一种内胀式定芯夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种内胀式定芯夹具，包括芯轴、与芯轴轴线相重合的弹性胀体、胀体连接件、锥体、第一紧固螺母、第二紧固螺母、端压板，所述端压板呈圆环形；所述弹性胀体由至少两个瓣式胀体通过胀体连接件连接而成，所述弹性胀体沿垂直于其轴向的截面呈圆环形；所述弹性胀体的两端内侧面分别设置有开口向外的圆锥面，所述瓣式胀体沿其径向的截面呈梯形，所述锥体为一组且锥体相向设置在弹性胀体的两端，所述锥体的锥面与弹性胀体的圆锥面相配合；所述第一紧固螺母、第二紧固螺母、端压板分别为一组，所述第一紧固螺母分别设置在芯轴的两端且第一紧固螺母能对设置在芯轴上的锥体进行挤压，所述端压板、第二紧固螺母依次设置在锥体上。
【专利说明】
一种内胀式定芯夹具
技术领域
[0001]本实用新型涉及装配领域，尤其是一种内胀式定芯夹具。本实用新型能够用于缸套类零件的固定、夹紧，尤其适用于脆性薄壁缸套类零件的磨削加工，满足石油钻采、采选矿等耐磨损、耐腐蚀、耐高温高压性能要求较高的缸套类零件的加工需求，具有较好的应用前景。
【背景技术】
[0002]在石油储层较深、地质结构恶劣的钻采环境以及海上石油、天然气的开发过程中，通常需要采用地质勘探设备泥浆栗，而陶瓷缸套是泥浆栗的主要配件。陶瓷缸套作为一种易损件，其使用批量大，且壁薄、形位公差和表面粗糙度要求较高(陶瓷缸套表面粗糙度可达到0.2-0.4μπι)，同时其对材质和硬度也有较高要求。
[0003]陶瓷缸套内衬陶瓷管属于大直径薄壁零件，缸套外径约165mm，壁厚仅为5.5mm。由于陶瓷材料薄壁零件具有高强度、高硬度和高脆性的特点，其在磨削加工过程中，受切削力、夹紧力、磨削热和内应力等作用，陶瓷缸套极易产生各种类型的表面/亚表面损伤，诸如变形层、表面/亚表面微裂纹、模糊表面、相变区域、残余应力等，并且随着加工过程的进行，其表面缺陷可能还会蔓延开来。前述缺陷的存在使得其加工制造比较困难，影响陶瓷管件的尺寸精度和形状精度，难以保证零件的加工质量。因此，合理地选择装夹工具和方法是保证陶瓷缸套内衬薄壁陶瓷管加工精度的关键。
[0004]常规薄壁大直径零件在进行磨削加工时，先在普通磨床上磨削零件外圆，再将零件的一端用三爪卡盘内夹紧零件内孔，另一端用机床顶尖定位。采用该装夹方式对陶瓷缸套进行加工时，在磨削过程中，陶瓷材料由于刚性夹持、接触面积小，易出现脆性裂纹，影响广品的性能。
[0005]目前，改进的方法主要采用如下两类夹具完成零件外圆的加工:刚性心轴夹具、弹性心轴夹具。其中，采用刚性心轴夹具对工件进行装夹时，工件以刚性心轴的外圆作为定位基准，通过端面夹紧。采用弹性心轴夹具装夹时，工件以弹性心轴的外圆作为定位基准，通过拧紧或放松夹紧螺钉，实现弹性心轴的轴向移动。由于刚性心轴与弹性心轴之间的配合为锥面配合，因此，弹性心轴沿轴向移动的同时，将会产生径向的胀开或收缩，从而实现对工件的径向夹紧或松开。
[0006]不容否认，前述两类夹具的优点是显而易见的。当被加工零件内孔的加工精度较高时，刚性心轴夹具与工件间的配合间隙很小，使工件与夹具间的接触刚度很高，提高了工件抵抗切肩力变形的能力。同时，由于刚性芯轴夹具结构简单，零件数量较少，产生的误差环节少，因而容易获得较高的夹具制造精度，制造成本也很低。而弹性心轴夹具的径向可胀性使它非常适合内孔尺寸一致性较差的成批零件的加工。
[0007]然而，经过认真分析后发现，这两类夹具在应用上存在很大的局限性。其中，刚性心轴夹具的尺寸适应性较差，它要求被加工零件的内孔尺寸精度加高，否则，刚性心轴将会与不同工件内孔间的径向配合间隙差别忽大忽小，无法保证成批零件对定位基准与外圆间位置精度的要求。而弹性心轴夹具虽可以适应内孔尺寸波动较大的成批零件加工，但由于弹簧片上各点的径向胀开都是以其根部为圆心进行展开的，沿轴线方向各点外圆的径向胀开量是不一样的。而对于某些在外力作用下较易变形的零件，如套筒薄壁类零件，弹性芯轴夹具的夹紧力对被加工零件外圆精度的负面影响是非常严重的。
[0008]为此，迫切需要一种新的夹具以解决上述问题。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的发明目的在于:针对大直径薄壁零件(尤其是陶瓷缸套内衬陶瓷管)进行装夹加工时，刚性心轴夹具的尺寸适应性较差，而采用弹性芯轴夹具的精度较差的问题，提供一种内胀式定芯夹具，尤其是一种用于薄壁管状工件的内胀式定芯夹具。本实用新型涉及机械加工领域，特别适用于脆性薄壁缸套类零件的夹紧，可用于相应的磨削加工等操作。本实用新型能够用于对管状工件的夹持，满足其外圆及端面的后续加工需求。本实用新型采用双锥面的径向夹紧方式，实现了工件与夹具之间的内胀式面接触，一次装夹即可满足多个工序的装夹需求，有效地保证了工件的加工精度，同时，通过O型圈实现了弹性胀体的自动复位，通过瓣式胀体实现自定心功能。本实用新型设计合理，使用方便，能够实现对管状工件(尤其是薄壁管状工件)的夹持，具有较好的应用前景。经实际测定，采用本实用新型对陶瓷缸套进行加工，所加工的陶瓷缸套具有较高的加工精度，能够满足石油钻采、采选矿等耐磨损、耐腐蚀、耐高温高压性能要求较高的工作场合的需要，具有较好的效果。
[0010]本实用新型采用的技术方案如下:
[0011]—种内胀式定芯夹具，包括芯轴、与芯轴轴线相重合的弹性胀体、胀体连接件、锥体、第一紧固螺母、第二紧固螺母、端压板，所述端压板呈圆环形；
[0012]所述弹性胀体由至少两个瓣式胀体通过胀体连接件连接而成，所述弹性胀体沿垂直于其轴向的截面呈圆环形；
[0013]所述弹性胀体的两端内侧面分别设置有开口向外的圆锥面，所述瓣式胀体沿其径向的截面呈梯形，所述锥体为一组且锥体相向设置在弹性胀体的两端，所述锥体的锥面与弹性胀体的圆锥面相配合；
[0014]所述第一紧固螺母、第二紧固螺母、端压板分别为一组，所述第一紧固螺母分别设置在芯轴的两端且第一紧固螺母能对设置在芯轴上的锥体进行挤压，所述端压板、第二紧固螺母依次设置在锥体上。
[0015]所述弹性胀体由3~8个瓣式胀体组成。
[0016]所述弹性胀体由3个瓣式胀体组成。
[0017]所述芯轴呈圆柱状。
[0018]所述瓣式胀体采用铝材制备而成。
[0019]所述胀体连接件包括O型圈、与弹性胀体相配合的环板、螺钉，所述瓣式胀体的外侧设置有与O型圈相配合的凹槽，所述O型圈设置在凹槽内，所述环板通过螺钉与瓣式胀体相连。
[0020]前述内胀式定芯夹具的应用，将该内胀式定芯夹具用于管状工件的夹持。
[0021]将该内胀式定芯夹具用于陶瓷缸套磨削。
[0022]包括如下步骤:先将端压板、第二紧固螺母依次设置在锥体上，构成端外锥，再将一个端外锥设置在芯轴的一端，再将弹性胀体、待加工的工件依次套在芯轴上，再将另一个端外锥设置在芯轴的另一端，最后将第一紧固螺母分别设置在芯轴的两端，并通过锥体与弹性胀体之间的圆锥面配合将待加工的工件定位于弹性胀体上。
[0023]所述第一紧固螺母分别位于锥体的外侧。
[0024]将端压板、第二紧固螺母分别取下，即可对待加工工件的管端进行加工。
[0025]针对前述问题，本实用新型提供一种内胀式定芯夹具。该内胀式定芯夹具包括芯轴、与芯轴轴线相重合的弹性胀体、胀体连接件、锥体、第一紧固螺母、第二紧固螺母、端压板，端压板呈圆环形。其中，第二紧固螺母、端压板、锥体分别为一组，端压板、第二紧固螺母依次设置在锥体上。采用该结构，端压板能够对管状工件(尤其是薄壁管状工件)进行定位，且在夹具夹紧的过程中，能够提供相应的支撑。
[0026]本实用新型中，弹性胀体由至少两个瓣式胀体通过胀体连接件连接而成，弹性胀体沿垂直于其轴向的截面呈圆环形。弹性胀体的两端内侧面分别设置有开口向外的圆锥面，瓣式胀体沿其径向的截面呈梯形，锥体为一组且锥体相向设置在弹性胀体的两端，锥体的锥面与弹性锥体的圆锥面相配合。采用该结构，弹性胀体的两端内侧形成大口向外的圆锥面，锥体的锥面与弹性胀体的圆锥面的相互配合，从而使得弹性胀体与锥体之间形成圆锥面配合。同时，该夹具还包括第一紧固螺母，第一紧固螺母分别设置在芯轴的两端且第一紧固螺母能对设置在芯轴上的锥体进行挤压。采用该结构，通过调节第一紧固螺母在芯轴上的相对位置，能够对锥体、弹性胀体进行挤压，进而实现本实用新型对工件的夹紧。
[0027]采用本实用新型对工件进行装夹时，先将端压板、第二紧固螺母依次设置在锥体上，构成端外锥，将一个端外锥设置在芯轴的一端，再将弹性胀体、待加工的工件依次套在芯轴上，之后，将另一个端外锥设置在芯轴的另一端，最后将第一紧固螺母分别设置在芯轴的两端，通过调节第一紧固螺母的位置，让锥体与弹性胀体之间的圆锥面紧密接触，使待加工的工件定位于弹性胀体上。采用本实用新型，能够实现对管状工件(尤其是薄壁管状工件，如陶瓷缸套等)的夹持，以进行磨削等操作。
[0028]在完成工件管体的加工后，将端压板、第二紧固螺母分别取下，保持第一紧固螺母位置不变，由于工件长度略长于瓣式胀体，即可对待加工工件的端面进行加工。采用本实用新型，实现了一次装夹完成多道工序的加工，工件的尺寸精度和形位精度都可以得到较好保证。当完成工件的外圆表面、端面加工后，松开第一紧固螺母，瓣式胀体在O型圈的弹性收缩作用下回到原位，即可实现工件的拆下和下一件工件的装夹。
[0029]弹性胀体由3?8个瓣式胀体组成，优选为由3个瓣式胀体组成。本实用新型中，瓣式胀体与锥体间的配合面均带有锥度相同的锥面，第一紧固螺母的拧紧与拧松会导致锥体的轴向移动，进而带动瓣式胀体沿径向伸缩，产生径向的胀开或收缩，实现对工件的夹紧与松开。
[0030]进一步，胀体连接件包括O型圈、与弹性胀体相配合的环板、螺钉，瓣式胀体的外侧设置有与O型圈相配合的凹槽，O型圈设置在凹槽内，环板通过螺钉与瓣式胀体相连。该结构中，通过O型圈、环板的连接作用，将瓣式胀体连接成弹性胀体。
[0031]本实用新型与常规加工方法不同之处在于，把以往“刚性点接触”转变为“内胀式面接触”，增加了装夹面积，使夹紧力均匀分布于薄壁陶瓷管上，且增加薄壁零件在加工过程中的刚性，减少了工件的振动，提高了陶瓷材料的加工精度。
[0032]本实用新型的夹紧方式独特，陶瓷缸套内胀式定芯夹具采用的是径向夹紧方式，与弹性心轴夹具的弹簧片弹性变形夹紧方式不同。由于弹性胀体是由多块相互分离的瓣式胀体组成，通过调节第一紧固螺母的位置，可以使锥体与弹性胀体之间保持紧密接触，即当锥体沿芯轴平移时，夹紧力均匀分布于薄壁陶瓷管上，此时可以实现工件的自动确定轴心的功能。此时，瓣式胀体沿轴向各点外圆的径向尺寸的变化是一致的，工件与弹性胀体接触的径向方向的夹紧力基本一致，避免了工件的局部因夹紧力的不同而引起局部变形。
[0033]另外，本实用新型的夹紧方式为手动方式，装卸工件简便。工件在外圆磨削完成后，拆下端压板即可进行端面磨削，实现了一次装夹完成不同工序的加工，保证了陶瓷管的尺寸精度和形位精度。
[0034]同时，本实用新型对夹具材料要求不高，夹具中的关键零部件-----瓣式胀体的材料采用一般的铝制材料即可，与弹性心轴不同，不需要采用弹性较大的材料制造。弹性胀体选用铝制材料的优点如下:一方面是铝材密度小，能够减轻夹具的重量;另一方面是铝材质软，对陶瓷管内壁的接触应力小。其余零部件的材料均为常见材料，如45钢、Q235等，原则上，材料具备较好的耐磨性即可满足本实用新型的使用要求。
[0035]综上所述，本实用新型的内胀式定芯夹具是在生产中为解决大直径薄壁缸套类零件外圆及端面磨削加工的高精度要求而设计使用的专用夹具。生产实践表明，此夹具的使用减少了夹紧力分布不均对陶瓷管产生的变形误差，并且陶瓷管在外圆磨削完成后拆下端压板即可进行端面磨削，实现了一次装夹完成不同工序的加工，大大提高了陶瓷管的加工精度和生产效率。
【附图说明】
[0036]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0037]图1为实施例1中内胀式定芯夹具的结构示意图。
[0038]图2为图1的A-A向剖视图。
[0039]图中标记:I为芯轴，2为弹性胀体，3为锥体，4为第一紧固螺母，5为第二紧固螺母，6为端压板，7为O型圈，8为环板，9为螺钉，10为内衬陶瓷管。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0041]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0042]实施例1
[0043]如图所示，本实施例的内胀式定芯夹具，包括芯轴1、与芯轴I轴线相重合的弹性胀体2、胀体连接件、锥体3、第一紧固螺母4、第二紧固螺母5、端压板6，端压板6呈圆环形。本实施例中，弹性胀体2采用3个瓣式胀体通过胀体连接件连接而成，弹性胀体2沿垂直于其轴向的截面呈圆环形。弹性胀体2的两端内侧面分别设置有开口向外的圆锥面，瓣式胀体沿其径向的截面呈梯形，锥体3为一组且锥体3相向设置在弹性胀体2的两端，锥体3的锥面与弹性胀体2的圆锥面相配合。本实施例中，胀体连接件包括O型圈7、与弹性胀体2相配合的环板8、螺钉9，瓣式胀体的外侧设置有与O型圈7相配合的凹槽，O型圈7设置在凹槽内，环板8通过螺钉9与瓣式胀体相连。
[0044]第一紧固螺母4、第二紧固螺母5、端压板6分别为一组，第一紧固螺母4分别设置在芯轴I的两端且第一紧固螺母4能对设置在芯轴I上的锥体3进行挤压，端压板6、第二紧固螺母5依次设置在锥体3上。
[0045]采用该装置对内衬陶瓷管10的装夹过程如下。
[0046]先将端压板6、第二紧固螺母5依次设置在锥体3上，构成端外锥。将一个端外锥设置在芯轴I的一端。再将弹性胀体2、待加工的内衬陶瓷管10依次套在芯轴I上。之后，将另一个端外锥设置在芯轴I的另一端，最后将第一紧固螺母4分别设置在芯轴I的两端。通过调节第一紧固螺母4的位置，让锥体3与弹性胀体2之间的圆锥面紧密接触，使待加工的内衬陶瓷管10定位于弹性胀体2上。内衬陶瓷管10定位装夹完成后，就可以在外圆磨床上利用金刚石砂轮进行外圆磨削加工等操作。
[0047]在完成内衬陶瓷管10管体的加工后，将端压板6、第二紧固螺母5分别取下，保持第一紧固螺母4位置不变，由于工件长度略长于瓣式胀体，此时即可对待加工内衬陶瓷管10的端面进行加工。从而实现了一次装夹完成多道工序的加工，内衬陶瓷管10的尺寸精度和形位精度都可以得到较好保证。当完成内衬陶瓷管10的外圆表面、端面加工后，松开第一紧固螺母4，瓣式胀体在O型圈7的弹性收缩作用下回到原位，即可实现内衬陶瓷管10的拆下和下一件工件的装夹。
[0048]采用本实用新型，能够实现对管状工件尤其是薄壁管状工件，如陶瓷缸套等的夹持，以进行磨削等操作。本实用新型中，弹性胀体2中瓣式胀体的数量可根据被加工工件内孔尺寸的大小，适当增减。
[0049]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种内胀式定芯夹具，其特征在于，包括芯轴(I)、与芯轴(I)轴线相重合的弹性胀体(2)、胀体连接件、锥体(3)、第一紧固螺母(4)、第二紧固螺母(5)、端压板(6)，所述端压板(6)呈圆环形； 所述弹性胀体(2)由至少两个瓣式胀体通过胀体连接件连接而成，所述弹性胀体(2)沿垂直于其轴向的截面呈圆环形；所述弹性胀体(2)的两端内侧面分别设置有开口向外的圆锥面，所述瓣式胀体沿其径向的截面呈梯形，所述锥体(3)为一组且锥体(3)相向设置在弹性胀体(2)的两端，所述锥体(3)的锥面与弹性胀体(2)的圆锥面相配合；所述第一紧固螺母(4)、第二紧固螺母(5)、端压板(6)分别为一组，所述第一紧固螺母(4)分别设置在芯轴(I)的两端且第一紧固螺母(4)能对设置在芯轴(I)上的锥体(3)进行挤压，所述端压板(6)、第二紧固螺母(5)依次设置在锥体(3)上。2.根据权利要求1所述内胀式定芯夹具，其特征在于，所述弹性胀体(2)由3?8个瓣式胀体组成。3.根据权利要求2所述内胀式定芯夹具，其特征在于，所述弹性胀体(2)由3个瓣式胀体组成。4.根据权利要求1所述内胀式定芯夹具，其特征在于，所述芯轴(I)呈圆柱状。5.根据权利要求1所述内胀式定芯夹具，其特征在于，所述瓣式胀体采用铝材制备而成。6.根据权利要求1?5任一项所述内胀式定芯夹具，其特征在于，所述胀体连接件包括O型圈(7)、与弹性胀体(2)相配合的环板(8)、螺钉(9)，所述瓣式胀体的外侧设置有与O型圈(7)相配合的凹槽，所述O型圈(7)设置在凹槽内，所述环板(8)通过螺钉(9)与瓣式胀体相连。
【文档编号】B23B31/40GK205414458SQ201620141134
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】杨先龙, 佘瑞峰, 陈昌伟, 叶波, 宋小琴, 梅国
【申请人】四川聚能核技术工程有限公司