CN103878404A

CN103878404A - 膨胀卡盘

Info

Publication number: CN103878404A
Application number: CN201310659533.6A
Authority: CN
Inventors: J·K·赫鲁德; R·弗罗塔德索萨菲约
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: DE102013113895A1; US20140175760A1; CN103878404B; DE102013113895B4; KR20140080436A; US9289831B2

Abstract

本发明涉及一种液压式膨胀卡盘，该膨胀卡盘具有一个基体；具有一个膨胀衬套，该膨胀衬套被接收在该基体中并且限定了一个接收空间以用于有待被卡紧的工具；并且具有一个压力室，该压力室被界定在该膨胀衬套与该基体之间，提供了至少一个焊接区域，在该焊接区域中该膨胀衬套被焊接到基体上，其中，在该压力室与该焊接区域之间提供了一种密封，这种密封是通过该膨胀衬套在基体上的一种至少实质上不漏流体的支承接触而形成的。

Description

膨胀卡盘

技术领域

本发明涉及一种液压式膨胀卡盘。

液压式膨胀卡盘通常具有：一个基体；一个膨胀衬套，该膨胀衬套被接收在该基体中并且限定一个接收空间以用于有待被卡紧的工具；以及一个压力室，该压力室被界定在该膨胀被套与基体之间，提供了至少一个焊接区域，在该焊接区域中该膨胀衬套被焊接到该基体上。

有待被卡紧的工具的柄可以插入这种膨胀卡盘的接收空间中。然后使压力室处于压力下，该膨胀衬套被加载而抵靠该工具的柄。于是该工具的柄通过摩擦方式而保持在该接收空间中。

当被接收在该膨胀卡盘中的工具被用于粗加工工作时，在该膨胀卡盘与该工具之间必须传输高的扭矩。因为可以传输高的扭矩，该压力室被高压力所加载。这在该焊接区域上产生了高的应力，通过这种高的应力，该膨胀衬套被牢固地连接到该基体上。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨胀卡盘，该膨胀卡盘的突出之处为高的承载能力并且具有拥有高疲劳强度的焊接区域。

为实现这一目的，本发明提供了一种膨胀卡盘，该膨胀卡盘具有一个基体以及一个膨胀衬套，该膨胀衬套被接收在该基体中并且限定了一个接收空间以用于有待卡紧的工具。此外提供了一个压力室，该压力室被界定在该膨胀衬套与基体之间。为了连接该膨胀衬套与该基体，提供了至少一个焊接区域，在该焊接区域中该膨胀衬套被焊接到该基体上。在该压力室与该焊接区域之间提供了一种密封，这种密封是通过该膨胀衬套在该基体上的一种至少实质上不漏流体的支承接触而形成的。这种密封确保了为卡紧工具的目的而在该压力室中产生的压力不是直接呈现在该焊接区域处。这样防止了试图将两个彼此被焊接的表面挤开。这种负荷将垂直于焊接材料所在的平面起作用并且因此将在该焊接区域的承载能力相对低的方向上起作用。尤其是在存在大量的负荷交替的情况下，例如在铣削过程中由于振动而产生（将导致压力室中的压力波动），存在着焊接结合点随着时间的推移而被损坏的危险。根据本发明，由于这种密封，防止了在焊接区域上的这种负荷，因此导致了使用寿命以及膨胀衬套与基体之间的焊接结合点的承载能力的明显增加。在这种情况下，不需要任何弹性密封件或者其他易受磨损的额外部件；根据本发明的密封可以是仅通过基体的表面与该膨胀衬套的表面的适当的交互作用形成的。

根据对本发明的一种改进，所提供的是该密封是通过该膨胀衬套与该基体之间的压力配合而形成的。这种压力配合能以低成本实现。这确保了该膨胀衬套与基体之间的永久预应力，从而该焊接区域不再暴露于使该压力室处于压力下的液压流体中。使用压力配合所产生的另一个优点是，一旦在该膨胀衬套的安装过程中已经对该膨胀衬套相对于该基体的位置进行正确地设置，则这个位置被准确地保持，甚至在未焊接的状态下也是如此。因此在焊接过程中该膨胀衬套相对于基体被保持在其位置中，而不必为此目的进行分开的固定。

根据本发明的一个优选的实施例，所提供的是该压力配合是通过直径不同于位于其旁边的焊接区域的直径的一个压力部分而形成的。这样确保了用于该压力配合所必需的应力被集中在该压力区域上并且不会侵犯位于其旁边的焊接区域。此外，由于这种直径差异，可以对存在于该膨胀衬套与基体之间的焊接区域中并且导致最佳焊接结合点的这个空隙进行高精度的设定。

在此情况下，优选提供的是，该压力部分是通过该膨胀衬套的一个在直径上加厚的部分形成的，并且该焊接区域位于该部分的一侧并且压力室位于该部分的另一侧上。这种构形就生产而言具有多种优点，这是因为位于该基体内部并且其中插入了该膨胀衬套的这个接收器在压力配合区域和焊接区域中可以制作成具有恒定直径，同时该膨胀衬套的加厚部分可以通过车床车削以低成本来生产。

根据本发明的一个优选的改进，所提供的是，该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分相对于位于其旁边的焊接区域在轴向上伸出。该支承区域在此具有双重功能：一方面，该支承区域形成了防止位于该支承部分之后的焊接区域直接暴露于液压流体中的密封。另一方面，该支承部分确保了在该焊接区域中形成在该膨胀衬套与基体之间的准确限定的空隙。

优选提供的是，该支承部分是在该膨胀衬套上形成的。这就总体生产成本而言也是有利的，因为该膨胀衬套的有待被机加工的这些不同表面与位于该膨胀衬套接收器内部的膨胀卡盘基体中的这些表面相比是更易于接近的。

根据本发明的一种改进，所提供的是该支承部分在垂直于该接收空间的中轴线而定向的一个平面中延伸。在这种改进中，该支承部分起到了该膨胀衬套的轴向有效止挡件的作用，通过这种止挡件，可以确保该膨胀衬套在基体中在接收器内的正确定位。

根据本发明的一个进一步的改进，所提供的是该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分被安排在该基体上并且接合到在该膨胀衬套上提供的一个凹槽中，从而使得所述支承部分相对于该焊接区域在轴向方向上是偏离的。在这种改进中，该支承部分以类似于迷宫式密封的方式起作用，并且在这种情况下，可以改善这种密封隔断作用，因为该支承部分以特定的压力接合在基体中的凹槽中。

优选提供的是，该膨胀衬套具有在其位于该基体内部的末端处的一个压力部分以及在其位于外部的末端处的一个支承部分。在这种改进中，可以将该膨胀衬套推入该基体中的接收器之中，所述接收器先前已经装备有多个焊接环。该支承部分在此情况下起到了在轴向方向上定位该膨胀衬套的作用，同时该压力部分确保了该膨胀衬套在焊接过程中不会移出在初步安装过程中所设定的位置。

根据本发明的一种改进，所提供的是该膨胀衬套配备有螺纹，通过该螺纹所述膨胀衬套被拧接到基体中，并且由此该焊接区域延伸进入该螺纹中。该螺纹在该膨胀衬套与基体之间构成了一种额外的机械连接，由此获得了该膨胀卡盘的更高径向刚度。尤其在与基体内部的在基体与膨胀衬套之间的压力配合进行组合时，工具在该膨胀卡盘中的卡紧总体上变得是尤其刚性。

附图说明

以下通过附图中展示的不同实施例来对本发明进行说明，在附图中：

图1a以侧视图示出了一个膨胀卡盘；

图1b以正视图示出了该膨胀卡盘；

图1c以剖视图示出了该膨胀卡盘；

图2示出了根据本发明的一个第一实施例穿过一个膨胀卡盘的配备有该膨胀衬套的这个部分的截面；

图3示出了根据本发明的一个第二实施例穿过一个膨胀卡盘的配备有该膨胀衬套的这个部分的截面；并且

图4示出了根据本发明的一个第三实施例穿过一个膨胀卡盘的配备有该膨胀衬套的这个部分的截面。

具体实施方式

图1a至图1c示出了一个膨胀卡盘10，该膨胀卡盘具有一个机床侧末端12以及一个工具接收器侧末端14。该膨胀卡盘10具有一个由金属构成的基体16以及一个同样由金属构成的膨胀衬套18。在该膨胀衬套18内部形成了一个接收空间20，该接收空间在该膨胀卡盘的工具接收器侧的端面上出现。在该膨胀衬套18的外表面与该基体16中的一个接收器22的内表面之间（该膨胀衬套18被插入该接收器之中）形成了一个压力室24。这个压力室可以通过多个管道（未示出）被供以液压流体，从而在压力室24中积聚高的压力。这种压力的结果是，该膨胀衬套18部分地被弹性地向内加载，从而可以牢固地卡紧被安排于该接收空间20中的工具。

然后参见图2，解释了本发明的第一实施例。该膨胀衬套18在其内部末端处、也就是说在背离该膨胀卡盘的工具接收器侧末端14的一侧上通过一个焊接区域30而连接到基体16上。该焊接区域30是由该膨胀衬套18的外表面与基体16中的接收器22的壁之间的圆柱形空隙形成的。这个空隙被填充有焊接材料，该焊接材料来自于在将该膨胀衬套18安装在基体16中的过程中被插入该接收器22中的一个焊接环32。

在该焊接区域30与压力室24之间提供了一种密封34，这种密封是通过该膨胀衬套18与基体16之间的压力配合而形成的。为此目的，该膨胀衬套18配备有一个压力部分36，在该焊接区域30的范围中，该压力部分的外径略大于该膨胀衬套18的外径。该接收器22的、被指派给该压力部分36的内径被选择为使得在该膨胀衬套18被推入该基体16中的接收器22中时获得所希望的压力配合。

这种压力配合一方面确保了对该压力室24进行加装的液压流体不会直接作用于该焊接区域30，尤其是不会存在于该焊接区域30的面向该压力室24的一侧上。这样防止了该液压流体直接作用于该焊接区域30并且防止了试图将这两个彼此被焊接的表面挤开。此外，该压力部分36以与一个稳定安装件相同的方式起作用，通过该压力部分，该膨胀衬套18的内部末端在径向方向上以高度稳定的方式被支撑在该基体16中。

该膨胀衬套在外侧上配备有一个加厚的凸缘40，该凸缘同样被焊接到该基体16上。该焊接区域在此是由两个偏离的区域构成，确切地说是一个径向定向的焊接区域41和一个圆柱形焊接区域42，该径向定向的焊接区域被安排在该膨胀衬套18的凸缘40的指向内的端面与该基体16之间，而该圆柱形焊接区域被提供在该凸缘40的外周与基体16之间。在安装过程中在这两个焊接区域41、42之间安排了一个焊接环44。

在该膨胀衬套18的外侧上还存在着在该焊接区域41、42与该压力室24之间的一种密封46。这种密封46在此是通过该膨胀衬套的凸缘40的指向内的端面上的一个伸出的支承部分48形成的，如从外部看到的，这个支承部分相对于该膨胀衬套18的凸缘40上的、作为该焊接区域41的一部分的这个表面而在轴向方向上伸出。该支承部分48在此情况下对于该膨胀衬套18而言形成了一个轴向止挡件，该止挡件限定了该膨胀衬套18可以在该基体16中的该接收器22中被推入多远。

在安装该膨胀卡盘10的过程中，该膨胀衬套18与这些焊接区域32、44一起被推入该基体16中。在最后的推入阶段，该压力部分36被推入在该基体16中指派给其的接收部分之中。由于对该压力部分36以及所指派的接收部分进行尺寸确定，建立了所希望的压力配合。该膨胀衬套18可以被推入到直至该支承部分48密封地支承在基体16中的接收器22中被指派给其的这个壁上。所产生的接触力可能受到该膨胀衬套18被推入该基体16中有多牢固所影响；形成该密封34的这种压力配合在该支承部分48的区域中维持着支承力，甚至在外部的压入力不再起作用时也是如此。

随后将基体16以及该膨胀衬套18加热而使得这两个部分被彼此焊接。在此情况下，可以使用温度/时间曲线，通过该曲线该膨胀卡盘同时还以所希望的方式被固化。

在固化结束之后，该膨胀衬套18被牢固地连接到基体16上。这种以安装件的方式起作用的压力部分36在内侧上确保了非常高的径向刚性。在外侧上同样获得了高的刚性，这是由于该膨胀衬套的凸缘40借助这两个以不同方向定向的焊接区域41、42而被牢固地连接到基体16上。防止了所有这些焊接区域30、41、42在各自情况下通过密封（在内部末端处通过该压力部分36的压力配合形成并且在外部末端处通过支承部分48牢固支承在基体16上而形成）而被液压流体直接加载。在此情况下，如果少量的液压流体可以克服这种密封而到达相对应的焊接区域，这对于该密封作用而言是不重要的。由于这种密封的阻尼作用，甚至在此情况下该压力室24中的压力波动对于这些焊接结合点处的疲劳强度的影响与没有密封的情况下相比是显著更小的。

图3示出了根据第二实施例的一个膨胀卡盘。对于从第一实施例中已知的特征使用相同的参考数字并且在这方面可以参见上述解释。

该膨胀衬套18的内侧是按照与第一实施例中相同的方式设计的。

在外侧上该膨胀衬套18与基体16之间的连接不同于第一实施例之处在于：在凸缘40的圆周表面上提供了螺纹50并且该螺纹被拧到基体16中对应的反向螺纹中。因此该支承部分48与基体16之间的轴向预应力可以借助将该膨胀衬套18拧接到基体16中所用的扭矩而高精度地进行设定。在焊接过程中，该焊接环44的焊接材料同样被拉入螺纹50的区域中，从而在该支承衬套18与基体16之间获得了一种非常牢固的机械连接。

图4示出了第三实施例。对于从以上实施例中已知的特征使用相同的参考号并且在这方面可以参见上述解释。

在该第三实施例中，同样在内侧上使用压力配合形式的密封34并且该密封被安排在压力室24与该焊接区域30之间。在外侧上，以类似于第一实施例的方式使用了两个偏离的焊接区域41、42。与第一实施例的区别在于，在第三实施例中，使用了以类似于迷宫式密封的方式设计的一种密封60。为此目的，基体16配备有一个圆柱形支承部分62，该支承部分朝外伸出并且接合在该膨胀衬套18上的一个凹槽64之中。凹槽64是在凸缘40的指向内部的端壁上形成的，并且在此情况下该支承部分62的尺寸可以相对于凹槽64进行设计从而使得该支承部分62以一定的压力接合在该凹槽中，尤其是在外侧上；在径向内侧上，该压力室24的一部分可以邻近于该支承部分62。

在这种改进中，彼此垂直安排的两个表面对（确切地说是该支承部分62的指向外的端面以及其环形圆周表面）与该凸缘40的被指派给这些表面对的表面一起使该压力室24与这些焊接区域41、42分离。此外这个支承部分62用作该膨胀衬套18的机械支承，从而总体上在径向方向上获得了高度稳定的构造。此外，该支承部分62的端面在将该膨胀衬套18安装在基体16中的接收器20中的过程中起到了一个止挡件的作用。

Claims

1.一种液压式膨胀卡盘，包括：

一个基体；

一个膨胀衬套，该膨胀衬套被接收在该基体中并且限定了一个接收空间以用于有待被卡紧的工具；以及

一个压力室，该压力室被界定在该膨胀衬套与该基体之间，提供了至少一个焊接区域，在该焊接区域中该膨胀衬套被焊接到该基体上，其中，在该压力室与该焊接区域之间提供了一种密封，该密封是通过该膨胀衬套在该基体上的一种至少实质上不漏流体的支承接触所形成的。

2.如权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，该密封是通过该膨胀衬套与该基体之间的一种压力配合而形成的。

3.如权利要求2所述的膨胀卡盘，其中，该压力配合是借助一个压力部分而形成的，该压力部分的直径不同于位于其旁边的该焊接区域的直径。

4.如权利要求3所述的膨胀卡盘，其中，该压力部分是由该膨胀衬套的一个部分而形成的，该部分在直径上是加厚的并且该焊接区域位于该部分的一侧上而该压力室位于该部分的另一侧上。

5.如权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分相对于位于其旁边的该焊接区域在轴向上伸出。

6.如权利要求5所述的膨胀卡盘，其中，该支承部分是在该膨胀衬套上形成的。

7.如权利要求5所述的膨胀卡盘，其中，该支承部分在与该接收空间的中轴线垂直地定向的一个平面中延伸。

8.如权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分被安排在该基体上并且接合到在该膨胀衬套上提供的一个凹槽中，这样使得所述支承部分相对于该焊接区域在该轴向方向上是偏离的。

9.如权利要求4所述的膨胀卡盘，其中，该膨胀衬套在其位于该基体内部的末端处具有一个压力部分并且在其位于外部的末端处具有一个支承部分。

10.如权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，该膨胀衬套配备有螺纹，借助该螺纹所述膨胀衬套被拧接到该基体中，并且其中该焊接区域延伸进入该螺纹中。

11.如权利要求6所述的膨胀卡盘，其中，该支承部分在与该接收空间的中轴线垂直地定向的一个平面中延伸。

12.如权利要求9所述的膨胀卡盘，其中，该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分相对于位于其旁边的该焊接区域在轴向上伸出。

13.如权利要求12所述的膨胀卡盘，其中，该支承部分是在该膨胀衬套上形成的。

14.如权利要求12所述的膨胀卡盘，其中，该支承部分在与该接收空间的中轴线垂直地定向的一个平面中延伸。

15.如权利要求9所述的膨胀卡盘，其中，该密封是通过一个支承部分形成的，该支承部分被安排在该基体上并且接合到在该膨胀衬套上提供的一个凹槽中，这样使得所述支承部分相对于该焊接区域在轴向方向上是偏离的。