CN109834295B - 一种大直径橡胶圈机加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径橡胶圈机加工方法，该方法使用机械加工的方式，在对毛坯进行切削加工中规划了一种全新的橡胶圈加工方法。首先根据所要加工出的橡胶圈尺寸设计毛坯尺寸，然后对毛坯采用铣削与切割结合的方式加工出橡胶圈。本发明的方法避免了在加工大直径橡胶圈的情况下对毛坯直径的限制，即本方法可以加工出大于毛坯直径的圆形橡胶圈。同时本加工方法避免了辅助夹具等装备的设计，降低了加工要求和加工成本。

Description

一种大直径橡胶圈机加工方法

技术领域

本发明涉及一种大直径橡胶圈机加工的改进方法，具体涉及为橡胶圈在机加工环境下刀具路线规划、毛坯设计以及加工的方法。

背景技术

橡胶圈(以下简述为“橡胶圈”)广泛用于机械管道等设备，防止水、油、气等介质泄露。橡胶圈工作面为端面，依靠在橡胶圈轴向上施加压力，使其两个端面分别于两个连接件的端面紧密贴合，达到橡胶的效果。本文所述的大直径橡胶圈为以下特定两种情况的描述：

以普通机床床为例，用以夹持工件的三抓卡盘夹具，其最大夹持毛坯直径多为1000mm以下。本文描述的大直径橡胶圈为其直径大于普通机床卡盘夹具最大夹持直径。亦可理解为橡胶圈直径超过1000mm时即为本文所描述的大直径橡胶圈。

还有一种情况：(如在某加工车间中，只有一种机床，其加工直径范围是0～400mm。)在此特定的机床上加工橡胶圈，如果加工的橡胶圈直径超出400mm,由于加工橡胶圈的毛坯直径太大，以致于无法夹持，也可以用本文所述的加工方法。在这种情况下，本文所述的大直径橡胶圈所说的“大”，是表示在现有条件下(即只有加工400mm以内范围的车床)，所需要的橡胶圈直径超出现有机床的加工直径。此种情况亦可以用本文的加工方法加工超出机床加工直径的橡胶圈。

在加工橡胶圈时，现有的方法主要分为以下两类：

一类是在大于或等于橡胶圈直径的毛坯上，用传统的机加工(机加工是机械加工的简称，是指通过机械精确加工去除材料的加工工艺，主要包括车、铣、钻、刨、磨、剪等。)的方式直接加工橡胶圈的内外轮廓，然后从毛坯上切割下来。这类加工方式过程简单，其特征为加工时刀具走刀路线处于一个平面内。

另一类通过设计专门的成形模具制造出橡胶圈。模具类型有冲压模，注塑模。冲压模的方法是直接用毛坯料在模床上将橡胶圈压制而成，这和第一类中在切削机床上加工出橡胶圈内外轮廓后再从毛坯上切割脱离相类似。注塑模的方法是设计专门的型腔，型腔的形状需和橡胶圈尺寸、外形完全相同。将受热融化的材料由注塑机高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品。

但在加工超大直径橡胶圈时，这两类加工方法的缺点主要有以下几方面：在第一类中，加工橡胶圈所需毛坯直径尺寸不能小于橡胶圈成品的外径。当橡胶圈直径较大时，毛坯直径也要求相应大小。这种加工方法对毛坯尺寸有限制，不具有普遍性，难以获取。并且在加工大直径橡胶圈时，由于工装体积大。毛坯装夹不便，需要专用夹具夹持或需要使用加工范围大的机床加工。

在第二类中，如用冲压模具加工大直径橡胶圈，同样对毛坯直径有要求(即毛坯尺寸不能小于橡胶圈成品外径)。另外，冲压模加工出橡胶圈后，毛坯剩余部分不可再加工相同直径大小的橡胶圈，易造成材料的浪费。用注塑模加工需要设计相应的型腔，并且橡胶圈材料在加工过程经历了高温融化和冷却，其难以保证原材料的性质(如冷去后的材料中可能有气泡孔，最终会影响橡胶圈强度)。同时模具加工方法只能加工出与模具尺寸相吻合的橡胶圈，柔性度差，不适合多品种、小批量生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种大直径橡胶圈机加工方法，该方法使用机械加工的方式，在对毛坯进行切削加工中规划了一种全新的橡胶圈加工方法。首先根据所要加工出的橡胶圈尺寸计算毛坯尺寸，然后对毛坯采用铣削与切割结合的方式加工出橡胶圈。

一种大直径橡胶圈机加工方法，包括以下步骤：

(1)根据橡胶圈形状参数确定毛坯尺寸：将最终要加工出的橡胶圈外径表示为D，内径表示为d,轴向厚度表示为th_a,宽为th_r。毛坯具有内外侧圆柱面，外侧圆柱面直径表示为2R_a，内侧圆柱面的直径表示为2R_b，轴向长度表示为L，则要满足以下取值范围：

0≤r≤R_a-4th_r,L＞5th_a。

(2)在毛坯上切削下端面，切削区域表示为第一区域：第一区域为以下指定的毛坯下端面切削区域，从毛坯正视图观察，从毛坯下端面最左端到下端面最右端切削深度从0均匀增大到2th_a，即切削方向与下端面的夹角为θ₁，满足

(3)以固定不变的切削深度切削毛坯下端面中第二区域，保留下端面中的指定四个区域，并分别表示为第三区域、第四区域、第五区域、第六区域：第二区域为毛坯下端面中除去第三区域、第四区域、第五区域和第六区域以外的部分；第三区域为毛坯下端面中处于X轴上方的半圆环状区域，其外半径即为R_a，内半径为R_a-th_r，首端面位于毛坯下端面Y轴左侧，并与X轴处于同一条直线上，尾端面位于毛坯1下端面Y轴右侧，并与X轴处于同一条直线上；第四区域为毛坯下端面中处于X轴下方的螺旋状区域，首端与第三区域首端相连，尾端位于毛坯下端面Y轴右侧，与X轴处于同一直线上，其内侧点距离中心点O的距离为

首尾之间的内侧面到O点距离为

第五区域为毛坯下端面中处于X轴下方的圆环状区域，首端与第三区域尾端相连，尾端位于毛坯下端面X轴下方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，首尾之间的内侧面到中心点的距离为R_a-th_r；第六区域为毛坯下端面中处于X轴上方的螺旋状区域，首端与第四区域尾端相连接，尾端位于X轴上方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，首尾之间的内侧面到中心点O的距离为

其中θ为内侧面上任意点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围为从0到

(4)对第五区域与第六区域进行切削：从第五区域首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a，从第六区域首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a。

(5)沿着第一切割路线将第三区域与第四区域从毛坯中切割分离：第一切割路线为第三区域、第四区域的外轮廓边界与毛坯下端面交界线，切割平行于毛坯下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r，此时第三区域与第四区域与毛坯分离，其尾端分别与第五区域、第六区域首端相连。

(6)切削毛坯下端面的第七区域，保留下端面中的指定两个区域，并分别表示为第八区域和第九区域：第七区域具体表示为切削深度从毛坯下端面最右端到下端面最左端，切削深度从0逐渐增大为4th_a，并在毛坯下端面中除去第八区域和第九区域以外的部分；第八区域为毛坯下端面X轴下方的圆环状区域，首端与第五区域尾端相连接，并与X轴处于同一直线上，首尾端之间的内侧面到中心点O的距离为R_a-th_r；第九区域为毛坯下端面中处于X轴上方的螺旋状区域，首端与第六区域尾端相连，并与X轴处于同一直线上，尾端与第八区域尾端相连接，并与X轴处于同一直线上，其内侧点与到中心点O的距离为R_a-th_r，首尾端之间的内侧面与O点距离为

其中θ为区域23内侧面上点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围从0到π。

(7)沿着第二切割路线将第五区域、第六区域、第八区域与第九区域从毛坯中切割分离：第二切割路线为第五区域、第六区域、第八区域、第九区域与毛坯下端面交界线，切割平行于毛坯下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r，此时第八区域、第九区域与毛坯分离；由于第三区域与第四区域首端相连接，第八区域、第九区域的尾端相连；第五区域的首端与第三区域尾端相连，尾端与第八区域相连；第六区域的首端与第四区域尾端相连，尾端与第九区域相连；所以由第三区域、第四区域、第五区域、第六区域、第八区域、第九区域从毛坯中切割出来组成为一个厚为th_r，宽为th_a的橡胶圈。

有益效果：本发明采用上述技术方案后，在获取橡胶圈件时，避免了在加工大直径橡胶圈的情况下对毛坯直径的限制(即在比橡胶圈直径小的毛坯中可以通过本发明方法获得橡胶圈)，避免了辅助夹具等装备的设计，降低了加工条件的要求(主要是毛坯尺寸的要求，即不需要限定毛坯直径要大于橡胶圈直径)。

附图说明

图1中(a)为橡胶圈正视图，(b)为C处的局部放大视图；

图2为橡胶圈俯视图；

图3为加工方法中步骤(1)切削下端面时毛坯正视图，阴影区域2为第一区域；

图4为加工方法中步骤(2)切削下端面时毛坯正视图；

图5为图4中毛坯B1方向的局部视图，即为加工方法中步骤(2)切削下毛坯1下端面时的端面视图，阴影区域3为第二区域，20为第三区域，21为第四区域，22为第五区域，23为第六区域；

图6为加工方法中步骤(3)切削第五区域22与第六区域23时毛坯1的下端面视图；

图7为加工方法中步骤(4)中将区域20段与21段从毛坯中切割分离时毛坯正视图，曲线4为第一切割路线；

图8为加工方法中步骤(4)中将区域20段与21段从毛坯中切割分离时毛坯下端面视图，曲线4为第一切割路线；

图9为加工方法中步骤(5)切削毛坯下端面时的毛坯正视图；

图10为加工方法中步骤(5)切削毛坯下端面时的毛坯下端面视图，阴影区域5为第七区域，24为第八区域，25为第九区域；

图11加工方法中步骤(6)中将第五区域22、第六区域23、第八区域24与第九区域25从毛坯中切割分离时的毛坯正视图，加粗曲线6为第二切割路线；

图12加工方法中步骤(6)中将第五区域22、第六区域23、第八区域24与第九区域25从毛坯中切割分离时的毛坯下端面视图；

图13加工方法中步骤(6)中第五区域22、第六区域23、第八区域24与第九区域25从毛坯中切割分离时的毛坯轴侧图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

1、加工选用的毛坯

毛坯材料为橡胶材料，毛坯外轮廓为圆柱形。将最终要加工出的橡胶圈外径表示为D，内径表示为d,轴向厚度表示为th_a,宽为th_r。尺寸示意图如图1和图2所示。毛坯具有内外侧圆柱面，外侧圆柱面直径表示为2R_a，内侧圆柱面的直径表示为2R_b，轴向长度表示为L，则要满足以下取值范围：

0≤r≤R_a-4th_r,L＞5th_a。

2、加工方法

加工设备选用数控铣床或者车铣复合机床等具有铣削和切割功能的切削机床。根据加工阶段的不同，现将加工分为若干个阶段。

(1)如图3所示。在毛坯1上切削毛坯下端面，切削区域表示为第一区域，即图3中的阴影部分2。第一区域为以下指定的毛坯下端面切削区域：从毛坯正视图观察，从毛坯下端面最左端到下端面最右端切削深度从0均匀增大到2th_a，即切削方向与下端面的夹角为θ₁，满足

(2)以固定不变的切削深度切削毛坯1下端面中第二区域，如图4及图5所示。第二区域为图5中的阴影部分3，保留下端面中的指定四个区域，并分别表示为第三区域20、第四区域21、第五区域22、第六区域23。第三区域20为毛坯1下端面中处于X轴上方的半圆环状第三区域20，其外半径即为R_a，内半径为R_a-th_r(th_r即为最终加工出橡胶圈的厚度大小)，其宽为th_a。第三区域20首端面位于毛坯1下端面Y轴左侧，并与X轴处于同一条直线上，尾端面位于毛坯1下端面Y轴右侧，并与X轴处于同一条直线上。第四区域21为毛坯1的下端面中处于X轴下方的螺旋状区域，首端与第三区域20首端相连，尾端位于毛坯1下端面Y轴右侧，与X轴处于同一直线上，其内侧点距离中心点O的距离为

第四区域21首尾之间的内侧面(即到中心O点距离较短的侧面)到O点距离为

其中θ为第四区域21内侧面上任意点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，范围从0到π。第五区域22为毛坯1下端面中处于X轴下方的圆环状区域，首端与第三区域20尾端相连，尾端位于毛坯1下端面X轴下方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，首尾之间的内侧面到中心点的距离为r₂₂＝R_a-th_r，其中θ为内侧面上任意点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，范围从0到

第六区域23为毛坯1下端面中处于X轴上方的螺旋状第六区域23，首端与第四区域21尾端相连接，尾端位于X轴上方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，第六区域23首尾之间的内侧面到中心点O的距离为

其中θ为第六区域23内侧面上任意点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围从0到

(3)对毛坯1下端面中的第五区域22与第六区域23进行切削，如图6阴影区域所示。从第六区域23首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a。从区域22的首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a。

(4)沿着第一切割路线将第三区域20与第四区域21从毛坯中切割分离。第一切割路线为第三区域20、第四区域21的外轮廓边界与毛坯1下端面交界线，如图7及图8中的曲线4所示。切割平行于毛坯1下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r(切割深度是指刀具在沿着第一切割路线进给的径向深度,正视图如图7所示，下端面视图如图8所示)。此时第三区域20与第四区域21与毛坯分离，其尾端分别与第五区域22、第六区域23首端相连。

(5)切削毛坯1下端面的第七区域5，保留下端面中的指定两个区域，并分别表示为第八区域24和第九区域25。第七区域如图10中的阴影区域5所示：被切削区域为毛坯1的下端面，切削从毛坯1下端面最右端到下端面最左端，切削深度从0逐渐增大为4th_a，此时毛坯正视图如图9所示。从毛坯底部的下端面来看(图10)，端面切削保留以下2个部分：第八区域24为处于毛坯1下端面X轴下方的圆环状区域，首端与第五区域21尾端相连接，并与X轴处于同一直线上，首尾端之间的内侧面到中心点O的距离为r₂₄＝R_a-th_r，其中θ为内侧面上任意点到原点O连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围为0～π；第九区域25为毛坯1下端面中处于X轴上方的螺旋状区域，首端与第六区域22的尾端相连，并与X轴处于同一直线上，首尾端之间的内侧面与O点距离为

其中θ为内侧面上点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围从0到π。

(6)沿着第二切割路线将第五区域22、第六区域23、第八区24与第九区域25从毛坯中切割分离。第二切割路线为上述四个区域的外轮廓与毛坯1下端面交界线，切割平行于毛坯1下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r,正视图如图11所示，下端面视图如图12所示，轴侧图如图13所示。此时第五区域22、第六区域23、第八区24与第九区域25与毛坯分离。由于第八区24与第九区域25的尾端相连，第三区域20、第四区域21的首端相连接，第五区域22首端与第三区域20尾端相连，尾端与第八区域24相连；第六区域23首端与第四区域21尾端相连，尾端与第九区域25相连；所以由第三区域20、第四区域21、第五区域22、第六区域23、第八区域24、第九区域25从毛坯中切割出来组成为一个厚为th_r，宽为th_a的橡胶圈。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种大直径橡胶圈机加工方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：毛坯材料为橡胶材料，轮廓为圆柱形，具有内外侧圆柱面，根据橡胶圈尺寸限定毛坯尺寸大小；

步骤二：在毛坯上切削下端面，切削区域表示为第一区域；

步骤三：以固定不变的切削深度切削毛坯下端面中第二区域，保留下端面中的指定四个区域，并分别表示为第三区域、第四区域、第五区域、第六区域；

步骤四：对第五区域与第六区域进行切削；

步骤五：沿着第一切割路线将第三区域与第四区域从毛坯中切割分离；

步骤六：切削毛坯下端面的第七区域，保留下端面中的指定两个区域，并分别表示为第八区域和第九区域；

步骤七：沿着第二切割路线将第五区域、第六区域、第八区域与第九区域从毛坯中切割分离；

其中，步骤一中所述根据橡胶圈尺寸限定毛坯尺寸大小的具体方法为：将最终要加工出的橡胶圈外径表示为D，内径表示为d，轴向厚度表示为th_a，宽为th_r，毛坯具有内外侧圆柱面，外侧圆柱面直径表示为2R_a，内侧圆柱面的直径表示为2R_b，轴向长度表示为L，设计限定毛坯尺寸时满足以下取值范围：

0≤r≤R_a-4th_r,L＞5th_a；

步骤二中所述第一区域具体表示为：第一区域为以下指定的毛坯下端面切削区域：从毛坯正视图观察，从毛坯下端面最左端到下端面最右端切削深度从0均匀增大到2th_a，即切削方向与下端面的夹角为θ₁，满足

步骤三中所述第二区域具体表示为：所述第二区域为毛坯下端面中除去第三区域、第四区域、第五区域和第六区域以外的部分；所述第三区域为毛坯下端面中处于X轴上方的半圆环状区域，其外半径即为R_a，内半径为R_a-th_r，首端面位于毛坯下端面Y轴左侧，并与X轴处于同一条直线上，尾端面位于毛坯1下端面Y轴右侧，并与X轴处于同一条直线上；所述第四区域为毛坯下端面中处于X轴下方的螺旋状区域，首端与第三区域首端相连，尾端位于毛坯下端面Y轴右侧，与X轴处于同一直线上，其内侧点距离中心点O的距离为

首尾之间的内侧面到O点距离为

所述第五区域为毛坯下端面中处于X轴下方的圆环状区域，首端与第三区域尾端相连，尾端位于毛坯下端面X轴下方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，首尾之间的内侧面到中心点的距离为R_a-th_r；所述第六区域为毛坯下端面中处于X轴上方的螺旋状区域，首端与第四区域尾端相连接，尾端位于X轴上方，与中心点O的连线与X轴正方向成45°夹角，首尾之间的内侧面到中心点O的距离为

其中θ为内侧面上任意点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围从0到

步骤四中所述对第五区域与第六区域进行切削具体表示为：从第五区域首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a，从第六区域首端处开始切削直到其尾端处结束，切削深度从0均匀增加到th_a；

步骤五中所述第一切割路线具体表示为：第一切割路线为第三区域、第四区域的外轮廓边界与毛坯下端面交界线，切割平行于毛坯下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r，此时第三区域与第四区域与毛坯分离，其尾端分别与第五区域、第六区域首端相连；

步骤六中所述第七区域具体表示为：切削深度从毛坯下端面最右端到下端面最左端，切削深度从0逐渐增大为4th_a，所述第七区域毛坯下端面中除去第八区域和第九区域以外的部分；所述第八区域为毛坯下端面X轴下方的圆环状区域，首端与第五区域尾端相连接，并与X轴处于同一直线上，首尾端之间的内侧面到中心点O的距离为R_a-th_r；所述第九区域为毛坯下端面中处于X轴上方的螺旋状区域，首端与第六区域尾端相连，并与X轴处于同一直线上，尾端与第八区域尾端相连接，并与X轴处于同一直线上，其内侧点与到中心点O的距离为R_a-th_r，首尾端之间的内侧面与O点距离为

其中θ为内侧面上点到原点连成的直线与X轴正方向之间的夹角，取值范围为从0到π；

步骤七中所述第二切割路线具体表示为：第二切割路线为第五区域、第六区域、第八区域、第九区域与毛坯下端面交界线，切割平行于毛坯下端面并在轴向上偏移距离为th_a，切割深度为th_r，此时第五区域、第六区域、第八区域、第九区域与毛坯分离；由于第三区域与第四区域首端相连接，第八区域、第九区域的尾端相连；第五区域的首端与第三区域尾端相连，尾端与第八区域相连；第六区域的首端与第四区域尾端相连，尾端与第九区域相连；所以由第三区域、第四区域、第五区域、第六区域、第八区域、第九区域从毛坯中切割出来组成为一个厚为th_r，宽为th_a的橡胶圈。

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