CN112589381A - 高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法及装夹夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法和装夹夹具，方法包括：1)车内外型；2)铣内型；3)割片；4)磨端面；5)割槽；6)淬回火热处理；7)研端面；8)车外圆；9)割开口；10)割内孔、研内孔和磨外圆。本发明将零件先切割后叠加进行加工，减小了最后割开口引起的变形，保证零件工作状态下的透光度及开口尺寸要求，同批次零件加工质量好，合格率高；采用可靠的定位装夹夹具，工艺方法简单，操作方便，可靠性好，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法及装夹夹具。
背景技术
在机械零件加工中，特别是具有薄壁、开口、高精度要求等特征的零件。具体如图1所示，零件轴向厚度2mm，壁厚2.5mm，自由状态下开口尺寸2.5～4，要求工作状态下(即：外径压缩至
)外圆透光度不大于0.01，同时保证开口尺寸0.2～0.45。对于此类零件，现有的加工流程(参见图2)，包括热处理——车内外型——研内孔——磨外圆——割片——割开口；但是采用这种加工方法，在割开口后，零件会发生弹性变形，且变形无规律，无法保证图纸要求的工作状态下的透光度及开口尺寸要求，零件合格率仅30％。
发明内容
针对现有高精度薄壁开口零件加工出现的问题，本发明提供一种高精度薄壁弹性开口零件的加工方法及装夹夹具，将零件叠加进行加工，减小了割开口的变形，保证零件工作状态下的透光度及开口尺寸要求，同批次零件加工质量好，合格率高；还提供了可靠的定位装夹夹具，工艺方法简单，操作方便，可靠性好，易于推广应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，包括以下步骤：
1)车内外型：采用数控车床加工零件内孔和外圆，且内孔和外圆分别留余量；
2)铣内型：去除内孔辅助工艺定位孔之外的余量；
3)割片：切割零件成多个环状薄片，多个环状薄片两端面均留余量；
4)磨端面：采用数控平面磨床磨削多个环状薄片两端面作为定位基准，且端面均留余量；
5)割槽：在多个环状薄片上分别割出开口，开口尺寸小于最终开口尺寸；
6)热处理：分别以多个环状薄片上内孔的辅助工艺定位孔定位，在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，保证开口为自由状态下尺寸2.5～4，进行淬回火；
7)研端面：采用双端面研磨机分别研磨经淬回火后的多个环状薄片，使其两端面至最终尺寸作为后续叠加加工的定位基准；
8)车外圆：以内孔的辅助工艺定位孔定位，在车削装夹夹具上将研端面的多个环状薄片零件叠加夹紧，车削零件外圆，且外圆留余量；
9)割开口：在车削装夹夹具上，车外圆后的多个环状薄片上割开口尺寸至最终开口尺寸；
10)割内孔：以步骤8)中车外圆后的外圆定位，步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，在割内孔夹具上割除内孔的辅助工艺定位孔，内孔留余量；
11)研内孔：在割内孔夹具上，研磨多个环状薄片零件内孔至最终尺寸；
12)磨外圆：以步骤11)的零件内孔定位，采用定位套保证开口尺寸后装入心棒，零件端面夹紧，磨削零件外圆至最终尺寸。
上述步骤2)中，工艺定位孔的个数为3个。
上述步骤6)中，热处理装夹时通过3个工艺定位孔对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤4)磨端面为定位基准。
上述步骤8)中，热处理装夹时通过3个工艺定位孔对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤7)研端面为定位基准。
一种实现高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的热处理装夹夹具，包括装夹本体、压紧片以及螺母；装夹本体包括底座以及从下自上依次设置在底座上的装夹杆和螺纹杆；所述螺母与螺纹杆相适配；所述装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；所述压紧片内径小于待热处理零件的外径。
一种实现高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的车削装夹夹具，包括装夹支架、垫片以及螺母；所述装夹支架上从下自上依次设置装夹杆和螺纹杆；所述螺母与螺纹杆相适配；所述装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；所述装夹支架设置定位孔，所述垫片的外径大于待热处理零件的内径且小于待热处理零件的外径。
一种实现高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的割内孔夹具，包括夹具本体，所述夹具本体为环形，且夹具本体的内径等于待割内孔零件的外径。
本发明的有益效果是：
本发明对现有工艺流程进行了改进，在改进工艺流程的基础上提供了淬回火热处理、车外圆、割内孔、磨外圆的定位装夹夹具和方法，将零件叠加进行加工，既减小了割开口的变形，又提供了可靠的定位装夹方法，不仅能够保证零件工作状态下的透光度及开口尺寸要求，且同批次零件加工质量一致性好，解决了此类零件的尺寸超差问题，工艺方法简单，可操作性强，实用性好，易于推广应用。
附图说明
图1为高精度薄壁开口零件的结构示意图；
图2为热处理装夹夹具示意图；
图3为车削装夹夹具示意图；
图4为割内孔装夹夹具示意图；
图5为磨外圆装夹夹具示意图。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明做详细的说明。
本发明提供的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法包括以下步骤：
1)采用数控车床加工零件内孔和外圆，且内孔和外圆分别留余量；
2)去除内孔辅助工艺定位孔之外的余量；
3)将零件切割成多个环状薄片，多个环状薄片两端面均留余量；
4)采用数控平面磨床磨削多个环状薄片两端面作为定位基准，且端面均留余量；
5)在步骤4)磨削后的多个环状薄片上分别割出开口，开口尺寸小于最终开口尺寸；
6)在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，进行淬回火热处理；
7)采用双端面研磨机分别研磨步骤6)热处理后的多个环状薄片，使其两端面至最终尺寸作为后续叠加加工的定位基准；
8)在车削装夹夹具上将步骤7)处理的多个环状薄片零件叠加夹紧，车削零件外圆，且外圆留余量；
9)在车削装夹夹具上，车削外圆后的多个环状薄片上割开口尺寸至最终开口尺寸；
10)将步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，割除内孔并研磨内孔至最终尺寸；再磨削零件外圆至最终尺寸。
本发明步骤2)中，工艺定位孔的个数是多个，优选3个。
本发明步骤6)，分别以多个环状薄片上内孔的辅助工艺定位孔定位，在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，保证开口为自由状态下尺寸2.5～4mm，进行淬回火。
进一步，本发明步骤6)中，热处理装夹时通过3个工艺定位孔对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤4)磨端面为定位基准。
本发明步骤8)中，车削装夹时，以内孔的辅助工艺定位孔定位对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤7)研端面为定位基准。
本发明步骤10)的具体过程是：
10.1)以步骤8)中车外圆后的外圆定位，步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，在割内孔夹具上割除内孔的辅助工艺定位孔，内孔留余量；
10.2)在割内孔夹具上，研磨多个环状薄片零件内孔至最终尺寸；
10.3)以步骤10.2)研磨的零件内孔定位，采用定位套保证开口尺寸后装入心棒，将零件端面夹紧，磨削零件外圆至最终尺寸。
实施例
本实施例提供的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，包括以下步骤：
1)车内外型：采用数控车床加工零件内孔和外圆，且内孔和外圆分别留余量；
2)铣内型：去除内孔辅助工艺定位孔之外的余量；
本实施例中，工艺定位孔的个数为3个。
3)割片：切割零件成多个环状薄片，多个环状薄片两端面均留余量；
4)磨端面：采用数控平面磨床磨削多个环状薄片两端面作为定位基准，且端面均留余量；
5)割槽：在多个环状薄片上分别割出开口，开口尺寸小于最终开口尺寸；
6)热处理：分别以多个环状薄片上内孔的辅助工艺定位孔定位，在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，保证开口为自由状态下尺寸2.5～4，进行淬回火；
具体的，通过零件内孔3处工艺定位孔对零件进行叠加定位装夹，装夹时应确保零件经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤4)磨端面为定位基准；
本实施例中，为了尽可能最大程度释放弹性应力并稳定自由状态下开口尺寸，制作了专用热处理装夹夹具，一次装夹多个零件，淬回火后保证自由状态下开口尺寸；
参见图2，本实施例中提供的热处理装夹工具包括装夹本体5、压紧片2、销轴4以及螺母1；装夹本体包括底座以及从下自上依次设置在底座上的装夹杆和螺纹杆；螺母1与螺纹杆相适配；装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；压紧片内径小于待热处理零件的外径。装夹时，经步骤5)割槽后的多个零件叠加可以套在装夹杆上，以零件内孔3处工艺定位孔通过销轴4进行定位，且多个零件上的开口位置一致；然后将压紧片套在零件3上，通过螺纹杆和螺母1将底座、多个零件和压紧片定位压紧；
7)研端面：采用双端面研磨机分别研磨经淬回火后的多个环状薄片，使其两端面至最终尺寸作为后续叠加加工的定位基准；
8)车外圆：以内孔的辅助工艺定位孔定位，在车削装夹夹具上将研端面的多个环状薄片零件叠加夹紧，车削零件外圆，且外圆留余量；
具体的，车外圆时通过3个工艺定位孔对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤7)研端面为定位基准；
本实施例中，为了减小最终零件弹性变形、稳定尺寸，在零件割槽释放弹性应力及热处理稳定尺寸后，制作了专用车削装夹夹具，车削去除外圆变形的余量，一次装夹多个零件；同时不拆卸工装，流水作业割开口至最终尺寸；
参见图3，本实施例提供的车削装夹夹具包括装夹支架5、垫片2、定位销轴4以及螺母1；装夹支架上从下自上依次设置装夹杆和螺纹杆；螺母与螺纹杆相适配；装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；装夹支架设置定位孔，垫片的外径大于待热处理零件的内径且小于待热处理零件的外径；安装时，装夹杆的外径与待热处理零件3的内径相匹配；压紧片内径小于待热处理零件的外径。装夹时，经步骤7)研端面后多个零件叠加可以套在装夹杆上，以步骤7)研端面为定位基准，以零件内孔3处工艺定位孔通过定位销轴4进行定位，且多个零件上的开口(割槽后的开口)位置一致；然后将垫片压在最上端的零件上，通过螺纹杆和螺母将装夹支架、多个零件和垫片定位压紧；
9)割开口：在车削装夹夹具上，车外圆后的多个环状薄片上割开口尺寸至最终开口尺寸；
10)将步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，割除内孔并研磨内孔至最终尺寸；再磨削零件外圆至最终尺寸。
10.1)割内孔：以步骤8)中车外圆后的外圆定位，步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，在割内孔夹具上割除内孔的辅助工艺定位孔，内孔留余量。
本实施例中，以经步骤8)车削后的零件外圆定位，制作专用割内孔装夹夹具，割除内孔的辅助工艺定位孔；要求割内孔工装的内孔与零件外圆尺寸一致，一次装夹多个零件。同时不拆卸工装，流水作业研内孔，至内孔的最终尺寸。
参见图4，割内孔夹具包括夹具本体3，夹具本体为环形，且夹具本体的内径等于待割内孔零件2的外径。装夹时，将步骤9)割开口后的多个环状薄片零件依次叠加置于环形夹具本体内，以经步骤8)车削后的零件外圆定位夹紧，同时通过拧紧螺钉1将车削后的零件固定在夹具本体3内，进行车削外圆。
10.2)研内孔：在割内孔夹具上，研磨多个环状薄片零件内孔至最终尺寸；
10.3)磨外圆：以步骤10.2)的零件内孔定位，采用定位套保证开口尺寸后装入心棒，零件端面夹紧，磨削零件外圆至最终尺寸。
本实施例中，由于零件薄壁存在开口弹性变形，要求磨削外圆后既要保证透光度0.01要求，还需保证压缩状态下零件的开口尺寸，以内孔定位穿心棒的传统装夹方式无法满足此零件的设计技术要求。
通过分析研究，由于零件基准孔过短，且是开口零件，无法直接定位夹紧，利用端面压紧的方式固定零件，为同时保证磨削后的开口尺寸，零件在装入夹具后开口尺寸需合格，故制作磨外圆装夹夹具。
参见图5，本实施例提供的磨外圆装夹夹具包括拧紧螺母1、垫片2、定位套3以及磨工心轴5，在使用时，将零件4套在磨工心轴5上并至于定位套3中，并通过拧紧螺母1以及垫片2将零件固定，在固定后将定位套3取下，端面压紧后，对零件4磨削外圆。
本实施例中，采用图2热处理淬回火工装，零件释放弹性应力、淬回火稳定保证自由状态下开口尺寸，采用图3所示的工装车削外圆、割开口；采用图4所示的工装割除内孔的辅助工艺定位孔并研内孔；采用图5所示的工装，通过定位套稳定工作状态下的最终零件开口尺寸后，磨削外圆，保证了透光度0.01，满足了零件设计图纸要求，提高了零件合格率，稳定了加工质量。
本发明中工艺流程及定位装夹方法构思巧妙、结构简单、操作方便、可靠性好，不仅能够保证零件工作状态下的透光度及开口尺寸要求，且同批次零件加工质量一致性好，对零件加工质量的可靠性、稳定性、一致性贡献极大，实用性好，易于推广应用，具有较大的实用价值。
Claims (9)
1.一种高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述加工方法包括以下步骤：
1)采用数控车床加工零件内孔和外圆，且内孔和外圆分别留余量；
2)去除内孔辅助工艺定位孔之外的余量；
3)将零件切割成多个环状薄片，多个环状薄片两端面均留余量；
4)采用数控平面磨床磨削多个环状薄片两端面作为定位基准，且端面均留余量；
5)在步骤4)磨削后的多个环状薄片上分别割出开口，开口尺寸小于最终开口尺寸；
6)在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，进行淬回火热处理；
7)采用双端面研磨机分别研磨步骤6)热处理后的多个环状薄片，使其两端面至最终尺寸作为后续叠加加工的定位基准；
8)在车削装夹夹具上将步骤7)处理的多个环状薄片零件叠加夹紧，车削零件外圆，且外圆留余量；
9)在车削装夹夹具上，车削外圆后的多个环状薄片上割开口尺寸至最终开口尺寸；
10)将步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，割除内孔并研磨内孔至最终尺寸；再磨削零件外圆至最终尺寸。
2.根据权利要求1所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，工艺定位孔的个数是多个，优选3个。
3.根据权利要求2所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述步骤6)，分别以多个环状薄片上内孔的辅助工艺定位孔定位，在热处理装夹夹具上将经过步骤5)割槽后的多个环状薄片叠加夹紧，保证开口为自由状态下尺寸2.5～4mm，进行淬回火。
4.根据权利要求3所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述步骤6)中，热处理装夹时通过3个工艺定位孔对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤4)磨端面为定位基准。
5.根据权利要求4所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述步骤8)中，车削装夹时，以内孔的辅助工艺定位孔定位对多个零件进行叠加定位装夹，装夹时经步骤5)割槽后的开口位置一致，以步骤7)研端面为定位基准。
6.根据权利要求5所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法，其特征在于：所述步骤10)的具体过程是：
10.1)以步骤8)中车外圆后的外圆定位，步骤9)割开口后的多个环状薄片零件叠加夹紧，在割内孔夹具上割除内孔的辅助工艺定位孔，内孔留余量；
10.2)在割内孔夹具上，研磨多个环状薄片零件内孔至最终尺寸；
10.3)以步骤10.2)研磨的零件内孔定位，采用定位套保证开口尺寸后装入心棒，将零件端面夹紧，磨削零件外圆至最终尺寸。
7.一种实现权利要求4所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的热处理装夹夹具，其特征在于：所述热处理装夹工具包括装夹本体、压紧片以及螺母；装夹本体包括底座以及从下自上依次设置在底座上的装夹杆和螺纹杆；所述螺母与螺纹杆相适配；所述装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；所述压紧片内径小于待热处理零件的外径。
8.一种实现权利要求5所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的车削装夹夹具，其特征在于：所述车削装夹夹具包括装夹支架、垫片以及螺母；所述装夹支架上从下自上依次设置装夹杆和螺纹杆；所述螺母与螺纹杆相适配；所述装夹杆的外径与待热处理零件的内径相匹配；所述装夹支架设置定位孔，所述垫片的外径大于待热处理零件的内径且小于待热处理零件的外径。
9.一种实现权利要求6所述的高精度薄壁弹性开口涨圈零件的加工方法的割内孔夹具，其特征在于：所述割内孔夹具包括夹具本体，所述夹具本体为环形，且夹具本体的内径等于待割内孔零件的外径。
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