CN112222762A - 一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，通过计算并实现涨圈按自由状态下尺寸的加工，不仅使工艺设计从路线编排上更加符合涨圈的设计理念；而且还可以避开涨圈原有加工工艺中热固定开口的工序，缩短产品的生产周期，避免涨圈的回弹现象。此方法可以大大增强新型航空材料涨圈产品工艺加工的可靠性，提高质量的稳定性，也能消除涨圈封严失效的隐患。

Description

一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法。
背景技术
外封严涨圈是一种自由状态下有较大开口，工作状态下通过闭合开口，使自身产生向外扩张的弹力，并与封严体内孔面紧密贴合的圆环。因密封性良好，被广泛地用作封严件。设计上为满足封严效果，获得较好的弹性，通常只规定了自由状态下的开口尺寸、封严状态下的外圆直径、封严状态下的开口尺寸和内、外圆之间壁厚。因此，为方便工艺，现有的外封严涨圈加工方法，是先将涨圈按封严状态加工圆环和开口(内、外圆留有一定的精加工余量)，通过夹具固定撑大开口，并采用高温加热的方法将开口人为地固定至自由状态下的尺寸，最后在封严状态下精加工内、外圆。虽然此加工方法工艺路线简单，但由于热固定后，涨圈会因金属材料自身的机械性能出现弹性回缩现象(又称回弹)，因此这种方法更适用于硬度较低的铜合金材料。随着现代航空制造技术的不断发展，更多新型材料如高温合金、弹簧合金钢等被更多地应用。航空材料涨圈的回弹量会随材料、结构和尺寸的不同而改变，开口撑开量就更加无法确定和控制，甚至需要二次热固定。这种情况下，此方法不仅热处理时间长，加工周期长、不可控，而且反复高温加热还会引起金属材料弹性下降，影响封严效果，导致失效隐患的存在。
发明内容
提供一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，通过计算并确定出外封严涨圈自由状态下的外环直径尺寸，实现自由状态下涨圈轮廓的加工。可以避开原有工艺加工方法中热固定开口的工序，消除高温加热对产品造成的不利影响，从而达到提高外封严涨圈产品的质量稳定性和缩短产品加工周期的目的。所述的航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，通过计算并确定出外封严涨圈自由状态下的外环直径尺寸，实现自由状态下涨圈轮廓的加工。可以避开原有工艺加工方法中热固定开口的工序，能够消除高温加热对产品造成的不利影响的工艺加工方法。
技术方案
一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，具体步骤为：
步骤一、计算外封严涨圈在自由状态下的外圆直径，并留余量
根据已知的外封严涨圈自由状态下的开口尺寸L自开、内外圆之间壁厚T、封严状态下的外圆直径D封外和封严状态下的开口尺寸L封开，推算出外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外；
在此计算结果基础上，对涨圈内、外环在直径方向上留出一定的加工余量，
步骤二、粗车内、外圆
按照“步骤一”计算出的尺寸，粗车涨圈的内圆和外圆；
步骤三、切断
采用切削力最小的慢走丝方法，沿轴向将外封严涨圈从毛坯筒上逐个切断，切断后厚度留有0.6mm的加工余量。
步骤四、粗磨平面
采用双面研磨机，磨削外封严涨圈的上、下平面，磨后厚度留有0.4mm的加工余量。
步骤五、粗磨内环
采用内圆磨床设备加工，以外圆和一平面定位，磨削外封严涨圈的内圆，磨削后直径方向留有0.5mm－0.6mm的加工余量；
步骤六、切开口
采用慢走丝设备切或铣外封严涨圈的开口至自由状态大小；
步骤七、磨两平面
采用双面研磨机，通过磁力套圈固定，磨削外封严涨圈的上、下平面，两面各均匀磨去0.1mm，磨后厚度留有0.2mm的精加工余量。
步骤八、计算涨圈在封严状态下留磨削余量的外环直径
根据已知的外封严涨圈封严状态下外环直径尺寸D封外和直径方向上的磨削余量，计算出其在封严状态下留磨削余量的外环直径尺寸。
步骤九、精磨外圆
采用外圆磨床设备，通过可分离套筒式精磨夹具定位，按照设计最终要求的封严状态下的外圆直径尺寸进行磨外圆。
步骤十、精磨内圆
根据已知的封严状态下的外圆直径D封外和内外圆之间壁厚T计算出需要磨削的涨圈的内圆尺寸。
同步骤五的方法一致，采用内圆磨床设备，以精磨过的外圆和平面定位，将多个零件径向压缩并叠装在专用筒形夹具内孔中，压紧叠放在最外边涨圈的平面，磨削外封严涨圈的内圆，至计算得出的最终封严状态下的内圆尺寸。
步骤十一、清理尖边和毛刺
清理涨圈加工产生的尖边和毛刺；
步骤十二、检验
使用模拟装配封严体内孔的测量器具，检测封严状态下涨圈的开口和圆度；
步骤十三、校口、清理尖边毛刺
钳工按需要校修开口、清理零件的尖边毛刺。
进一步的，所述步骤一中具体计算公式如下：
外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外计算公式如下：
D自外＝(πD封外+L自开)/π
外封严涨圈自由状态下的内圆直径D自内计算公式如下：
D自内＝(πD封外+L自开)/π－2T。
步骤一中加工余量为0.5mm－0.6mm。
所述步骤二中涨圈的厚度与直径比为1/270，涨圈的厚度与封严状态下的外圆直径的比值。
所述步骤二中涨圈的厚度为1mm－3mm。
所述步骤六中慢走丝设备采用加工中心设备替换。
所述步骤七中磁力套圈为磁铁材料。
还包括在步骤八之前，钳工去除机加产生的尖边和毛刺。
所述步骤九中可分离套筒式精磨夹具的内孔尺寸是依照步骤八中计算出的尺寸制作；使用时，将多个外封严涨圈径向压缩并沿轴向叠放在夹具内孔中，通过轴向压紧力及其产生的平面摩擦力来固定已开口的外封严涨圈；压紧后，抽出可分离的套筒，实现外圆磨削。
所述步骤十中专用筒形夹具内孔尺寸是按照步骤九中的精磨外圆尺寸加工。
技术效果
提供了一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，通过计算并实现涨圈按自由状态下尺寸的加工，不仅使工艺设计从路线编排上更加符合涨圈的设计理念；而且还可以避开涨圈原有加工工艺中热固定开口的工序，缩短产品的生产周期，避免涨圈的回弹现象。此方法可以大大增强新型航空材料涨圈产品工艺加工的可靠性，提高质量的稳定性，也能消除涨圈封严失效的隐患。
附图说明
图1为外封严涨圈的工作状态示意图；
图2为外封严涨圈的自由状态示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细描述本发明的航空材料外封严涨圈的逆向加工方法具体如下：
步骤一、计算外封严涨圈在自由状态下的外圆直径，并留余量
根据已知的外封严涨圈自由状态下的开口尺寸L自开、内外圆之间壁厚T、封严状态下的外圆直径D封外和封严状态下的开口尺寸L封开，推算出外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外。
外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外计算公式如下：
D自外＝(πD封外+L自开)/π
外封严涨圈自由状态下的内圆直径D自内计算公式如下：
D自内＝(πD封外+L自开)/π－2T
在此计算结果基础上，对涨圈内、外环在直径方向上留出一定的加工余量(0.5mm－0.6mm)，确保外封严涨圈开口后，再闭合至封严状态下的开口尺寸L封开时，加工余量完全超过金属被压缩变形量，满足封严状态下最终轮廓的加工要求；
步骤二、粗车内、外圆
按照“步骤一”计算出的尺寸，粗车涨圈的内圆和外圆；
步骤三、切断
由于涨圈的厚度小，与直径相比仅为1/270(实例中涨圈的厚度与封严状态下的外圆直径的比值)，受车削力会严重变形。为此，采用切削力最小的慢走丝方法，沿轴向将外封严涨圈从毛坯筒上逐个切断，切断后厚度留有0.6mm的加工余量。
步骤四、粗磨平面
采用双面研磨机，磨削外封严涨圈的上、下平面，磨后厚度留有0.4mm的加工余量。
步骤五、粗磨内环
采用内圆磨床设备加工，以外圆和一平面定位，磨削外封严涨圈的内圆，磨削后直径方向留有0.5mm－0.6mm的加工余量。由于涨圈的厚度小(1mm－3mm)，单个定位的稳定性差、加工效率低，因此，每次加工时，根据涨圈厚度调整，将多个零件(一般为10个)叠装在专用筒形夹具上，压紧零件最外边的平面，一起磨削。
步骤六、切开口
采用慢走丝设备(或加工中心设备)切(或铣)外封严涨圈的开口至自由状态大小，使涨圈开口闭合至封严状态时，开口两端平行面形成的缝隙能够满足设计要求的尺寸精度；
步骤七、磨两平面
采用双面研磨机，通过磁力套圈固定，磨削外封严涨圈的上、下平面，两面各均匀磨去0.1mm，磨后厚度留有0.2mm的精加工余量。磁力套圈为磁铁材料，包括内环套圈和外环套圈，可吸在研磨机的平面上，通过固定外封严涨圈内圆和外圆的位置，禁止其移动和转动，从而实现磨削平面。
步骤八、去除尖边、毛刺
为提高定位装夹的稳定性和精准性，精加工之前，钳工去除机加产生的尖边和毛刺。
步骤九、计算涨圈在封严状态下留磨削余量的外环直径
根据已知的外封严涨圈封严状态下外环直径尺寸D封外和直径方向上的磨削余量，计算出其在封严状态下留磨削余量的外环直径尺寸。
步骤十、精磨外圆
采用外圆磨床设备，通过可分离套筒式精磨夹具定位，按照设计最终要求的封严状态下的外圆直径尺寸进行磨外圆。其中可分离套筒式精磨夹具的内孔尺寸是依照“步骤九”中计算出的尺寸制作的。使用时，将多个外封严涨圈径向压缩并沿轴向叠放在夹具内孔中，通过轴向压紧力及其产生的平面摩擦力来固定已开口的外封严涨圈。压紧后，抽出可分离的套筒，实现外圆磨削。
步骤十一、精磨内圆
首先，根据已知的封严状态下的外圆直径D封外和内外圆之间壁厚T计算出需要磨削的涨圈的内圆尺寸。
同步骤五的方法一致，采用内圆磨床设备，以精磨过的外圆和平面定位，将多个零件径向压缩并叠装在专用筒形夹具内孔中，压紧叠放在最外边涨圈的平面，磨削外封严涨圈的内圆，至计算得出的最终封严状态下的内圆尺寸。此处的专用筒形夹具内孔尺寸是按照步骤十中的精磨外圆尺寸加工的。
步骤十二、清理尖边和毛刺
清理涨圈加工产生的尖边和毛刺；
步骤十三、检验
使用模拟装配封严体内孔的测量器具，检测封严状态下涨圈的开口和圆度；
步骤十四、校口、清理尖边毛刺
钳工按需要校修开口、清理零件的尖边毛刺。

Claims (10)

1.一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、计算外封严涨圈在自由状态下的外圆直径，并留余量
根据已知的外封严涨圈自由状态下的开口尺寸L自开、内外圆之间壁厚T、封严状态下的外圆直径D封外和封严状态下的开口尺寸L封开，推算出外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外；
在此计算结果基础上，对涨圈内、外环在直径方向上留出一定的加工余量，
步骤二、粗车内、外圆
按照“步骤一”计算出的尺寸，粗车涨圈的内圆和外圆；
步骤三、切断
采用切削力最小的慢走丝方法，沿轴向将外封严涨圈从毛坯筒上逐个切断，切断后厚度留有0.6mm的加工余量；
步骤四、粗磨平面
采用双面研磨机，磨削外封严涨圈的上、下平面，磨后厚度留有0.4mm的加工余量；
步骤五、粗磨内环
采用内圆磨床设备加工，以外圆和一平面定位，磨削外封严涨圈的内圆，磨削后直径方向留有0.5mm－0.6mm的加工余量；
步骤六、切开口
采用慢走丝设备切或铣外封严涨圈的开口至自由状态大小；
步骤七、磨两平面
采用双面研磨机，通过磁力套圈固定，磨削外封严涨圈的上、下平面，两面各均匀磨去0.1mm，磨后厚度留有0.2mm的精加工余量；
步骤八、计算涨圈在封严状态下留磨削余量的外环直径
根据已知的外封严涨圈封严状态下外环直径尺寸D封外和直径方向上的磨削余量，计算出其在封严状态下留磨削余量的外环直径尺寸；
步骤九、精磨外圆
采用外圆磨床设备，通过可分离套筒式精磨夹具定位，按照设计最终要求的封严状态下的外圆直径尺寸进行磨外圆；
步骤十、精磨内圆
根据已知的封严状态下的外圆直径D封外和内外圆之间壁厚T计算出需要磨削的涨圈的内圆尺寸；
同步骤五的方法一致，采用内圆磨床设备，以精磨过的外圆和平面定位，将多个零件径向压缩并叠装在专用筒形夹具内孔中，压紧叠放在最外边涨圈的平面，磨削外封严涨圈的内圆，至计算得出的最终封严状态下的内圆尺寸；
步骤十一、清理尖边和毛刺
清理涨圈加工产生的尖边和毛刺；
步骤十二、检验
使用模拟装配封严体内孔的测量器具，检测封严状态下涨圈的开口和圆度；
步骤十三、校口、清理尖边毛刺
钳工按需要校修开口、清理零件的尖边毛刺。
2.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤一中具体计算公式如下：
外封严涨圈自由状态下的外圆直径D自外计算公式如下：
D自外＝(πD封外+L自开)/π
外封严涨圈自由状态下的内圆直径D自内计算公式如下：
D自内＝(πD封外+L自开)/π－2T。
3.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，步骤一中加工余量为0.5mm－0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤二中涨圈的厚度与直径比为1/270，涨圈的厚度与封严状态下的外圆直径的比值。
5.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤二中涨圈的厚度为1mm－3mm。
6.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤六中慢走丝设备采用加工中心设备替换。
7.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤七中磁力套圈为磁铁材料。
8.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，还包括在步骤八之前，钳工去除机加产生的尖边和毛刺。
9.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤九中可分离套筒式精磨夹具的内孔尺寸是依照步骤八中计算出的尺寸制作；使用时，将多个外封严涨圈径向压缩并沿轴向叠放在夹具内孔中，通过轴向压紧力及其产生的平面摩擦力来固定已开口的外封严涨圈；压紧后，抽出可分离的套筒，实现外圆磨削。
10.根据权利要求1所述的一种航空材料外封严涨圈的逆向加工方法，其特征在于，所述步骤十中专用筒形夹具内孔尺寸是按照步骤九中的精磨外圆尺寸加工。
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