CN116765260A - 一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，属于航空产品零件加工技术领域，用于直径为16～30mm的金属导管接头的扩口加工。本发明针对同一规格导管设计了5套工装夹板，每套工装夹板夹紧尺寸依次递减0.03mm，避免导管变形或被压伤。本发明还设计了专用的扩口加工工具，在基体上设置5个可自由转动的扩口滚棒，5个扩口滚棒轴线分布在同一个锥面上，且其锥形头在基体6前端轴线处交汇，利用机床旋转的同时产生的轴向进给，实现扩口加工。本发明既提高了不锈钢导管扩口加工的质量和加工效率，同时，也极大地降低了导管扩口加工的超差率。

Description

一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法

技术领域

本发明属于航空产品零件加工技术领域，涉及一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，具体涉及直径为16～30mm的金属导管接头的扩口加工。

背景技术

随着机械行业的发展，气压与油压动力已经越来越广泛地应用在机械设备以及航空产品的设计中。而气压与油压系统中的管路有的是金属，有的是非金属，而金属与金属管路之间的连接一般用于高压管路，为了保证连接后管路的高压密封性，通常采用将不锈钢导管C的端头配合标准件A，滚压成一定角度的圆锥面，即所谓的“扩口”加工(如图1所示)。而现有的直径为16～30mm不锈钢导管的扩口加工不仅锥口最大尺寸精度及其探出标准件端面的长度L1难以达到设计要求(L1≥0.4mm)，而且，扩口处在圆锥面与圆柱面交会部位出现材料“堆积”现象(如图2所示)，从而导致尺寸超差。

另外，因装夹导管的工装夹板的内径固定，不可调节，而同一规格导管的实际管径存在偏差，而且偏差值不同，因此，导致了不锈钢导管在装夹时，因被夹紧力过大而产生变形或被压伤的现象，或因被夹紧力过小而发生相对滑动造成导管表面被划伤的现象，最终，严重降低了不锈钢导管扩口加工的质量与效率，而且提高了接头扩口加工成本。

发明内容

本发明目的是提供一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，降低加工成本，提高锈钢导管扩口加工的质量与效率，其核心技术是研制了成组工装夹板和5滚棒不锈钢导管扩口加工工具，并研发出导管扩口余量计算方法以及精准扩口工艺参数。

本发明所采用的技术方案如下：

一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

步骤一，平端面

导管扩口前，在机床上应用专用刀具对导管端面进行精准加工，包括导管端面平整和导管内外表面制倒角两个工序，其中，导管端面平整的技术要求是端面相对导管轴线的垂直度偏差值A不大于0.2mm，表面粗糙度值不大于Ra3.2；导管内外表面制倒角的技术要求是内外表面倒角尺寸0.2S×45°，S为导管壁厚。并保证距导管端头30mm范围内导管内外表面无砂粒、切屑残留或污物。

步骤二，导管装夹

(1)选用工装夹板

由于导管尺寸存在较大的偏差，因此，同一规格导管的实际管径存在较大的差距，而装夹导管的工装夹板的内径又不是对应变化的，因此，导致了不锈钢导管在装夹时出现了因被夹紧力过大而产生变形或被压伤的现象以及因被夹紧力过小而发生相对滑动造成导管表面被划伤的现象，最终，不仅严重降低了不锈钢导管扩口加工的质量与效率，而且提高了接头扩口加工成本。

针对导管尺寸存在较大偏差的问题，对于同一规格导管，在现有工装夹板的基础上，对应设计工装夹板组，所述工装夹板组与现有工装夹板结构相同，每组工装夹板组包括5套工装夹板，而每套工装夹板的夹紧尺寸D依次递减0.03mm，其中，最大的工装夹板的夹紧尺寸D与不锈钢导管的公称直径相同，所述工装夹板组适配同一规格不同偏差导管的夹持，可以满足同一规格导管扩口加工的需要。

根据不锈钢导管的实际外径大小，在工装夹板组中选用夹紧尺寸D与不锈钢导管的实际外径最为接近的工装夹板，如果其中两套工装夹板与不锈钢导管外径接近程度相同，则选择两套工装夹板中夹紧尺寸更大的一套；将工装夹板打开后安装到机床的气动夹紧装置上。

(2)确定导管扩口前扩口余量

按技术要求，不锈钢导管扩口加工后锥度导管部分的最大直径D1和锥度导管部分端面伸出标准件端面的尺寸要到达规定的尺寸。

因此，导管扩口前的扩口余量L的尺寸非常重要，将直接影响扩口加工后锥口最大尺寸探出标准件端面的长度L1的尺寸是否满足设计要求，因此，针对直径为16～30mm不锈钢导管扩口加工，导管扩口前的扩口余量L计算方法为：

L ＝ 1.8 +0.12×d (1)

式中，d为导管的公称直径。

将标准件从待扩口端套入不锈钢导管，使不锈钢导管扩口前的扩口余量L满足式(1)要求，将已套入标准件的不锈钢导管放入工装夹板的开口处，按下机床上的导管夹紧按钮，工装夹板夹紧不锈钢导管并将标准件定位。

步骤三，扩口加工

(1)扩口加工工具选用

为了解决不锈钢导管的扩口尺寸难以达到设计要求以及扩口处在圆锥面与圆柱面交会部位出现材料“堆积”的问题，使用5滚棒不锈钢导管扩口加工工具，该扩口加工工具的结构如图6所示。

所述扩口加工工具包括锥体1、扩口滚棒2、轴承3、衬套4、塞子5、基体6、钢球7、轴垫8、螺钉9、螺帽10。

所述的基体6为扩口加工工具其他各组件的承载件，即工具其他各组件均按技术要求安装在基体6上，其为柱状结构，基体6尾端具有与机床连接与定位的模式锥柄，用于将机床的旋转与进给运动传递给扩口加工工具，进而实现不锈钢导管的扩口加工，基体6前端为有一定厚度的盘状结构，盘状结构前端面中心制有一轴向布置的盲孔，盘状结构后端面制螺纹孔，该螺纹孔与基体6中心轴呈一定夹角，其尾端与盘状结构前端面中心的盲孔相通；基体6盘状结构上均匀分布有5个相同的三段式阶梯孔，5个阶梯孔的中轴线分布在同一个锥面上，并相交于基体6前侧的轴线上。

所述的扩口滚棒2是扩口滚压时直接起作用的组件，其前半部为锥形头，后半部为锥柄，锥柄外壁两端分别套有轴承3，两个轴承3之间通过环形的衬套4保持相对位置固定，将5个安装有轴承3和衬套4的扩口滚棒2分别置于基体6的5个阶梯孔内，且锥形头向前，位于前端的轴承3端面抵在阶梯孔第一段与第二段之间的肩部，扩口滚棒2后端装入塞子5，塞子5与阶梯孔最后一段螺纹配合，用于将扩口滚棒2限制在阶梯孔内且能够在阶梯孔内转动，装入后，5个扩口滚棒2分别与所在的阶梯孔同轴，且其锥形头在基体6前端轴线处交汇。

所述的轴垫8为一端有锥形凹槽的圆柱体，其置于基体6前端面中心的盲孔中，且锥形凹槽的一端朝外；所述的钢球7放在轴垫8的锥形凹槽里；所述的锥体1置于钢球7前侧，且锥头一端朝前，锥体1锥面与5个扩口滚棒2锥面的内侧相贴合，用于扩口滚压时对扩口滚棒2起到定位及支撑的作用；所述的螺钉9置于基体6的螺纹孔中，二者螺纹配合，其前端抵在轴垫8尾端，后端通过螺帽10将其限制在螺纹孔中，通过拧转螺钉9推动轴垫8，调整锥体1与扩口滚棒2的配合间隙，以确保扩口滚棒2旋转自如。

(2)扩口加工

将扩口加工工具通过莫氏锥安装连接在扩口用机床主轴上，使扩口加工工具的扩口滚棒2朝向不锈钢导管待扩口端，且扩口加工工具与不锈钢导管同轴，启动机床，扩口加工时的加工参数为转速为550～650转/min、进给参数为0.17～0.24mm/转，利用机床使得所述扩口加工工具旋转的同时产生轴向进给运动，向不锈钢导管施加轴向力，随着进给运动的不断进行，直至不锈钢导管扩口与标准件锥面完全贴合，则扩口加工完成。

本发明的有益效果：

本发明采用了合理的航空大直径不锈钢导管扩口加工工艺方法及其工艺参数，并巧妙地设计了具有5套滚棒不锈钢导管扩口加工工具，因而增强了不锈钢导管滚压扩口的效果，既提高了不锈钢导管扩口加工的质量和加工效率，同时，也极大地降低了导管扩口加工的超差率。

附图说明

图1是不锈钢导管扩口后的结构示意图，图中，C为不锈钢导管，E为标准件，L1为锥口最大尺寸探出标准件端面的长度，D1为锥度导管部分的最大直径。

图2是不锈钢扩口处出现材料“堆积”现象的示意图，其中，(a)为正常扩口，(b)为出现材料“堆积”现象的扩口。

图3是不锈钢导管端面垂直度偏差示意图，图中，A代表垂直度偏差。

图4是不锈钢导管扩口工装夹板结构图，图中，D代表工装夹板的夹紧尺寸。

图5是不锈钢导管扩口余量示意图，图中，B为工装夹板，L代表导管扩口前的扩口余量，d代表导管的公称直径。

图6(a)是5套滚棒不锈钢导管扩口加工工具结构主视图。

图6(b)是5套滚棒不锈钢导管扩口加工工具结构侧视图。

图7(a)是基体主视图。

图7(b)是基体侧视图。

图8是扩口滚棒结构图。

图9是锥体结构图。

图10是螺帽结构图，其中，(a)为剖视图，(b)为侧视图。

图11是衬套结构图，其中，(a)为剖视图，(b)为侧视图。

图12是轴垫结构图。

图13是塞子结构图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图。

图中：1锥体；2扩口滚棒；3轴承；4衬套；5塞子；6基体；7钢球；8轴垫；9螺钉；10螺帽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例有JG16×1、JG18×1、JG20×1、JG22×1、JG30×1等5种规格的不锈钢导管扩口加工。

实施例1JG16×1规格不锈钢导管扩口加工

步骤一，平端面

采用专用刀具对导管端面进行精准加工，加工后导管端面的垂直度偏差值A(如图3所示)为0.15mm，表面粗糙度值不大于Ra1.6，而导管内外表面倒角尺寸为0.19×45°，并保证距导管端头30mm范围内导管内外表面无砂粒及切屑残留。

步骤二，选用工装夹板

针对导管尺寸存在较大偏差的问题，对于同一规格导管，在现有工装夹板的基础上，对应设计5套工装夹板，而每套工装夹板的夹紧尺寸D依次递减0.03mm，其中，最大的工装夹板的夹紧尺寸D(如图4所示)与导管的公称直径相同，该5套工装夹板适配同一规格不同偏差导管的夹持，可以满足同一规格导管扩口加工的需要。

本实施例选取了夹紧尺寸D为φ15.97mm的工装夹板。

步骤三，确定导管扩口前扩口余量(如图5所示)

根据式(1)计算L＝1.8+0.12×d＝1.8+0.12×16＝3.72mm。

步骤四，不锈钢导管夹紧

将标准件从扩口端套入不锈钢导管，使L＝3.72mm，将已套入标准件的不锈钢导管放入工装夹板的开口处，按下机床上的导管夹紧按钮，工装夹板夹紧不锈钢导管并将标准件定位。

步骤五，导管扩口工具选用

使用5滚棒不锈钢导管扩口加工工具，该扩口加工工具的结构如图6(a)和图6(b)所示。

所述扩口加工工具包括锥体1、扩口滚棒2、轴承3、衬套4、塞子5、基体6、钢球7、轴垫8、螺钉9、螺帽10。

如图7(a)和图7(b)所示，所述的基体6为扩口加工工具其他各组件的承载件，即工具其他各组件均按技术要求安装在基体6上，其为柱状结构，基体6尾端具有与机床连接与定位的模式锥柄，用于将机床的旋转与进给运动传递给扩口加工工具，进而实现不锈钢导管的扩口加工，基体6前端为有一定厚度的盘状结构，盘状结构前端面中心制有一轴向布置的盲孔，盘状结构后端面制螺纹孔，该螺纹孔与基体6中心轴呈一定夹角，其尾端与盘状结构前端面中心的盲孔相通；基体6盘状结构上均匀分布有5个相同的三段式阶梯孔，5个阶梯孔的中轴线分布在同一个锥面上，并相交于基体6前侧的轴线上。

如图8所示，所述的扩口滚棒2是扩口滚压时直接起作用的组件，其前半部为锥形头，后半部为锥柄，锥柄外壁两端分别套有轴承3，两个轴承3之间通过环形的衬套4(如图11所示)保持相对位置固定，将5个安装有轴承3和衬套4的扩口滚棒2分别置于基体6的5个阶梯孔内，且锥形头向前，位于前端的轴承3端面抵在阶梯孔第一段与第二段之间的肩部，扩口滚棒2后端装入塞子5(如图13所示)，塞子5与阶梯孔最后一段螺纹配合，用于将扩口滚棒2限制在阶梯孔内且能够在阶梯孔内转动，装入后，5个扩口滚棒2分别与所在的阶梯孔同轴，且其锥形头在基体6前端轴线处交汇。

如图12所示，所述的轴垫8为一端有锥形凹槽的圆柱体，其置于基体6前端面中心的盲孔中，且锥形凹槽的一端朝外；所述的钢球7放在轴垫8的锥形凹槽里；所述的锥体1(如图9所示)置于钢球7前侧，且锥头一端朝前，锥体1锥面与5个扩口滚棒2锥面的内侧相贴合，用于扩口滚压时对扩口滚棒2起到定位及支撑的作用；所述的螺钉9置于基体6的螺纹孔中，二者螺纹配合，其前端抵在轴垫8尾端，后端通过螺帽10(如图10所示)将其限制在螺纹孔中，通过拧转螺钉9推动轴垫8，调整锥体1与扩口滚棒2的配合间隙，以确保扩口滚棒2旋转自如。

步骤六，扩口加工

将扩口加工工具通过莫氏锥安装连接在扩口用机床主轴上，使扩口加工工具的扩口滚棒2朝向不锈钢导管待扩口端，且扩口加工工具与不锈钢导管同轴，扩口加工时的加工参数为转速580转/min、进给量0.18mm/转，启动机床，驱动所述扩口加工工具旋转的同时并产生轴向进给运动，于是轴向力施加被扩口的导管上，随着进给运动的不断进行，直至被扩口导管与标准件锥面完全贴合，则导管扩口加工完成。最终，扩口加工后不锈钢导管扩口端的实际直径为20.91mm，符合设计要求(20.5～21.02mm)。

实施例2JG18×1规格不锈钢导管扩口加工

本实施例与实施例1基本相同，区别在于，不锈钢导管扩口前扩口余量为3.96mm，工装夹板的夹紧尺寸D为φ17.94mm的，扩口加工时的加工参数为，转速600转/min、进给量0.19mm/转，扩口加工后不锈钢导管扩口端的实际直径为26.89mm，符合设计要求(26.5～27.02mm)。

实施例3,JG20×1规格不锈钢导管扩口加工

本实施例与实施例1基本相同，区别在于，不锈钢导管扩口前扩口余量为4.2mm，工装夹板的夹紧尺寸D为φ20mm，扩口加工时的加工参数为，转速610转/min、进给量0.2mm/转，扩口加工后不锈钢导管扩口端的实际直径为29.32mm，符合设计要求(29～29.52mm)。

实施例4JG22×1规格不锈钢导管扩口加工

本实施例与实施例1基本相同，区别在于，不锈钢导管扩口前扩口余量为4.44mm，工装夹板的夹紧尺寸D为φ21.88mm，扩口加工时的加工参数为转速630转/min、进给量0.22mm/转，扩口加工后不锈钢导管扩口端的实际直径为29.43mm，符合设计要求(29～29.52mm)。

实施例5JG30×1规格不锈钢导管扩口加工

本实施例与实施例1基本相同，区别在于，不锈钢导管扩口前扩口余量为5.4mm，工装夹板的夹紧尺寸D为φ29.91mm，扩口加工时的加工参数为转速640转/min、进给量0.23mm/转，扩口加工后不锈钢导管扩口端的实际直径为35.95mm，符合设计要求(35.5～36.12mm)。

在实际不锈钢导管扩口加工过程中，本发明加工效率平均提高30％以上，扩口加工的超差率低于1％，而应用该发明技术以前超差至少5％，因此，超差率至少降低了5倍。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：

步骤一，平端面

使用专用刀具对导管端面进行加工，包括导管端面平整和导管内外表面制倒角，并保证距导管端头内外表面无砂粒、切屑残留或污物；

步骤二，导管装夹

①选用工装夹板

在工装夹板组中，选用适用的工装夹板；所述工装夹板组与现有工装夹板结构相同，每组工装夹板组包括5套工装夹板，每套工装夹板的夹紧尺寸D依次递减0.03mm，其中，最大的工装夹板的夹紧尺寸D与不锈钢导管的公称直径相同；

根据不锈钢导管的实际外径大小，在工装夹板组中选用夹紧尺寸D与不锈钢导管的实际外径最为接近的工装夹板；将工装夹板打开后安装到机床的气动夹紧装置上；

②确定导管扩口前扩口余量

导管扩口前的扩口余量L计算方法为：

L ＝ 1.8 +0.12×d (1)

式中，d为导管的公称直径；

将标准件从待扩口端套入不锈钢导管，使不锈钢导管扩口前的扩口余量L满足式(1)要求，将已套入标准件的不锈钢导管放入工装夹板的开口处，按下机床上的导管夹紧按钮，工装夹板夹紧不锈钢导管并将标准件定位；

步骤三，扩口加工

①扩口加工工具选用

使用5滚棒不锈钢导管扩口加工工具进行扩口加工；所述扩口加工工具包括锥体(1)、扩口滚棒(2)、轴承(3)、衬套(4)、基体(6)、钢球(7)、轴垫(8)、螺钉(9)；

所述的基体(6)为扩口加工工具其他各组件的承载件，其为柱状结构，基体(6)尾端具有与机床连接与定位的模式锥柄，用于将机床的旋转与进给运动传递给扩口加工工具，基体(6)前端为有一定厚度的盘状结构，盘状结构前端面中心制有一轴向布置的盲孔，盘状结构后端面制螺纹孔，该螺纹孔与基体(6)中心轴呈一定夹角，其尾端与盘状结构前端面中心的盲孔相通；基体(6)盘状结构上均匀分布有5个相同的三段式阶梯孔，5个阶梯孔的中轴线分布在同一个锥面上，并相交于基体(6)前侧的轴线上；

所述的扩口滚棒(2)前半部为锥形头，后半部为锥柄，锥柄外壁两端分别套有轴承(3)，两个轴承(3)之间通过环形的衬套(4)保持相对位置固定，将5个安装有轴承(3)和衬套(4)的扩口滚棒(2)分别置于基体(6)的5个阶梯孔内并限制在阶梯孔内，且扩口滚棒(2)能够在阶梯孔内转动，装入后，5个扩口滚棒(2)分别与所在的阶梯孔同轴，且其锥形头在基体(6)前端轴线处交汇；

所述的轴垫(8)为一端有锥形凹槽的圆柱体，其置于基体(6)前端面中心的盲孔中，且锥形凹槽的一端朝外；所述的钢球(7)放在轴垫(8)的锥形凹槽里；所述的锥体(1)置于钢球(7)前侧，且锥头一端朝前，锥体(1)锥面与5个扩口滚棒(2)锥面的内侧相贴合，用于扩口滚压时对扩口滚棒(2)起到定位及支撑的作用；所述的螺钉(9)置于基体(6)的螺纹孔中，二者螺纹配合，其前端抵在轴垫(8)尾端，通过拧转螺钉(9)推动轴垫(8)，调整锥体(1)与扩口滚棒(2)的配合间隙，以确保扩口滚棒(2)旋转自如；

②扩口加工

将扩口加工工具安装连接在机床主轴上，使扩口加工工具的扩口滚棒(2)朝向不锈钢导管待扩口端，且扩口加工工具与不锈钢导管同轴，启动机床，所述扩口加工工具旋转的同时产生轴向进给运动，直至不锈钢导管扩口与标准件锥面完全贴合，则扩口加工完成。

2.根据权利要求1所述的一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，其特征在于，所述步骤一中，导管端面平整后，端面的垂直度偏差值A不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2；导管内外表面倒角尺寸0.2S×45°，S为导管壁厚。

3.根据权利要求1所述的一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，其特征在于，所述步骤三中，所述扩口加工工具的扩口滚棒(2)后端装入塞子(5)，用于将扩口滚棒(2)限制在阶梯孔内。

4.根据权利要求1所述的一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，其特征在于，所述步骤三中，所述扩口加工工具的螺钉(9)后端通过螺帽(10)将其限制在基体(6)的螺纹孔中。

5.根据权利要求1所述的一种航空大直径不锈钢导管扩口加工方法，其特征在于，所述步骤三中，扩口加工时的加工参数为：转速550～650转/min，进给参数0.17～0.24mm/转。