用断续表面，如此一来，能够在一定程度上减少变形量，进而避免渗碳层的磨损；二、主体零件应避免选用渗碳材料制作，建议在其表面镶嵌由高硬度材料制成的零件，即应用组合式结构。
2.5.大型平板型底座的处理方法
如图3（a）所示[3]。若上下平面对平面度有着较高要求，或者是对相互间的平行度有着较高要求，则一般需要采用刮削加工予以保证。如果应用以45钢为代表的一类钢料，那么刮削处理将会相当有难度，一是易发生自然变形，二是精度难以有效保证。处理方法：制作大型平板底座时，建议采用铸件，此时应注意做好其结构形状的有效控制和调整，如图3（b）所示。需要指出的是，铸件在刚性方面是否达标，是由其截面形式科学与否来决定的，换而言之，应对加强筋进行科学布置，而非仅做壁厚的增加。对于属于工装夹具的铸件而言，其壁厚一般需要被控制在12～16mm之间。
2.6.厚度不匀、带有直角面的大型定位件的处理
如图4（a）所示的大型V型块[4]，若选用碳素工具钢这种材料予以制造，那么在淬火环节往往会出现裂纹。处理方法：一、用圆角过渡来替代直角过渡，见图4（b）；二、采用组合式结构，见图4（c），即在定位面之上镶嵌以高硬度材料制作而成的垫片，那么在制作主体部分时允许不选用高硬度材料；三、若V型槽所承受的实际夹紧力不算太大，那么建议选用渗碳钢这种材料，这样做能够大幅降低淬火开裂的发生几率。
2.7.要求配钻的销子孔零件处理
对于该类零件，在设计环节如果没有把握好配钻方向、材料硬度这二者之间的关系，将会导致无法配钻孔这一问题的发生。如图5所示，对两个独立零件进行配钻，且配钻方向按照由上至下进行，对下部底板配钻部位的制作材料进行选择时，应注意对硬度的控制，避免过高，如若不然，配钻操作可能无法完成。假若底板其余各处对硬度要求较高，建议用渗碳钢对相关局部予以渗碳处理，从而满足设计要求。
3.结束语
对工装夹具进行设计时，通常需要面对各种材料与其热处理问题，此时，应按照“具体问题具体分析”的原则，找出问题的症结所在，并采取针对性的措施予以解决。只有如此，才能保证工装夹具符合设计标准及使用要求。
参考文献：
[1]张伟.浅论机床夹具的类型和加工特点[J].中国新技术新产品.2011（14）.
[2]廖永胜.数控车床批量加工带孔零件方法的探讨[J].轻工科技.2013（06）.
[3]葛菊英，姚建方.薄壁易变形零件的夹具设计与改进[J]. 机械工程师. 2010（12）.
[4]陆东明.拨叉工艺夹具的改进[J].金属加工（冷加工）.2010（24）.
关键词：工装夹具设计；材料；热处理
1.前言
在工装夹具设计环节，如果不能很好地解决材料与其热处理问题，则会对产品质量造成十分不利的影响。在解决相关问题的过程中，应走出材料与其热处理这一范围的局限，还应考虑是否可以从改进工装夹具结构这一角度入手。
2.材料与其热处理选择不当出现的问题解决方案
2.1.夹具体刚性问题的处理办法
在夹具设计过程中，常常会遇到夹具体刚性不足的问题，进而导致夹具体变形，给加工精度带来不良的影响。处理办法：通常情况下，在设计及制作夹具体的过程中，建议选用铸造件结构，特别是那些相对较大型夹具体通常采用整体铸造这种形式以保证夹具具有足够的精密度。对于那些采用了铸造件的夹具体，对其进行加工之前，应予以必要的退火处理，又或者是人工时效处理；对于采用接件夹具体， 对其进行加工之前，应予以必要的退火处理，从而达到消除残余内应力的效果，避免夹具体在使用的过程中发生内应力释放的问题，从而防止夹具变形，控制定位精度误差在合理的范围之内，保证产品合格[1]。
2.2.形状独特或者厚薄相差非常大的零件处理方法
在热处理环节，受该类零件外形的影响，往往容易发生冷却速度不同步的问题，进而导致裂纹的生成。以图1所示的零件为例[2]，如果采用碳素工具钢这种材料制造而成（在设计环节应予以重点避免），那么在淬火处理时，容易出现裂纹，严重时整圈都会断裂。处理办法：一、用圆角替代尖角，从而缓解甚至消除淬火环节的应力集中问题，另外，最好增加合理的厚度；二、优化处理程序，先进行热处理，再进行机械加工；三、选择性能优异的材料，如CrWMn等；四、对那些容易出现裂纹的区域不予以淬硬处理。
2.3.衬套内孔应有较高的硬度压套部件的处理方法
如图2所示。如果L（指的是零件的位置尺寸）对其公差δ有着较高要求时，考虑到主体安装孔通常需要接受热处理后才能做后续加工，所以，该处的硬度应被控制在后续可加工的水平，如用坐标镗床加工。如果主体其余各处对硬度提出了较高的要求，那么建议采用渗碳钢予以制造，与此同时，对相关局部也予以渗碳处理。特殊情形下，如主体均为高硬度材质，那么衬套外圆则需要适当降低自身硬度，防止在压套过程中发生“硬碰硬”的问题，建议衬套选用渗碳钢这种材料，并对其内孔相关部位予以渗碳处理以满足一定的硬度要求，而外圆则无需相关处理，保持相对较低硬度即可。
2.4.极易磨损或者大面积的渗碳表面的处理方法
对于极易磨损的渗碳表面，在进行相关返修处理时容易把渗碳层磨掉，再加上由渗碳表面到内部，硬度呈逐渐下降趋势，如此一来，便会大幅缩短工装夹具的使用寿命。处理方法：对那些磨损相当严重的表面，建议应用组合式结构予以处理，如在这些部位镶嵌由较高硬度材质（如碳素工具钢等）制作而成的零件，其磨损后也宜于更换且节省材料。
对于大面积的渗碳表面而言，受淬火处理的影响，具有较大的变形性，所以，在制造环节往往需要将变形量磨掉，与此同时，两端渗碳层也就无法幸免，给其使用性造成了不利的影响。处理方法：一、控制渗碳表面积的大小，同时采用断续表面，如此一来，能够在一定程度上减少变形量，进而避免渗碳层的磨损；二、主体零件应避免选用渗碳材料制作，建议在其表面镶嵌由高硬度材料制成的零件，即应用组合式结构。
2.5.大型平板型底座的处理方法
如图3（a）所示[3]。若上下平面对平面度有着较高要求，或者是对相互间的平行度有着较高要求，则一般需要采用刮削加工予以保证。如果应用以45钢为代表的一类钢料，那么刮削处理将会相当有难度，一是易发生自然变形，二是精度难以有效保证。处理方法：制作大型平板底座时，建议采用铸件，此时应注意做好其结构形状的有效控制和调整，如图3（b）所示。需要指出的是，铸件在刚性方面是否达标，是由其截面形式科学与否来决定的，换而言之，应对加强筋进行科学布置，而非仅做壁厚的增加。对于属于工装夹具的铸件而言，其壁厚一般需要被控制在12～16mm之间。
2.6.厚度不匀、带有直角面的大型定位件的处理
如图4（a）所示的大型V型块[4]，若选用碳素工具钢这种材料予以制造，那么在淬火环节往往会出现裂纹。处理方法：一、用圆角过渡来替代直角过渡，见图4（b）；二、采用组合式结构，见图4（c），即在定位面之上镶嵌以高硬度材料制作而成的垫片，那么在制作主体部分时允许不选用高硬度材料；三、若V型槽所承受的实际夹紧力不算太大，那么建议选用渗碳钢这种材料，这样做能够大幅降低淬火开裂的发生几率。
2.7.要求配钻的销子孔零件处理
对于该类零件，在设计环节如果没有把握好配钻方向、材料硬度这二者之间的关系，将会导致无法配钻孔这一问题的发生。如图5所示，对两个独立零件进行配钻，且配钻方向按照由上至下进行，对下部底板配钻部位的制作材料进行选择时，应注意对硬度的控制，避免过高，如若不然，配钻操作可能无法完成。假若底板其余各处对硬度要求较高，建议用渗碳钢对相关局部予以渗碳处理，从而满足设计要求。
3.结束语
对工装夹具进行设计时，通常需要面对各种材料与其热处理问题，此时，应按照“具体问题具体分析”的原则，找出问题的症结所在，并采取针对性的措施予以解决。只有如此，才能保证工装夹具符合设计标准及使用要求。
参考文献：
[1]张伟.浅论机床夹具的类型和加工特点[J].中国新技术新产品.2011（14）.
[2]廖永胜.数控车床批量加工带孔零件方法的探讨[J].轻工科技.2013（06）.
[3]葛菊英，姚建方.薄壁易变形零件的夹具设计与改进[J]. 机械工程师. 2010（12）.
[4]陆东明.拨叉工艺夹具的改进[J].金属加工（冷加工）.2010（24）.