CN112008446B - 一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，包括如下步骤：步骤A，提供两个堵头，先将两个堵头本体塞入所述薄壁通孔轴零件的中通内腔的两端，在第一端侧的堵头本体中，顺序装配上充液垫片和压紧内螺母。将输油插管经由充液垫片插入所述薄壁通孔轴零件的内腔，之后将所述薄壁通孔轴零件竖直放置，使第一端侧在下方。步骤B，向所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液。对第二端侧进行封堵。步骤C，调转所述薄壁通孔轴零件竖直放置，对第一端侧进行封堵。至此完成对所述薄壁通孔轴零件的内支撑。本发明所提供的方法，通过在零件内腔充满油液形成内支撑，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

一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法
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，通过内支撑来控制加工变形的方法。
背景技术
对于轴类零件，随着材料科学的进步，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轴零件的剖视结构原理示意图，参见图1所示，该薄壁通孔轴零件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所示的薄壁通孔轴零件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，由于所述薄壁通孔轴零件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，所述薄壁通孔轴零件100的外圆面通常还会设置有至少一组焊接连接的凸台部101这样的外围延伸结构，对于所述凸台部101，需要进行磨削加工以满足外圆面跳动，加工过程也很容易由于轴身的变形导致加工合格率低，也即是对所述凸台部101的加工难度也非常大。
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类似所述凸台部101的延伸结构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，申请人发现在加工过程中会产生颤振的情况，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。
发明人所在团队对上述方案进行了改进，在与本申请同日提交的名称为“一种薄壁通孔轴零件加工方法”的申请中，对用于封闭油液实现内支撑的结构进行了改进，大大简化了使用硅胶或橡胶等易耗材料制成的密封结构的复杂程度，从而降低了使用成本。
但在这两个方案中，向零件内腔充油的过程均需在油槽中进行，因此还是存在着操作者操作环境较恶劣，容易造成油液污染环境的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，所述薄壁通孔轴零件的长度L1大于800mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔轴零件的外圆面设置有至少一组焊接连接的凸台部，轴身的外圆面和所述凸台部的型面均需要进行加工，所述方法包括如下步骤：
步骤A，提供两个堵头，所述堵头包括顺序可拆卸连接的堵头本体、工作垫片、压紧内螺母和加强密封垫，所述堵头本体包括顺序连接的柱状体和锥状体，所述锥状体套接有一个O型密封圈，所述柱状体设置有带内螺纹的安装腔体，所述锥状体设置有与所述安装腔体连通的导流孔，所述工作垫片为根据不同工作状态从一组垫片中选择的一个垫片，所述工作垫片所对应的一组垫片包括至少一个封闭垫片和一个充液垫片。所述充液垫片为环状垫片，所述充液垫片外径大于等于所述安装腔体的内径，内径小于所述导流孔的直径。所述封闭垫片为盘状结构，其外径大于等于所述安装腔体的内径。先将两个所述堵头本体塞入所述薄壁通孔轴零件的中通内腔的两端，在所述薄壁通孔轴零件的第一端侧的所述堵头本体中，顺序装配上所述充液垫片和所述压紧内螺母。
提供了一个充液装置，其包括用于存放油液的油桶，连接有油泵的油管，油管端部设置有输油插管，所述输油插管的外径小于所述导流孔的直径，且大于所述充液垫片的内径。将所述输油插管经由所述充液垫片插入所述薄壁通孔轴零件的内腔，之后将所述薄壁通孔轴零件竖直放置，使所述薄壁通孔轴零件的第一端侧在下方。
步骤B，启动所述油泵，向所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液。待所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液，且油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体时，关闭所述油泵，停止供油，在所述第二端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第二端侧的封堵。
步骤C，调转所述薄壁通孔轴零件竖直放置，使已封堵的所述第二端侧在下方，所述第一端侧在上方，然后拔出输油插管，取出所述充液垫片，之后向所述第一端侧补充油液，确保油液漫出至所述第一端侧的所述安装腔体，之后在所述第一端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第一端侧的封堵。至此完成对所述薄壁通孔轴零件的内支撑。
优选地，在步骤A中，提供了一种用于使所述薄壁通孔轴零件能够稳定竖直放置的支架，所示支架包括一个底座，所述底座连接有两个竖杆，两个所述竖杆之间连接有上下两组支撑框，所述支撑框包括两根平行的水平杆，其中一个水平杆设置有开口，两个所述水平杆之间的间距大于所述薄壁通孔轴零件的轴身的外径。
优选地，在步骤A中，所述柱状体的直径可以比所述薄壁通孔轴零件的内腔直径小0.5-0.8mm。
优选地，在步骤A中，所述锥状体外侧面设置有一个环形凹槽，所述O型密封圈卡接在所述环形凹槽内。
优选地，在步骤A中，所述导流孔的直径设置为所述薄壁通孔轴零件的内腔直径的1/3至3/5。
优选地，在步骤A中，所述导流孔的直径设置为10-12mm。
优选地，在步骤B中，在所述工作垫片所对应的一组垫片中进一步提供了一个放气垫片，所述放气垫片外径大于等于所述安装腔体的内径，内径为5mm，在向所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液前，先在所述第二端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述放气垫片和所述压紧内螺母，油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体时，关闭所述油泵，停止供油，拧下所述压紧内螺母，取出所述放气垫片，然后再顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第二端侧的封堵。
本发明所提供的加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，通过向零件内腔充满油液，从而对零件形成内支撑，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轴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加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑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的堵头的立体分解结构原理示意图；
图4为图3的堵头在工作状态的剖视结构原理示意图；
图5为图4的工作垫片的结构原理示意图；
图6为充液装置的结构原理示意图；
图7为支架的立体结构原理示意图。
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轴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加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑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的堵头的立体结构原理示意图；图4为图3的堵头在工作状态的剖视结构原理示意图；
图5为图4的工作垫片的结构原理示意图；图6为充液装置的结构原理示意图；图7为支架的立体结构原理示意图。参见图1-7所示，本发明提供了一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，所述薄壁通孔轴零件100的长度L1大于800mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔轴零件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，提供两个堵头200，所述堵头200包括顺序可拆卸连接的堵头本体2、工作垫片3、压紧内螺母4和加强密封垫5，所述堵头本体2包括顺序连接的柱状体21和锥状体22，所述锥状体22套接有一个O型密封圈6，所述柱状体21设置有带内螺纹的安装腔体211，所述锥状体22设置有与所述安装腔体211连通的导流孔221，所述工作垫片3为根据不同工作状态从一组垫片中选择的一个垫片，所述工作垫片3所对应的一组垫片包括至少一个封闭垫片31(如图5中c所示)和一个充液垫片32(如图5中a所示)。所述充液垫片32为环状垫片，所述充液垫片32外径大于等于所述安装腔体211的内径，内径小于所述导流孔221的直径。所述封闭垫片31为盘状结构，其外径大于等于所述安装腔体211的内径。
所述柱状体21的直径可以比所述薄壁通孔轴零件100的内腔直径小0.5-0.8mm，这样可以避免所述堵头本体2装配和拆卸时划伤所述薄壁通孔轴零件100的内腔表面，所述O型密封圈6的最大直径大于所述薄壁通孔轴零件100的内腔直径。所述O型密封圈6可以是直接套接在所述锥状体22，如图3和4所示，所述锥状体22外侧面也可设置有一个环形凹槽222，这样可将所述O型密封圈6卡在所述环形凹槽222内来增强连接稳定性。
先将两个所述堵头本体2塞入所述薄壁通孔轴零件100的中通内腔的两端，在本申请文件中，对于所述薄壁通孔轴零件100的两端，分别用第一端侧和第二端侧进行定义，该定义仅为了便于表示所述薄壁通孔轴零件100的中通内腔的两端的相对位置，从而利于本领域人员对本申请所提供的方法进行理解。
在所述薄壁通孔轴零件100的第一端侧的所述堵头本体2中，顺序装配上所述充液垫片32和所述压紧内螺母4。
参见图6所示，本发明中提供了一个充液装置7，其包括用于存放油液的油桶71，连接有油泵72的油管，油管端部设置有输油插管73，所述输油插管73的外径小于所述导流孔221的直径，且大于所述充液垫片32的内径。
将所述输油插管73经由所述充液垫片32插入所述薄壁通孔轴零件100的内腔，之后将所述薄壁通孔轴零件100竖直放置，使所述薄壁通孔轴零件100的第一端侧在下方。
对于所述堵头本体2，所述导流孔221的直径可设置为所述薄壁通孔轴零件100的内腔直径的1/3至3/5，这样可保障一定的供油填充效率。在实践中，对于多数发明人团队所加工的大部分薄壁通孔轴零件，所述导流孔221的直径设置为10-12mm即可满足工艺效率的要求。
将所述薄壁通孔轴零件100竖直放置的好处在于，从底部充入油液时，利于从第二端侧的所述堵头本体2排出内腔中的空气。使所述薄壁通孔轴零件100竖直放置的方法可以是使用任何能够夹持住所述薄壁通孔轴零件100并保持稳定状态的结构，同时使得所述薄壁通孔轴零件100底部保留一定的空间用于容纳所述输油插管73及其连接油管，
参见图7所示，本申请的发明人团队提供了一种用于使所述薄壁通孔轴零件100能够稳定竖直放置的支架8，所示支架8包括一个底座81，所述底座81连接有两个竖杆82，两个所述竖杆82之间连接有上下两组支撑框83，所述支撑框83包括两根平行的水平杆，其中一个水平杆设置有开口，两个所述水平杆之间的间距大于所述薄壁通孔轴零件100的轴身的外径，这样可以将所述薄壁通孔轴零件100的轴身部分通过水平杆的开口放置入两个所述水平杆之间，在所述所述水平杆上可放置额外的垫块(图中未示出，使得两个垫块之间的距离大于所述薄壁通孔轴零件100的轴身的外径但小于所述薄壁通孔轴零件100的轴身上的型面(例如所述凸台部101)的外径，这样可通过将所述薄壁通孔轴零件100的轴身上的型面架在垫块上，从而利用所述薄壁通孔轴零件100的自重使所述薄壁通孔轴零件100保持竖直状态。当然，也可以直接使两个所述水平杆之间的间距在大于所述薄壁通孔轴零件100的轴身的外径的同时小于所述薄壁通孔轴零件100的轴身上的型面(例如所述凸台部101)的外径，这样可省略垫块结构。
步骤B，启动所述油泵72，向所述薄壁通孔轴零件100的内腔充入油液。待所述薄壁通孔轴零件100的内腔充入油液，且油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体211时，关闭所述油泵72，停止供油，在所述第二端侧的所述堵头本体2上顺序装配上所述封闭垫片31和所述压紧内螺母4，且装配上所述加强密封垫5，完成对所述第二端侧的封堵。
如果所述导流孔221的直径较大，则有可能油液漫出第二端侧的所述安装腔体211的速度可能会较快，从而漫出所述堵头200甚至第二端侧的端面，造成遗撒污染。因此，发明人团队在所述工作垫片3所对应的一组垫片中还提供了一个放气垫片33(如图5中b所示)，所述放气垫片33外径大于等于所述安装腔体211的内径，内径为5mm，在向所述薄壁通孔轴零件100的内腔充入油液前，可先在所述第二端侧的所述堵头本体2上顺序装配上所述放气垫片33和所述压紧内螺母4，这样可避免油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体211时速度过快，油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体211时，关闭所述油泵72，停止供油，拧下所述压紧内螺母4，取出所述放气垫片33，然后再顺序装配上所述封闭垫片31和所述压紧内螺母4，且装配上所述加强密封垫5，完成对所述第二端侧的封堵。
所述加强密封垫5用于对所述堵头本体2与所述薄壁通孔轴零件100内壁的连接处进行进一步密封，且提供一个缓冲，从而有效避免机床的顶尖与所述堵头本体2发生刚性接触。所述加强密封垫5的安装位置再最外侧，因此可以做得比较厚，例如厚度可设置为5-8mm，所述加强密封垫5为环状结构，外径大于所述薄壁通孔轴零件100的内腔直径，所述加强密封垫5可以是橡胶垫，这样可以保障安装时的连接牢固。
步骤C，调转所述薄壁通孔轴零件100竖直放置，使已封堵的所述第二端侧在下方，所述第一端侧在上方，然后拔出输油插管73，取出所述充液垫片32，之后向所述第一端侧补充油液，确保油液漫出至所述第一端侧的所述安装腔体211，之后在所述第一端侧的所述堵头本体2上顺序装配上所述封闭垫片31和所述压紧内螺母4，且装配上所述加强密封垫5，完成对所述第一端侧的封堵。至此完成对所述薄壁通孔轴零件100的内支撑。
在拔出所述输油插管73后，拧下所述第一端侧的所述压紧内螺母4，从而取下所述充液垫片32，之后可继续利用所述输油插管73向所述第一端侧补充少量油液，确保油液漫出至所述第一端侧的所述安装腔体211，其目的是确保所述薄壁通孔轴零件100的内腔没有空气残留。此外，油液漫出至所述第一端侧的所述安装腔体211后，在所述第一端侧的所述堵头本体2上顺序装配上所述封闭垫片31和所述压紧内螺母4，且装配上所述加强密封垫5，还可以通过对所述压紧内螺母4的施力，使得所述薄壁通孔轴零件100的内腔中的油液有一定压力。
在完成步骤C后，即可将所述薄壁通孔轴零件100放置到机床进行车削以及磨削加工。在对所述薄壁通孔轴零件100的外圆面型面进行加工的过程中，由于所述薄壁通孔轴零件100的内腔充满油液，因此可对零件形成内支撑，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 (7)

1.一种加工薄壁通孔轴外圆面型面的内支撑方法，所述薄壁通孔轴零件的长度L1大于800mm，长径比超过30，轴身的壁厚不大于1.5mm，所述薄壁通孔轴零件的外圆面设置有至少一组焊接连接的凸台部，轴身的外圆面和所述凸台部的型面均需要进行加工，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤A，提供两个堵头，所述堵头包括顺序可拆卸连接的堵头本体、工作垫片、压紧内螺母和加强密封垫，所述堵头本体包括顺序连接的柱状体和锥状体，所述锥状体套接有一个O型密封圈，所述柱状体设置有带内螺纹的安装腔体，所述锥状体设置有与所述安装腔体连通的导流孔，所述工作垫片为根据不同工作状态从一组垫片中选择的一个垫片，所述工作垫片所对应的一组垫片包括至少一个封闭垫片和一个充液垫片，所述充液垫片为环状垫片，所述充液垫片外径大于等于所述安装腔体的内径，内径小于所述导流孔的直径，所述封闭垫片为盘状结构，其外径大于等于所述安装腔体的内径，先将两个所述堵头本体塞入所述薄壁通孔轴零件的中通内腔的两端，在所述薄壁通孔轴零件的第一端侧的所述堵头本体中，顺序装配上所述充液垫片和所述压紧内螺母，
提供了一个充液装置，其包括用于存放油液的油桶，连接有油泵的油管，油管端部设置有输油插管，所述输油插管的外径小于所述导流孔的直径，且大于所述充液垫片的内径，将所述输油插管经由所述充液垫片插入所述薄壁通孔轴零件的内腔，之后将所述薄壁通孔轴零件竖直放置，使所述薄壁通孔轴零件的第一端侧在下方，
步骤B，启动所述油泵，向所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液，待所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液，且油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体时，关闭所述油泵，停止供油，在所述第二端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第二端侧的封堵，
步骤C，调转所述薄壁通孔轴零件竖直放置，使已封堵的所述第二端侧在下方，所述第一端侧在上方，然后拔出输油插管，取出所述充液垫片，之后向所述第一端侧补充油液，确保油液漫出至所述第一端侧的所述安装腔体，之后在所述第一端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第一端侧的封堵，至此完成对所述薄壁通孔轴零件的内支撑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，提供了一种用于使所述薄壁通孔轴零件能够稳定竖直放置的支架，所示支架包括一个底座，所述底座连接有两个竖杆，两个所述竖杆之间连接有上下两组支撑框，所述支撑框包括两根平行的水平杆，其中一个水平杆设置有开口，两个所述水平杆之间的间距大于所述薄壁通孔轴零件的轴身的外径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述柱状体的直径比所述薄壁通孔轴零件的内腔直径小0.5-0.8mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述锥状体外侧面设置有一个环形凹槽，所述O型密封圈卡接在所述环形凹槽内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述导流孔的直径设置为所述薄壁通孔轴零件的内腔直径的1/3至3/5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述导流孔的直径设置为10-12mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，在所述工作垫片所对应的一组垫片中进一步提供了一个放气垫片，所述放气垫片外径大于等于所述安装腔体的内径，内径为5mm，在向所述薄壁通孔轴零件的内腔充入油液前，先在所述第二端侧的所述堵头本体上顺序装配上所述放气垫片和所述压紧内螺母，油液漫出至在上方的第二端侧的所述安装腔体时，关闭所述油泵，停止供油，拧下所述压紧内螺母，取出所述放气垫片，然后再顺序装配上所述封闭垫片和所述压紧内螺母，且装配上所述加强密封垫，完成对所述第二端侧的封堵。
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