空心轴加工方法与流程

本发明涉及空心轴加工领域，特别地，涉及一种空心轴加工方法。

背景技术：

航空发动机设计制造过程中，常需要加工如附图图1所示的薄壁空心轴。现有加工该空心轴的工艺方案依次为：领棒料——调质——粗车——深孔加工——半精加工——电加工小孔——氮化——加工基准——精磨——磁粉无损检测——检验入库。现有的加工方案存在以下缺点：

1)零件加工成本高：深孔加工采用数控深孔钻，该设备昂贵，所用刀具为高压内冷钻头，钻头价格昂贵；小孔加工采用精密数控电火花设备加工，该设备昂贵；电火花加工后，小孔表面形成重融层，为检测重融层是否超过一定的深度，需要每批剖切几件以检查重融层深度。

2)零件加工合格率低：氮化前零件半精加工，其整体状态较好，氮化后，受氮化变形影响，零件产生弯曲变形使总长上直线度达0.2，导致整体合格率只有67％左右；而且为减少零件的变形量，专门制作专用固定夹具装夹零件，但零件的变形改善并不明显；电火花加工后，小孔重融层的去除是采用心棒进行研磨的，由于小孔公差小，且对称度要求严，研磨去除重融层并不一定能去除干净，故存在质量隐患。

3)零件加工周期长：电火花加工效率低，而且为达到对称度要求，每个零件加工前要用电极反复找正，增加了加工时间；剖切零件做重融层深度检查也需要机床等待时间；为修复零件的弯曲变形，经常需要重新加热校形；由于零件加工变形等影响，零件加工后质量较低，需要钳工进行返修校正。

技术实现要素：

本发明提供了一种空心轴加工方法，以解决现有的加工方法加工空心轴时存在的零件加工成本高、零件加工合格率低及零件加工周期长的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种空心轴加工方法，用于将棒料加工成空心轴，空心轴的外圆上设有环形台阶，空心轴内具有中心通孔，空心轴的外圆上还设有多个垂直贯通的销孔，空心轴加工方法包括以下步骤：机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔的半成品；稳定处理半成品以释放机加应力；半精加工稳定处理后的半成品；采用空心轴钻孔用钻模固定装夹钻孔加工半精加工后的半成品，以使其成型为带有台阶、中心通孔及多个小孔的半精成品；氮化处理半精成品；精加工氮化处理后的半精成品以使其成型为空心轴。

进一步地，机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔的半成品具体包括步骤：粗车棒料的外圆及两端；粗磨经粗车后的棒料的外圆；在经过粗磨后的棒料上钻孔加工出中心通孔；在经过钻孔加工后的棒料上车出台阶以使棒料成型为半成品。

进一步地，在经过粗磨后的棒料上钻孔加工出中心通孔具体包括步骤：使用长钻头在粗磨后的棒料上钻出沿棒料的轴线延伸的通孔；使用扩孔钻扩孔通孔；使用铰刀扩铰经扩孔后的通孔以使通孔成型为中心通孔。

进一步地，使用磨床对稳定处理后的半成品进行半精加工。

进一步地，钻孔加工半精加工后的半成品以使其成型为半精成品具体包括步骤：使用钻头在半精加工后的半成品的外圆上钻出多个垂直贯通本成品的细孔；使用铰刀扩铰细孔以使其成型为小孔。

进一步地，精加工氮化处理后的半精成品以使其成型为空心轴具体包括步骤：修半精成品两端的顶尖孔，以使半精成品的外圆对顶尖孔的跳动满足设计要求；精磨半精成品；去毛刺；精加工多个小孔以使其成型为销孔。

进一步地，空心轴钻孔用钻模包括：用于与钻孔加工设备相连的定位底座，定位底座上设有内凹的用于容置半成品并对其进行定位的定位凹槽，定位凹槽沿半成品的长度方向延伸；定位底座连接有用于与装设于定位凹槽中的半成品的两端抵顶以对半成品沿其轴向进行定位的轴向定位构件、用于将装设于定位凹槽中的半成品压紧于定位凹槽内的压紧构件；定位底座还连接有钻模板，钻模板位于定位底座的上方，钻模板上加工有多个用于对半成品上待加工出的多个小孔的位置进行定位的钻模孔。

进一步地，定位底座包括用于与钻孔加工设备相连的安装座、固定连接于安装座上的定位块；轴向定位构件、压紧构件及钻模板均连接于安装座上；定位块沿半成品的长度方向延伸，且定位块的上表面加工有内凹的定位凹槽，定位凹槽沿定位块的长度方向延伸，且定位凹槽的截面呈“V”型。

进一步地，轴向定位构件包括设置于定位凹槽的一端以与装设于定位凹槽内的半成品的一端抵顶的支靠块、设置于定位凹槽的另一端且与定位底座固定连接的安装板、螺纹连接于安装板上的调节螺钉、连接于调节螺钉头部的操作手柄、连接于调节螺钉尾部以用于抵顶半成品的另一端的抵顶块。

进一步地，压紧构件包括竖直设置于定位底座上的安装支柱和支承柱，安装支柱上滑动装设有用于压紧半成品的压板，支承柱的顶端抵顶压板的下表面，压板与定位底座之间装设有用于支承压板的弹簧件，安装支柱的顶端设有用于锁紧压板的锁头。

本发明具有以下有益效果：

1)零件加工成本低：中心通孔102加工采用普通机加设备机加工，且加工所用刀具为普通刀具，相比现有技术中采用数控深孔钻加工，其加工成本低很多；小孔801加工采用钻床钻孔加工，也属于机械加工范畴，加工成本低，且加工后不需要每批剖切零件进行重融层深度检测，可进一步降低加工成本；2)零件合格率提高：相比现有的加工方法，本发明中，对机加后成型的半成品20进行稳定处理，以及时释放机加应力，大大减少氮化处理过程中零件的变形，氮化处理后零件的弯曲变形量一般小于0.1，而且氮化处理过程中不需要专用夹具，仅采用将零件吊挂方式进炉氮化处理即可；小孔加工采用钻床加工，属于机械加工范畴，不存在电加工的缺陷和隐患；3)零件加工周期短：电火花加工小孔改进为钻床加工，可大大提高加工效率；减少了剖切零件做重融层深度检查时机床等待时间，使得生产更加流畅；氮化处理后不需要重新加热零件校形；虽然增加了稳定处理工序，但减少了零件的氮化变形，减少了返修零件的时间和人工成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是空心轴的剖视结构示意图；

图2是半成品的剖视结构示意图；

图3是半精成品的剖视结构示意图；

图4是本发明优选实施例的空心轴钻孔用钻模的俯视结构示意图；

图5是图4中空心轴钻孔用钻模的剖视主视结构示意图；

图6是图4中空心轴钻孔用钻模的剖视左视结构示意图。

图例说明

10、空心轴；101、环形台阶；102、中心通孔；103、销孔；20、半成品；30、定位底座；301、定位凹槽；31、安装座；32、定位块；303、排屑孔；40、轴向定位构件；41、支靠块；42、安装板；43、调节螺钉；44、操作手柄；45、抵顶块；50、压紧构件；51、安装支柱；52、支承柱；53、压板；54、弹簧件；55、锁头；60、钻模板；601、钻模孔；80、半精成品；801、小孔；90、钻套。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1至图3，本发明的优选实施例提供了一种空心轴加工方法，用于将棒料加工成空心轴10，空心轴10的外圆上设有环形台阶101，空心轴10内具有中心通孔102，空心轴10的外圆上还设有多个垂直贯通的销孔103，空心轴加工方法包括以下步骤：

机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔102的半成品20；

稳定处理半成品20以释放机加应力；

半精加工稳定处理后的半成品20；

采用空心轴钻孔用钻模固定装夹钻孔加工半精加工后的半成品20，以使其成型为带有台阶、中心通孔102及多个小孔801的半精成品80；

氮化处理半精成品80；

精加工氮化处理后的半精成品80以使其成型为空心轴10。

采用本发明的空心轴加工方法将棒料加工成空心轴10时，首先机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔102的半成品20；然后稳定处理半成品20以释放机加应力；接着半精加工稳定处理后的半成品20；然后采用空心轴钻孔用钻模固定装夹钻孔加工半精加工后的半成品20，以使其成型为带有台阶、中心通孔102及多个小孔801的半精成品80；接着氮化处理半精成品80；最后精加工氮化处理后的半精成品80以使其成型为空心轴10。采用本发明的空心轴加工方法相比现有的加工方法存在以下优点：

1)零件加工成本低：中心通孔102加工采用普通机加设备机加工，且加工所用刀具为普通刀具，相比现有技术中采用数控深孔钻加工，其加工成本低很多；小孔801加工采用钻床钻孔加工，也属于机械加工范畴，加工成本低，且加工后不需要每批剖切零件进行重融层深度检测，可进一步降低加工成本；

2)零件合格率提高：相比现有的加工方法，本发明中，对机加后成型的半成品20进行稳定处理，以及时释放机加应力，大大减少氮化处理过程中零件的变形，氮化处理后零件的弯曲变形量一般小于0.1，而且氮化处理过程中不需要专用夹具，仅采用将零件吊挂方式进炉氮化处理即可；小孔加工采用钻床加工，属于机械加工范畴，不存在电加工的缺陷和隐患；

3)零件加工周期短：电火花加工小孔改进为钻床加工，可大大提高加工效率；减少了剖切零件做重融层深度检查时机床等待时间，使得生产更加流畅；氮化处理后不需要重新加热零件校形；虽然增加了稳定处理工序，但减少了零件的氮化变形，减少了返修零件的时间和人工成本。

可选地，机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔102的半成品20前还包括步骤：

获取棒料，并对棒料进行调质处理以达到棒料的心部性能要求。

可选地，机加工棒料以使其成型为带有台阶及中心通孔102的半成品20具体包括步骤：

粗车棒料的外圆及两端；

粗磨经粗车后的棒料的外圆；

在经过粗磨后的棒料上钻孔加工出中心通孔102；

在经过钻孔加工后的棒料上车出台阶以使棒料成型为半成品20。

本具体实施例中，粗磨经粗车后的棒料的外圆中，使用无心磨床磨削经粗车后的棒料的外圆。

可选地，在经过粗磨后的棒料上钻孔加工出中心通孔102具体包括步骤：

使用长钻头在粗磨后的棒料上钻出沿棒料的轴线延伸的通孔；

使用扩孔钻扩孔通孔；

使用铰刀扩铰经扩孔后的通孔以使通孔成型为中心通孔102。

可选地，使用磨床对稳定处理后的半成品20进行半精加工。

可选地，钻孔加工半精加工后的半成品20以使其成型为半精成品80具体包括步骤：

使用钻头在半精加工后的半成品20的外圆上钻出多个垂直贯通本成品的细孔；

使用铰刀扩铰细孔以使其成型为小孔801。

进一步地，使用铰刀扩铰细孔以使其成型为小孔801后还包括步骤：

检测小孔801是否合格。

可选地，精加工氮化处理后的半精成品80以使其成型为空心轴10具体包括步骤：

修半精成品80两端的顶尖孔，以使半精成品80的外圆对顶尖孔的跳动满足设计要求；

精磨半精成品80；

去毛刺；

精加工多个小孔801以使其成型为销孔103。

本具体实施例中，精加工多个小孔801以使其成型为销孔103具体包括步骤：

使用铰刀扩铰小孔801；

使用研磨棒研磨小孔801。

进一步地，精加工多个小孔801以使其成型为销孔103后还包括步骤：

检测小孔801是否合格。

可选地，如图4至图6所示，空心轴10钻孔用钻模包括：用于与钻孔加工设备相连的定位底座30，定位底座30上设有内凹的用于容置半成品20并对其进行定位的定位凹槽301，定位凹槽301沿半成品20的长度方向延伸。定位底座30连接有用于与装设于定位凹槽301中的半成品20的两端抵顶以对半成品20沿其轴向进行定位的轴向定位构件40、用于将装设于定位凹槽301中的半成品20压紧于定位凹槽301内的压紧构件50。定位底座30还连接有钻模板60，钻模板60位于定位底座30的上方，钻模板60上加工有多个用于对半成品20上待加工出的多个小孔801的位置进行定位的钻模孔601。本发明的空心轴钻孔用钻模中，通过定位凹槽301对半成品20沿其径向进行定位，通过轴向定位构件40对半成品20沿其轴向进行定位，通过压紧构件50将半成品20压紧于定位凹槽301中定位，从而相比现有技术的通过模具的定位孔定位半成品，其半成品20装夹操作简单，定位简单、准确，加工出的小孔801与半成品20的轴中心的对称度误差很小，加工成型的空心轴10的质量高。通过钻模板60上的钻模孔601对半成品20上待加工出的小孔801的位置进行定位，不仅使各小孔的位置准确，同时可提高小孔的加工效率。

可选地，如图5和图6所示，定位底座30包括用于与钻孔加工设备相连的安装座31、固定连接于安装座31上的定位块32。轴向定位构件40、压紧构件50及钻模板60均连接于安装座31上。定位块32沿半成品20的长度方向延伸，且定位块32的上表面加工有内凹的定位凹槽301，定位凹槽301沿定位块32的长度方向延伸，且定位凹槽301的截面呈“V”型。定位凹槽301的截面呈“V”型，不仅使定位凹槽301对半成品20定位简单、迅速、准确，且简化定位凹槽301的加工。

可选地，如图5所示，为了将钻孔时产生的废屑向外排出，本发明中，定位底座30上对应多个钻模孔601处设有多个贯通的排屑孔303，各排屑孔303垂直定位底座30设置且排屑孔303的顶端与定位凹槽301连通。本具体实施例中，排屑孔303垂直贯通定位块32和安装座31，且排屑孔303的底端与安装座31的底端连通。

可选地，如图5所示，轴向定位构件40包括设置于定位凹槽301的一端以与装设于定位凹槽301内的半成品20的一端抵顶的支靠块41、设置于定位凹槽301的另一端且与定位底座30固定连接的安装板42、螺纹连接于安装板42上的调节螺钉43、连接于调节螺钉43头部的操作手柄44、连接于调节螺钉43尾部以用于抵顶半成品20的另一端的抵顶块45。装设半成品20时，其一端抵顶支靠块41，通过转动操作手柄44即可推动调节螺钉43移动，使抵顶块45抵顶半成品20的另一端，继续转动操作手柄44，即可将半成品20沿其轴向锁紧。

优选地，如图5所示，本发明的空心轴钻孔用钻模还包括用于对钻孔加工设备的钻头进行导向的钻套90，钻套90装设于钻模孔601内。

可选地，如图4和图6所示，压紧构件50包括竖直设置于定位底座30上的安装支柱51和支承柱52，安装支柱51上滑动装设有用于压紧半成品20的压板53，支承柱52的顶端抵顶压板53的下表面，压板53与定位底座30之间装设有用于支承压板53的弹簧件54，安装支柱51的顶端设有用于锁紧压板53的锁头55。装设半成品20时，压板53压向半成品20，通过旋动锁头55即可向下推动压板53使其进一步压紧半成品20，且半成品20下移到位后，锁头55将压板53锁紧。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。