CN111993173A - 一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其包括，一个定位杆、一个套筒件以及一个气囊体，所述定位杆包括可拆卸连接的定位头和杆身部，所述气囊体为套筒状，一端设置有用于与所述杆身部的所述第一端面粘结的环状底面，所述套筒件包括对称的两个半圆组件，本发明所提供的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，使用充气结构对零件形成有效支撑，从而增强零件的整体刚性，大大提升了生产效率。

Description

一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种在对内腔为盲孔的薄壁空心细长轴零件的轴身的外圆面型面进行加工时，控制变形的装置。

背景技术

随着材料科学和加工技术的进步，在保障刚度和强度的前提下，为了减轻重量，航空发动机作用的轴类零件的壁厚越来越薄，图1为一种用于航空发动机的薄壁盲孔细长轴零件的剖视结构原理示意图，参见图1所示，该薄壁盲孔细长轴零件1包括壁厚0.5mm的轴身11，所述轴身11上焊接有五个圆环状的凸台12，所述轴身11的两端分别焊接连接有第一端头件13和第二端头件14，靠近所述第一端头件13的所述凸台12设置有一个与所述轴身11粘接的密封圈15，所述第一端头件13设置有与所述轴身11的内孔连通的盲孔131，所述第二端头件14顺序设置有与所述轴身11的内孔直径相同的第一连通孔141和更大直径的第二连通孔142，所述第二连通孔142侧壁设置有壁厚0.85mm的薄壁段143。在某一具体的图1所示的所述薄壁盲孔细长轴零件1中，所述轴身11的外径φ1为15mm，长度L1大于900mm，所述薄壁盲孔细长轴零件1的整体长度L2大于990mm，所述盲孔131的深度L3为10mm，所述薄壁段143的长度L4大于40mm，所述凸台12的外圆面为半径R等于12mm的弧面，所述凸台12的厚度L5为5mm。

在生产过程中，由于所述轴身11壁厚只有0.5mm，磨削过程中很容易发生变形造成所述密封圈15脱落，当密封圈15整体脱落时，风险还容易控制，当密封圈15仅发生局部连接位置分离时，则很不容易被检测出来，从而会给使用了该零件的航空发动机造成极大的隐患。此外，所述凸台12的外圆面需要进行磨削加工，且加工后，所述凸台12的外圆面跳动要求为不大于0.038，由于所述轴身11以及所述薄壁空心细长轴零件1的长径比均超过了60，而且所述轴身11的壁厚仅为0.5mm，因此，在现有加工过程中，只能以最小的磨削加工参数进行加工，且加工过程还需要随时进行测量以保障跳动要求，从而使得生产效率极低。

申请人在2019年10月20日提交了申请号为201910997022.2，发明名称为“一种薄壁空心细长轴零件磨削变形控制方法”的专利申请，在该申请的技术方案中，提出了一种一种薄壁空心细长轴零件磨削变形控制方法，通过在零件内孔中***心棒，对零件形成支撑，从而增强工件的整体刚性，有效控制了磨床夹持及磨削加工时零件薄壁部分的变形，也就可提高磨削参数，大大减少了磨削所需工时，从而大大提升了生产效率。此外还有效控制住了密封圈的连接位置分离的风险。

但由于不同的航空发动机的具有类似盲孔结构的轴类零件的外圆面的型面会有着一定的差异，在生产过程中，对于具有同一内径的不同的类似轴类零件，如果使用201910997022.2所提供的心棒，申请人发现在加工过程中会产生颤振的情况，因此会严重影响产品合格率。此外，使用201910997022.2所提供的心棒时，由于是过盈配合，因此***和取出也比较费力。

为解决上述问题，申请人在与本申请同日提交的名称为“一种盲孔细长轴内支撑方法”的发明专利申请中，提供了一种技术方案，通过在零件内腔提供一套能够对内腔充气的结构，从而使得零件内腔中不但有充气后胀大的支撑结构，而且使整个内腔保持一定压力(2.5-3.5bar)，从而对零件形成内支撑，保障零件加工时的支撑强度，但该方案由于要对内腔进行密封，因此对端部的密封结构要求较高，造成端部的结构较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其用于在薄壁盲孔细长轴零件外圆面的型面加工过程中，从所述薄壁盲孔细长轴零件内腔形成内支撑，所述薄壁盲孔细长轴零件包括壁厚0.5mm的轴身，所述轴身上焊接有多个圆环状的凸台，所述轴身的两端分别焊接连接有第一端头件和第二端头件，靠近所述第一端头件的所述凸台设置有与所述轴身粘接的密封圈，所述第一端头件设置有与所述轴身的内孔连通的盲孔，所述第二端头件顺序设置有与所述轴身的内孔直径相同的第一连通孔和更大直径的第二连通孔，所述第二连通孔侧壁设置有壁厚0.85mm的薄壁段。其包括，一个定位杆、一个套筒件以及一个气囊体，所述定位杆包括可拆卸连接的定位头和杆身部，

所述定位头为锥台状结构，所述定位头的大头端设置有用于装配的螺纹杆，所述杆身部在与所述定位头连接的第一端面设置有用于与所述螺纹杆对应连接的螺纹孔，在另一侧的第二端面设置有一个通气孔，所述杆身部的外圆面设置有连续的螺旋环绕的导气槽，所述导气槽与所述通气孔经由一个导气孔连通。所述气囊体为套筒状，一端设置有用于与所述杆身部的所述第一端面粘结的环状底面，所述套筒件包括对称的两个半圆组件，所述套筒件沿轴线方向顺序设置有用于夹持所述杆身部的第一腔体、用于气体缓冲导流的第二腔体、用于夹持充气嘴的第三腔体以及用于便于装配的带有内螺纹的第四腔体。

所述气囊体套接在所述定位杆上，所述环状底面与所述第一端面粘结，所述气囊体包裹在所述导气孔与所述第二端面之间的部分与所述杆身部粘结。

在所述第三腔体夹持粘接有所述充气嘴，所述第一腔体与粘接了所述气囊体的所述杆身部粘结连接。

优选地，所述定位头的最大直径比所述盲孔的直径大1.5mm-2mm，最小直径比所述盲孔的直径小2mm-3mm，所述定位头的长度小于等于所述盲孔的长度。

优选地，所述气囊体由丁基橡胶材料制成。

优选地，所述气囊体的壁厚为0.45mm-0.6mm。

优选地，所述气囊体的外径比所述轴身的内腔直径小2mm-3mm，所述气囊体轴向的长度与所述定位杆的长度相等。

优选地，所述气囊体的两端的用于粘接的部分的内径与所述杆身部的外径相同。

优选地，所述定位头是一个树脂构件，由树脂制成的所述定位头与金属制成的所述螺纹杆粘接固定。

优选地，所述充气嘴的轴向长度为8-30mm。

优选地，所述导气槽从所述导气孔位于所述杆身部外圆面的端口处起始，一直螺旋环绕延伸至所述第一端面。

优选地，所述定位头和所述杆身部之间加装有一个橡胶垫片。

优选地，在粘接了所述气囊体的所述杆身部进一步粘接有一个限位硬橡胶环。

本发明所提供的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，使用充气结构对零件形成有效支撑，从而增强零件的整体刚性，有效控制了磨床夹持及磨削加工时零件薄壁部分的变形，也就可提高磨削参数，大大减少了磨削所需工时，从而大大提升了生产效率。此外还有效控制住了密封圈的连接位置分离的风险。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为一种用于航空发动机的薄壁盲孔细长轴零件的剖视结构原理示意图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置的使用状态的原理示意图；

图3为图2的定位杆和套筒件的分解状态的部分剖视结构原理示意图；

图4为图2的气囊体的剖面结构原理示意图；

图5为图3的定位头和部分杆身部在连接状态的立体结构原理示意图；

图6为图2的定位头和部分杆身部的剖视结构原理示意图；

图7为图3的半圆组件的结构原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1为一种用于航空发动机的薄壁盲孔细长轴零件的剖视结构原理示意图；图2为根据本发明的一个具体实施例的一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置的使用状态的原理示意图；图3为图2的定位杆和套筒件的分解状态的部分剖视结构原理示意图；图4为图2的气囊体的剖面结构原理示意图；图5为图3的定位头和部分杆身部在连接状态的立体结构原理示意图；图6为图2的定位头和部分杆身部的剖视结构原理示意图；图7为图3的半圆组件的结构原理示意图。在图7中，分别用a、b、c三个视图表示了图3的半圆组件的右视结构示意图、主视结构示意图和左视结构示意图。参见图1-图7所示，

针对背景技术提及的，申请人在与本申请同日提交的名称为“一种盲孔细长轴内支撑方法”的发明专利申请中，内腔封闭结构较为复杂的问题，发明人团队进行了技术改进，对内支撑结构及内支撑方法均进行了优化，具体来说，

本发明提供了一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其用于在薄壁盲孔细长轴零件1外圆面的型面加工过程中，从所述薄壁盲孔细长轴零件1内腔形成内支撑，所述薄壁盲孔细长轴零件1包括壁厚0.5mm的轴身11，所述轴身11上焊接有多个圆环状的凸台12，所述轴身11的两端分别焊接连接有第一端头件13和第二端头件14，靠近所述第一端头件13的所述凸台12设置有与所述轴身11粘接的密封圈15，所述第一端头件13设置有与所述轴身11的内孔连通的盲孔131，所述第二端头件14顺序设置有与所述轴身11的内孔直径相同的第一连通孔141和更大直径的第二连通孔142，所述第二连通孔142侧壁设置有壁厚0.85mm的薄壁段143。其包括，一个定位杆2、一个套筒件3以及一个气囊体4，所述定位杆2包括可拆卸连接的定位头21和杆身部22，

所述定位头21为锥台状结构，所述定位头21的最大直径比所述盲孔131的直径大1.5mm-2mm，最小直径比所述盲孔131的直径小2mm-3mm，所述定位头21的长度L6小于等于所述盲孔131的长度L3，所述定位头21的大头端设置有用于装配的螺纹杆211，

所述定位头21可以是一个树脂构件，也就是说，所述定位头21与所述螺纹杆211可以是通过注塑方式一体成型制成，也可以是用树脂制成所述定位头21，然后与金属制成的所述螺纹杆211粘接固定而成。当然，所述定位头21也可以是与所述螺纹杆211由金属棒料通过机械加工的方式一体成型制成，然后在所述定位头21的锥台状结构外表面镀铜。

所述杆身部22在与所述定位头21连接的第一端面设置有用于与所述螺纹杆对应连接的螺纹孔，在另一侧的第二端面设置有一个通气孔221，所述杆身部22的外圆面设置有连续的螺旋环绕的导气槽222，所述导气槽222与所述通气孔221经由一个导气孔223连通。所述杆身部22的直径可以小于等于所述轴身11的内腔直径的2/3，所述杆身部22可以是由金属棒料通过机械加工的方式制成。所述导气槽222可以是从所述导气孔223位于所述杆身部22外圆面的端口处起始，一直螺旋环绕延伸至所述第一端面，这样可使得所述导气孔223与所述第二端面之间的所述杆身部22的外圆面光滑连续，便于后继粘接操作。

所述气囊体4为套筒状，一端设置有用于与所述杆身部22的所述第一端面粘结的环状底面41，所述气囊体4可以由橡胶材料，特别是丁基橡胶材料制成，例如用于制备轮胎内胎的丁基橡胶材料，所述气囊体4的壁厚为0.45mm-0.6mm，所述气囊体4的外径比所述轴身11的内腔直径小2mm-3mm，所述气囊体4轴向的长度与所述定位杆2的长度相等。

参见图3和图7所示，所述套筒件3包括对称的两个半圆组件31，所述套筒件3沿轴线方向顺序设置有用于夹持所述杆身部22的第一腔体311、用于气体缓冲导流的第二腔体312、用于夹持充气嘴5的第三腔体313以及用于便于装配的带有内螺纹的第四腔体314，所述套筒件3的外圆面设置有向所述杆身部22倾斜的锥状面32，所述半圆组件31可由树脂材料采用注塑成型方式制成，所述套筒件3的最大外径可以比所述第二连通孔142的内径小1-1.5mm，这样便于***所述第二连通孔142。

在组合装配时，可先在所述杆身部22的所述第一端面、所述导气孔223与所述第二端面之间的外圆面涂黏胶，将所述气囊体4套接在所述定位杆2上，使所述环状底面41与所述第一端面粘结，所述气囊体4包裹在所述导气孔223与所述第二端面之间的部分与所述杆身部22粘结。

之后，将所述定位头21装配在所述第一端面，完成所述定位杆2的组装。为了便于装配，所述定位头21的小直径端面可设置有便于螺丝刀操作的一字型凹槽。

所述定位头21可以形成对所述环状底面41的压紧，从而可确保所述环状底面41与所述第一端面的连接气密性。当然，在装配所述定位头21时，还可以加装有橡胶垫片(图中未示出)，这样可避免装配过程中所述定位头21对所述环状底面41造成损伤。

在两个所述半圆组件31的所述第一腔体311、所述第三腔体313以及轴向的平面涂胶，在所述第三腔体313夹持粘接所述充气嘴5，同时利用所述第一腔体311与粘接了所述气囊体4的所述杆身部22粘结连接，两个所述半圆组件31同时也粘结为所述套筒件3的整体。

所述充气嘴5可选用常用球类(例如篮球)使用的气嘴，轴向长度的范围为8-30mm，对于背景技术提及的所述薄壁盲孔细长轴零件1，可选优市售的长度为10mm的气嘴。

虽然所述气囊体4的两端可以通过对丁基橡胶材料进行折叠的方式完成粘接，但考虑到完整连续的表面更利于粘合，因此，在制备所述气囊体4时，可以将所述气囊体4的两端的用于粘接的部分的内径制备为与所述杆身部22的外径一致，这样能更利于装配过程的粘合。

组合装配完成后，即可将连接了所述套筒件3的所述定位杆2***所述薄壁盲孔细长轴零件1的内腔，使所述定位头21***所述盲孔131完成定位，之后通过所述充气嘴5进行充气，使所述气囊体4膨胀能够与所述轴身11的内腔紧密接触形成内支撑，至此完成对所述薄壁盲孔细长轴零件1的内支撑。

在所述定位杆2***所述薄壁盲孔细长轴零件1的内腔的过程中，由于所述气囊体4未充气，因此具有一定的柔性形变能力，从而可很方便的进行***操作，

待所述定位头21***所述盲孔131到位后，在使用气泵通过所述充气嘴5进行充气时，可设定最终充气目标压力为2.5至3.5bar，在气泵充气过程中，由于之前的***操作通常会使得所述气囊体4产生一定的形变，也就是所述气囊体4的部分位置会与所述杆身部22贴合，因此，所述导气槽222能够利于气体向所述气囊体4内传送，直至所述气囊体4肿胀充满，向外扩张与所述轴身11的内腔紧密接触，从而形成对所述轴身11的内腔的紧密贴合支撑。

发明人通过实践发现，2.5至3.5bar的压力(根据零件大小及所述气囊体4材料和尺寸调整)足够形成对所述薄壁盲孔细长轴零件1的内腔的有效支撑。

充气完成后的所述薄壁盲孔细长轴零件1即可用于机床进行车削或磨削加工，在加工过程中，由于所述薄壁盲孔细长轴零件1内有肿胀的所述气囊体4直接支撑，因此可很好的提升所述薄壁盲孔细长轴零件1外圆面加工过程中的刚性支撑。

待加工完成后，只需通过所述充气嘴5进行放气，使得所述气囊体4***，从而即可轻易将所述定位杆2取出。

考虑到丁基橡胶材料充气膨胀后变形特性较好，为了避免所述气囊体4在所述第二连通孔142的空间发生膨胀，影响内支撑效果，可以在制备所述杆身部22时，根据所述薄壁盲孔细长轴零件1的内腔型面尺寸，使得在最终***使用状态时，位于所述杆身部22外圆面的所述导气孔223的位置要在所述第一连通孔141或者在所述轴身11内，这样就可以确保充气膨胀后的所述气囊体4的支撑效果。

此外，还可以在装配过程中，在粘接了所述气囊体4的所述杆身部22进一步粘接一个限位硬橡胶环(图中未示出)，使装配后，该限位硬橡胶环能够位于所述第一连通孔141和所述第二连通孔142的连接处，这样可更好的限定所述气囊体4的膨胀变形范围，避免所述气囊体4向所述第二连通孔142的空间膨胀。

如前所述，所述第四腔体314设置有内螺纹，因此在推入和拔出的过程中，可通过一个设置有与所述第四腔体314的内螺纹匹配的外螺纹的螺杆工具(图中未示出)，来提供延伸至所述薄壁盲孔细长轴零件1外的施力点，从而利于操作。

本发明所提供的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，使用充气结构对零件形成有效支撑，从而增强零件的整体刚性，有效控制了磨床夹持及磨削加工时零件薄壁部分的变形，也就可提高磨削参数，大大减少了磨削所需工时，从而大大提升了生产效率。此外还有效控制住了密封圈的连接位置分离的风险。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其用于在薄壁盲孔细长轴零件外圆面的型面加工过程中，从所述薄壁盲孔细长轴零件内腔形成内支撑，所述薄壁盲孔细长轴零件包括壁厚0.5mm的轴身，所述轴身上焊接有多个圆环状的凸台，所述轴身的两端分别焊接连接有第一端头件和第二端头件，靠近所述第一端头件的所述凸台设置有与所述轴身粘接的密封圈，所述第一端头件设置有与所述轴身的内孔连通的盲孔，所述第二端头件顺序设置有与所述轴身的内孔直径相同的第一连通孔和更大直径的第二连通孔，所述第二连通孔侧壁设置有壁厚0.85mm的薄壁段。其特征在于，其包括，一个定位杆、一个套筒件以及一个气囊体，所述定位杆包括可拆卸连接的定位头和杆身部，

所述定位头为锥台状结构，所述定位头的大头端设置有用于装配的螺纹杆，所述杆身部在与所述定位头连接的第一端面设置有用于与所述螺纹杆对应连接的螺纹孔，在另一侧的第二端面设置有一个通气孔，所述杆身部的外圆面设置有连续的螺旋环绕的导气槽，所述导气槽与所述通气孔经由一个导气孔连通。所述气囊体为套筒状，一端设置有用于与所述杆身部的所述第一端面粘结的环状底面，所述套筒件包括对称的两个半圆组件，所述套筒件沿轴线方向顺序设置有用于夹持所述杆身部的第一腔体、用于气体缓冲导流的第二腔体、用于夹持充气嘴的第三腔体以及用于便于装配的带有内螺纹的第四腔体。

所述气囊体套接在所述定位杆上，所述环状底面与所述第一端面粘结，所述气囊体包裹在所述导气孔与所述第二端面之间的部分与所述杆身部粘结。

在所述第三腔体夹持粘接有所述充气嘴，所述第一腔体与粘接了所述气囊体的所述杆身部粘结连接。

2.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述定位头的最大直径比所述盲孔的直径大1.5mm-2mm，最小直径比所述盲孔的直径小2mm-3mm，所述定位头的长度小于等于所述盲孔的长度。

3.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述气囊体由丁基橡胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述气囊体的壁厚为0.45mm-0.6mm。

5.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述气囊体的外径比所述轴身的内腔直径小2mm-3mm，所述气囊体轴向的长度与所述定位杆的长度相等。

6.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述气囊体的两端的用于粘接的部分的内径与所述杆身部的外径相同。

7.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述定位头是一个树脂构件，由树脂制成的所述定位头与金属制成的所述螺纹杆粘接固定。

8.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述充气嘴的轴向长度为8-30mm。

9.根据权利要求8所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，所述导气槽从所述导气孔位于所述杆身部外圆面的端口处起始，一直螺旋环绕延伸至所述第一端面。

10.根据权利要求1所述的用于薄壁盲孔细长轴加工的装置，其特征在于，在粘接了所述气囊体的所述杆身部进一步粘接有一个限位硬橡胶环。

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