CN104440154A - 一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工零件的夹具及方法，特别涉及一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具及方法。本发明的技术方案为：所述夹具包括定位紧固装置、外圆支撑装置和内圆支撑装置；所述加工方法包括：将零件毛坯加工得到半成品，安装夹具，装夹半成品，加工内型面，加工外型面，卸下零件。本发明所提供的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，在加工零件过程中通过分别安装及拆卸压紧件、外圆支撑装置和内圆支撑装置，实现了对高精度高温合金薄壁曲面零件的内型面和外型面进行一次性精加工成形，从而保证了高精度高温合金薄壁曲面零件的尺寸合格。

Description

一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具及方法

技术领域

本发明涉及一种加工零件的夹具及方法，特别涉及一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具及方法。

背景技术

高温合金曲面零件是航空发动机的重要件，如图16所示，尺寸精度较高，技术条件要求多且极为严格，曲面整个型面壁厚仅2mm，零件大端外圆直径1m以上，公差却仅0.032mm，小端外圆直径也是1m以上，公差仅0.02mm，小端外圆对以大端和大端外圆为基准的跳动为0.015mm，其材料为高温合金，属难加工材料，按照以往的加工方式加工，曲面零件总存在很大的变形，甚至已经严重影响到零件的合格交付，控制曲面零件变形已经成为一个亟待解决的技术瓶颈，急需研发一种高精度高温合金薄壁曲面零件变形的控制方法。

发明内容

本发明提供一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具及方法，保证高精度高温合金薄壁曲面零件加工的尺寸合格。

本发明的技术方案如下：

一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，包括定位紧固装置、外圆支撑装置和内圆支撑装置；

所述定位紧固装置包括圆盘、芯轴、定位环、导向块一、卡爪、螺栓一、支板一、压盘和压紧螺母；所述芯轴设置在所述圆盘的中心位置，所述定位环设置在所述圆盘上，所述定位环中心与所述圆盘中心在一条直线上；所述导向块一安装在所述圆盘上，所述导向块一设置凹槽一，所述卡爪包括爪身和圆弧形爪头，所述爪身放置在所述凹槽一内，所述支板一设置于所述导向块一的端面及所述圆盘上，所述螺栓一与所述支板一通过螺纹连接，所述螺栓一的前端设置凸头一，所述爪身的端部设置卡槽一，所述凸头一安放在所述卡槽一内，通过旋转所述螺栓一可以带动所述卡爪在所述凹槽一内来回移动；所述芯轴的端头内外都设置螺纹，所述压紧螺母的螺纹与所述芯轴的外螺纹配合；所述压盘包括盘体和定位边，所述盘体中心设置里孔，所述盘体通过所述里孔可以套在所述芯轴上，旋上所述压紧螺母可以对所述压盘进行压紧；

所述外圆支撑装置包括支撑盘、紧固螺栓、导向块二、顶块、螺栓二和支板二，所述支撑盘通过所述紧固螺栓可以安装在所述导向块一上，所述导向块二安装在所述支撑盘上，所述导向块二设置凹槽二，所述顶块包括导柱和压紧胎，所述导柱放置在所述凹槽二内，所述支板二设置在所述导向块二的端部，所述螺栓二与所述支板二通过螺纹连接，所述螺栓二的前端设置凸头二，所述导柱的端部设置卡槽二，所述凸头二安放在所述卡槽二内，通过旋转所述螺栓二可以带动所述顶块在所述凹槽二内来回移动；

所述内圆支撑装置包括内涨胎和压紧螺栓，所述内涨胎前端设置定位口，所述定位口与所述压盘的定位边可以紧密配合，所述内涨胎的底面中心设置工艺孔，所述压紧螺栓的螺纹与所述芯轴的内螺纹配合，所述压紧螺栓可以穿入所述工艺孔并对所述内涨胎施以压紧。

上述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述导向块一、卡爪、螺栓一、支板一、导向块二、顶块、螺栓二和支板二的数量为四个。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述定位环上面设置凸台及凹口，所述凸台可以对所述零件进行初步定位，所述圆弧形爪头的圆弧度数为60～75，所述圆弧形爪头可以通过所述凹口进入到所述定位环上面对所述零件的小端进行夹紧定位。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述压紧胎的端面为圆弧状斜面，所述端面的圆弧度数为60～80，可以与所述零件的外型面配合，对所述零件进行外部支撑。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述内涨胎的外型面为圆锥形，可以与所述零件的内型面配合，对所述零件进行内部涨紧。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述压紧胎和所述内涨胎的两端设置沟槽，所述沟槽中设置胶条。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述夹具还包括特制扳手，所述压紧螺母的端面对称设置四个豁口，所述特制扳手的端头设置四个凸块，所述凸块与所述豁口相配合，所述特制扳手可以对所述压紧螺母实施拧紧和松开，所述特制扳手的尾部设置扳把。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其优选方案为，所述夹具还包括拆卸螺栓，所述工艺孔设置内螺纹，所述拆卸螺栓的螺纹与所述工艺孔的内螺纹配合，所述拆卸螺栓的前端设置端块，所述端块可以支撑在所述芯轴上。

本发明还提供一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的方法，包括如下步骤：

(1)将零件毛坯进行粗加工，得到粗加工件，每边余量为2～3mm，对粗加工件进行一次消除应力热处理；然后对粗加工件进行半精车加工，得到半成品，每边余量为0.8～1.2mm，对半成品进行一次消除应力热处理；加工小端基准，将所述半成品的小端外圆和端面加工到零件的最终尺寸；

(2)安装夹具，利用上述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，将所述夹具的外圆支撑装置和内圆支撑装置卸下，将定位紧固装置的压盘和压紧螺母卸下，用机床的四爪卡盘夹紧所述夹具的圆盘，找正所述圆盘的端面使其跳动不大于0.01mm；

(3)装夹半成品，将半成品安装在所述夹具的定位环上，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母安装压盘，使压盘将半成品的小端压紧在定位环上，找正半成品的大端外圆跳动不大于0.03mm；然后旋转所述螺栓一带动卡爪将半成品的小端外圆夹紧；

(4)加工内型面，首先将所述外圆支撑装置安装到所述导向块一上，然后旋转螺栓二带动顶块向前移动，将所述顶块贴合到半成品的外型面上；利用特制扳手松开压紧螺母卸掉压盘；将所述半成品的大端和整个内型面加工到零件的最终尺寸；

(5)加工外型面，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母安装压盘，使压盘将小端压紧在定位环上；然后将所述内涨胎安装到半成品里面，使所述内涨胎的定位口与所述压盘的定位边紧密配合，将所述压紧螺栓穿入所述内涨胎的工艺孔，将所述压紧螺栓的螺纹拧入所述芯轴的内螺纹，使所述内涨胎压紧在半成品的内型面上；松开所述紧固螺栓取下所述外圆支撑装置，将半成品的外型面加工到零件的最终尺寸；

(6)卸下零件，松开压紧螺栓，卸掉内涨胎，利用特制扳手松开压紧螺母卸掉压盘，旋转螺栓一带动卡爪后退，松开加工完的零件，卸下零件。

所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的方法，其优选方案为，所述步骤(6)中卸掉内涨胎时，利用所述拆卸螺栓，旋转所述拆卸螺栓将所述端块顶在所述芯轴上，带动所述内涨胎离开所述压盘。

本发明的有益效果如下：

1、本发明所提供的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，在加工零件过程中通过分别安装及拆卸压紧件、外圆支撑装置和内圆支撑装置，实现了对高精度高温合金薄壁曲面零件的内型面和外型面进行一次性精加工成形，从而保证了高精度高温合金薄壁曲面零件的尺寸合格。

2、四个卡爪的圆弧形爪头，其圆弧度数为60～75，基本构成了一个360°的夹紧区域，保证了对零件小端的夹紧定位，同时又避免了零件小端引受力不均而产生变形。

3、四个压紧胎的端面为圆弧状斜面，其圆弧度数为60～80，基本构成了一个360°的支撑面，可以与所述零件的外型面全方位配合，保证了对零件外型面的支撑，防止其加工过程中产生变形。

4、内涨胎的外型面为圆锥形，与所述零件的内型面全方位配合，保证了对零件内型面的支撑，防止其加工过程中产生变形。

5、内涨胎的定位口与压盘的定位边紧密配合，使内涨胎能够准确定位，防止其偏移，避免内涨胎对零件内型面的支撑不到位。

附图说明

图1为加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具结构示意图；

图2为定位环俯视图；

图3为图2中A-A向定位环侧面剖视图；

图4为压盘结构示意图；

图5为导向块一及导向块二结构示意图；

图6为卡爪剖视图；

图7为卡爪俯视图；

图8为顶块俯视图；

图9为顶块侧面剖视图；

图10为螺栓一及螺栓二结构示意图；

图11为内涨胎结构示意图；

图12为压紧螺母俯视图；

图13为压紧螺母侧面剖视图；

图14为特制扳手结构示意图；

图15为拆卸螺栓结构示意图；

图16为高精度高温合金薄壁曲面零件半剖图。

具体实施方式

如图1～15所示，一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，包括定位紧固装置、外圆支撑装置和内圆支撑装置；

所述定位紧固装置包括圆盘1、芯轴2、定位环3、导向块一4、卡爪5、螺栓一6、支板一7、压盘8、压紧螺母9和特制扳手；所述芯轴2设置在所述圆盘1的中心位置，所述定位环3设置在所述圆盘1上，所述定位环3中心与所述圆盘1中心在一条直线上，所述定位环上面设置凸台23及凹口24；所述导向块一、卡爪、螺栓一和支板一数量为四个，所述导向块一4对称安装在所述圆盘1上，所述导向块一4设置凹槽一34，所述卡爪5包括爪身27和圆弧形爪头28，所述圆弧形爪头28的圆弧度数为75，所述爪身27放置在所述凹槽一34内，所述支板一7设置于所述导向块一4的端面及所述圆盘1上，所述螺栓一6与所述支板一7通过螺纹连接，所述螺栓一6的前端设置凸头一36，所述爪身的端部设置卡槽一34，所述凸头一36安放在所述卡槽一34内，通过旋转所述螺栓一6可以带动所述卡爪5在所述凹槽一34内来回移动；所述芯轴2的端头内外都设置螺纹，所述压紧螺母9的螺纹与所述芯轴2的外螺纹配合；所述压盘8包括盘体25和定位边26，所述盘体25中心设置里孔，所述盘体25通过所述里孔可以套在所述芯轴2上；所述压紧螺母9的端面对称设置四个豁口39，所述特制扳手的端头设置四个凸块40，所述凸块40与所述豁口39相配合，所述特制扳手的尾部设置扳把41，旋上所述压紧螺母9可以对所述压盘8进行压紧；

所述外圆支撑装置包括支撑盘10、紧固螺栓11、导向块二12、顶块13、螺栓二14和支板二15，所述支撑盘10通过所述紧固螺栓11可以安装在所述导向块一4上，所述导向块二、顶块、螺栓二和支板二的数量为四个，所述导向块二12对称安装在所述支撑盘10上，所述导向块二12设置凹槽二35，所述顶块13包括导柱29和压紧胎30，所述导柱29放置在所述凹槽二35内，所述支板二15设置在所述导向块二12的端部，所述螺栓二14与所述支板二15通过螺纹连接，所述螺栓二14的前端设置凸头二43，所述导柱29的端部设置卡槽二32，所述凸头二43安放在所述卡槽二32内，通过旋转所述螺栓二14可以带动所述顶块13在所述凹槽二35内来回移动，所述压紧胎30的端面为圆弧状斜面，所述端面的圆弧度数为80，所述压紧胎30的两端设置沟槽31，所述沟槽31中设置胶条19；

所述内圆支撑装置包括内涨胎16、压紧螺栓17、垫圈18和拆卸螺栓，所述内涨胎16的外型面为圆锥形，所述内涨胎16前端设置定位口38，所述定位口38与所述压盘8的定位边26可以紧密配合，所述内涨胎16的底面中心设置工艺孔37，所述工艺孔37设置内螺纹，所述压紧螺栓17的螺纹与所述芯轴2的内螺纹配合，所述压紧螺栓17可以穿入所述工艺孔37并对所述内涨胎16施以压紧，所述压紧螺栓17与所述内涨胎16之间设置垫圈18，所述内涨胎16的两端设置沟槽31，所述沟槽31中设置胶条19；所述拆卸螺栓的螺纹与所述工艺孔37的内螺纹配合，所述拆卸螺栓的前端设置端块42。

如图1～16所示，一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的方法，包括如下步骤：

(1)将零件20毛坯进行粗加工，得到粗加工件，每边余量为2mm，对粗加工件进行一次消除应力热处理；然后对粗加工件进行半精车加工，得到半成品，每边余量为1mm，对半成品进行一次消除应力热处理；加工小端21基准，将所述半成品的小端21外圆和端面加工到零件20的最终尺寸；

(2)安装夹具，将上述加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具的外圆支撑装置和内圆支撑装置卸下，将定位紧固装置的压盘8和压紧螺母9卸下，用机床的四爪卡盘夹紧所述夹具的圆盘1，找正所述圆盘1的端面使其跳动不大于0.01mm；

(3)装夹半成品，将半成品安装在所述夹具的定位环3上，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母9安装压盘8，使压盘8将半成品的小端21压紧在定位环3上，找正半成品的大端22外圆跳动不大于0.03mm；然后旋转所述螺栓一6带动卡爪5前移，所述圆弧形爪头28通过所述凹口24进入到所述定位环3上面将半成品的小端21外圆夹紧定位；

(4)加工内型面，首先将所述外圆支撑装置安装到所述导向块一4上，然后旋转螺栓二14带动顶块13向前移动，将所述顶块13上的胶条19贴合到半成品的外型面上；利用特制扳手松开压紧螺母9卸掉压盘8；将所述半成品的大端22和整个内型面加工到零件20的最终尺寸；

(5)加工外型面，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母9安装压盘8，使压盘8将小端21压紧在定位环3上；然后将所述内涨胎16安装到半成品里面，使所述内涨胎16的定位口38与所述压盘8的定位边26紧密配合，将所述压紧螺栓17穿入所述内涨胎16的工艺孔37中，将所述压紧螺栓18的螺纹拧入所述芯轴2的内螺纹，使所述内涨胎16上的胶条19压紧在半成品的内型面上；松开所述紧固螺栓11取下所述外圆支撑装置，将半成品的外型面加工到零件20的最终尺寸；(6)卸下零件，松开压紧螺栓17，旋上拆卸螺栓，将所述端块42顶在所述芯轴2上，继续旋转拆卸螺栓使所述内涨胎16的定位口38与所述压盘8的定位边分离，卸掉内涨胎16，利用特制扳手松开压紧螺母9卸掉压盘8，旋转螺栓一6带动卡爪5后退，松开加工完的零件20，卸下零件20。

Claims (10)

1.一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述夹具包括定位紧固装置、外圆支撑装置和内圆支撑装置；

所述定位紧固装置包括圆盘、芯轴、定位环、导向块一、卡爪、螺栓一、支板一、压盘和压紧螺母；所述芯轴设置在所述圆盘的中心位置，所述定位环设置在所述圆盘上，所述定位环中心与所述圆盘中心在一条直线上；所述导向块一安装在所述圆盘上，所述导向块一设置凹槽一，所述卡爪包括爪身和圆弧形爪头，所述爪身放置在所述凹槽一内，所述支板一设置于所述导向块一的端面及所述圆盘上，所述螺栓一与所述支板一通过螺纹连接，所述螺栓一的前端设置凸头一，所述爪身的端部设置卡槽一，所述凸头一安放在所述卡槽一内，通过旋转所述螺栓一可以带动所述卡爪在所述凹槽一内来回移动；所述芯轴的端头内外都设置螺纹，所述压紧螺母的螺纹与所述芯轴的外螺纹配合；所述压盘包括盘体和定位边，所述盘体中心设置里孔，所述盘体通过所述里孔可以套在所述芯轴上，旋上所述压紧螺母可以对所述压盘进行压紧；

所述外圆支撑装置包括支撑盘、紧固螺栓、导向块二、顶块、螺栓二和支板二，所述支撑盘通过所述紧固螺栓可以安装在所述导向块一上，所述导向块二安装在所述支撑盘上，所述导向块二设置凹槽二，所述顶块包括导柱和压紧胎，所述导柱放置在所述凹槽二内，所述支板二设置在所述导向块二的端部，所述螺栓二与所述支板二通过螺纹连接，所述螺栓二的前端设置凸头二，所述导柱的端部设置卡槽二，所述凸头二安放在所述卡槽二内，通过旋转所述螺栓二可以带动所述顶块在所述凹槽二内来回移动；

所述内圆支撑装置包括内涨胎和压紧螺栓，所述内涨胎前端设置定位口，所述定位口与所述压盘的定位边可以紧密配合，所述内涨胎的底面中心设置工艺孔，所述压紧螺栓的螺纹与所述芯轴的内螺纹配合，所述压紧螺栓可以穿入所述工艺孔并对所述内涨胎施以压紧。

2.根据权利要求1所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述导向块一、卡爪、螺栓一、支板一、导向块二、顶块、螺栓二和支板二的数量为四个。

3.根据权利要求1或2所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述定位环上面设置凸台及凹口，所述凸台可以对所述零件进行初步定位，所述圆弧形爪头的圆弧度数为60～75，所述圆弧形爪头可以通过所述凹口进入到所述定位环上面对所述零件的小端进行夹紧定位。

4.根据权利要求1所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述压紧胎的端面为圆弧状斜面，所述端面的圆弧度数为60～80，可以与所述零件的外型面配合，对所述零件进行外部支撑。

5.根据权利要求1所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述内涨胎的外型面为圆锥形，可以与所述零件的内型面配合，对所述零件进行内部涨紧。

6.根据权利要求4或5所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述压紧胎和所述内涨胎的两端设置沟槽，所述沟槽中设置胶条。

7.根据权利要求1所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述夹具还包括特制扳手，所述压紧螺母的端面对称设置四个豁口，所述特制扳手的端头设置四个凸块，所述凸块与所述豁口相配合，所述特制扳手可以对所述压紧螺母实施拧紧和松开，所述特制扳手的尾部设置扳把。

8.根据权利要求1所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，其特征在于，所述夹具还包括拆卸螺栓，所述工艺孔设置内螺纹，所述拆卸螺栓的螺纹与所述工艺孔的内螺纹配合，所述拆卸螺栓的前端设置端块，所述端块可以支撑在所述芯轴上。

9.一种加工高精度高温合金薄壁曲面零件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将零件毛坯进行粗加工，得到粗加工件，每边余量为2～3mm，对粗加工件进行一次消除应力热处理；然后对粗加工件进行半精车加工，得到半成品，每边余量为0.8～1.2mm，对半成品进行一次消除应力热处理；加工小端基准，将所述半成品的小端外圆和端面加工到零件的最终尺寸；

(2)安装夹具，利用如权利要求1～8所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的夹具，将所述夹具的外圆支撑装置和内圆支撑装置卸下，将定位紧固装置的压盘和压紧螺母卸下，用机床的四爪卡盘夹紧所述夹具的圆盘，找正所述圆盘的端面使其跳动不大于0.01mm；

(3)装夹半成品，将半成品安装在所述夹具的定位环上，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母安装压盘，使压盘将半成品的小端压紧在定位环上，找正半成品的大端外圆跳动不大于0.03mm；然后旋转所述螺栓一带动卡爪将半成品的小端外圆夹紧；

(4)加工内型面，首先将所述外圆支撑装置安装到所述导向块一上，然后旋转螺栓二带动顶块向前移动，将所述顶块贴合到半成品的外型面上；利用特制扳手松开压紧螺母卸掉压盘；将所述半成品的大端和整个内型面加工到零件的最终尺寸；

(5)加工外型面，首先利用特制扳手旋紧压紧螺母安装压盘，使压盘将小端压紧在定位环上；然后将所述内涨胎安装到半成品里面，使所述内涨胎的定位口与所述压盘的定位边紧密配合，将所述压紧螺栓穿入所述内涨胎的工艺孔，将所述压紧螺栓的螺纹拧入所述芯轴的内螺纹，使所述内涨胎压紧在半成品的内型面上；松开所述紧固螺栓取下所述外圆支撑装置，将半成品的外型面加工到零件的最终尺寸；

(6)卸下零件，松开压紧螺栓，卸掉内涨胎，利用特制扳手松开压紧螺母卸掉压盘，旋转螺栓一带动卡爪后退，松开加工完的零件，卸下零件。

10.根据权利要求9所述的加工高精度高温合金薄壁曲面零件的方法，其特征在于，所述步骤(6)中卸掉内涨胎时，利用所述拆卸螺栓，旋转所述拆卸螺栓将所述端块顶在所述芯轴上，带动所述内涨胎离开所述压盘。