CN106238931B - 一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装工具及方法，属于钣金成形技术领域，提出以零件外型面为基准的定位装夹方案，采用十字型水平保持架装夹零件，以提高定位精度。能够解决薄壁环形钣金件的装夹变形和加工精度较低问题，保证较高的同心度要求。该方法可以应用于航空发动机压气机静子内环的制造，可推广应用于类似结构的薄壁环形件的制造领域。该夹装工具结构简单，操作方便，实现了快速、准确定位，提高了加工精度和生产效率。

Description

一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装工具及方法

技术领域

本发明属于钣金成形技术领域，具体涉及一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装工具及方法。

背景技术

基于经济性考虑，某新型航空发动机压气机静子内环采用钛合金板料成形工艺，其结构如图1所示。由于零件直径Φ800mm左右，壁厚1mm，成形后的零件刚性较弱，自由状态圆度误差较大，加工内孔时必须将零件撑圆，以保证外型面对内孔的同心度不大于0.1mm要求。根据成形工艺要求，零件两端内孔必须留取适当余量，但后续必须精加工去除。

去除余量的方法通常采用车削加工，以零件型面的内壁面定位并用涨块胀紧零件。由于零件壁厚小，刚性弱，涨紧力很难把握：涨紧力小，车削力使零件打转；涨紧力大，零件直径会被撑大，造成原本在机床上检查合格的内孔，从夹具上卸下后内孔直径却变小。另外，一般零件内孔余量较大，定位夹具的涨块必须收缩到较小的直径时才能装入零件，而当涨块胀大贴紧零件内壁面后，相邻涨块之间的间隙太大，会将零件胀大成多边形，必然影响加工精度。

零件同心度要求高，必然对夹具的设计精度要求高。若采用一组多个涨块的定位夹具，其结构肯定复杂，而实际生产中夹具的制造精度往往不满足零件的精度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装工具及方法，该内孔定位夹装工具结构设计合理，能够有效提高定位精度；该切割内孔的方法操作简单，能够有效解决薄壁环形钣金件的装夹变形和加工精度较低问题，保证较高的同心度要求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，包括以下步骤：

1)在激光切割机机床上，放置定位夹具，并压紧，定位夹具沿圆周均布4个导向块及4个小压板，且在导向块中设有导向槽；

2)将零件的大端面朝上，平置于切割机机床外的工作台上，并将十字型水平保持架放置在零件上；十字型水平保持架的每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板和一个引导块；

3)旋转十字型水平保持架上的4个L形压板，使其钩住零件大端面的内法兰，然后分别拧紧4个L形压板上的耳型螺母；

4)将十字型水平保持架连同零件一起置于机床上的定位夹具上，将十字型水平保持架上的引导块与定位夹具上的导向块中的导向槽对正，十字型水平保持架平稳下降，使零件进入定位夹具的内孔中自动定心；

5)按十字型水平保持架，使零件外型面与定位夹具的定位面充分贴合，且局部间隙不大于0.1mm，调整定位夹具上的4个小压板，使其压住零件的大端面，拧紧耳型螺母，压紧时，零件大端面的变形不大于0.1mm；

6)松开耳型螺母，旋转L形压板，取出十字型水平保持架，完成零件的装夹。

零件的内孔与十字型水平保持架在径向上保持3mm的间隙。

零件上端面高于定位夹具上端面1～3mm。

步骤3)中，十字型水平保持架上的4个L形压板钩住零件而不压紧，当L形压板处于压紧状态时，L形压板与十字型水平保持架下表面的间隙比料厚大0.1mm～0.2mm。

假设：r为零件大端面的最大半径，h为导向块的轴向厚度，e为导向块与导向槽之间的最大配合间隙，s为零件端面的最大倾斜量，则有：s＝e×r÷h。

十字型水平保持架由轻质材料制成，结构上采用T形截面或减重孔。

本发明还公开了实现上述的定位夹装方法的夹装工具，所述夹装工具包括相互配合使用的定位夹具和十字型水平保持架；定位夹具，用于零件的定位，在其圆周均布4个导向块和4个小压板，导向块中还设有导向槽；十字型水平保持架，用于装夹零件，在其每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板和一个引导块；夹装定位时，十字型水平保持架上的引导块与定位夹具上的导向块中的导向槽对正，十字型水平保持架平稳下降，使零件进入定位夹具的内孔中自动定心。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，采用激光切割，消除了切割力，从而能够大幅度降低夹紧零件所需要的作用力，减少零件的夹紧变形，以零件被测要素的外型面定位，转换加工基准，减小了定位误差，利用零件外型面的锥度，在较小的轴向力作用下零件即可被夹具型面所箍圆，提高了加工精度，采用零件水平保持架，实现了在保持零件端面水平状态下装夹零件，避免了找平端面的麻烦。零件内部无涨紧块干涉，可以一次装夹切割零件大小两端内孔，有利于提高加工精度。该方法可以应用于航空发动机压气机静子内环的制造，可推广应用于类似结构的薄壁环形件的制造领域。

进一步地，零件的内孔与十字型水平保持架在径向上保持3mm的间隙，使零件具有Φ3mm的水平移动量，从而使零件在定位夹具上定位时能够自动定心。

进一步地，零件上端面高于定位夹具上端面1～3mm，以防止零件水平保持架下表面被夹具上端面顶住，确保零件外型面与夹具定位面充分接触。

进一步地，十字型水平保持架下表面的4个L形压板钩托住零件而不压紧，L形压板处于压紧状态时，压板与零件水平保持架下表面的间隙应比料厚大0.1mm～0.2mm，以实现零件在水平面内能够自由移动。

进一步地，在保持适当刚性的前提下，尽量减小十字型水平保持架的重量，除材料可采用铝合金等轻质材料外，结构上可采用T形截面、减重孔等减重措施。

本发明公开的实现上述定位夹装方法的夹装工具，包括定位夹具和十字形水平保持架，定位夹具采用了上、下两段型面定位的方案，以减小定位误差；并采用沿圆周均布的4个小压板压住零件大端面；水平保持架采用十字形结构，十字端头的定位块起导向作用，可使零件水平保持架沿垂直方向平稳移动，从而起到保持零件端面水平的作用。该夹装工具结构简单，操作方便，实现了快速、准确定位，提高了加工精度和生产效率。

进一步地，十字型水平保持架与定位夹具配合使用，通过定位夹具上端面4个均布的导向槽，十字型水平保持架保持水平状态的同时可以上下移动。十字架端头导向块的轴向厚度宜大些，与导向槽配合间隙宜小些，方可保证导向精度。假设：r为零件大端面的最大半径，h为导向块的轴向厚度，e为导向块与导向槽之间的最大配合间隙，s为零件端面的最大倾斜量，则有：s＝e×r÷h，或e＝s×h÷r。

附图说明

图1为压气机静子内环零件结构简图；

图2为外型面定位夹具结构示意图；

图3-1为图2中E-E面结构示意图；

图3-2为图2中F向结构示意图；

图4为零件十字型水平保持架结构示意图；

图5-1为图4中A-A面结构示意图；

图5-2为图4中B-B面结构示意图；

图5-3为图4中C-C面结构示意图；

图5-4为图4中D-D面结构示意图；

图6为导向精度计算原理示意图。

其中，1为零件；2为定位夹具；3为导向块；4为耳型螺母；5为L型压板；6为十字型水平保持架；7为小压板。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开的一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的工艺方法，提出以零件外型面为基准的定位装夹方案，采用十字型水平保持架装夹零件，以提高定位精度。能够解决薄壁环形钣金件的装夹变形和加工精度较低问题，保证较高的同心度要求。具体内容涉及：

采用零件外型面的定位夹具如图2和图3-1、图3-2所示。零件以外型面与定位夹具内型面贴合定位。需要克服一个问题，就是夹具定位面尺寸固定不变，而零件型面成形精度较低，直径尺寸公差较大，对定位误差影响很大。解决途径就是利用零件外型面一端大、一端小有锥度的特点，通过轴向位移把零件挤压在定位型面上，使零件外型面与夹具定位面紧密贴合，实现定心作用和轴向定位作用。

参见图4，和图5-1、5-2、5-3、5-4，采用十字型水平保持架装夹零件，夹具的型面尺寸是固定的，而零件型面沿母线存在形状误差，实际零件型面与夹具型面沿母线点接触，轴向看是一条条环线接触，这样定位其实零件并不稳定，会造成零件轴线与夹具轴线不平行。解决途径有二：一是在夹具定位面中段车加工开一槽口。空开零件型面中段，仅以型面上段和下段两段定位，减小零件型面母线误差的影响。二是采用专门设计的十字型水平保持架装夹零件，目的是保持零件端面水平的状态下将零件装入夹具，允许零件在水平面内有一定活动量，实现夹具定位面自动调整中心位置；随后用端面压板轻压零件的上端面使零件处于稳定状态。

实现本发明方法的夹装工具包括相互配合使用的定位夹具2和十字型水平保持架6；

定位夹具2，用于零件1的定位，在其圆周均布4个导向块3和4个小压板8，导向块3中还设有导向槽；

十字型水平保持架6，用于装夹零件1，在其每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板5和一个引导块；

夹装定位时，十字型水平保持架6上的引导块与定位夹具2上的导向块3中的导向槽对正，十字型水平保持架6平稳下降，使零件1进入定位夹具2的内孔中自动定心。

十字型水平保持架与定位夹具配合使用。通过定位夹具上端面4个均布的导向槽，十字型水平保持架保持水平状态的同时可以上下移动。十字架端头导向块的轴向厚度宜大些，与导向槽配合间隙宜小些，方可保证导向精度。导向块的轴向厚度、配合间隙与零件端面的倾斜量之间的关系如图6所示。图6中：s＝e×r÷h，或e＝s×h÷r；r—零件大端面的最大半径；h—导向块的轴向厚度；e—导向块与夹具上导向槽之间的最大配合间隙，s—零件端面最大倾斜量。本项目中h＝60mm，r＝400mm，e＝0.10mm，则s＝0.67mm。

本发明公开的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，包括以下步骤：

1)在激光切割机机床上，放置定位夹具2，并压紧，定位夹具2沿圆周均布4个导向块3及4个小压板7，且在导向块3中设有导向槽；

2)将零件1的大端面朝上，平置于切割机机床外的工作台上，并将十字型水平保持架6放置在零件1上；十字型水平保持架6的每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板5和一个引导块；

3)旋转十字型水平保持架6上的4个L形压板5，使其钩住零件1大端面的内法兰，然后分别拧紧4个L形压板5上的耳型螺母4；

4)将十字型水平保持架6连同零件1一起置于机床上的定位夹具2上，将十字型水平保持架6上的引导块与定位夹具2上的导向块3中的导向槽对正，十字型水平保持架6平稳下降，使零件1进入定位夹具2的内孔中自动定心；

5)按十字型水平保持架6，使零件1外型面与定位夹具2的定位面充分贴合，且局部间隙不大于0.1mm，调整定位夹具2上的4个小压板8，使其压住零件1的大端面，拧紧耳型螺母4，压紧时，零件1大端面的变形不大于0.1mm；

6)松开耳型螺母4，旋转L形压板5，取出十字型水平保持架6，完成零件1的装夹。

优选地，十字型水平保持架6下表面的4个L形压板5钩托住零件1而不压紧，L形压板5处于压紧状态时，压板与零件水平保持架下表面的间隙应比料厚大0.1mm～0.2mm，以实现零件在水平面内能够自由移动。

优选地，零件1内孔与十字型水平保持架6径向上保持3mm的间隙，使零件1具有Φ3mm的水平移动量。

优选地，零件1上端面应高于定位夹具2上端面1mm-3mm，以防止十字型水平保持架6下表面被定位夹具2上端面顶住，确保零件1外型面与定位夹具2定位面充分接触。

优选地，应在保证适当刚性的前提下，尽量减小十字型水平保持架6的重量，除材料可采用铝合金等轻质材料外，结构上可采用T形截面、减重孔等减重措施。

综上所述，本发明具有以下优势：

1)采用激光切割，消除了切削力，从而大幅降低夹紧零件所需要的作用力，减少零件的夹紧变形。

2)以零件被测要素的外型面定位，转换加工基准，减小了定位误差。

3)利用零件外型面的锥度，在较小的轴向力作用下零件即可被夹具型面所箍圆，提高了加工精度。

4)采用零件水平保持架，实现了在保持零件端面水平状态下装夹零件，避免了找平端面的麻烦。

5)零件内部无涨紧块干涉，可以一次装夹切割零件大小两端内孔，有利于提高加工精度。

6)十字型保持架结构简单，操作方便，实现了快速、准确定位，提高了加工精度和生产效率。

Claims (7)

1.一种薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在激光切割机机床上，放置定位夹具(2)，并压紧，定位夹具(2)沿圆周均布4个导向块(3)及4个小压板(8)，且在导向块(3)中设有导向槽；

2)将零件(1)的大端面朝上，平置于激光切割机机床外的工作台上，并将十字型水平保持架(6)放置在零件(1)上；十字型水平保持架(6)的每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板(5)和一个引导块；

3)旋转十字型水平保持架(6)上的4个L形压板(5)，使其钩住零件(1)大端面的内法兰，然后分别拧紧4个L形压板(5)上的耳型螺母(4)；

4)将十字型水平保持架(6)连同零件(1)一起置于机床上的定位夹具(2)上，将十字型水平保持架(6)上的引导块与定位夹具(2)上的导向块(3)中的导向槽对正，十字型水平保持架(6)平稳下降，使零件(1)进入定位夹具(2)的内孔中自动定心；

5)按十字型水平保持架(6)，使零件(1)外型面与定位夹具(2)的定位面充分贴合，且局部间隙不大于0.1mm，调整定位夹具(2)上的4个小压板(8)，使其压住零件(1)的大端面，拧紧耳型螺母(4)，压紧时，零件(1)大端面的变形不大于0.1mm；

6)松开耳型螺母(4)，旋转L形压板(5)，取出十字型水平保持架(6)，完成零件(1)的装夹。

2.根据权利要求1所述的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，步骤2)中，零件(1)的内孔与十字型水平保持架(6)在径向上保持3mm的间隙。

3.根据权利要求1所述的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，步骤5)中，零件(1)上端面高于定位夹具(2)上端面1～3mm。

4.根据权利要求1所述的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，步骤3)中，十字型水平保持架(6)上的4个L形压板(5)钩住零件(1)而不压紧，当L形压板(5)处于压紧状态时，L形压板(5)与十字型水平保持架(6)下表面的间隙比料厚大0.1mm～0.2mm。

5.根据权利要求1所述的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，假设：r为零件(1)大端面的最大半径，h为导向块(3)的轴向厚度，e为导向块(3)与导向槽之间的最大配合间隙，s为零件(1)端面的最大倾斜量，则有：s＝e×r÷h。

6.根据权利要求1所述的薄壁环形钣金件激光切割内孔的定位夹装方法，其特征在于，十字型水平保持架(6)由轻质材料制成，结构上采用T形截面或减重孔。

7.实现权利要求1～6中任意一项所述的定位夹装方法的夹装工具，其特征在于，所述夹装工具包括相互配合使用的定位夹具(2)和十字型水平保持架(6)；

定位夹具(2)，用于零件(1)的定位，在其圆周均布4个导向块(3)和4个小压板(8)，导向块(3)中还设有导向槽；

十字型水平保持架(6)，用于装夹零件(1)，在其每个十字端头上分别设有一个能够转动的L形压板(5)和一个引导块；

夹装定位时，十字型水平保持架(6)上的引导块与定位夹具(2)上的导向块(3)中的导向槽对正，十字型水平保持架(6)平稳下降，使零件(1)进入定位夹具(2)的内孔中自动定心。