CN220113046U - 一种微小孔珩磨加工工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及珩磨工具技术领域，具体为一种微小孔珩磨加工工具，包括基体，所述基体为圆柱形，所述基体的一端面上沿着基体的轴线方向开设有槽口，以减小基体的刚度系数，所述基体开槽处外表面涂覆有磨料涂层。通过设计多瓣式的基体，能够减小基体的劲度系数，提高其柔性，通过在基体表面涂覆超硬磨料涂层，能够提高基体的表面硬度，在加工时能够去除气膜孔重熔层，同时保持自身精度，使得采用珩磨工艺加工涡轮叶片微孔成为可能，发挥了珩磨工艺的高尺寸精度、高形状精度的特点，实现了气膜孔重熔层去除加工，并保证了气膜孔孔径尺寸的精度，此外该珩磨加工工具具有寿命长、成本低等特点，利于推广使用。

Description

一种微小孔珩磨加工工具

技术领域

本实用新型涉及珩磨工具技术领域，具体为一种微小孔珩磨加工工具。

背景技术

气膜孔是现阶段涡轮叶片的主流冷却结构，有效促进了航空发动机性能和效率的提高。气膜孔冷却的原理是在发动机热端部件的表面轮廓上设计大量孔径约0.3～0.8mm、孔深4～10mm以上的小孔，利用部件内部释放的冷空气，通过微小气膜孔内对流在部件表面形成薄层冷气膜来达到隔离高温燃气流保护部件的目的。气膜孔孔径尺寸小、数量多、且多分布于曲面区域、加工精度要求高。

电火花制孔、激光制孔是高效率、高质量加工气膜孔的重要工艺，且在各航空发动机叶片制造企业广泛应用。但二者均属于热熔加工，制孔过程会改变孔壁材料原有特性，形成热影响区，热影响区存在重熔层、微裂纹等缺陷，影响材料的力学特性。考虑到重熔层对叶片性能不可忽视的影响，亟需解决重熔层的去除问题，从而提高孔壁表面质量。

经检索，文献“微小孔电火花—电解复合加工基础研究”提出一种电解加工的方法，可实现直径0.5mm、深径比大于8的电火花微小孔重熔层去除。但电解加工存在杂散腐蚀，影响材料表面完整性，且尺寸精度不易控制。文献“Finishing effects of spiralpolishing method on micro lapping surface”使用磨粒流螺旋抛光方法，对直径7.6mm小孔的孔壁进行研磨抛光处理，得到了更高的精度和加工效率。但是磨粒流加工孔径易超差，对于斜孔的加工效果差，实际应用难度较大。文献“航发涡轮叶片气膜孔的磨削加工实验”使用螺旋轨迹机械磨削直径0.3mm小孔，实验证明该工艺提高了孔的尺寸精度，降低了表面硬度。但是孔的直径越小，该方法使用的磨削装备及工具制造越困难，且加工过程中工具受力不均，易损耗。珩磨工艺虽然具有尺度精度高、形状精度高、表面质量好的特点，但传统的珩磨磨具由复杂的机构组成，难以小型化，因此难以满足0.3mm直径微小孔珩磨加工要求。鉴于此，本实用新型提出一种微小孔珩磨加工工具。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微小孔珩磨加工工具，该微小孔珩磨加工工具，可解决传统的工具难以满足微小孔珩磨加工要求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种微小孔珩磨加工工具，包括基体，所述基体为圆柱形，所述基体的一端面上沿着基体的轴线方向开设有槽口，以减小基体的刚度系数，所述基体开槽处外表面涂覆有磨料涂层。

进一步地，所述槽口的内部填充有弹性体。

进一步地，所述基体具有槽口的一端上设有倒角。

进一步地，所述槽口的横截面为一字型或十字形，所述槽口的中心线与所述基体的轴线重合。

进一步地，所述弹性体为橡胶板。

进一步地，所述磨料涂层的材料为金刚石或立方氮化硼。

进一步地，所述基体的材料为金属。

借由上述技术方案，本实用新型提供了一种微小孔珩磨加工工具。有益效果在于：通过设计多瓣式的基体，能够减小基体的劲度系数，提高其柔性，通过在基体表面涂覆超硬磨料涂层，能够提高基体的表面硬度，在加工时能够去除气膜孔重熔层，同时保持自身精度，使得采用珩磨工艺加工涡轮叶片微孔成为可能，发挥了珩磨工艺的高尺寸精度、高形状精度的特点，实现了气膜孔重熔层去除加工，并保证了气膜孔孔径尺寸的精度，此外该珩磨加工工具具有寿命长、成本低等特点，利于推广使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分:

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构剖视图；

图3为本实用新型中槽口为一字型示意图；

图4为本实用新型中槽口为十字型示意图；

图5为本实用新型的珩磨加工工具工作状态示意图。

图中：1、基体；101、槽口；102、倒角；2、磨料涂层；3、弹性体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

珩磨又称镗磨，是用镶嵌在珩磨头上的油石(也称珩磨条)对精加工表面进行的精整加工。珩磨工艺具有尺度精度高、形状精度高、表面质量好的特点，但常规的珩磨磨具由复杂的机构组成，难以小型化，因此难以满足0.3mm直径微小孔珩磨加工要求。

因此，请参阅图1-图5，本实用新型提供一种微小孔珩磨加工工具，用于实现对涡轮叶片气膜孔重熔层的高精度、高效率去除，以及气膜孔形状及尺寸的精确控制。

具体而言，本实施例中，该微小孔珩磨加工工具，包括基体1，基体1为圆柱形，由于珩磨属于等直径工具扩孔工艺，加工过程中工具在孔内应处于微微过盈的状态，因此本工具设计时将基体1的一端面上沿着基体1的轴线方向开设槽口101，进而将基体1末端分成扇形瓣，以减小基体1的刚度系数，提高其柔性，基体1的外表面涂覆有磨料涂层2，以使其具有磨削和抛光能力，在加工时用于去除材料，并长时间保持自身精度。

涡轮叶片微小气膜孔珩磨采用五轴数控机床实现，优选的采用AC双摆台五轴数控机床实现，加工前将涡轮叶片安装在工作台上，由AC转台调整叶片姿态，使得气膜孔轴线竖直。珩磨时柔性珩磨工具基体1插入气膜孔基孔中，由机床主轴带动其绕Z轴高速旋转并作Z轴向往复运动。柔性珩磨工具基体1以一定压力与孔壁接触，即可实现对基孔的磨削加工。

在一些实施例中，槽口101的内部填充有弹性体3，当基体1插入孔中，外径会受到孔壁约束，这时弹性体3发生弹性变形，使得基体1外径尺寸小于孔径，可用于调整珩磨压紧力大小。

在一些实施例中，基体1具有槽口101的一端上设有倒角102，且倒角102前端截面尺寸小于孔径尺寸，使工具易于进入到被加工孔中。

请参阅图3和图4，槽口101的横截面为一字型或十字形，从而将基体1的末端分成两瓣结构或四瓣结构，槽口101的中心线与基体1的轴线重合，使得多瓣结构呈对称分布，使得基体1工作时受力更加均匀。

在一些实施例中，弹性体3为橡胶板或其它具有弹性的材料，以提高基体1的弹性回复能力。

在一些实施例中，磨料涂层2的材料为金刚石或立方氮化硼。

在一些实施例中，基体1的材料为金属。

本微小孔珩磨加工工具的制作方式为：首先通过(线切割)电加工的方式在小直径圆柱型金属基体上1上开设槽口101，并在槽口101内部填充橡胶或其他弹性物质作为弹性体3，最后对金属基体1外表面采用电镀或胶结等方式进行金刚石或立方氮化硼等超硬磨料涂覆。

本实用新型的微小孔珩磨加工工具在使用时，将金属基体1安装在数控机床上，并将涡轮叶片安装在机床的工作台上，然后将基体1插入涡轮叶片气膜孔中，在这个过程中，基体1端部的倒角102先进入到孔中，在进入的过程中多瓣式的基体1会发生弹性变形，使得工具进入到孔内，基体1表面的超硬磨料涂层2与孔内壁接触，通过机床主轴带动基体1绕Z轴高速旋转，基体1表面以一定压力与孔壁接触，即可实现对基孔的磨削加工。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种微小孔珩磨加工工具，包括基体(1)，其特征在于，所述基体(1)为圆柱形，所述基体(1)的一端面上沿着基体(1)的轴线方向开设有槽口(101)，以减小基体(1)的刚度系数，所述基体(1)开槽处外表面涂覆有磨料涂层(2)。

2.根据权利要求1所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述槽口(101)的内部填充有弹性体(3)。

3.根据权利要求1所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述基体(1)具有槽口(101)的一端上设有倒角(102)。

4.根据权利要求1所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述槽口(101)的横截面为一字型或十字形，所述槽口(101)的中心线与所述基体(1)的轴线重合。

5.根据权利要求2所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述弹性体(3)为橡胶板。

6.根据权利要求1所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述磨料涂层(2)的材料为金刚石或立方氮化硼。

7.根据权利要求1所述的微小孔珩磨加工工具，其特征在于，所述基体(1)的材料为金属。