CN116160358A - 一种封严涨圈磨削夹具及磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工领域，公开了一种封严涨圈磨削夹具及磨削方法，包括上定位板和下定位板；上定位板一侧上开设圆弧形凹槽，下定位板一侧设置圆弧形凸起；使用状态时，圆弧形凹槽的表面紧贴待磨削封严涨圈的外表面，圆弧形凸起的表面紧贴待磨削封严涨圈的内表面，磨削时将待磨削封严涨圈通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上，然后在待磨削封严涨圈的开口处填入磨削膏，待磨削膏凝固后，通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈进行磨削。实现待磨削封严涨圈的稳定夹持，保证磨削时待磨削封严涨圈受力均匀，装夹操作便利简单，有效的降低了封严涨圈的废品率，极大的降低了加工成本。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种封严涨圈磨削夹具及磨削方法。
背景技术
目前，在航空发动机及燃气轮机的设计中，封严涨圈的结构一般为开口的弹性环，使用时被安装在转子轴颈上。封严涨圈被整圈切口后具有弹性，在安装转子前先将封严涨圈放入环槽内，封严涨圈处于张口状态其外径大于密封套内径，在工作过程中对滑油腔起到密封作用。
封严涨圈的毛坯一般为铸铁，由CrMo材料铸造，此种材料脆性较大，导致封严涨圈即使在非加工状态的中转运输及压紧装夹时也极易折断，尤其在圆环切割开口后，开口附近由于零件变形，定位面不平，还会造成磨削时定位不牢靠，进而出现砂轮磨削过程中造成零件断裂报废的情况。同时，切口后每个封严涨圈的变形情况也不一样，导致加工时各封严涨圈的装夹状态也不一致。现有的平面磨削方法只是将封严涨圈简单吸附在工作台上进行加工，废品率高，需要投入大量毛料，进而造成浪费以及影响生产进度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有封严涨圈磨削时废品率高，导致加工成本高的缺点，提供一种封严涨圈磨削夹具及磨削方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明第一方面，提供一种封严涨圈磨削夹具，包括上定位板和下定位板；上定位板一侧上开设圆弧形凹槽，下定位板一侧设置圆弧形凸起；使用状态时，圆弧形凹槽的表面紧贴待磨削封严涨圈的外表面，圆弧形凸起的表面紧贴待磨削封严涨圈的内表面；圆弧形凹槽的半径R1＝0.9/2π～1.2/2π，圆弧形凹槽的深度H1＝1/3R1～1/4R1，圆弧形凹槽的厚度δ1比待磨削封严涨圈的最终厚度S小0.15～0.3mm；圆弧形凸起的半径R2＝0.8/2π～1.1/2π，圆弧形凸起的高度H2＝1/3R2～1/4R2，圆弧形凸起的厚度δ2比待磨削封严涨圈的最终厚度S小0.15～0.3mm；其中，D为待磨削封严涨圈的开口前外圆直径，L为待磨削封严涨圈的开口宽度，d为待磨削封严涨圈的开口前内圆直径。
可选的，所述上定位板和下定位板的材质均为45号钢。
可选的，所述圆弧形凹槽的圆弧形凸起的轮廓度均≤0.2mm，所述上定位板远离圆弧形凹槽一侧的表面以及下定位板远离圆弧形凸起一侧的表面的平面度均≤0.2mm。
本发明第二方面，提供一种基于上述封严涨圈磨削夹具的封严涨圈磨削方法，包括：将待磨削封严涨圈通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上；在待磨削封严涨圈的开口处填入磨削膏，待磨削膏凝固后，通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈进行磨削。
可选的，所述将待磨削封严涨圈通过封严涨圈磨削夹具夹紧包括：将圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈的开口处外表面贴合，且圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈的开口处外表面之间至少有一个接触点，将圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈的开口处的内表面贴合，且圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈的开口处的内表面之间至少有一个接触点。
可选的，所述将待磨削封严涨圈通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈的定位面与磨床的工作台表面之间的间隙不大于0.02mm。
可选的，所述将待磨削封严涨圈通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈的开口的开口方向与磨削砂轮的运动方向相同。
可选的，所述磨削砂轮采用白刚玉磨削砂轮。
可选的，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈进行磨削时，从待磨削封严涨圈远离开口处的边缘开始磨削。
可选的，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈进行磨削时，先进行粗磨至预设粗糙度再进行精磨，其中，粗磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.015～0.02mm，精磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.005～0.01mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明封严涨圈磨削夹具，通过在上定位板上设置圆弧形凹槽和在下定位板上设置圆弧形凸起，并限定了圆弧形凹槽和圆弧形凸起的具体结构尺寸要求，实现待磨削封严涨圈的稳定夹持，保证磨削时待磨削封严涨圈受力均匀，装夹操作便利简单，避免了磨削时因受力不均导致待磨削封严涨圈易断裂的问题，有效的降低了封严涨圈的废品率，并且提高封严涨圈的加工效率，满足了脆性材料开口环平面磨削的工艺需求，可应用于多种型号的开口封严涨圈的端面磨削加工，极大的降低了加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例的待磨削封严涨圈结构示意图。
图2为本发明实施例的待磨削封严涨圈结构侧视图。
图3为本发明实施例的上定位板主视图。
图4为本发明实施例的下定位板主视图。
图5为本发明实施例的封严涨圈磨削夹具装夹状态示意图。
其中：1-上定位板；2-下定位板；3-待磨削封严涨圈；4-磨削膏。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至5，本发明一实施例中，提供一种封严涨圈磨削夹具，可以用于航空发动机及燃气轮机等脆性材料的开口封严涨圈加工，以解决磨削时封严涨圈易断裂、加工废品率高的问题，可大大降低封严涨圈的报废率，提高开口封严涨圈的加工效率，满足了脆性材料开口环平面磨削的工艺需求。
具体的，该封严涨圈磨削夹具包括上定位板1和下定位板2；上定位板1一侧上开设圆弧形凹槽，下定位板2一侧设置圆弧形凸起；使用状态时，圆弧形凹槽的表面紧贴待磨削封严涨圈3的外表面，圆弧形凸起的表面紧贴待磨削封严涨圈3的内表面；其中，圆弧形凹槽的半径R1＝0.9(D+L)/2π～1.2(D+L)/2π，圆弧形凹槽的深度H1＝1/3R1～1/4R1，圆弧形凹槽的厚度δ1比待磨削封严涨圈3的最终厚度S小0.15～0.3mm；圆弧形凸起的半径R2＝0.8(d+L)/2π～1.1(d+L)/2π，圆弧形凸起的高度H2＝1/3R2～1/4R2，圆弧形凸起的厚度δ2比待磨削封严涨圈3的最终厚度S小0.15～0.3mm；其中，D为待磨削封严涨圈3的开口前外圆直径，L为待磨削封严涨圈3的开口宽度，S为待磨削封严涨圈3的最终厚度，d为待磨削封严涨圈3的开口前内圆直径。
在一种可能的实施方式中，为保证在磨床装夹工件的装夹质量及降低成本，上定位板1和下定位板2均选用刚性及磁性吸力较好的45号钢材质制备，可防止磨削时挤压、变形等因素造成待磨削封严涨圈3定位不牢靠的问题。
同时，待磨削封严涨圈3切割开口后，经过热处理定型使待磨削封严涨圈3保持一定的开口尺寸，此时待磨削封严涨圈3已变形为非标准圆环，近似椭圆状，由于此时待磨削封严涨圈3的变形情况不确定，为便于上定位板1和下定位板2的制作，圆弧形凹槽和圆弧形凸起设计为标准圆即可，在实际装夹应用中圆弧形凹槽和圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈3的内外面只要局部点接触就能满足加工需求。上定位板1和下定位板2厚度既要保证比工件的最终厚度小，防止磨削时磨削到工装表面，又要有尽可能多的厚度和工件定位。
在一种可能的实施方式中，为了保证上定位板1和下定位板2与待磨削封严涨圈3内外圆接触的贴合性，圆弧形凹槽的圆弧形凸起的轮廓度需要满足一定的要求，本实施方式中，所述圆弧形凹槽的圆弧形凸起的轮廓度均≤0.2mm。
同时，为确保上定位板1和下定位板2与工作台贴合紧密，防止加工过程中受力不平衡而使待磨削封严涨圈3断裂，所述上定位板1远离圆弧形凹槽一侧的表面以及下定位板2远离圆弧形凸起一侧的表面的平面度均≤0.2mm。
综上所述，本发明封严涨圈磨削夹具，通过在上定位板1上设置圆弧形凹槽和在下定位板2上设置圆弧形凸起，并限定了圆弧形凹槽和圆弧形凸起的具体结构尺寸要求，实现待磨削封严涨圈3的稳定夹持，保证磨削时待磨削封严涨圈3受力均匀，装夹操作便利简单，避免了磨削时因受力不均导致待磨削封严涨圈3易断裂的问题，有效的降低了封严涨圈的废品率，并且提高封严涨圈的加工效率，满足了脆性材料开口环平面磨削的工艺需求，可应用于多种型号的开口封严涨圈的端面磨削加工，极大的降低了加工成本。
本发明再一个实施例中，提供一种封严涨圈磨削方法，基于上述的封严涨圈磨削夹具实现，进一步降低封严涨圈在磨削时的损坏率。
具体的，该封严涨圈磨削方法包括以下步骤：将待磨削封严涨圈3通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上；在待磨削封严涨圈3的开口处填入磨削膏4，待磨削膏4凝固后，通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈3进行磨削。
可选的，通过的磨削面选择，可进行待磨削封严涨圈3的单面加工或双面加工。
在一种可能的实施方式中，所述将待磨削封严涨圈3通过封严涨圈磨削夹具夹紧包括：将圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈3的开口处外表面贴合，且圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈3的开口处外表面之间至少有一个接触点，将圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈3的开口处的内表面贴合，且圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈3的开口处的内表面之间至少有一个接触点。
在一种可能的实施方式中，所述将待磨削封严涨圈3通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈3的定位面与磨床的工作台表面之间的间隙不大于0.02mm。
具体的，在将待磨削封严涨圈3和封严涨圈磨削夹具固定在磨床上后，用塞尺检查待磨削封严涨圈3的定位面与磨床的工作台表面的贴合情况，整圈0.02mm塞尺不通过认为合格，否则认为不合格，若不合格则重新装夹。
在一种可能的实施方式中，所述将待磨削封严涨圈3通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈3的开口的开口方向与磨削砂轮的运动方向相同。
具体的，封严涨圈的整环切开后，开口区域最易翘曲变形，装夹定位后封严涨圈的定位面与磨床的工作台表面的贴合最难以保证的区域就是在开口附近，因此在磨削过程中开口附近易产生断裂，当磨削砂轮的运动方向相同与封严涨圈的开口的开口方向一致时，磨削砂轮来回运动对工件冲击时，内外的上定位板1和下定位板2能起到较好的支撑作用，进而避免了工件断裂。
在一种可能的实施方式中，所述磨削砂轮采用白刚玉磨削砂轮。
具体的，白刚玉砂轮在磨削时产生热量小，对工件的烧伤程度小，在磨削薄壁零件及易变形件有较好的应用，对封严涨圈的变形控制有积极意义，此外磨削过程中不产生有害物质，对操作人员和周围环境有好处。
在一种可能的实施方式中，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈3进行磨削时，从待磨削封严涨圈3远离开口处的边缘开始磨削。
具体的，封严涨圈的整环切开后，开口区域最易翘曲变形，装夹定位后封严涨圈的定位面与磨床的工作台表面的贴合最难以保证的区域就是在开口附近，因此在磨削过程中开口附近易产生断裂，从离开口处的边缘开始磨削，逐渐使工件、内外的上定位板1和下定位板2以及填充料达到稳定状态；其次磨削路径也为最短的运动路线。
在一种可能的实施方式中，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈3进行磨削时，先进行粗磨至预设粗糙度再进行精磨，其中，粗磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.015～0.02mm，精磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.005～0.01mm。
具体的，粗磨采用较大的磨削深度可以提高磨削的加工效率，减少磨具的磨损，同时要为精磨打下基础；精磨要保证最终的精度要求，按工件最终所要求的的精度，磨削深度要小一些，速度也慢一些。
在一种可能的实施方式中，以某航空发动机的封严涨圈为例进行说明，其材料为退火态的CrMo，开口前外圆直径D为152mm，开口前内圆直径d为144mm，最终厚度S为2mm，开口宽度L为14mm。
将该封严涨圈放置在磨床上，通过封严涨圈磨削夹具进行装夹，封严涨圈装夹时开口方向与磨削砂轮运动方向保持一致，将上定位板(1)和下定位板(2)与该封严涨圈吸紧，保证该封严涨圈的定位面与工作台的贴合整圈0.02mm塞尺不通过。
本实施方式中，选用法国RIVELEC品牌的样膏，规格为978 7003SRD6XL,将样稿A型和B型按1:1均匀混合后，填入该封严涨圈的开口处，将样膏压紧实，刮平，保证不超出零件端面，等待8分钟后样膏凝固。相比于牙托粉、石蜡等常规填充物具有凝固时间快、操作便捷安全、凝结后弹性适中且易于清理等优点。
对装夹好的封严涨圈平磨端面，选用白刚玉磨削砂轮，砂轮型号为1-350×40×127WA/F46K 6V40 m/s。磨削运动从封严涨圈远离开口处的边缘开始，先进行粗磨至预设粗糙度再进行精磨，粗磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.015mm，精磨切削深度为0.008mm。
经过多次重复试验，相较于现有的磨削方法，本发明封严涨圈磨削方法的废品率得到了显著下降。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种封严涨圈磨削夹具，其特征在于，包括上定位板(1)和下定位板(2)；
上定位板(1)一侧上开设圆弧形凹槽，下定位板(2)一侧设置圆弧形凸起；
使用状态时，圆弧形凹槽的表面紧贴待磨削封严涨圈(3)的外表面，圆弧形凸起的表面紧贴待磨削封严涨圈(3)的内表面；
圆弧形凹槽的半径R1＝0.9(D+L)/2π～1.2(D+L)/2π，圆弧形凹槽的深度H1＝1/3R1～1/4R1，圆弧形凹槽的厚度δ1比待磨削封严涨圈(3)的最终厚度S小0.15～0.3mm；
圆弧形凸起的半径R2＝0.8(d+L)/2π～1.1(d+L)/2π，圆弧形凸起的高度H2＝1/3R2～1/4R2，圆弧形凸起的厚度δ2比待磨削封严涨圈(3)的最终厚度S小0.15～0.3mm；
其中，D为待磨削封严涨圈(3)的开口前外圆直径，L为待磨削封严涨圈(3)的开口宽度，d为待磨削封严涨圈(3)的开口前内圆直径。
2.根据权利要求1所述的封严涨圈磨削夹具，其特征在于，所述上定位板(1)和下定位板(2)的材质均为45号钢。
3.根据权利要求1所述的封严涨圈磨削夹具，其特征在于，所述圆弧形凹槽的圆弧形凸起的轮廓度均≤0.2mm，所述上定位板(1)远离圆弧形凹槽一侧的表面以及下定位板(2)远离圆弧形凸起一侧的表面的平面度均≤0.2mm。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述封严涨圈磨削夹具的封严涨圈磨削方法，其特征在于，包括：
将待磨削封严涨圈(3)通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上；
在待磨削封严涨圈(3)的开口处填入磨削膏(4)，待磨削膏(4)凝固后，通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈(3)进行磨削。
5.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述将待磨削封严涨圈(3)通过封严涨圈磨削夹具夹紧包括：
将圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈(3)的开口处外表面贴合，且圆弧形凹槽的表面与待磨削封严涨圈(3)的开口处外表面之间至少有一个接触点，将圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈(3)的开口处的内表面贴合，且圆弧形凸起的表面与待磨削封严涨圈(3)的开口处的内表面之间至少有一个接触点。
6.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述将待磨削封严涨圈(3)通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈(3)的定位面与磨床的工作台表面之间的间隙不大于0.02mm。
7.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述将待磨削封严涨圈(3)通过封严涨圈磨削夹具夹紧并固定在磨床上时，待磨削封严涨圈(3)的开口的开口方向与磨削砂轮的运动方向相同。
8.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述磨削砂轮采用白刚玉磨削砂轮。
9.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈(3)进行磨削时，从待磨削封严涨圈(3)远离开口处的边缘开始磨削。
10.根据权利要求4所述的封严涨圈磨削方法，其特征在于，所述通过磨削砂轮对待磨削封严涨圈(3)进行磨削时，先进行粗磨至预设粗糙度再进行精磨，其中，粗磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.015～0.02mm，精磨时磨削砂轮每一层切削深度递进0.005～0.01mm。
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- 2022-12-07 CN CN202211567024.6A patent/CN116160358A/zh active Pending
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