CN107932122A - 拆卸式半环真空吸附夹具 - Google Patents

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陈广慧
张明帅
陈丽娟
李友民
王海柱
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Abstract

本发明涉及一种拆卸式半环真空吸附夹具。包括用于真空泵的管路连接筒、外形为球面的支撑胎、具有中心孔的连接法兰以及具有径向紧固螺栓的半圆环；连接筒穿过连接法兰的中心孔并凸出于连接法兰端面，支撑胎通过连接螺栓与法兰连在一起，半圆环通过径向紧固螺栓使两个半环连在一起形成一个圆环。在胎具的表面上均布着很多的小孔，通过真空泵的吸附，使工件内型面、胎具腔、与连接筒之间形成密闭的真空通道，通过吸附，使胎具与待加工零件之间能够形成良好的固定状态，能够固定2mm以内的球形工件，同时由于工件内型面与胎具外型面相同或相近，因此能够避免加工时零件产生的变形。

Description

拆卸式半环真空吸附夹具
技术领域
本发明涉及一种拆卸式半环真空吸附夹具，尤其适用于大型车床上加工半球形薄壁件。
背景技术
球形产品已经得到广泛的应用，工业生产和日常生活中，经常能够遇到球形或者近似球形的部件，例如工业上的压力罐，家庭用的煤气罐等等，这类产品一般为腔形，需要大的储藏空间，同时也需要材料具有较好的强度。现阶段，随着技术的发展，产品的重量变为一个非常重要的指标，如何减重的同时不改变零件强度甚至是增大零件强度，成为设计人员追求的首要指标，其中内置金属胆，外层采用碳纤维进行缠绕，在保证产品承压的前提下，可以降低产品重量在60％左右，这样的球形产品一般都为薄壁件，厚度不超过1mm，其整体采取上下半球焊接而成，这就要求上下半球的厚度均匀，因此加工中如何控制产品的变形量，成为加工过程中的首要难题，尤其是针对铝合金材料的加工。
铝合金作为工业生产中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造等方面有重要应用，尤其是航天方面，铝合金具有如下特点：
(1)密度小，铝合金的密度接近于2.75g/m3，约为铁或铜的1/3；
(2)强度高，铝及铝合金的强度高。经过一定的冷加工可强化基本强度，部分牌号的铝合金还可以通过热处理进行强化处理；
(3)耐蚀性好，铝合金的表面易自然产生一层致密牢固的AL203保护膜，能很好的保护基体不受腐蚀。通过人工阳极氧化和着色，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金；
(4)易加工，添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金；
(5)铝合金塑性低，熔点也低，加工铝合金时其粘刀问题严重，排屑性能较差，表面粗糙度也比较高；
(6)加工铝合金材料刀具易磨损，因为采取不适合的刀具材料加工铝合金时，往往因为粘刀，排屑等问题导致刀具磨损加快。
由此可见，铝合金材料加工难度大，当直径达到500mm时，由于铝合金加工时自身的延展性，切削会导致零件在Z方向上产生一定的拉伸，这样就导致了产品加工时的变形量加大，零件加工时的装夹定位问题是铝合金加工时的难题，尤其加工球形产品时，经常因为固定而使得球形产品产生加工后形变的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在加工球形产品时，避免或降低因为固定而使得球形产品产生加工后形变的问题；通过设置可拆卸半环，将产品端面处的圆弧复杂结构一次加工完成。
本发明采用如下技术方案：
拆卸式半环真空吸附夹具，包括用于与真空管路连接的管路连接筒、具有外球面的支撑胎、具有径向紧固螺栓的半圆环和具有中心孔的连接法兰；
所述管路连接筒穿过连接法兰的中心孔，管路连接筒通过角接触球轴承与连接法兰的中心孔连接，连接筒的两端分别凸出于连接法兰的两个端面，在管路连接筒的两侧与连接法兰的中心孔交汇处分别设置唇形密封圈形成活动密封；
所述支撑胎的外型面与零件的内型面相同或相似；
所述支撑胎通过螺栓与连接法兰相连；
所述半圆环通过连接螺栓与连接法兰连接在一起。
本发明的有益效果是：
1，通过支撑胎以及通孔，形成真空通道，在能够固定厚度1mm以下的球形产品的同时，避免了加工后球形产品的变形。
2，通过可拆卸半圆环的结构，使加工具有端面弧形结构的产品时可以一次加工成型，避免了多次装夹造成的加工和找正误差；
3，车用可拆卸半环真空吸附夹具结构简单，加工制造方便，并且成本较低，使用便捷；
3，所属夹具的使用范围广，不但适用金属薄壁件，同时也适用于一些非金属、特种材料球形薄壁件的加工；
4，由于胎具表面与球形产品能型面贴合率能够达到90％以上，因此装夹找正非常方面，减少了大型零件加工前找正时所用时间的消耗，能够提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1、管路连接筒，2、支撑胎，3、半圆环，4、连接法兰。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明进行具体说明。
实施例1：
参照图1：
拆卸式半环真空吸附夹具，包括用于真空泵的管路连接筒1、外形为球面的支撑胎2、具有中心孔的连接法兰4以及具有径向紧固螺栓的半圆环3；连接筒穿过连接法兰的中心孔并凸出于连接法兰端面，连接筒与连接法兰之间，通过角接触球轴承连接在一起，在连接筒的两侧与连接法兰的中心孔交汇处分别设置唇形密封圈形成活动密封；支撑胎2的外型面与待加工零件的内型面相同或相近，支撑胎2通过连接螺栓与连接法兰连在一起。支撑胎2连接后，半圆环通过径向紧固螺栓使两个半圆环连在一起形成一个圆环，圆环的内孔与胎具直线段采用间隙配合，通过轴向的连接螺栓将半圆环与法兰连接。在支撑胎2的表面上均布着很多的小孔，通过真空泵的吸附，使工件内型面、支撑胎2内腔与连接筒1之间形成密闭的真空通道，通过吸附，使支撑胎2与待加工零件之间能够形成良好的固定状态，能够固定2mm以内的球形工件，同时由于工件内型面与支撑胎2外型面相同或相近，因此能够避免加工时零件产生的变形。
其中，连接筒为一直径为φ50的细长管，连接筒一端与真空泵相连，另一端与支撑胎2相通，形成真空密闭通道。
支撑胎是中空的半球形体，支撑胎的外表面能够与待加工件的内表面形成良好的契合，接触够两型面的贴合率能够达到90％以上，通过均布于球面上的通孔，能够将待加工零件很好的固定在胎具上。
为了使连接筒能够穿过连接法兰，在连接法兰的中心位置设有中心孔，且为了便于加工和装配，连接筒的长度要凸出连接法兰端面100mm。
连接筒与连接法兰中心孔通过角接触球轴承连接。
为了保证真空状态，在连接筒的两端与连接法兰的中心孔之间分别设置唇形密封圈，在唇形密封圈和连接筒的外部通过活动机构固定，使得连接法兰在旋转时，连接筒与连接法兰能够活动密封。
半圆环与支撑胎直线段采用间隙配合，并且在其接触位置设有O型密封结构，保证该位置不漏气，两半圆通过径向紧固螺钉连接在一起，并通过轴向紧固螺栓与法兰连接起来。
实际使用中，首先通过螺栓将半球形支撑胎连接在一起,然后将两半圆环通过径向紧固螺栓固定在一起形成圆环，并将用于密封的O型圈固定在圆环中的密封槽中，通过轴向连接螺栓将圆环与法兰连接起来，装配时需要保证组装好的圆环与半球形支撑胎的直线段具有很好的密封效果，最后将组装成型的可拆卸半环真空吸附夹具通过四爪方式将连接法兰固定在机床设备上。连接法兰的一端是用来固定待加工产品的支撑胎，面向机床上的刀具；连接法兰的另一端是连接筒凸出于连接法兰端面的结构。通过钢管与连接筒固定连接，例如焊接；钢管穿越车床主轴孔，利用软管的两端分别连接钢管和真空泵，形成闭合管路。真空泵、软管、钢管、连接筒以及支撑胎共同构成了真空通道。
将待加工的产品的内型面与支撑胎的外球面相接触，采取端面密封的方式，加工前首先对支撑胎进行找正，找正精度不大于0.03mm，然后将与零件端面接触的圆环结构端面见光，目的是保证良好的密封效果；将零件与圆环端面之间垫一层1mm厚的真空胶皮，胶皮不能过厚以免影响零件找正精度，也不能过薄，过薄的胶皮密封效果不好；启动真空泵，待加工的产品受到真空作用被吸附固定在支撑胎上。启动机床设备，连接法兰和支撑胎转动，通过刀具进行加工。连接筒与连接法兰之间相对活动，连接法兰旋转时，连接筒相对固定，同时受到唇形密封圈的影响，能够保证真空通道(连接筒相对于连接法兰)的动密封。
为了保证零件安装好后，有良好的吸附效果，在胎具外型面上按照外球面的截面圆均匀的分布一些直径不大于φ0.5mm的通孔，这样能够保证吸附的牢固性，且吸附力效果均匀，减少加工过程中受力不均对产品壁厚的影响。
按型面(外球面)截面圆进行分布，分布规律见表1。
实施例2：
参照图1：
在前述实施例1的基础上，为了提高产品的加工效果和吸附胎具的加工能力，在加工一些具有端面结构的工件时，本例提出一种更加优选的方案，为了进一步保证支撑胎与待加工的产品之间的真空吸附固定效果，本实施例提出一种优选的方案。
在加工球形零件时，零件端面一般会与其他零件采取焊接结构，零件端面的结构复杂，本例设计出了一种可拆卸半圆环的结构，加工型面时将半圆环通过连接螺栓合并在一起，并用其端面进行密封和定位，型面加工结束后，通过在半圆环设置的径向螺钉可以较容易的将半圆环拆卸下来，半圆环较厚尺寸达到600mm，一般的车刀都可对端面的机构进行加工，并不会产生干涉的现象。采用这种结构减少了零件的装夹和找正次数，提高了加工效率，同时由于将半圆环拆下时，对型面外形面采用球形尾顶进行固定，保留了零件外型面加工时的定位状态，因此较容易的保证了形位公差的要求。
本发明所提供的技术方案不限于铝合金材料的加工，可以为其他金属和非金属，例如钛合金、聚四氟乙烯等的加工提供较有帮助的借鉴经验。本发明设计出了一种依靠真空吸附，外界大气压力施压的方式固定零件，由于外界大气压是均匀的作用在待加工产品的外表面，因此可增加加工过程中的稳定性，能够降低零件加工完成后的变形量。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
表1：
截面圆直径(mm) 孔数(个)
Φ480 150
Φ440 150
Φ400 120
Φ360 110
Φ320 100
Φ280 90
Φ240 60
Φ200 50
Φ160 40
Φ120 30
Φ80 20
Φ40 10
Φ20 8
Φ0 1

Claims (7)

1.拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：包括用于与真空管路连接的管路连接筒（1）、具有外球面的支撑胎（2）、具有径向紧固螺栓的半圆环（3）和具有中心孔的连接法兰（4）；
所述管路连接筒（1）穿过连接法兰（4）的中心孔，管路连接筒（1）通过角接触球轴承与连接法兰（4）的中心孔连接，连接筒（1）的两端分别凸出于连接法兰（4）的两个端面，在管路连接筒（1）的两侧与连接法兰（4）的中心孔交汇处分别设置唇形密封圈形成活动密封；
所述支撑胎（2）的外型面与零件的内型面相同或相似；
所述支撑胎（2）通过螺栓与连接法兰（4）相连；
所述半圆环通过连接螺栓与连接法兰连接在一起。
2.根据权利要求1所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：所述支撑胎（2）上设置用于真空吸附的通孔，使零件里型面与胎具内腔和连接筒之间形成密闭真空通道。
3.根据权利要求2所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：所述通孔是直径不超过φ0.5mm的通孔，且沿球面截面均匀分布。
4.根据权利要求1所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：支撑胎（2）的外球面与零件的内型面接触面积应尽量大，且支撑胎外型面的粗糙度应不超过Ra1.6，以免划伤零件。
5.根据权利要求1所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：所述支撑胎（2）内部是空心的球形结构。
6.根据权利要求1所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：所述连接筒（1）的长度大于连接法兰（4）的厚度100mm。
7.根据权利要求1所述的拆卸式半环真空吸附夹具，其特征在于：所述半圆环与支撑胎（2）直线段之间采用间隙配合，并通过O型圈密封，保证胎具与内腔的真空通道密封良好。
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