CN112984555B - 工件的保护方法、加工方法以及工件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件的保护方法、加工方法以及工件，其中，所述工件的保护方法包括：步骤A.在所述工件的多个腔道中定义第一腔道、第二腔道，所述第一腔道的腔道口尺寸小于流通尺寸，所述第二腔道的腔道口尺寸大于该流通尺寸，所述第一腔道与所述第二腔道两者相互隔开；步骤B.对于定义的所述第一腔道，将固态的填充料从所述第一腔道的腔道口输送入所述第一腔道，对该固态的填充料加热使其熔化，之后冷却凝固；步骤C.对于定义的所述第二腔道，将熔融的填充料从所述第二腔道的腔道口输送入所述第二腔道，之后冷却凝固。

Description

工件的保护方法、加工方法以及工件

技术领域

本发明涉及加工制造领域，尤其涉及一种工件的保护方法、加工方法以及工件。

背景技术

拥有复杂内腔结构的工件，例如增材制造的航空发动机喷嘴、燃油适配器、测试受感部等，其内部有非常复杂的腔道，在其腔道口附近进行机械加工时，内腔极易进入铁屑、切削液、颗粒物等多余物。因为工件内腔复杂，多余物难以清出，腔道的使用性能会受到影响，如航空发动机喷嘴若内腔存在多余物会直接影响其流量大小和流量稳定性。

现有技术中，因此在这类有复杂内腔特征的工件在加工前会采用一些封堵措施。一些通用的封堵方式，如使用胶带封闭腔道口，当要机械加工腔道口时，会破坏封胶带而失去封堵作用；而使用堵头的封堵方式在机械加工腔道口后，漏在腔道外的堵头会被去除掉导致剩余堵头卡在腔道内难以取出。

现有技术中，有一种采用填充料填充的方案。例如将工件整体浸没入熔融的填充料，待凝固后再清出多余的填充料。但是发明人在实践中发现，对于一些工件，例如增材制造的燃气涡轮发动机的燃油喷嘴，由于增材制造零件表面粗糙等原因，采用整体浸没方式多余的填充料例如石蜡往往难以清理干净，从而影响机械加工的基准精度和对机械加工过程的观察。若需要清理干净，往往需要在热处理炉中将填充料分解，热处理过程不仅耗时漫长，而且热处理又可能会导致工件的材料性能的改变，不仅费时费工，而且工件的材料力学性能无法保证。

现有技术中，还有采用注射熔融填充料的技术方案，但是发明人在实践中发现，以采用石蜡注射为例，由于注射器的金属针头散热快，熔融的石蜡在针头内会凝固导致堵塞，而若取消金属针头，熔融的石蜡也会在注射器的嘴部凝固，因此采用注射器实际是难以进行熔融的填充料的填充操作。

因此，本领域需要一种可以在机加工过程中可靠地保护腔道，避免铁屑、颗粒物等进入腔道的保护方法，以提高加工工件的合格率，降低加工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工件的保护方法。

本发明的目的在于提供一种工件的加工方法。

本发明的目的在于提供一种工件。

根据本发明一个方面的一种工件的保护方法，包括：步骤A.在所述工件的多个腔道中定义第一腔道、第二腔道，所述第一腔道的腔道口尺寸小于流通尺寸，所述第二腔道的腔道口尺寸大于该流通尺寸，所述第一腔道与所述第二腔道两者相互隔开；步骤B.对于定义的所述第一腔道，将固态的填充料从所述第一腔道的腔道口输送入所述第一腔道，对该固态的填充料加热使其熔化，之后冷却凝固；步骤C.对于定义的所述第二腔道，将熔融的填充料从所述第二腔道的腔道口输送入所述第二腔道，之后冷却凝固。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，所述第一腔道位于所述第二腔道的内壁侧，所述步骤C在所述步骤B之后进行，所述熔融的填充料的温度低于第一温度。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，在所述步骤A中，在所述工件的多个腔道中还定义第三腔道，所述第三腔道的腔道口尺寸小于流通尺寸，且所述第三腔道与第二腔道通过通道连通；所述保护方法还包括：步骤D.对于定义的第三腔道，在所述步骤C之后，检查从所述第二腔道进入的填充料是否填充该第三腔道；若否，则将固态的填充料从所述第三腔道的腔道口输送入所述第三腔道，对该第三腔道的壁面进行局部加热，直至位于所述第三腔道的腔道口区域的表层的填充料熔化，之后冷却凝固。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，对于所述腔道除了所述腔道口之外还具有其它腔道口，采用堵头临时封堵所述其它腔道口，在所述填充料凝固后解除临时封堵。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，所述填充料为石蜡，所述固态为粉末、片状或者块状。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，所述流通尺寸为5mm。

在所述工件的保护方法的一个或多个实施例中，所述第一腔道和/或第二腔道的腔道口区域包括所述工件的待机加工面。

根据本发明一个方面的一种工件的加工方法，包括：S1.对工件进行如以上任意一项所述的保护方法；S2.对所述工件进行机加工；S3.进行所述S2之后，将所述填充料清除。

在所述工件的加工方法的一个或多个实施例中，在所述S3中，首先，所述工件被置于沸水中，使得所述填充料熔化并漂浮于所述沸水；之后，工件被进行超声波清洗，直至残留于腔道的填充料脱离而被清除。

根据本发明一个方面的一种工件，所述工件具有多个腔道，所述工件的加工过程采用如以上任意一项所述的保护方法。

在所述工件的一个或多个实施例中，所述工件为增材制造的燃气涡轮发动机的燃油喷嘴。

综上，本发明的进步效果包括但不限于以下之一或组合：

1.通过将复杂的内腔结构中的腔道分类，并且针对不同类别的腔道采用不同形态的填充料，实现了填充料易于输入以及充满需要被保护的腔道，并且其它无需保护的部位不会被填充料附着，使得工件的填充料易于在机加工后清除，在加工过程中对需要防止多余物进入的腔道的可靠保护，保证了工件的加工质量，适用于各种形状结构的内腔，通用性好；

2.对于特定相对位置关系的第一腔道与第二腔道，熔融填充料的温度设置，以及步骤的先后顺序，实现了第一腔道、第二腔道两者的可靠封堵防止机加工过程中多余物进入；

3.对于特定位置以及结构的腔道也额外分类，通过固体填充料以及局部加热的方式，保证该类型的腔道可靠地封堵，防止机加工过程中多余物进入。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是根据一实施例的工件的保护方法的流程图。

图2是根据另一实施例的工件的保护方法的流程图。

图3以及图4是根据一实施例的燃油喷嘴的结构示意图。

图5是根据一实施例的工件的加工方法的流程图。

图6是根据一实施例的工件的保护方法的步骤B的示意图。

图7是根据一实施例的工件的保护方法的步骤C的示意图。

图8是根据一实施例的工件的保护方法的步骤D的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，除非特别说明，否则前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

需要说明的是，本案的工件以下述实施例中的增材制造的燃油喷嘴为例，但不以此为限。

如图1、图3、图4、图6、图7所示的，在一实施例中，对增材制造的燃油喷嘴10的保护方法包括：

步骤A.在燃油喷嘴10的多个腔道中定义第一腔道1、第二腔道2，例如图3、图4所示的，定义第一腔道1、第二腔道2的分类标准为腔道口的大小，如图3所示的，若腔道口的尺寸W小于流通尺寸D，则定义为第一腔道1，若腔道口的尺寸W大于该流通尺寸D，则定义为第二腔道2，并且在燃油喷嘴的腔道中，第一腔道1与第二腔道2的位置关系是两者相互隔开的，即两者并不连通。流通尺寸的具体数值，流通尺寸的含义，即在该尺寸可以自由流通熔融的填充料，发明人发现，若尺寸小于流通尺寸，则进入熔融的填充料的流量小，容易在进入的过程中受到腔道壁面的冷却作用而发生凝固阻碍流通，流通尺寸一般是根据在腔道填充的填充料本身的性质的决定的，例如对于常见的石蜡作为填充料而言，可以设定流通尺寸D为5mm，即在相互隔开的腔道中，若腔道口大于5mm，则定义为第二腔道2，腔道口小于5mm且同第二腔道2隔开的，定义为第一腔道1，此处定义的腔道口的尺寸代表实际开口的尺寸，以图7所示的燃油喷嘴10为例，第一腔道1的腔道口的尺寸，定义为第一腔道的内壁11与外壁12的最小径向间隙，可以理解到，图3以及图4所示的内壁11与外壁12均是规则的圆柱形，因此最小径向间隙是各处相等的，但腔道口的截面还可以其它形状，例如两个椭圆之间的径向间隙，例如内壁为方形外壁为圆形之间的径向间隙，此时腔道口的尺寸为内壁与外壁之间的最小径向间隙，例如两个椭圆的短轴的端点之间的最近距离。类似地，第二腔道2的腔道口尺寸，定义为第二腔道的内壁21与外壁22的最小径向间隙。

步骤B.对于定义的所述第一腔道，将固态的填充料从所述第一腔道的腔道口输送入所述第一腔道，对该固态的填充料加热使其熔化，之后冷却凝固；

步骤C.对于定义的所述第二腔道，将熔融的填充料从所述第二腔道的腔道口输送入所述第二腔道，之后冷却凝固。

具体而言，在完成步骤A将燃油喷嘴10的多个腔道进行第一腔道1、第二腔道2的分类定义后，对不同分类的腔道需要进行不同的封堵操作。对第一腔道1，将固态的填充料7从腔道口110输送入第一通道，其有益效果在于，如此可以避免上述现有技术方案中采用注射器难以注入以及工件整体浸入难以清理的缺点，实现第一腔道1结构的可靠、高效地封堵，以起到防止多余物进入的保护作用。固态的填充料7的具体形式可以是粉末态的石蜡，通过漏斗从腔道口110输送入第一腔道1。但不以此为限，固态的形式还可以是石蜡片、石蜡块等等。填充了固态的石蜡后，对固态的石蜡被加热，其加热温度应至少是使得石蜡被完全熔化。图4所示的第一腔道1的腔道口110是第一腔道唯一的腔道口，但若第一腔道1还具有其它腔道口，则需要采用如图8所示的堵头100（例如橡胶堵头、软木塞等）临时封闭其它腔道口，相比于胶带类的密封，采用堵头可以有效地防止熔融的石蜡由于毛细作用而从微观的缝隙泄漏，并且还需要限制加热温度在第二温度以下，该第二温度即为该温度下熔融的填充料易于从堵头泄漏的温度，其具体值随着不同的填充材料而不同，可以通过仿真模拟或者实验得到。熔化固态的石蜡后，等待其自然冷却凝固即可，如图7所示的凝固填充料9。若凝固后发现石蜡不足以密封腔道口110，则重复以上步骤，再次添加固态的石蜡、加热熔化、冷却凝固，直至凝固后的石蜡的高度足以密封腔道口110。

对于第二腔道2，如图7所示，将熔融的填充料8从第二腔道2的腔道口210输送入第二腔道2，由于第二腔道2的腔道口210大于流通尺寸D，输送的方法为简单的灌入即可。图4、图7所示的第二腔道2的腔道口210并非是第二腔道2唯一的腔道口，第二腔道2还具有另一腔道口211，也可以采用堵头（例如橡胶堵头、软木塞等）临时封闭另一腔道口211，从而有效地防止熔融的石蜡由于毛细作用而从微观的缝隙泄漏，但发明人发现，由于此处是熔融的填充料8灌入，而非对腔道加热将填充料熔化，当熔融的填充料6到达另一腔道口211时温度已经较低，流动性也较低，因此发生泄漏的可能性较小，因此也可以用胶带101临时密封腔道口211，可以理解到，虽然到达另一腔道口211时温度已经较低，但熔融的填充料8的温度也应限定在一定温度以下，以避免发生泄漏，具体温度值可以通过实验或者模拟仿真得到。灌入熔融的填充料至第二腔道210后，待其自然冷却至凝固即可。

采用以上实施例介绍的保护方法的有益效果在于，通过将复杂的内腔结构中的腔道分类，并且针对不同类别的腔道采用不同形态的填充料，实现了填充料易于输入以及充满需要被保护的腔道，并且其它无需保护的部位很难被填充料附着，使得工件的填充料在机加工后易于清除，在加工过程中对需要防止多余物进入的腔道的可靠保护，保证了工件的加工质量，适用于各种形状结构的内腔，通用性好。

继续参考图3、图4、图6、图7所示的，对于燃油喷嘴10而言，定义第一腔道1、第二腔道2之后，在一些实施例中，存在第一腔道1位于第二腔道2的内壁侧的结构。对于燃油喷嘴中的该种结构，如图6以及图7所示的，应先进行图6所示的步骤B，再进行图7所示的步骤C，并且，在所述步骤B对固态的填充料进行加热的过程中，采用整体式加热的手段，例如将第一腔道1装有固态的填充料的工件整体地置于烘箱内加热，加热温度如上所述的，应至少是使得石蜡被完全熔化，并且需要限制在第二温度以下。在步骤C中，熔融的填充料本身的温度应低于第一温度，该第一温度即为该温度下位于第二腔道2的熔融的填充料将使得第一腔道1已凝固的填充料发生熔化的温度，其具体值随着不同的填充材料、不同的壁面厚度等因素而不同，可以通过仿真模拟或者实验得到。如此的有益效果在于，实现了实施例中的腔道的可靠密封。其原理在于，发明人发现，在实践中，由于第一腔道1位于第二腔道2的内壁侧，若第一腔道1在第二腔道2之后加热，无论采用何种加热方式，操作如何小心谨慎，对第一腔道1的加热总是会造成已经凝固于第二腔道2的填充料的熔化，因此在该实施例的结构中必须是第一腔道1先加热，而采用整体式加热，例如烘箱加热的方式，只需限定加热时间以及温度即可，易于操作，但不以此为限。同理，在步骤C灌注第二腔道2熔融的填充料的过程中，需要对熔融的填充料本身的温度进行严格地限制，以免过多的热量通过壁面传递直接传递至第一腔道1使得第一腔道1中已经凝固的填充料发生熔化，影响已经在第一腔道1的腔道口110形成的密封结构。

参考图2、图3、图4以及图6至图8，对于燃油喷嘴10而言，在一些实施例中，还存在腔道口尺寸小于流通尺寸，且与第二腔道2通过通道4连通的腔道，将该腔道定义为第三腔道3。若第三腔道3也具有机加工面，对其保护的方法可以是：在步骤C之后，需要检查从第二腔道2灌入的熔融的填充料是否可以充满第三腔道3，若第三腔道3也被填充料充满，则待其冷却凝固即可。另一种情况是通道4较为较长，熔融的填充料在通道4中已发生凝固，此时从第二腔道2灌入的熔融的填充料无法进入第三腔道3，则需要另外输入填充料进行填充，之后熔化、凝固以起到填充密封的作用。对于第三腔道3，由于其与第一腔道1类似均为腔道口尺寸小于流通尺寸。其填充料的输入与第一腔道1类似，均是固态的填充料7输入。对第三腔道3的加热方式，需要采用对其壁面的局部31加热，并且需要观察，加热至第三腔道3的腔道口310区域的表层的填充料熔化，即停止加热。局部加热的具体方式可以是采用烙铁对第三腔道3的壁面热辐射加热，也可以是使用热风枪对第三腔道3的壁面加热。如此的有益效果在于，保证了保证该类型的腔道可靠地封堵，防止机加工过程中多余物进入。其原理在于，发明人发现，通道4对于熔融的填充料的凝固作用是不确定的，因此需要检查在步骤C中第三腔室是否已经可以填充封堵密封，若已经实现，则无需对第三腔道3进行额外操作。若无法通过通道4输送填充，则采用局部加热以及及时停止加热操作，可以防止对第三腔道3的加热影响第二腔道2已经凝固的填充料，使其熔化而破坏已经成形的封堵结构，导致后续机加工过程中多余物容易进入第二腔道2。其原理在于，发明人在实践中发现，由于加热时热量从下至上传递，腔道口填充料熔化时表明内部固态的填充料已完全熔化，若进一步加热很可能导致因热量传递破坏在第二腔道2已经形成的填充密封，采用局部加热而非采用烘箱的整体加热，也是防止对已经在第一腔道1、第二腔道2形成的填充密封的破坏。

参考图5，以及对应的图3、图4，在一些实施例中，对于燃油喷嘴工件的加工，燃油喷嘴10的第一腔道1、第二腔道2、第三腔道3的腔道口的区域包括工件的待机加工面5。在进行燃油喷嘴工件的加工时，可以通过增材制造工艺成形燃油喷嘴工件，工件包括第一腔道1、第二腔道2、第三腔道3、以及位于第二腔道2内部的导流叶片6。之后的步骤包括：

S1.对工件进行以上实施例介绍的保护方法，腔道口区域包括待机加工面的腔道进行填充料的填充，保护腔道；

S2.对工件进行机加工，此时填充料保护腔道，防止机加工产生的铁屑、颗粒物、切削液进入腔道；

S3.在进行机加工之后，将填充料清除。清除方法可以是：首先，工件被置于沸水中，使得填充料熔化并漂浮于沸水；之后，工件被进行超声波清洗，直至残留于腔道（例如残留于壁面的死角处）的填充料脱离而被清除。超声波清洗的参数可以根据填充料的不同而确定，以填充料为石蜡为例，超声波清洗的参数可以是水温加热至80℃，清洗3次以上，每次清洗时间30min，如此可完全清理出残留在零件内壁内腔上的石蜡。

综上，采用上述实施例提供的工件的保护方法、加工方法的有益效果包括但不限于：

1.通过将复杂的内腔结构中的腔道分类，并且针对不同类别的腔道采用不同形态的填充料，实现了填充料易于输入以及充满需要被保护的腔道，并且其它无需保护的部位不会被填充料附着，使得工件的填充料易于在机加工后清除，在加工过程中对需要防止多余物进入的腔道的可靠保护，保证了工件的加工质量，适用于各种形状结构的内腔，通用性好；

2.对于特定相对位置关系的第一腔道与第二腔道，熔融填充料的温度设置，以及步骤的先后顺序，实现了第一腔道、第二腔道两者的可靠封堵防止机加工过程中多余物进入；

3.对于特定位置以及结构的腔道也额外分类，通过固体填充料以及局部加热的方式，保证该类型的腔道可靠地封堵，防止机加工过程中多余物进入。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种工件的保护方法，其特征在于，包括：

步骤A.在所述工件的多个腔道中定义第一腔道、第二腔道，所述第一腔道的腔道口尺寸小于流通尺寸，所述第二腔道的腔道口尺寸大于该流通尺寸，所述第一腔道与所述第二腔道两者相互隔开，所述流通尺寸为在该尺寸可以自由流通熔融的填充料，所述腔道口尺寸为腔道的内壁与外壁的最小径向间隙；

步骤B.对于定义的所述第一腔道，将固态的填充料从所述第一腔道的腔道口输送入所述第一腔道，对该固态的填充料加热使其熔化，之后冷却凝固；

步骤C.对于定义的所述第二腔道，将熔融的填充料从所述第二腔道的腔道口输送入所述第二腔道，之后冷却凝固。

2.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述第一腔道位于所述第二腔道的内壁侧，所述步骤C在所述步骤B之后进行，所述熔融的填充料的温度低于第一温度，所述第一温度为该温度下位于所述第二腔道的熔融的填充料将使得第一腔道已凝固的填充料发生熔化的温度。

3.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，在所述步骤A中，在所述工件的多个腔道中还定义第三腔道，所述第三腔道的腔道口尺寸小于流通尺寸，且所述第三腔道与第二腔道通过通道连通；所述保护方法还包括：

步骤D.对于定义的第三腔道，在所述步骤C之后，检查从所述第二腔道进入的填充料是否填充该第三腔道；若否，则将固态的填充料从所述第三腔道的腔道口输送入所述第三腔道，对该第三腔道的壁面进行局部加热，直至位于所述第三腔道的腔道口区域的表层的填充料熔化，之后冷却凝固。

4.如权利要求1或3所述的保护方法，其特征在于，对于所述腔道除了所述腔道口之外还具有其它腔道口，采用堵头临时封堵所述其它腔道口，在所述填充料凝固后解除临时封堵。

5.如权利要求1或3所述的保护方法，其特征在于，所述填充料为石蜡，所述固态为粉末、片状或者块状。

6.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述流通尺寸为5mm。

7.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述第一腔道和/或第二腔道的腔道口区域包括所述工件的待机加工面。

8.一种工件的加工方法，其特征在于，包括：

S1.对工件进行如权利要求1-7任意一项所述的保护方法；

S2.对所述工件进行机加工；

S3.进行所述S2之后，将所述填充料清除。

9.如权利要求8所述的加工方法，其特征在于，在所述S3中，首先，所述工件被置于沸水中，使得所述填充料熔化并漂浮于所述沸水；之后，工件被进行超声波清洗，直至残留于腔道的填充料脱离而被清除。

10.一种工件，其特征在于，所述工件具有多个腔道，所述工件的加工过程采用如权利要求1-7任意一项所述的保护方法。

11.如权利要求10所述的工件，其特征在于，所述工件为增材制造的燃气涡轮发动机的燃油喷嘴。

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