CN110712134A - 一体化免装夹结构及其磨料流加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印技术领域及零件内腔表面磨料流加工领域，尤其涉及一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法。本发明包括：顶板、底板、支撑结构；支撑结构设置于顶板和底板之间，承受磨料流加工时上缸体和下缸体之间的夹紧力；顶板的中部设置有上导流锥孔；底板的中部设置有下导流锥孔；零件部分设置于磨料流夹具部分的内部；零件部分上下两端的内流道口分别与上导流锥孔和下导流锥孔相连通，引导磨料进入零件内流道进行加工。本发明的技术方案解决了现有技术中的零件进行磨料流加工需要复杂夹具所导致的夹具制造周期长、装夹过程复杂、效率低、夹具装夹易失效和装夹定位误差大等问题。

Description

一体化免装夹结构及其磨料流加工方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域及零件内腔表面磨料流加工领域，尤其涉及一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法。

背景技术

磨料流加工是一项能同时抛光表面，去除毛刺和倒圆锐角的光整加工技术，尤其适合管状零件、航空发动机用复杂燃油喷嘴、特殊液压元件或需要复杂夹具进行磨料流加工的构件内腔表面的精加工。但在磨料流机床上加工复杂零件时，往往要针对零件的形状尺寸，设计制造出一套复杂的专用夹具。专用夹具的制造周期长，且需要经过复杂的装配工序才能进行加工。零件加工时，又需进行复杂的装夹工序，加工前大量的准备工作导致加工时效率较低。磨料流夹具使用一定时间后，其装夹易失效，装夹时存在定位误差。现有的分体式磨料流夹具设计相关专利有：

长春理工大学申请的：一种液压缸磨粒流加工用夹具，申请号：201810911869.X，该专利设计了一种液压缸磨料流专用夹具，利用螺旋盘的转动带动磨料冲击液压缸的内腔表面，能够对液压缸表面进行全方位的精加工。但是该夹具结构复杂，夹具的制造周期长，装夹过程复杂，加工效率低。

中国运载火箭技术研究院申请的：一种钛合金管件内壁粉末去除方法及夹具，申请号：201711041389.4，该专利设计了一种对钛合金管件内壁进行磨料流加工的夹具，该夹具控制了磨料流的流动方向，减小了磨料流加工对管件其他表面的影响，提高了磨料流加工效率。但是该夹具仅适用于直形管类零件，存在一定的局限性。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的一体化免装夹结构及其磨料流加工方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的进行磨料流加工需要复杂夹具所导致的夹具制造周期长、装夹过程复杂，效率低、使用零件范围窄等技术问题，而提供一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法。本发明主要利用增材制造加工一体化夹具及零件，再对一体化夹具及零件进行磨料流加工，加工完成后再切除一体化夹具及零件的磨料流夹具部分，从而起到缩短夹具制造周期、便于操作、应用于各种零件的内腔加工，大大提高零件加工效率的目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种一体化免装夹结构通过增材制造一体化加工而成；包括：零件部分和磨料流夹具部分；磨料流夹具部分包括：顶板、底板、支撑结构；支撑结构设置于顶板和底板之间，承受磨料流加工时上缸体和下缸体之间的夹紧力；顶板的中部设置有上导流锥孔；底板的中部设置有下导流锥孔；零件部分设置于磨料流夹具部分的内部；零件部分上下两端的内流道口分别与上导流锥孔和下导流锥孔相连通，引导磨料进入零件内流道进行加工。

进一步地，一体化免装夹结构通过增材制造加工，增材方式为选区激光熔化、选区激光烧结及激光近净成形。

进一步地，一体化免装夹结构直接在磨料流机床上加工，免去夹具的装配工序和零件在夹具上的装夹工序，简化工艺流程。

进一步地，支撑结构与上缸体和下缸体同径，减小一体化免装夹结构的变形；支撑结构包括但并不限于网状、桁架轻量化承力结构，节省材料和加工时间。

进一步地，上导流锥孔和下导流锥孔采用锥形孔引导磨料进入零件内流道进行加工，以获得均匀的速度场和静压力场，提高加工质量。

进一步地，对顶板的上顶面和底板的下底面进行减材加工，达到表面粗糙度要求，确保上顶面和下底面与上缸体和下缸体之间紧密装配。

一体化免装夹结构的磨料流加工方法包括以下步骤：

步骤一、一体化加工：

通过增材制造加工一体化免装夹结构；

步骤二、夹持面预处理：

减材加工上顶面和下底面，达到表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能与磨料流机床上的上缸体和下缸体之间紧密装配。

步骤三、磨料流加工前准备：

对一体化免装夹结构及磨料进行检验，检验磨料是否有效，一体化免装夹结构表面是否有机械损伤及锈蚀，上顶面和下底面是否达到粗糙度要求；

步骤四、磨料流加工：

4.1将磨料装填至磨料流机床下缸体；

4.2将一体化免装夹结构放置于磨料流机床的工作台上并夹紧；

4.3设置机床的加工次数；

4.4启动机床合模，进行磨料流加工；

4.5加工完成后从机床上取下一体化免装夹结构；

步骤五、清洗：

5.1清除一体化免装夹结构上残余的磨料颗粒；

5.2清洗一体化免装夹结构表面的油污；

步骤六、减材切除：

切除一体化免装夹结构的磨料流夹具部分；

步骤七、零件部分检验：

检验切除磨料流夹具部分后零件部分的尺寸和表面粗糙度是否达到要求；

进一步地，步骤二中的夹持面预处理中的上顶面和下底面采用减材加工，减材方式为铣削、车削或磨削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能在磨料流机床上的紧密装配，防止磨料流加工过程中磨料漏出。

进一步地，步骤六中减材切除中的磨料流夹具部分通过减材切除，减材方式为线切割、铣削或车削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和形状精度要求。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的一种一体化免装夹结构，其支撑结构采用网状、桁架等镂空的轻量化承力结构，节省材料和加工时间；

2、本发明提供的一种一体化免装夹结构，其支撑结构与磨料流上缸体、下缸体同径，减小了一体化夹具及零件的变形；

3、本发明提供的一种一体化免装夹结构，其上导流锥孔和下导流锥孔采用锥形孔引导磨料进入零件内流道进行加工，获得了更为均匀的速度场和静压力场，提高了加工质量。

4、本发明提供的一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法，采用了零件和夹具一体化加工的方法，简化了夹具结构，节省了夹具制造、装配和零件装夹的时间，提高了加工效率；

5、本发明提供的一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法，采用了零件和夹具一体化设计和加工的方法，一体化夹具及零件与磨料流加工机床配合，形成一个封闭流道，易于控制磨料的流动，可进行上下循环往复多次的加工，提高了磨料的利用效率和加工效率；

6、本发明提供的一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法，采用了增材制造加工一体化夹具及零件，便于加工复杂零件和夹具，尤其适合等径弯管零件的磨料流加工；

7、本发明提供的一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法，采用增材制造技术进行加工，可以一次性完成从设计到最终成形的整个加工过程，避免了复杂的工艺流程，实施起来方便可靠；

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的零件进行磨料流加工需要复杂夹具所导致的夹具制造周期长、装夹过程复杂、效率低、夹具装夹易失效和装夹定位误差大等问题。对于管状零件、航空发动机用复杂燃油喷嘴、液压元件或需要复杂夹具进行磨料流加工的构件的内腔表面加工具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例1的工件部分示意图；

图3为本发明实施例1三维图；

图4为本发明实施例2结构示意图；

图5为本发明实施例2的工件部分示意图

图中：1、上缸体 2、零件部分(实施例1) 2’、零件部分(实施例2) 3、磨料流夹具部分 31、顶板 311、上顶面 312、上导流锥孔 32、底板 321、下底面 322、下导流锥孔 4、下缸体 5、出口端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种一体化免装夹结构通过增材制造一体化加工而成的一体化免装夹结构，包括：零件部分2和磨料流夹具部分3；磨料流夹具部分3包括：顶板31、底板32、支撑结构33；支撑结构33设置于顶板31和底板32之间，承受磨料流加工时上缸体1和下缸体4之间的夹紧力；顶板31的中部设置有上导流锥孔312；底板32的中部设置有下导流锥孔322；零件部分2设置于磨料流夹具部分3的内部；零件部分2上下两端的内流道口分别与上导流锥孔312和下导流锥孔322相连通，引导磨料进入零件内流道进行加工。

一体化免装夹结构通过增材制造加工，增材方式为选区激光熔化、选区激光烧结及激光近净成形。

一体化免装夹结构直接在磨料流机床上加工，免去夹具的装配工序和零件在夹具上的装夹工序，简化工艺流程。

支撑结构33与上缸体1和下缸体4同径，减小一体化免装夹结构的变形；支撑结构33包括但并不限于网状、桁架轻量化承力结构，节省材料和加工时间。

上导流锥孔312和下导流锥孔322采用锥形孔引导磨料进入零件内流道进行加工，以获得均匀的速度场和静压力场，提高加工质量。

对顶板31的上顶面311和底板32的下底面321进行减材加工，达到表面粗糙度要求，确保上顶面311和下底面321与上缸体1和下缸体4之间紧密装配。

一体化免装夹结构的磨料流加工方法，其特征在于：所述的磨料流加工方法包括以下步骤：

步骤一、一体化加工：

通过增材制造加工一体化免装夹结构；

步骤二、夹持面预处理：

减材加工上顶面311和下底面321，达到表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能与磨料流机床上的上缸体1和下缸体4之间紧密装配。

步骤三、磨料流加工前准备：

对一体化免装夹结构及磨料进行检验，检验磨料是否有效，一体化免装夹结构表面是否有机械损伤及锈蚀，上顶面311和下底面321是否达到粗糙度要求；

步骤四、磨料流加工：

4.1将磨料装填至磨料流机床下缸体4；

4.2将一体化免装夹结构放置于磨料流机床的工作台上并夹紧；

4.3设置机床的加工次数；

4.4启动机床合模，进行磨料流加工；

4.5加工完成后从机床上取下一体化免装夹结构；

步骤五、清洗：

5.1清除一体化免装夹结构上残余的磨料颗粒；

5.2清洗一体化免装夹结构表面的油污；

步骤六、减材切除：

切除一体化免装夹结构的磨料流夹具部分3；

步骤七、零件部分2检验：

检验切除磨料流夹具部分3后零件部分2的尺寸和表面粗糙度是否达到要求；

步骤二中的夹持面预处理中的上顶面311和下底面321采用减材加工，减材方式为铣削、车削或磨削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能在磨料流机床上的紧密装配，防止磨料流加工过程中磨料漏出。

步骤六中减材切除中的磨料流夹具部分3通过减材切除，减材方式为线切割、铣削或车削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和形状精度要求。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供了一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法；

一体化免装夹结构包括零件部分2和磨料流夹具部分3，所述磨料流夹具部分3包括顶板31、底板32、支撑结构33、上导流锥孔312和下导流锥孔322。

磨料流加工方法为：

步骤一、一体化加工：通过增材制造加工一体化免装夹结构，本实施例中增材方式为选区激光熔化，激光功率设置为340W，扫描速度1000mm/s，扫描间距80μⅠm，铺粉层厚40μm。

步骤二、夹持面预处理：减材加工一体化免装夹结构的上顶面311和下底面321，使一体化免装夹结构能在磨料流机床上的紧密装配。本实施例减材方式为铣削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和表面粗糙度要求。

步骤三、磨料流加工前准备：对一体化免装夹结构及磨料进行检验，检验磨料是否有效，一体化免装夹结构表面是否有机械损伤及锈蚀，上顶面311和下底面321是否达到粗糙度要求；

步骤四、磨料流加工：将磨料装填至磨料流机床下缸体4，将一体化免装夹结构放置于磨料流机床的工作台上并夹紧，设置机床的加工次数后启动机床合模进行磨料流加工，上磨料缸1和下磨料缸4循环往复挤压，磨料在流道内往复流动，完成一体化免装夹结构中工件部分内流道的光整加工；加工完成后从机床上取下一体化免装夹结构。

步骤五、清洗：清除一体化免装夹结构上残余的磨料颗粒和表面的油污。

步骤六、减材切除：切除一体化免装夹结构的磨料流夹具部分3,本实施例中采用线切割切除。

步骤七、零件检验：检验切除磨料流夹具部分3后的零件尺寸和表面粗糙度是否达到要求。

实施例2

如图4、5所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了一种一体化免装夹结构及其磨料流加工方法；

一体化免装夹结构包括：零件部分2’和磨料流夹具部分3，所述磨料流夹具部分3包括顶板31、底板32、支撑结构33、上导流锥孔312和下导流锥孔322；

其磨料流加工方法为：

步骤一、一体化加工：通过增材制造加工一体化免装夹结构，本实施例中增材方式为选区激光熔化，激光功率设置为340W，扫描速度1000mm/s，扫描间距80μⅠm，铺粉层厚40μm。

步骤二、夹持面预处理：减材加工一体化免装夹结构的上顶面311和下底面321，使一体化免装夹结构能在磨料流机床上的紧密装配。本实施例减材方式为铣削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和表面粗糙度要求。

步骤三、磨料流加工前准备：对一体化免装夹结构及磨料进行检验，检验磨料是否有效，一体化免装夹结构表面是否有机械损伤及锈蚀，顶面311和下底面321是否达到粗糙度要求；

步骤四、磨料流加工：将磨料装填至磨料流机床下缸体4，将一体化免装夹结构放置于磨料流机床的工作台上并夹紧，设置机床的加工次数后启动机床合模进行磨料流加工，上磨料缸1和下磨料缸4同时挤压磨料，磨料最终从一体化免装夹结构中零件部分2’的出口端5流出，加工完成后从机床上取下一体化免装夹结构。

步骤五、清洗：清除一体化免装夹结构上残余的磨料颗粒和表面的油污。

步骤六、减材切除：切除一体化免装夹结构的磨料流夹具部分3,本实施例中采用线切割切除。

步骤七、零件检验：检验切除磨料流夹具部分3后的零件部分2’尺寸和表面粗糙度是否达到要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种一体化免装夹结构，其特征在于，所述的一体化免装夹结构通过增材制造一体化加工而成；包括：零件部分(2)和磨料流夹具部分(3)；

所述的磨料流夹具部分(3)包括：顶板(31)、底板(32)、支撑结构(33)；支撑结构(33)设置于顶板(31)和底板(32)之间，承受磨料流加工时上缸体(1)和下缸体(4)之间的夹紧力；顶板(31)的中部设置有上导流锥孔(312)；底板(32)的中部设置有下导流锥孔(322)；

所述的零件部分(2)设置于磨料流夹具部分(3)的内部；零件部分(2)上下两端的内流道口分别与上导流锥孔(312)和下导流锥孔(322)相连通，引导磨料进入零件内流道进行加工。

2.根据权利要求1所述的一体化免装夹结构，其特征在于，所述的一体化免装夹结构通过增材制造加工，增材方式为选区激光熔化、选区激光烧结及激光近净成形。

3.根据权利要求2所述的一体化免装夹结构，其特征在于，所述的一体化免装夹结构直接在磨料流机床上加工，免去夹具的装配工序和零件在夹具上的装夹工序，简化工艺流程。

4.根据权利要求1所述的一体化免装夹结构，其特征在于，所述的支撑结构(33)与上缸体(1)和下缸体(4)同径，包括但并不限于网状、桁架轻量化承力结构。

5.根据权利要求1所述的一体化免装夹结构，其特征在于，所述的上导流锥孔(312)和下导流锥孔(322)采用锥形孔引导磨料进入零件内流道进行加工。

6.根据权利要求5所述的一体化免装夹结构，其特征在于，对顶板(31)的上顶面(311)和底板(32)的下底面(321)进行减材加工，达到表面粗糙度要求，确保上顶面(311)和下底面(321)与上缸体(1)和下缸体(4)之间紧密装配。

7.一种基于权利要求1所述一体化免装夹结构的磨料流加工方法，其特征在于：所述的磨料流加工方法包括以下步骤：

步骤一、一体化加工：

通过增材制造加工一体化免装夹结构；

步骤二、夹持面预处理：

减材加工上顶面(311)和下底面(321)，达到表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能与磨料流机床上的上缸体(1)和下缸体(4)之间紧密装配。

步骤三、磨料流加工前准备：

对一体化免装夹结构及磨料进行检验，检验磨料是否有效，一体化免装夹结构表面是否有机械损伤及锈蚀，上顶面(311)和下底面(321)是否达到粗糙度要求；

步骤四、磨料流加工：

4.1将磨料装填至磨料流机床下缸体(4)；

4.2将一体化免装夹结构放置于磨料流机床的工作台上并夹紧；

4.3设置机床的加工次数；

4.4启动机床合模，进行磨料流加工；

4.5加工完成后从机床上取下一体化免装夹结构；

步骤五、清洗：

5.1清除一体化免装夹结构上残余的磨料颗粒；

5.2清洗一体化免装夹结构表面的油污；

步骤六、减材切除：

切除一体化免装夹结构的磨料流夹具部分(3)；

步骤七、零件部分(2)检验：

检验切除磨料流夹具部分(3)后零件部分(2)的尺寸和表面粗糙度是否达到要求。

8.根据权利要求7所述的一体化免装夹结构的磨料流加工方法，其特征在于，所述的步骤二中的夹持面预处理中的上顶面(311)和下底面(321)采用减材加工，减材方式为铣削、车削或磨削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和表面粗糙度要求，使一体化免装夹结构能在磨料流机床上的紧密装配，防止磨料流加工过程中磨料漏出。

9.根据权利要求7所述的一体化免装夹结构的磨料流加工方法，其特征在于，所述的步骤六中减材切除中的磨料流夹具部分(3)通过减材切除，减材方式为线切割、铣削或车削，加工过程中，采用先粗后精、多次进给的方式，保证零件的几何精度和形状精度要求。

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