CN115519466A - 一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法及夹具 - Google Patents

一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法及夹具 Download PDF

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Abstract

一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法及夹具，其特征在于，所述的夹具包括磨料盖、磨料导管、导油管、液压站、仿形芯模和工件支架。本发明与磨粒流机床上磨料缸和下磨料缸配合，为磨粒流光整加工降低变截面大长径比复杂异形结构的复杂内流道表面粗糙度，避免在流道最窄处的吼道出现过抛现象，保证其尺寸精度、形状精度和表面完整性的同时，提供了一套合理可用的夹具，夹具设计合理，能保持加工时磨料特性稳定，实现变截面大长径比复杂异形结构的高效、高质量抛光，均匀减小其内流道的表面粗糙度值，提高工件的使役性能。

Description

一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法及 夹具
技术领域
本发明涉及磨粒流光整加工技术领域，尤其涉及一种变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工方法及夹具。
背景技术
随着科技的发展，具有复杂异形结构的零部件应用愈加广泛。这类零部件通常具有加工可达性差，结构复杂、机械加工困难，尺寸精度、面型精度和表面质量要求高且在特定位置容易过抛的特点。其在采用电火花加工后表面完整性差，远远达不到使用要求。因此，亟需一种加工可达性好，加工质量稳定的光整加工解决方案。
磨料流技术是一种新型的机械加工方法，可以应用于复杂形状的加工零件，及其他方法难以加工的部位。磨料流可加工的材料范围宽，不仅能加工金属材料，还能加工硬塑料、陶瓷等。磨料流加工技术是在磨料流机床的压力作用下，让磨料介质流经零件需提高粗糙度质量的表面，反复研磨，直至达到设计要求。
夹具设计对磨粒流光整加工效果影响巨大，合理的夹具方案需要兼顾整个内腔光整加工效率的同时，避免复杂异形结构内腔吼道处出现过抛现象。传统的仿形芯模多关注于“仿形”，对于加入芯模后加工时磨料发热现象关注较少。而磨粒流光整加工所用的黏弹性高分子磨料对温度极其敏感，不同温度下磨料特性差异较大，导致加工质量也变化明显。
发明内容
本发明的目的是针对复杂异形结构内腔表面精密加工均匀性一致性较差，且磨粒流光整加工质量易受磨料温度变化影响的问题，发明一种合理、方便可用的变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工方法及夹具，从而实现复杂异形结构内部流道光整加工。
本发明的技术方案之一是：
一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法，其特征是：首先，加工一个与变截面大长径比复杂异形结构相匹配的仿形芯模，并使仿形芯模的外表面与变截面大长径比复杂异形结构的内腔壁之间形成磨料流通道，磨料经过该通道时对变截面大长径比复杂异形结构内壁实现光整加工；其次，在仿形芯模内加以一个冷却介质通道，将冷却介质从仿形芯模的大端引入，从上部与仿形芯模小端相连通和导管引出仿形芯模，实现对仿形芯模外壁的磨料的冷却，使磨料保持在设定的工作温度。
本发明的技术方案之二是：
一种变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工工装夹具，其特征在于，包括磨料盖2、磨料导管4、导油管6、液压站7、仿形芯模8和工件支架9，所述仿形芯模8与复杂异形结构5通过螺纹连接后，放置于与工件支架9连接的角码上（角码需符合国标GB/T2101-2008和GB/T706-2008），从而保证复杂异形结构能稳定保持直状态，避免在复杂异形结构的磨料出口处出现不均匀倒圆缺陷。磨料导管4的一端与仿形芯模8大端通过卡套式管接头连接，另一端与磨料盖2的卡套式管接头连接。
芯模8外圈为一段高强度且导热性良好的材料（一般指陶瓷，中、低、高碳多元金合钢，高锰钢等材料）制成的仿形变截面圆柱，芯模各段锥度与复杂异形结构内腔一致，作用是让磨料贴着内腔的表面流过，微量去除材料，保证内腔中磨料的压力和流速的均匀性，从而达到均匀可控降低待加工面表面粗糙度的目的；芯模8中心含有一圆形通孔，加工时接入液压站油路中，循环通过液压油，作用是冷却内腔中的磨料，保持磨料特性稳定，防止在加工时磨料因温升导致加工效果变差；芯模8下端有4个支撑梁，支架9与有内螺纹的环相接，可与复杂异形结构5的内螺纹孔配合，能达到固定芯模8与复杂异形结构5相对位置的同时起到使磨粒流顺利通过的目的。
所述的仿形芯模8与复杂异形结构装配后，小端会超出复杂异形结构端面20-50mm，并通过卡套式接头连接软管，以使液压油顺利流出，并避免与磨料接触，防止磨料性质发生变化；芯模8大端处有一快换接头，便于与液压站油路连接，使液压油顺利流入。
所述的磨料盖2是一由高强度耐磨材料（如：高锰钢，高、中、低铬合金铸铁，碳化铬复合材料等材料）制成的圆柱状钵体。加工时，磨料盖放置在机床下磨料缸3上方，与机床压头贴合，通过上磨料缸1施压而固定在下磨料缸3上。磨料从下磨料缸3进入到磨料盖2中，并从磨料盖2壁面上小孔经磨料导管4进入到芯模8与复杂异形结构的空隙中，最终从芯模8与复杂异形结构的上端流出。所述磨料盖2壁面上小孔和磨料导管内径不能小于20mm，从而能够保证磨料加工时磨料对复杂异形结构内腔有足够压力，达到预期的加工效果。
本发明的有益效果是：
本发明为一种变截面大长径比复杂异形结构磨料流加工提供了一套合理可用的夹具，同时可保护复杂异形结构5，防止其受压后损坏。
本发明的芯模8、磨料导管 4、磨料盖2、导油管6以及复杂异形结构5本身配合成一个封闭的流道，与磨料流加工机床配合可以进行单行程加工，能够保证复杂异形结构5加工精度。
附图说明
图1 本发明组合夹具的装配示意图。
图2 内部仿形芯模8三维示意图。
图3 磨料盖2三维示意图。
图4 复杂异形结构三维示意图。
图5 复杂异形结构及外部支架装配示意图。
图6 角码结构示意图。
图1：1-上磨料缸、2-磨料盖、3-下磨料缸、4-磨料导管、5-磨料盖、6-导油管、7-液压站、8-仿形芯模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法，首先，加工一个如图2所示的与变截面大长径比复杂异形结构（如图4）相匹配的仿形芯模，并使仿形芯模的外表面与变截面大长径比复杂异形结构的内腔壁之间形成磨料流通道，磨料经过该通道时对变截面大长径比复杂异形结构内壁实现光整加工；其次，在仿形芯模内加以一个冷却介质通道，将冷却介质从仿形芯模的大端引入，从上部与仿形芯模小端相连通和导管引出仿形芯模，实现对仿形芯模外壁的磨料的冷却，使磨料保持在设定的工作温度。
实施例二。
如图1-6所示。
一种变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工工装夹具，包括磨料盖2、磨料导管4、导油管6、液压站7、仿形芯模8和工件支架9，所述仿形芯模8与复杂异形结构5（如图4所示）通过螺纹连接后，放置于与工件支架9连接的角码上（如图5、6所示，角码需符合国标GB/T2101-2008和GB/T706-2008），从而保证复杂异形结构能稳定保持直状态，避免在复杂异形结构的磨料出口处出现不均匀倒圆缺陷。磨料导管4的一端与仿形芯模8大端通过卡套式管接头连接，另一端与磨料盖2的卡套式管接头连接。磨料盖2（如图3所示）放置在机床下磨料缸上方，通过上磨料缸施压而固定在机床工作台上。两根导油管6分别连接在芯模8大小端的接口上。磨料盖2放置在机床下磨料缸上方，通过上磨料缸施压而固定在机床工作台上。加工时磨料从下磨料缸进入到磨料盖2中，并从磨料盖2的小孔经磨料导管4进入到芯模8与吸收体的空隙中，最终从芯模8与吸收体的上端流出。如图1所示。仿形芯模8（如图2所示）外圈为一段高强度且导热性良好的材料（一般指陶瓷，中、低、高碳多元金合钢，高锰钢等材料）制成的仿形变截面圆柱，芯模各段锥度与复杂异形结构内腔一致，作用是让磨料贴着内腔的表面流过，微量去除材料，保证内腔中磨料的压力和流速的均匀性，从而达到均匀可控降低待加工面表面粗糙度的目的；芯模8中心含有一圆形通孔，加工时接入液压站油路中，循环通过液压油，作用是冷却内腔中的磨料，保持磨料特性稳定，防止在加工时磨料因温升导致加工效果变差；芯模8下端有4个支撑梁，支架9与有内螺纹的环相接，可与复杂异形结构5的内螺纹孔配合，能达到固定芯模8与复杂异形结构5相对位置的同时起到使磨粒流顺利通过的目的。所述的仿形芯模8与复杂异形结构装配后，小端会超出复杂异形结构端面20-50mm，并通过卡套式接头连接软管，以使液压油顺利流出，并避免与磨料接触，防止磨料性质发生变化；芯模8大端处有一快换接头，便于与液压站油路连接，使液压油顺利流入。所述的磨料盖2（如图3）是一由高强度耐磨材料（如：高锰钢，高、中、低铬合金铸铁，碳化铬复合材料等材料）制成的圆柱状钵体。加工时，磨料盖放置在机床下磨料缸3上方，与机床压头贴合，通过上磨料缸1施压而固定在下磨料缸3上。磨料从下磨料缸3进入到磨料盖2中，并从磨料盖2壁面上小孔经磨料导管4进入到芯模8与复杂异形结构的空隙中，最终从芯模8与复杂异形结构的上端流出。所述磨料盖2壁面上小孔和磨料导管内径不能小于20mm，从而能够保证磨料加工时磨料对复杂异形结构内腔有足够压力，达到预期的加工效果。
本发明的工作原理：
将装配好的组合夹具放置在工作台上，启动机床合模，机床上模下降压紧磨料盖2后，下模缸活塞推动磨料从下模缸到磨料盖2的通孔中进入磨料导管4，并流入由复杂异形结构5内流道与仿形芯模8构成的流道，对内表面进行加工，之后从复杂异形结构5与仿形芯模8构成流道的上方流出，当下模缸活塞到达上限时，至此，一个完整的工作过程完成。再次加工需要重新添加磨料，重复上述过程。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工方法，其特征是：首先，加工一个与变截面大长径比复杂异形结构相匹配的仿形芯模，并使仿形芯模的外表面与变截面大长径比复杂异形结构的内腔壁之间形成磨料流通道，磨料经过该通道时对变截面大长径比复杂异形结构内壁实现光整加工；其次，在仿形芯模内加以一个冷却介质通道，将冷却介质从仿形芯模的大端引入，从上部与仿形芯模小端相连通和导管引出仿形芯模，实现对仿形芯模外壁的磨料的冷却，使磨料保持在设定的工作温度。
2.一种变截面大长径比复杂异形结构的磨粒流光整加工夹具，其特征在于，它包括磨料盖（2）、磨料导管（4）、导油管（6）、液压站（7）、仿形芯模（8）和工件支架（9），所述仿形芯模（8）与复杂异形结构（5）通过螺纹连接后，放置于与工件支架（9）连接的角码上，从而保证复杂异形结构（5）能稳定保持垂直状态，避免在复杂异形结构的磨料出口处出现不均匀倒圆缺陷；磨料导管（4）的一端与仿形芯模（8）大端通过卡套式管接头连接，另一端与磨料盖（2）的卡套式管接头连接；所述的仿形芯模（8）外圈为一段高强度且导热性良好的材料制成的仿形变截面圆柱，仿形芯模各段锥度与复杂异形结构内腔一致，作用是让磨料贴着内腔的表面流过，微量去除材料，保证内腔中磨料的压力和流速的均匀性，从而达到均匀可控降低待加工面表面粗糙度的目的；仿形芯模（8）中心含有一圆形通孔，加工时接入液压站油路中，循环通过液压油，作用是冷却复杂异形结构内腔中的磨料，保持磨料特性稳定，防止在加工时磨料因温升导致加工效果变差；仿表芯模（8）下端有4个支撑梁，支架（9）与有内螺纹的环相接，以便与复杂异形结构（5）的内螺纹孔配合，能达到固定仿形芯模（8）与复杂异形结构（5）相对位置的同时起到使磨粒流顺利通过的目的。
3.根据权利要求2所述的变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工夹具，其特征在于，所述的仿形芯模（8）与复杂异形结构装配后，小端会超出复杂异形结构端面20-50mm，并通过卡套式接头连接软管，以使液压油顺利流出，并避免与磨料接触，防止磨料性质发生变化；仿形芯模（8）大端处有一快换接头，便于与液压站油路连接，使液压油顺利流入。
4.根据权利要求2所述的变截面大长径比复杂异形结构磨粒流光整加工夹具，其特征在于，所述的磨料盖（2）是一由高强度耐磨材料制成的圆柱状钵体；加工时，磨料盖放置在机床下磨料缸（3）上方，与机床压头贴合，通过上磨料缸（1）施压而固定在下磨料缸（3）上；磨料从下磨料缸（3）进入到磨料盖（2）中，并从磨料盖（2）壁面上小孔经磨料导管（4）进入到仿形芯模（8）与复杂异形结构的空隙中，最终从仿形芯模（8）与复杂异形结构的上端流出；所述磨料盖（2）壁面上小孔和磨料导管内径不能小于20mm，从而能够保证磨料加工时磨料对复杂异形结构内腔有足够压力，达到预期的加工效果。
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