CN112008443A - 一种薄壁通孔零件加工方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁通孔零件加工方法，包括如下步骤：步骤A，提供一个顶杆堵头将所述薄壁轴零件的中通内腔的一端封堵，步骤B，提供一个封闭堵头，插入至所述薄壁通孔零件内腔的另一端，通过与所述延伸顶杆部的配合确保所述薄壁通孔零件内腔充满油品，步骤C，将步骤B的所述薄壁通孔零件从油槽中取出，擦拭后，进行外圆面的型面加工，步骤D，在完成步骤C的外圆面加工后，先取下所述封闭堵头，再取下所述顶杆堵头，至此即可完成所述薄壁通孔零件的外圆面加工。本发明所提供的薄壁通孔零件加工方法，通过在薄壁轴零件内腔充满油液，控制减小了加工变形，也就可以一次性完成对零件外圆面的型面加工，从而大大提升了生产效率。

Description

一种薄壁通孔零件加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种在对轴类零件，特别是薄壁中空通孔细长轴零件的外圆面的型面进行车削或磨削加工时，控制变形的方法。

背景技术

随着材料科学的进步，对于轴类零件，特别是用于航空发动机的具有中空通孔的轴类零件，其壁厚趋向于越来越小，且其外圆面通常会设置有多组型面。图1为一种用于航空发动机的薄壁通孔零件的剖视结构原理示意图，参见图1所示，该薄壁通孔零件100的长度L1大于800mm，轴身外圆直径D1为26mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，外圆的跳动要求不大于0.05。对于图1所示的薄壁通孔零件100，现有的生产过程中，轴身的外圆采用车削加工成形，部分台阶状型面会采用磨削方式制备，由于所述薄壁通孔零件100壁厚薄、刚性差，加工过程中，受力时极易产生弯曲变形，因此，为了保障外圆的跳动要求，现有的生产加工过程中，通常需要在轴身部位设置支撑装置，从而保障刚性，这样也就会造成加工需要分段进行，从而影响生产效率。此外，所述薄壁通孔零件100的外圆面还可以设置有至少一组焊接连接的凸台部101，对于所述凸台部101，需要进行磨削加工以满足外圆面跳动，因此加工难度也非常大。

申请人在2019年10月20日提交了申请号为201910997021.8，发明名称为“一种薄壁空心细长轴零件外圆面车削加工变形控制方法及装置”的专利申请，在该申请的技术方案中，提出了一种薄壁空心细长轴零件外圆面车削加工变形控制方法，通过在零件内孔中插入心棒，对零件形成支撑，从而增强工件的整体刚性，控制减小了车削变形，从而可以一次性完成对零件外圆面的车削加工，从而大大提升了生产效率。

但由于不同的航空发动机的具有中空通孔的轴类零件的外圆面的型面会有着较大的差异，在生产过程中，对于具有同一内径的不同的轴类零件，如果使用201910997021.8所提供的心棒，申请人发现会产生颤振的情况，因此会严重影响产品合格率。此外，使用201910997021.8所提供的心棒时，由于是过盈配合，因此插入和取出也比较费力。

发明人所在团队针对上述缺陷，在与本申请同日提交的名称为“一种薄壁轴零件加工变形控制方法”的申请中，提供了一种通过在薄壁轴零件内腔充满油液，从而对零件形成支撑，有效降低加工过程中变形影响的方法，该方法通过设计提供了一个可传递装配过程中，油液形变的特殊结构来实现对薄壁轴零件内腔油液的有效封闭，但由于其依赖由硅胶制成的特殊结构，因此在使用过程中发现，硅胶结构的使用寿命并不是很理想，且整个结构比较复杂，因此使用中成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种薄壁通孔零件加工方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种薄壁通孔零件加工方法，所述薄壁通孔零件的长度L1大于800mm，轴身外圆直径D1为26mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔零件的外圆面设置有至少一组焊接连接的凸台部，所述方法包括如下步骤：

步骤A，提供一个顶杆堵头将所述薄壁通孔零件的中通内腔的一端封堵，所述顶杆堵头包括顺序连接的第一封堵部和延伸顶杆部，所述第一封堵部包括顺序连接的第一锥面体和第一柱状部，所述第一柱状部的直径可以比所述薄壁通孔零件的内腔直径小0.5-0.8mm，第一柱状部的端面设置有一个螺纹孔，所述延伸顶杆部的端头套接有一个截面为U型的密封套头。

步骤B，提供一个油槽，在油槽内注入油品，将所述薄壁通孔零件浸入所述油槽的油品中，使得所述薄壁通孔零件内腔内充满油品，之后提供一个封闭堵头，插入至所述薄壁通孔零件内腔的另一端，通过与所述延伸顶杆部的配合确保所述薄壁通孔零件内腔充满油品，所述封闭堵头包括顺序连接的第二锥面体和第二柱状部，所述第二锥面体内设置有锥台状的安装导向腔，所述安装导向腔的最大直径可设置为所述延伸顶杆部的直径的1.2至1.5倍，最小直径可设置为所述延伸顶杆部的直径的1/2至2/3，所述第二柱状部设置有一个具有内螺纹的排气腔，所述排气腔与所述安装导向腔之间设置有至少一个导流孔。

步骤C，将步骤B的所述薄壁通孔零件从油槽中取出，擦拭后，进行外圆面的型面加工，

步骤D，在完成步骤C的外圆面加工后，将所述薄壁通孔零件置于油槽上方，先取下所述封闭堵头，再取下所述顶杆堵头，即可使所述薄壁通孔零件内腔的油品流出至油槽。至此即可完成所述薄壁通孔零件的外圆面加工。

优选地，在步骤A中，所述第一封堵部和延伸顶杆部分别由金属制成，所述第一封堵部和延伸顶杆部通过螺纹可拆卸连接。

优选地，在步骤A中，所述延伸顶杆部的直径可以是所述薄壁通孔零件的内腔直径的1/2至2/3，

优选地，在步骤A中，在装配所述顶杆堵头时，在所述第一锥面体上套上一个O型密封圈，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件的内腔直径。

优选地，在步骤A中，在所述第一柱状部外还设置有一个环形的橡胶垫，所述橡胶垫的外径大于所述薄壁通孔零件的内腔的直径。

优选地，在步骤A中，所述密封套头由橡胶或者硅胶材料制成，壁厚可以是2-5mm。

优选地，在步骤B中，将所述薄壁通孔零件浸入油品的过程中，先水平放入所述薄壁通孔零件，然后慢慢在油品液面下将旋转所述薄壁通孔零件，使装配有所述顶杆堵头的一端在下方，另一端在上方，待所述薄壁通孔零件内腔充满油液后，竖直固定所述薄壁通孔零件，此时待安装的所述薄壁通孔零件的一端可以保持在油品液面上方。

优选地，在步骤B中，所述导流孔的直径是1-5mm。

优选地，在步骤B中，所述第二柱状部的直径比所述薄壁通孔零件的内腔直径小0.5-0.8mm，在装配时，所述第二锥面体套接有一个O型密封圈，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件的内腔直径。

优选地，在步骤B中，在所述排气腔内在放置一个厚度为2mm的密封垫，然后在所述排气腔内拧入一个具有外螺纹的内螺母对密封垫进行夹持。

本发明所提供的薄壁通孔零件加工方法，通过在轴类薄壁通孔零件内腔充满油液，从而对零件形成支撑，从而增强工件的整体刚性，控制减小了加工变形，也就可以一次性完成对零件外圆面的型面加工，从而大大提升了生产效率。此外，对于具有同一内径的不同的轴类零件，在需要时可通过更换不同的油品调节零件加工时的自身固有频率，从而有效避免颤振的情况出现。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为一种用于航空发动机的薄壁通孔零件的剖视结构原理示意图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的一种薄壁通孔零件加工方法所使用的装置的使用状态的结构原理示意图；

图3为图2的顶杆堵头的部分立体结构原理示意图；

图4为图2的封闭堵头的立体结构原理示意图；

图5为图4的封闭堵头在工作状态的剖视结构原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1为一种用于航空发动机的薄壁通孔零件的剖视结构原理示意图；图2为根据本发明的一个具体实施例的一种薄壁通孔零件加工方法所使用的装置的使用状态的结构原理示意图；图3为图2的顶杆堵头的部分立体结构原理示意图；图4为图2的封闭堵头的立体结构原理示意图；图5为图4的封闭堵头在工作状态的剖视结构原理示意图。参见图1-5所示，本发明提供了一种薄壁通孔零件加工方法，所述薄壁通孔零件100的长度L1大于800mm，轴身外圆直径D1为26mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔零件100的外圆面设置有至少一组焊接连接的凸台部101，轴身的外圆面和所述凸台部101的型面均需要进行加工，所述方法包括如下步骤：

步骤A，提供一个顶杆堵头2将所述薄壁通孔零件100的中通内腔的一端封堵，

参见图3和图5所示，所述顶杆堵头2可以是包括顺序连接的第一封堵部21和延伸顶杆部22，所述第一封堵部21包括顺序连接的第一锥面体211和第一柱状部212，所述第一柱状部212的直径可以比所述薄壁通孔零件100的内腔直径小0.5-0.8mm，这样可以避免所述顶杆堵头2装配和拆卸时划伤所述薄壁通孔零件100的内腔表面，第一柱状部212的端面设置有一个螺纹孔213，这样可通过所述螺纹孔213连接一个把手棒(图中未示出)，从而便于对所述顶杆堵头2进行操作。所述延伸顶杆部22的端头套接有一个截面为U型的密封套头23。

所述第一封堵部21和延伸顶杆部22可以分别由金属制成，所述第一封堵部21和延伸顶杆部22可以是通过螺纹可拆卸连接，这样可大大降低制造难度，所述延伸顶杆部22的直径可以是所述薄壁通孔零件100的内腔直径的1/2至2/3，这样可提供足够的刚度。在一个具体实施例中，所述延伸顶杆部22的直径可以是设置为15mm。所述延伸顶杆部22优先可选用铝合金这样的轻金属制成，这样可降低操作时的劳动强度。

在装配所述顶杆堵头2时，可先将所述薄壁通孔零件100竖直放置，然后在所述第一锥面体211上套上一个O型密封圈(图中未示出)，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件100的内腔直径，之后将所述延伸顶杆部22插入至所述薄壁通孔零件100的内腔，待所述第一锥面体211上的O型密封圈与所述薄壁通孔零件100接触后，即可施力按压，直至所述顶杆堵头2全部进入所述薄壁通孔零件100的内腔，且可控制所述第一柱状部212与所述薄壁通孔零件100的端面的距离约5mm。

参见图2和图3所示，为了在加工过程中，尽可能的避免所述顶杆堵头2对机床顶尖造成干扰，在所述第一柱状部212外还可以设置一个环形的橡胶垫3，所述橡胶垫3的外径大于所述薄壁通孔零件100的内腔的直径，这样一方面可进一步增加对所述第一柱状部212的密封效果，另一方面可有效避免对机床顶尖的干涉。

步骤B，提供一个油槽(图中未示出)，在油槽内注入油品，将所述薄壁通孔零件100浸入所述油槽的油品中，使得所述薄壁通孔零件100内腔内充满油品，之后提供一个封闭堵头4，插入至所述薄壁通孔零件100内腔的另一端，通过与所述延伸顶杆部22的配合确保所述薄壁通孔零件100内腔充满油品，

在所述薄壁通孔零件100从坯件加工至成品的过程中，会涉及多个工序，在工序之间的转运以及入库，特别是跨厂房的转运时，通常都会对零件涂油操作，本发明利用现成的油槽，将所述薄壁通孔零件100内腔内充满油品(防锈油或者润滑油等)，然后利用所述封闭堵头实现对所述薄壁通孔零件100内腔的封堵，从而使得所述薄壁通孔零件100内腔内充满油品，这样在进行外圆面加工时，一方面增加所述薄壁通孔零件100的重量，可有效避免颤振的情况出现，另一方面充满内腔的油品可传递和分散外圆面加工过程中，所述薄壁通孔零件100轴身所承受的切削/磨削力，从而提升所述薄壁通孔零件100的加工强度和刚度。

参见图4和图5所示，所述封闭堵头4同样包括顺序连接的第二锥面体411和第二柱状部412，所述第二锥面体411内设置有锥台状的安装导向腔413，所述安装导向腔413的最大直径可设置为所述延伸顶杆部22的直径的1.2至1.5倍，最小直径可设置为所述延伸顶杆部22的直径的1/2至2/3，所述第二柱状部412设置有一个具有内螺纹的排气腔414，所述排气腔414与所述安装导向腔413之间设置有至少一个导流孔415，所述导流孔415的直径可以是1-5mm，

将所述薄壁通孔零件100浸入油品的过程中，可以先水平放入所述薄壁通孔零件100，然后慢慢在油品液面下将旋转所述薄壁通孔零件100，使装配有所述顶杆堵头2的一端在下方，另一端在上方，待所述薄壁通孔零件100内腔充满油液后，可竖直固定所述薄壁通孔零件100，此时待安装的所述薄壁通孔零件100的一端可以保持在油品液面上方。

所述延伸顶杆部22是大长径比的杆状结构，因此其端头部不可避免的会有轴向偏移，在竖直固定所述薄壁通孔零件100后，插入所述第二锥面体411时，由于所述安装导向腔413的最大直径可设置为所述延伸顶杆部22的直径的1.2至1.5倍，因此，可保障所述安装导向腔413捕捉到所述延伸顶杆部22的端头，待所述延伸顶杆部22的端头进入所述安装导向腔413后，所述封闭堵头4进入所述薄壁通孔零件100内腔的过程中，受所述封闭堵头4排挤的油液可顺序通过所述安装导向腔413、所述导流孔415和所述排气腔414排出所述薄壁通孔零件100的内腔。

所述延伸顶杆部22的端头套接有一个截面为U型的密封套头23，所述密封套头23可以是橡胶或者硅胶材料制成，壁厚可以是2-5mm，随着所述封闭堵头4的插入，当所述延伸顶杆部22的端头与所述安装导向腔413进一步紧密接触后，所述延伸顶杆部22的端头会被导向至与所述安装导向腔413同轴，且所述延伸顶杆部22与所述安装导向腔413内壁之间的挤压可使得所述密封套头23发生形变，从而起到密封作用，避免所述薄壁通孔零件100内腔的油液经由导流孔415排出。

相对于背景技术提及的，发明人所在团队在与本申请同日提交的名称为“一种薄壁轴零件加工变形控制方法”的申请中的技术方案，本发明用于密封的所述密封套头23结构简单，制造成本低，出现损耗时可快速更换。

与所述顶杆堵头2类似的，所述第二柱状部412的直径可以比所述薄壁通孔零件100的内腔直径小0.5-0.8mm，在装配时，所述第二锥面体411也可套上一个O型密封圈(图中未示出)，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件100的内腔直径。

为了进一步保障加工过程中的密封性，可以在所述排气腔414内在放置一个厚度为2mm左右的密封垫，然后在所述排气腔414内拧入一个具有外螺纹的内螺母(图中未示出)对密封垫进行夹持，这样可进一步保障所述导流孔415的密封性。

所述封闭堵头4可以是由金属或者PET树脂材料制成。

待封闭堵头4装配到位后，即可确保所述薄壁通孔零件100内腔被封闭后充满油品。

步骤C，将步骤B的所述薄壁通孔零件100从油槽中取出，擦拭后，进行外圆面的型面加工，

参见图2-5所示，所述顶杆堵头2和所述封闭堵头4的中心位置均设置有凹陷部，且在装配时，均可控制与所述薄壁通孔零件100的端面保持一定距离(例如可以是3-5mm)，这样，在车床或磨床等机床上，使用平头顶尖即可避免对装夹造成干涉。

步骤D，在完成步骤C的外圆面加工后，将所述薄壁通孔零件100置于油槽上方，先取下所述封闭堵头4，再取下所述顶杆堵头2，即可使所述薄壁通孔零件100内腔的油品流出至油槽。

在完成外圆面加工后，所述封闭堵头4和所述顶杆堵头2均可通过螺纹连接的把手棒取出，考虑到所述延伸顶杆部22是大长径比的杆状结构，因此先取下所述封闭堵头4后，更利于取出所述顶杆堵头2。

至此即可完成所述薄壁通孔零件100的外圆面加工。

本发明所提供的薄壁通孔零件加工方法，通过在轴类薄壁通孔零件内腔充满油液，从而对零件形成支撑，从而增强工件的整体刚性，控制减小了加工变形，也就可以一次性完成对零件外圆面的型面加工，从而大大提升了生产效率。此外，对于具有同一内径的不同的轴类零件，在需要时可通过更换不同的油品调节零件加工时的自身固有频率，从而有效避免颤振的情况出现。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种薄壁通孔零件加工方法，所述薄壁通孔零件的长度L1大于800mm，轴身外圆直径D1为26mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔零件的外圆面设置有至少一组焊接连接的凸台部，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤A，提供一个顶杆堵头将所述薄壁通孔零件的中通内腔的一端封堵，所述顶杆堵头包括顺序连接的第一封堵部和延伸顶杆部，所述第一封堵部包括顺序连接的第一锥面体和第一柱状部，所述第一柱状部的直径可以比所述薄壁通孔零件的内腔直径小0.5-0.8mm，第一柱状部的端面设置有一个螺纹孔，所述延伸顶杆部的端头套接有一个截面为U型的密封套头。

步骤B，提供一个油槽，在油槽内注入油品，将所述薄壁通孔零件浸入所述油槽的油品中，使得所述薄壁通孔零件内腔内充满油品，之后提供一个封闭堵头，插入至所述薄壁通孔零件内腔的另一端，通过与所述延伸顶杆部的配合确保所述薄壁通孔零件内腔充满油品，所述封闭堵头包括顺序连接的第二锥面体和第二柱状部，所述第二锥面体内设置有锥台状的安装导向腔，所述安装导向腔的最大直径可设置为所述延伸顶杆部的直径的1.2至1.5倍，最小直径可设置为所述延伸顶杆部的直径的1/2至2/3，所述第二柱状部设置有一个具有内螺纹的排气腔，所述排气腔与所述安装导向腔之间设置有至少一个导流孔。

步骤C，将步骤B的所述薄壁通孔零件从油槽中取出，擦拭后，进行外圆面的型面加工，

步骤D，在完成步骤C的外圆面加工后，将所述薄壁通孔零件置于油槽上方，先取下所述封闭堵头，再取下所述顶杆堵头，即可使所述薄壁通孔零件内腔的油品流出至油槽。至此即可完成所述薄壁通孔零件的外圆面加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述第一封堵部和延伸顶杆部分别由金属制成，所述第一封堵部和延伸顶杆部通过螺纹可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述延伸顶杆部的直径可以是所述薄壁通孔零件的内腔直径的1/2至2/3。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，在装配所述顶杆堵头时，在所述第一锥面体上套上一个O型密封圈，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件的内腔直径。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，在所述第一柱状部外还设置有一个环形的橡胶垫，所述橡胶垫的外径大于所述薄壁通孔零件的内腔的直径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述密封套头由橡胶或者硅胶材料制成，壁厚可以是2-5mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，将所述薄壁通孔零件浸入油品的过程中，先水平放入所述薄壁通孔零件，然后慢慢在油品液面下将旋转所述薄壁通孔零件，使装配有所述顶杆堵头的一端在下方，另一端在上方，待所述薄壁通孔零件内腔充满油液后，竖直固定所述薄壁通孔零件，此时待安装的所述薄壁通孔零件的一端可以保持在油品液面上方。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述导流孔的直径是1-5mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述第二柱状部的直径比所述薄壁通孔零件的内腔直径小0.5-0.8mm，在装配时，所述第二锥面体套接有一个O型密封圈，所述O型密封圈的最大直径大于所述薄壁通孔零件的内腔直径。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，在所述排气腔内在放置一个厚度为2mm的密封垫，然后在所述排气腔内拧入一个具有外螺纹的内螺母对密封垫进行夹持。

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