CN106270820A - 一种铸造高温合金螺柱套丝的装置及方法 - Google Patents

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司飞迟
张婵
黄应军
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Abstract

本发明公开了一种铸造高温合金螺柱套丝的装置及方法，包括钻床夹头，钻床夹头下方夹持有套丝工装，套丝工装的顶部为与钻床夹头配合的尾柄，中部为用于盛装冷却液的凹槽，底部为用于容纳被加工工件以及安装套丝板牙的安装件，安装件的中心设有用于容纳被加工工件的盲孔，盲孔的下方设有用于安装套丝板牙的套丝板牙安装孔，所述凹槽和盲孔之间设有若干连通孔。本发明提高了高温合金螺柱套丝的加工效率，提升了加工精度，同时减少了刀具损耗。

Description

一种铸造高温合金螺柱套丝的装置及方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及航空发动机燃烧室部件的加工技术，具体涉及一种铸造高温合金螺柱套丝的装置及方法。
背景技术
部分新型发动机中采用了双层壁结构以提高燃烧室火焰筒高温性能，该结构在火焰筒内腔安装了浮动壁瓦片，提升了火焰筒的冷却效率和许用温度。浮动壁瓦片是一种宽度为40～50mm的三维曲面结构，在曲面的法向上有5个Φ6×25mm的螺柱(其结构见图1)。浮动壁瓦片毛坯通过铸造工艺实现，螺柱通过后续机械加工的方法实现。
浮动壁瓦片采用的材料是M951高温铸造合金，该类材料铸造性能很好，但是机械加工性能很差。在该类材料螺柱套丝过程中，受材料特性限制，存在三个问题：经常粘刀，随着加工过程的进行切削阻力逐渐增大，产生了大量的切削热；该类材料在加工过程中极易挤压变形，精度难以满足设计要求；加工设备必须在低速条件下进行，加工效率低。由于以上原因，在螺柱套丝过程中，经常出现螺纹牙顶不全、缺损、乱扣等现象。
为了解决上述三个问题，通常采用加冷却液的方法对零件和刀具进行冷却，以降低零件温度，减少塑性变形，提升加工效率。但是加工螺纹的板牙架无法通冷却液，在加工前仅能在螺桩表面涂攻丝油来增加润滑性，因此冷却效果很差。若采用机械设备套丝，浇注冷却液后会被甩出，冷却润滑效果很低，切削热无法及时散失，切屑难以及时排出，导致螺纹表面粗糙度大，质量较差。若采用手动套丝，加工过程需要“走走停停”，经过多次在螺桩表面涂攻丝油来冷却润滑，加工效率很低，不具备工程化应用的条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸造高温合金螺柱套丝的装置及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提高了高温合金螺柱套丝的加工效率，提升了加工精度，同时减少了刀具损耗。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，包括钻床夹头，钻床夹头下方夹持有套丝工装，套丝工装的顶部为与钻床夹头配合的尾柄，中部为用于盛装冷却液的凹槽，底部为用于容纳被加工工件以及安装套丝板牙的安装件，安装件的中心设有用于容纳被加工工件的盲孔，盲孔的下方设有用于安装套丝板牙的套丝板牙安装孔，所述凹槽和盲孔之间设有若干连通孔。
进一步地，所述的尾柄为锥形尾柄。
进一步地，所述的凹槽为环形凹槽。
进一步地，所述的凹槽为锥形凹槽。
进一步地，凹槽和盲孔之间均匀设有三个连通孔。
进一步地，安装件的侧面设有若干螺钉孔，螺钉孔中设有用于将套丝板牙固定在套丝板牙安装孔中的板牙螺钉。
一种采用铸造高温合金螺柱套丝的方法，包括以下步骤：
步骤一：将尾柄装夹在钻床的钻床夹头上；
步骤二：将套丝板牙装夹在套丝板牙安装孔中；
步骤三：将被加工工件装夹在钻床的工作台面上，且将被加工工件与套丝板牙同心设置；
步骤四：启动钻床，并在凹槽中加入冷却液，冷却液由凹槽经过连通孔进入盲孔，包裹在被加工工件四周，再经过套丝板牙的排屑孔排出；
步骤五：加工完毕后，关闭钻床。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
采用本发明装置进行高温铸造合金M951螺柱套丝加工时，可以使用摇臂钻床进行机械加工，冷却效果、加工效率和质量稳定性得到很大改善，单个螺柱加工时间约5分钟，单件瓦片加工时间约30分钟，产品合格率达到96.7％。与手工套丝单件周期3小时相比和未采用该装置机械套丝单件周期1小时相比，加工效率分别提高了600％和100％；与手工套丝合格率73％和未采用该装置机械套丝合格率65％相比，质量稳定性分别提高了23.7和31.7个百分点；综合计算，制造成本分别降低了8倍和3倍。
本发明方法使被加工工件在在整个加工过程中，冷却液在套丝工装的盲孔内一直包裹着工件，起到了很好的润滑效果，加工过程中冷却液一直循环流动，带走了大量的切削热，冷却效果也得到了很好的改善，从而保证了零件加工的质量和效率。
附图说明
图1是浮动壁瓦片结构示意；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明的套丝工装的结构示意图。
其中，1、钻床夹头；2、套丝工装；21、尾柄；22、连通孔；23、凹槽；24、盲孔；25、螺钉孔；26、套丝板牙安装孔；3、冷却液；4、被加工工件；5、套丝板牙；6、板牙螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图2和图3，一种铸造高温合金螺柱套丝的装置包括钻床夹头1、套丝工装2、冷却液3、套丝板牙5和板牙螺钉6，结构示意简图见附图2。
套丝工装2是本装置的功能实现部分，它的顶部是一个易于和钻床夹头1装卸的尾柄21，中部设计有一个环形的凹槽23，底部设计有一个较深的盲孔24；在盲孔24的下端有一个套丝板牙安装孔26；中部的凹槽23与底部的盲孔24通过三个连接孔22连接贯通。
在高温铸造合金螺柱套丝过程中，套丝工装2装夹于钻床夹头1上；套丝板牙5通过板牙螺钉6固定在套丝工装2的底端；被加工工件4的螺柱头部与套丝板牙5的底部接触；在套丝工装2的中部凹槽23中注入冷却液3，冷却液3通过三个连接中部凹槽23与底部盲孔24的连接孔22，流入底部盲孔24中；启动钻床开始套丝，在套丝过程中，冷却液3被约束在底部盲孔24内，不会因为转动而被甩出，只能渗入套丝板牙5与被加工工件4之间的间隙，提升了冷却润滑效率。
使用时，具体过程如下：
(1)套丝工装2是本装置的功能实现部分，它的顶部设计有一个易于装卸的锥形尾柄21，首先将其装夹与摇臂钻床上；
(2)套丝工装2的底部设计有一个装夹套丝板牙5的套丝板牙安装孔26，将套丝板牙5装夹在套丝板牙安装孔26中；
(3)然后将被加工工件4装夹在钻床工作台面上，与套丝板牙5找正同心，待加工；
(4)被加工工件4找正后，启动钻床，在套丝工装2的中部环形凹槽23内通入冷却液3，开始加工；
(5)在加工过程中，冷却液3由套丝工装2的中部环形凹槽23经过三个与底部盲孔24连接贯通的连接孔22进入底部盲孔24，包裹在被加工工件4的螺柱四周，再经过套丝板牙5的排屑孔排出；
(6)加工完毕后，关闭钻床。
在整个加工过程中，冷却液3在套丝工装2的盲孔24内一直包裹着被加工工件4，起到了很好的润滑效果，冷却液3一直循环流动，带走了大量的切削热，冷却效果也得到了很好的改善，从而保证了被加工工件4的加工质量和效率。
实施例
某型发动机燃烧室部件采用了双层壁结构，内腔设计为浮动壁瓦片结构以提高燃烧室的许用温度。该浮动壁瓦片为采用的材料是M951高温铸造合金，在其螺柱攻丝过程中经常出现螺纹牙顶不全、缺损、乱扣等现象，合格率仅为65％。同时，由于材料本身机械加工性能较差，零件的试制周期也较长，单件加工时间约1小时。
经分析，采用M951高温铸造合金的螺柱早套丝过程中，切削阻力会不断变大，产生了大量切削热，零件挤压变形显现十分严重，因此会出现上述不合格现象。
采用该装置进行高温铸造合金M951螺柱套丝加工时，冷却效果、加工效率和质量稳定性得到很大改善，单件瓦片加工时间约30分钟，产品合格率达到96.7％。采用该装置后，加工效率提高了100％，质量稳定性提高了31.7个百分点，综合计算，制造成本分别降低了8倍和3倍。

Claims (7)

1.一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，包括钻床夹头(1)，钻床夹头(1)下方夹持有套丝工装(2)，套丝工装(2)的顶部为与钻床夹头(1)配合的尾柄(21)，中部为用于盛装冷却液(3)的凹槽(23)，底部为用于容纳被加工工件(4)以及安装套丝板牙(5)的安装件，安装件的中心设有用于容纳被加工工件(4)的盲孔(24)，盲孔(24)的下方设有用于安装套丝板牙(5)的套丝板牙安装孔(26)，所述凹槽(23)和盲孔(24)之间设有若干连通孔(22)。
2.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，所述的尾柄(21)为锥形尾柄。
3.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，所述的凹槽(23)为环形凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，所述的凹槽(23)为锥形凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，凹槽(23)和盲孔(24)之间均匀设有三个连通孔(22)。
6.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金螺柱套丝的装置，其特征在于，安装件的侧面设有若干螺钉孔(25)，螺钉孔(25)中设有用于将套丝板牙(5)固定在套丝板牙安装孔(26)中的板牙螺钉(6)。
7.一种采用权利要求1所述装置铸造高温合金螺柱套丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将尾柄(21)装夹在钻床的钻床夹头(1)上；
步骤二：将套丝板牙(5)装夹在套丝板牙安装孔(26)中；
步骤三：将被加工工件(4)装夹在钻床的工作台面上，且将被加工工件(4)与套丝板牙(5)同心设置；
步骤四：启动钻床，并在凹槽(23)中加入冷却液(3)，冷却液(3)由凹槽(23)经过连通孔(22)进入盲孔(24)，包裹在被加工工件(4)四周，再经过套丝板牙(5)的排屑孔排出；
步骤五：加工完毕后，关闭钻床。
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