CN112091815A - 一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道用专用夹具，其特征是它包含刚性装夹元件、弹性装夹元件和弹性保护元件，刚性装夹元件包括：上缸筒(1)、压盖(4)、底座(9)、下缸筒(12)，弹性装夹元件包括：外压环(2)、内压块(3)、保持环(7)、内支撑块(10)、外支撑环(11)，弹性保护元件包括：上轮毂垫圈(5)、轮缘垫圈(6)、下轮毂垫圈(8)，本发明夹持闭式整体叶盘时能产生一定的伸缩量，避免夹具与闭式整体叶盘硬接触，能可靠地保证工件已加工表面不被损伤，同时，夹具设计有与闭式整体叶盘形状相适应的磨粒流通道，能实现闭式整体叶盘的高效高质量抛光，减小闭式整体叶盘叶间流道的表面粗糙度值，提高工件的抗疲劳性能。

Description

一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具

技术领域

本发明属于磨粒流抛光的技术领域，具体涉及一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具。

背景技术

磨粒流加工(Abrasive Flow Machining 简称AFM)技术是一种新的机械加工方法，它借助于磨料(均匀混有硬质磨粒的一种可流动混合物)在压力下流经工件待加工表面，利用磨粒与工件表面的热力学相互作用减小工件表面的粗糙度，达到精密加工的光洁度。

闭式整体叶盘上具有大量复杂内表面，这些内表面在电火花成形后的表面粗糙度和表面缺陷通常无法满足使用要求，材料难加工、结构难加工、质量要求高使得传统抛光工艺费时费力且质量难以保证，使用磨粒流加工工艺可以实现高效高质量抛光。

夹具设计对磨粒流抛光的效果具有重要影响，合理有效的夹具方案既要实现抛光，又要可靠地保证工件已加工表面不被损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，该夹具夹持闭式整体叶盘时能产生一定的伸缩量，避免夹具与闭式整体叶盘硬接触，能可靠地保证工件已加工表面不被损伤，同时，夹具设计有与闭式整体叶盘形状相适应的磨粒流通道，能实现闭式整体叶盘的高效高质量抛光，减小闭式整体叶盘叶间流道的表面粗糙度值，提高工件的抗疲劳性能。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：包括刚性装夹元件和弹性装夹元件；

刚性装夹元件包括刚性的上缸筒、压盖、底座和下缸筒，下缸筒的下端面安装在底座的上端面上，上缸筒的上端面与压盖的下端面贴合，压盖的上端面在工作状态下与磨粒流机床的压头贴合，底座的下端面支撑在磨粒流机床的工作台上，上缸筒下端和下缸筒上端对齐配合，压盖和底座上均对齐分布有若干上下贯通的磨粒流第一组合通道，

弹性装夹元件包括刚性低于上缸筒和下缸筒的外压环、内压块、内支撑块和外支撑环，外压环和外支撑环上下对齐地安装于上缸筒和下缸筒合围成的筒体中，外压环上端与压盖固定连接，外支撑环下端与底座固定连接，内压块安装在外压环的内环中，上端与压盖固定连接，内支撑块安装在外支撑环的内环中，下端与底座固定连接，外压环内环壁面与内压块外壁面之间以及外支撑环内环壁面与内支撑块外壁面之间均形成有间隙，该间隙为磨粒流第二组合通道，磨粒流第一组合通道与第二组合通道连通，共同组成磨粒流通道，闭式整体叶盘置于磨粒流通道中，且内压块和内支撑块共同夹持闭式整体叶盘的内环，外压环和外支撑环共同夹持闭式整体叶盘的外环；闭式整体叶盘的叶盘叶间流道位于磨粒流通道中，磨粒流能从叶盘叶间流道穿过。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的内支撑块上端外沿设置有轮毂内环固定槽，闭式整体叶盘的轮毂内环下端安置在轮毂内环固定槽上，闭式整体叶盘的轮毂内环上端抵于内压块下表面，外支撑环上端内沿设置有轮毂外环固定卡肩，闭式整体叶盘的轮毂外环下端卡在轮毂外环固定卡肩上，闭式整体叶盘的轮毂外环上端抵于外压环下表面。

上述的外压环和外支撑环的长度之和以及内压块和内支撑块的长度之和大于上缸筒和下缸筒的长度之和，使得上缸筒下端与下缸筒上端之间具有间隙，压盖下压时，外压环和内压块分别向外支撑环和内支撑块传导压力，闭式整体叶盘，外压环、内压块、外支撑环和内支撑块压缩变形，直至上缸筒与下缸筒抵触。

外压环和外支撑环的长度之和以及内压块和内支撑块的长度之和等于或略小于上缸筒和下缸筒的长度之和，压盖下压时，上缸筒和下缸筒受压弯曲，外压环和内压块分别与外支撑环和内支撑块接触并传导压力，夹紧闭式整体叶盘。

上述的磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道用夹具还包括弹性保护元件，弹性保护元件包括由弹性材料制作的上轮毂垫圈、轮缘垫圈和下轮毂垫圈，上轮毂垫圈位于轮毂内环固定槽槽顶，垫在内压块与闭式整体叶盘轮毂内环上端面之间，下轮毂垫圈位于轮毂内环固定槽槽底，垫在内支撑块与闭式整体叶盘轮毂内环下端面之间，外压环的下端内环处设置有密封凹槽，轮缘垫圈安装在该密封凹槽中，轮缘垫圈与闭式整体叶盘外环密封抵触配合。

上述的闭式整体叶盘外环向外延伸形成有工件外沿环，工件外沿环伸入至外压环和外支撑环之间，工件外沿环上设置有环孔，外支撑环上设置有定位孔，紧固件同时穿过环孔和定位孔，将闭式整体叶盘与外支撑环固定连接。

上述的轮毂内环固定槽沿着槽侧壁面设置有保持环，保持环上端与上轮毂垫圈抵触，下端与下轮毂垫圈抵触，保持环与闭式整体叶盘轮毂内环配合，使上轮毂垫圈和下轮毂垫圈在受压时，位置保持稳定。

上述的压盖和底座上设置的磨粒流第一组合通道为扇形通孔，该扇形通孔等弧度布设在压盖和底座上，相邻扇形通孔间设均匀阵列分布的支撑筋。

上述的压盖和底座上均开设有沉头孔，紧固件经沉头孔分别将外压环、内压块与压盖固定连接，将内支撑块、内压块与底座固定连接。

上述的压盖和底座的材质为45钢或6061铝合金；外压环、内压块、内支撑块和外支撑环的材质为聚四氟乙烯或聚氯乙烯或尼龙；上轮毂垫圈、轮缘垫圈和下轮毂垫圈的材质为聚氨酯胶或树脂或橡胶。

本发明具有以下优点：

本发明为磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道提供了一套合理、方便可用的夹具，磨粒流通道由若干段组合通道组成，组合通道的两侧根据轮毂形状设计槽体和卡肩，从而夹持闭式整体叶盘，使磨粒流通道与闭式整体叶盘形状相适应，实现闭式整体叶盘的高效高质量抛光，减小闭式整体叶盘叶间流道的表面粗糙度值，提高工件的抗疲劳性能。

本发明的弹性装夹元件具有一定的弹性，以该结构夹持闭式整体叶盘，可以避免夹具与闭式整体叶盘硬接触，能可靠地保证工件已加工表面不被损伤。

本发明的夹具在能稳定夹持闭式整体叶盘的基础上，进一步设计了弹性保护元件，通过上轮毂垫圈、轮缘垫圈和下轮毂垫圈的柔性进一步保护闭式整体叶盘的被夹持段，防止闭式整体叶盘表面被损伤，同时还能防止磨粒进入闭式整体叶盘表面与弹性装夹元件之间，防止磨粒损伤闭式整体叶盘表面。

本发明结构简单，制造和使用方便。

附图说明

图1为本发明的磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道用夹具的剖视图；

图2为闭式整体叶盘夹持处的细节放大图；

图3为压盖的外观图；

图4为底座的外观图；

图5为外支撑环的剖视图；

图6为外压环的剖视图；

图7为内支撑块的剖视图；

图8为内压块的剖视图。

附图标记为：上缸筒1、外压环2、内压块3、压盖4、上轮毂垫圈5、轮缘垫圈6、保持环7、下轮毂垫圈8、底座9、内支撑块10、轮毂内环固定槽10a、外支撑环11、轮毂外环固定卡肩11a、定位孔11b、下缸筒12、磨粒流第一组合通道13、磨粒流第二组合通道14、闭式整体叶盘15、工件外沿环15a、轮毂内环15b、轮毂外环15c、扇形孔16、沉头孔17、支撑筋18。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1-8所示：

一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道用专用夹具，工件的形状如图2所示，工件的待抛光表面为叶间流道，流道在轴向方向上近似竖直分布，工件存在轮毂、工件外沿环15a等结构，轮毂可以作为主装夹表面和轴向定位表面，工件外沿环15a上分布有周向孔，可以分别作为辅助装夹表面和径向、周向定位表面。工件刚度较弱，定位和装夹表面较多，因而夹具方案要兼顾减载和表面保护。因此，整套夹具包含刚性装夹元件、弹性装夹元件和弹性保护元件，刚性装夹元件包括：上缸筒1、压盖4、底座9、下缸筒12，弹性装夹元件包括：外压环2、内压块3、保持环7、内支撑块10、外支撑环11，弹性保护元件包括：上轮毂垫圈5、轮缘垫圈6、下轮毂垫圈8，如图1所示。

压盖4为45钢、6061铝合金等金属材质的圆盘，其上围绕圆盘中心有3~8个均匀阵列分布的扇形孔16和沉头孔17，扇形孔16的棱边倒圆，如图3所示，扇形孔16是磨粒流动通道的一部分，用于引导磨粒流入或者流出，扇形孔16之间形成均匀阵列分布的支撑筋18，支撑筋18将磨料的压力通过弹性装夹元件和弹性保护元件分别传递到底座9和工件上，实现工件夹紧，压盖4的沉头孔17用于螺纹连接外压环2和内压块3，便于夹具装配和拆卸，压盖4的下端面设置有台阶端面，用于上缸筒1的径向定位。

底座9为45钢、6061铝合金等金属材质的圆盘，其上围绕圆盘中心有3~8个均匀阵列分布的扇形孔16和沉头孔17，扇形孔16的棱边倒圆，如图4所示，扇形孔16是磨粒流动通道的一部分，用于引导磨粒流入或者流出，扇形孔16之间形成均匀阵列分布的支撑筋18，支撑筋18将一部分磨料压力和机床的合模压力通过弹性装夹元件和弹性保护元件分别传递到压盖4和工件上，实现工件夹紧，底座9的沉头孔17用于螺纹连接内支撑块10和外支撑环11，便于夹具装配和拆卸，底座9的上端面设置有台阶端面，用于下缸筒12的径向定位。

上轮毂垫圈5为聚氨酯胶、树脂、橡胶等高弹性材料，上轮毂垫圈5的上端面与内压块3的下端面贴合，上轮毂垫圈5的下端面同时与保持环7的上端面和工件轮毂的上端面贴合，它在工作中产生一定压缩量，将磨料压力和机床的合模压力部分地传递到工件上，同时避免磨料中的硬质磨粒进入上轮毂垫圈5的下端面和工件轮毂的上端面之间，造成已加工表面损伤。

下轮毂垫圈8为聚氨酯胶、树脂、橡胶等高弹性材料，下轮毂垫圈8的下端面支撑在内支撑块10的轮毂内环固定槽10a端面上，其上端面同时与保持环7的下端面和工件轮毂的下端面贴合，它在产生一定压缩量，将磨料压力和机床的合模压力部分地传递到工件上，同时避免磨料中的硬质磨粒进入下轮毂垫圈8与工件轮毂的下端面之间，造成已加工表面损伤。

轮缘垫圈6为聚氨酯胶、树脂、橡胶等高弹性材料，轮缘垫圈6放置于外压环2的下端面密封凹槽中，其下端与工件轮缘表面贴合，它在磨料压力和机床的合模压力的作用下产生一定压缩量，避免磨料中的硬质磨粒进入轮缘垫圈6与工件轮缘表面之间，造成已加工表面损伤。

保持环7为环状，聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等耐磨非金属材质，保持环7的上端面与上轮毂垫圈5的下端面贴合，其下端面与下轮毂垫圈8的上端面贴合，用以保持上轮毂垫圈5和下轮毂垫圈8的位置稳定，便于夹具装配和拆卸，保证上轮毂垫圈5和下轮毂垫圈8对工件轮毂的上端面和工件轮毂的下端面的保护作用正常实现。

内支撑块10为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等耐磨非金属材质，内支撑块10上设置有台阶面，如图7所示，内支撑块10的上端面与内压块3的下端面贴合，将磨料压力和机床的合模压力传递到底座9上，内支撑块10的台阶端面与下轮毂垫圈8的下端面贴合，用以将磨料压力和机床的合模压力传递到下轮毂垫圈8上，内支撑块10的下端面通过螺纹连接在底座9上端面上，便于夹具装配和拆卸。

外支撑环11为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等耐磨非金属材质，如图5所示，外支撑环11的下端面通过螺纹连接在底座9的上端面，便于夹具装配和拆卸，外支撑环11的上端面与工件外沿环的下端面贴合，用于传递磨料压力和机床的合模压力，在外支撑环11的上端面上设置有定位孔，用来对工件作径向和周向定位，外支撑环11的台阶端面与工件底面的外环端面贴合，用来对工件作轴向定位。

外压环2为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等耐磨非金属材质，如图6所示，外压环2的上端面通过螺纹连接在压盖4的内端面上，便于夹具装配和拆卸，外压环2的下端面与工件外沿环的上端面贴合，用于传递磨料压力和机床的合模压力，在外压环2的下端面上设置有密封凹槽，用以放置轮缘垫圈6。

内压块3为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等耐磨非金属材质，如图8所示，其上端面通过螺纹连接在压盖4的下端面，其下端面同时与上轮毂垫圈5的上端面和内支撑块10的上端面贴合。

实施加工时，加工工件为闭式整体叶盘15，如图2所示。

首先将底座9和内支撑块10、外支撑环11利用螺纹连接为一体，并放置于磨粒流工作台上，其次将下缸筒12放置在底座9上，然后将下轮毂垫圈8放置在内支撑块10的台阶端面上，然后将工件放置在外支撑环11上并利用定位销实现定位，然后把保持环7放置在下轮毂垫圈8上，然后把上轮毂垫圈5放置在保持环7上，然后把上缸筒1放置在下缸筒12上，然后把外压环2和内压块3利用螺纹与压盖4连接并利用过盈配合将轮缘垫圈6放置于外支撑环11下端面中的密封凹槽内，最后把压盖4放进上缸筒1上，操作双向磨粒流机床进行合模加工。

抛光完成后清理工件和夹具，观察工件非抛光表面是否有损伤，利用粗糙度测试仪测量叶间流道表面粗糙度。

在实际应用中，根据上缸筒1和下缸筒12采用的材质不同，有两种设置弹性装夹元件长度的方式：

当上缸筒1和下缸筒12刚度足够高时，

外压环2和外支撑环11的长度之和以及内压块3和内支撑块10的长度之和大于上缸筒1和下缸筒2的长度之和，使得上缸筒1下端与下缸筒2上端之间具有间隙，压盖4下压时，外压环2和内压块3分别向外支撑环11和内支撑块10传导压力，闭式整体叶盘15，外压环2、内压块3、外支撑环11和内支撑块10压缩变形，直至上缸筒1与下缸筒2抵触。

当上缸筒1和下缸筒12厚度较薄或刚度不足时，可以选用下一种设置：

外压环2和外支撑环11的长度之和以及内压块3和内支撑块10的长度之和等于或略小于上缸筒1和下缸筒2的长度之和，压盖4下压时，上缸筒1和下缸筒2受压弯曲，外压环2和内压块3分别与外支撑环11和内支撑块10接触并传导压力，夹紧闭式整体叶盘15。

两种方式均可将压力传至弹性装夹元件，夹紧闭式整体叶盘15。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：包括刚性装夹元件和弹性装夹元件；

所述的刚性装夹元件包括刚性的上缸筒(1)、压盖(4)、底座(9)和下缸筒(12)，下缸筒(2)的下端面安装在底座(9)的上端面上，上缸筒(1)的上端面与压盖(4)的下端面贴合，压盖(4)的上端面在工作状态下与磨粒流机床的压头贴合，底座(9)的下端面支撑在磨粒流机床的工作台上，上缸筒(1)下端和下缸筒(2)上端对齐配合，压盖(4)和底座(9)上均对齐分布有若干上下贯通的磨粒流第一组合通道(13)，

所述的弹性装夹元件包括刚性低于上缸筒(1)和下缸筒(2)的外压环(2)、内压块(3)、内支撑块(10)和外支撑环(11)，外压环(2)和外支撑环(11)上下对齐地安装于上缸筒(1)和下缸筒(12)合围成的筒体中，外压环(2)上端与压盖(4)固定连接，外支撑环(11)下端与底座(9)固定连接，所述的内压块(3)安装在外压环(2)的内环中，上端与压盖(4)固定连接，所述的内支撑块(10)安装在外支撑环(11)的内环中，下端与底座(9)固定连接，所述的外压环(2)内环壁面与内压块(3)外壁面之间以及外支撑环(11)内环壁面与内支撑块(10)外壁面之间均形成有间隙，该间隙为磨粒流第二组合通道(14)，所述的磨粒流第一组合通道(13)与第二组合通道(14)连通，共同组成磨粒流通道，闭式整体叶盘(15)置于磨粒流通道中，且内压块(3)和内支撑块(10)共同夹持闭式整体叶盘(15)的内环，外压环(2)和外支撑环(11)共同夹持闭式整体叶盘(15)的外环；闭式整体叶盘(15)的叶盘叶间流道位于磨粒流通道中，磨粒流能从叶盘叶间流道穿过。

2.根据权利要求1所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的内支撑块(10)上端外沿设置有轮毂内环固定槽(10a)，所述的闭式整体叶盘(15)的轮毂内环下端安置在轮毂内环固定槽(10a)上，闭式整体叶盘(15)的轮毂内环上端抵于内压块(3)下表面，所述的外支撑环(11)上端内沿设置有轮毂外环固定卡肩(11a)，所述的闭式整体叶盘(15)的轮毂外环下端卡在轮毂外环固定卡肩(11a)上，闭式整体叶盘(15)的轮毂外环上端抵于外压环(2)下表面。

3.根据权利要求2所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的外压环(2)和外支撑环(11)的长度之和以及内压块(3)和内支撑块(10)的长度之和大于上缸筒(1)和下缸筒(2)的长度之和，使得上缸筒(1)下端与下缸筒(2)上端之间具有间隙，压盖(4)下压时，外压环(2)和内压块(3)分别向外支撑环(11)和内支撑块(10)传导压力，闭式整体叶盘(15)，外压环(2)、内压块(3)、外支撑环(11)和内支撑块(10)压缩变形，直至上缸筒(1)与下缸筒(2)抵触。

4.根据权利要求2所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的外压环(2)和外支撑环(11)的长度之和以及内压块(3)和内支撑块(10)的长度之和等于或略小于上缸筒(1)和下缸筒(2)的长度之和，压盖(4)下压时，上缸筒(1)和下缸筒(2)受压弯曲，外压环(2)和内压块(3)分别与外支撑环(11)和内支撑块(10)接触并传导压力，夹紧闭式整体叶盘(15)。

5.根据权利要求3或4所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道用夹具还包括弹性保护元件，所述的弹性保护元件包括由弹性材料制作的上轮毂垫圈(5)、轮缘垫圈(6)和下轮毂垫圈(8)，上轮毂垫圈(5)位于轮毂内环固定槽(10a)槽顶，垫在内压块(3)与闭式整体叶盘(15)轮毂内环上端面之间，所述的下轮毂垫圈(8)位于轮毂内环固定槽(10a)槽底，垫在内支撑块(10)与闭式整体叶盘(15)轮毂内环下端面之间，所述的外压环(2)的下端内环处设置有密封凹槽，轮缘垫圈(6)安装在该密封凹槽中，轮缘垫圈(6)与闭式整体叶盘(15)外环密封抵触配合。

6.根据权利要求5所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的闭式整体叶盘(15)外环向外延伸形成有工件外沿环(15a)，所述的工件外沿环(15a)伸入至外压环(2)和外支撑环(11)之间，工件外沿环(15a)上设置有环孔，所述的外支撑环(11)上设置有定位孔(11b)，紧固件同时穿过环孔和定位孔(11b)，将闭式整体叶盘(15)与外支撑环(11)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的轮毂内环固定槽(10a)沿着槽侧壁面设置有保持环(7)，所述的保持环(7)上端与上轮毂垫圈(5)抵触，下端与下轮毂垫圈(8)抵触，保持环(7)与闭式整体叶盘(15)轮毂内环配合，使上轮毂垫圈(5)和下轮毂垫圈(8)在受压时，位置保持稳定。

8.根据权利要求7所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的压盖(4)和底座(9)上设置的磨粒流第一组合通道(13)为扇形通孔，该扇形通孔等弧度布设在压盖(4)和底座(9)上，相邻扇形通孔间设均匀阵列分布的支撑筋。

9.根据权利要求8所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的压盖(4)和底座(9)上均开设有沉头孔，紧固件经沉头孔分别将外压环(2)、内压块(3)与压盖(4)固定连接，将内支撑块(10)、内压块(3)与底座(9)固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种磨粒流抛光闭式整体叶盘叶间流道专用夹具，其特征是：所述的压盖(4)和底座(9)的材质为45钢或6061铝合金；所述的外压环(2)、内压块(3)、内支撑块(10)和外支撑环(11)的材质为聚四氟乙烯或聚氯乙烯或尼龙；所述的上轮毂垫圈(5)、轮缘垫圈(6)和下轮毂垫圈(8)的材质为聚氨酯胶或树脂或橡胶。

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